SU446920A1 - Датчик холла - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области производства полупроводниковых приборов и может быть применено дл  детектировани  и преобразовани  СВЧ-сигналов, измерени  компонеВТ блектромагнитного пол , анализа спектра частот и,т.д.

Известен четырехэлектродный датчик Холла, которы.й имеет р д полупроводниковых слоев с чередующимс  типом проводимости, изолированных друг от друга. На верхней и нижней плоскост х каждого из полупроводниковых слоев расположена пара омических холовских контактов. Торцовые стороны полупроводниковых слоев покрыты диэлектриком и на эти поверхности блок-структуры нанесены напылением металличе ские слои; таким образом, в этой части структуры полупроводниковые слои, диэлектрик и. металл образуют р д конденсаторов, способствующих закорачиванию переменной составл ющей а.д.с. Холла, а также э.д.с.,

обусловленной неэквипотенвдальностью элементов датчика. Холловские контакты соединены последовательно металлическими перемычками. Емкостные токовые электроды выполнены едиными дл  блока параллельно соединенных полупроводниковых слоев, . Датчик предназначен дл  измерени  , мощностей в диапазоне высоких час-0 тот.

Датчик имеет следующие недостатки: искажение электромагнитного пол  холловскими выводами, дл  уменьшени  которого датчики в волноводах или коаксиальных лини х . приходитс  располагать так, чтобы линии электрического пол  были перпендикул рны выводам сигнала Холла; измерение полей в свободном

0 пространстве и системах с высшими типами колебаний затруднено из-за неконтролируемого вли ни  выводов; возникновение магнитных наводок на петлю, образуемую холловскими вы5 водами и полупроводниковым матери ;;

алом, дл  Компенсации которых примен ют дополнительные выводы или компенсирующие витки, однако на высоких частотах и особенно СВЧ эти средства малоэ фективны; несовместиьюсть с детекторными и смесительными СВЧ-головками вследствие более сложного герметизирущего корпуса , обусловленного четырьм  выводами датчика.

Дл  уменьшени  искажени  электромагнитного пол  холловскими выводами и снижени  магнитных наводок на них в предлагаемом датчике емкостнйе токовые электроды соединены попарно с ХОЛЛОВСКИМИконтактами посредством резистивных полос, изолированных другот друга .Резистивные полосы могут быть выполнены/из металла, нанесенного на поверхность диэлектрического сло . РбЗИстивные полосы- могут быть в ыполнены в виде высоколегированных каналов в полупроводниковой пластине и шлеть тип проводимости , противоположный типу прово-: димости исходного полупроводника.

На фиг.1 показан предлагаемый датчик холла, вид сбоку с частичным разрезом в месте расположени  холловского контакта; на фиг.2 то же, вид сверху.

На полупроводниковую пластину I нанесен слой диэлектрика 2, например , окисла кремни ; на диэлектрическом слое 2 расположены токовые электроды 3, соединенные с помощью резистивных полос 4 с холловскими контактами 5, которые выполнены вплавлением металла через отверстие ь в диэлектрическом слое 2,

Резистивные полосы 4 (фиг.2) ни в одной точке не соприкасаютс  друг с другом и шлеют Г-образную конфигурацию в плане с изгибом в месте пересечени  осей в плоскости датчика. Полосы 4 могут быть -выполнены либо металлическими, либо путем высокого легировани  полупроводника I примесью противоположного типа проводимости. В этом случае контакт токовых электродов 3 с резистивными полосами 4 должен быть осуществлен через отверсти  в диэлектрическом слое 2.

На фигЛ показано, что токовые электроды 3 датчика имеют емкостной характер, поскольку они расположены на слое диэлектрика 2, покрывающем полупроводник I.

В готовом виде прибор имеет только два вывода, присоеданенных

к емкостнщ токовым ;бле1стродам. Эти .выводы служат одновременно дл  подачи высокочастотного тока питани  и выведени  сигнала Холла, Тем самым существенно упрощаетс  конструкци  датчика Холла и достигаетс  возможность применени  его дл  детектировани  и смещени  СВЧ-сигна лов в СВЧ-детекторах и сместител х.

Шесте с тем предлагаемый датчик позвол ет измер ть значительные мощности в диапазоне СВЧ в отличие от известных датчиков Холла. Дл  выведени  сигнала Холла

из линии питани  током примен етс  частотна  селекци .

Магнитные наводки в предлагаемом датчике сведены до минимума тем, что толщина диэлектрического

сло  2, определ юща  площадь петли холловского сигнала, составл ет 1-2 мкм при линейных размерах полупроводниковой пластины в несколько миллиметров.

Толщина металлических резистивных полос 4, полученных вакуумным напылением, составл ет не более I мкгл, а толщина тех же полос,

выполненных в виде высоколегированных каналов в теле полупроводника, не превышает 20-30 мкм. В том и в другом случае удельное сопротивление резистивных полос примерно равно удельному сопротивлению полупроводника , поэтому в электромагнитном поле датчик ведет себ  как однородна  полупроводникова  пластина .

В электрические цепи датчик

включаетс  аналогично детектирующим и преобразовательным диодам, в магнитные цепи - как и четырехэлектродные приборы.

В качестве примера можно рассмотреть работу датчика в детекторном режиме в волноводном измерителе мощности падающей волны дл  колебаний Нт на частоте 4500 мгц. Датчик поглодает минимальную

мощность и отдает максимум холловского сигнала, если плоскость датчика перпендикул рна поперечному сечению волновода, а ось, проход ща  через токовые электроды датчика , перпендикул рна широкой стенке волновода. Проволочные выводы, припа нные к емкострым электродам, пропускают через отверсти  в широких стенках волновода и укрепл ют в емкостных втулках с винтовыми разъемами дл  подключени  измерител  холловского сигнала.

К смонтированному таким образом в волноводе датчику в рабочем режиме прикладывают высокочастотное электрическое поле, численно равное разности потенциалов около отверстий в широких стенках волновода . Вектор высокочастотного электрического пол  совпадает по фазе магнитным полем падающей волны и ортогонален ему. Отраженна  волна волноводе этим сво ством не обладает , поэтому датчик реагирует только на падающую волну.

Под действием электрического пол  емкостные электроды и полупроводниковый слой течет высокочастотный ток, замыкающийс  на широких стенках волновода.

При взаимодействии тока в полупроводнике с высокочастотным магнитным полем на холловских контактах возншшет э.д.с. Холла, низко .частотна  составл юща  которой выводитс  посредством резистивных полос на проволочные выводы к измерителю компонентов холловского сигнала .

Г смесительном режиме датчик работает следующим образом. Датчик включаетс  в волновод или резонатор аналогично детекторному включению , но вместо емкостных втулок устанавливают коаксиальные разъемы дл  соединени  с усилителем промежуточной частоты. Гетеродинные колебани  попадают в волновод обычным ос5разом, при этом на датчик гоздействует суперпозици  электрических и магнитных полей двух частот , котора  сама по себе не порождает комбинационных частот. Датчик работает как перемножающий элемент, поэтому э.д.с. холла содержит суммарную и разностную частоты, последн   из которых выводитс  через резистивные полосы и проволочные выводы к усилителю промежуточной частоты.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИУ

Claims (3)

1.Датчик Холла, состо щий из покрытой диэлектрическим слоем полупроводниковой пластины с дгум  емкостными токовыми электродами и

5 двум  омическими холловскими контактами , отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  искажени  электромагнитного пол  холловскими выводами и снижени  магнитных

0 наводок на них, емкостные токовые электроды соединены попарно с холловскими контактами посредством рез стивных полос, изолированных друг ОТ дюуга.

5

2.Датчик по п.I, отличающийс  тем, что резистиБные полосы выполнены дз металла, нанесенного на поверхность диэлектрического сло ,

0

3.Датчик по п.I, о т л и ч аю щ и и с   тем, что резистивные полосы выполнены в виде Еысоколегированных каналов в полупроводниковой пластине и имеют тип проводи° мости, противоположный типу проводимости исходного полупроводника.

у J /

/

АЖЖ И ЯЖМЖ

.

562 I / /