SU680567A1

SU680567A1 - Magnetic field gage

Info

Publication number: SU680567A1
Application number: SU772521633A
Authority: SU
Inventors: А.И. Климовская
Original assignee: Институт Полупроводников Ан Украинскойсср
Priority date: 1977-09-12
Filing date: 1977-09-12
Publication date: 1981-07-07

Description

(54) .ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ(54). MAGNETIC FIELD TRANSMITTER

/Еб вл ющейс характеристикой материала, где Е -напр женность пол Холла, Е - напр женность приложенного электрического пол ,Вмагнитна индукци , а - рассто ние мелоду зондовыми контактами. / Eb is the characteristic of the material, where E is the strength of the Hall field, E is the intensity of the applied electric field, Magnetic induction, and is the melodic distance by the probe contacts.

Датчики Холла просты в изготовлении , обладают линейной зависимостью от магнитного пол измер емой электродвижущей силы, что вл етс их преимуществом перед другими датчиками магнитного пол . Однако возможности применени таких датчиков ограничены. Они малопригодны дл изучени топографии магнитных полей в малых объемах, дл считывани информации с магнитных накопителей в электрон ых вычислительных мапшнах, а также при измерении быстромен ющихс полей. Это св зано с тем, что датчики малых размеров обладают малой вольтовой чувствительностью.Hall sensors are simple to manufacture, have a linear dependence on the magnetic field of the measured electromotive force, which is their advantage over other magnetic field sensors. However, the applicability of such sensors is limited. They are unsuitable for studying the topography of magnetic fields in small volumes, for reading information from magnetic drives in electronic computational masses, as well as for measuring high-speed fields. This is due to the fact that small-sized sensors have low volt sensitivity.

Целью изобретени вл етс повышение удельной чувствительности датчка к магнитному поЛо.The aim of the invention is to increase the specific sensitivity of the sensor to a magnetic field.

Цель достигаетс тем, что рассто ние между гран ми с зондовыми контактами выполнено сравнимым с длиной энергетической релаксации носителей.The goal is achieved by the fact that the distance between the faces with probe contacts is made comparable to the length of the energy relaxation of carriers.

Выполнение этого услови приводит к нарушению равновесного распределени носителей по характерному параметру в присутствии электрического и магнитного полей и возникновению добавочного приповерхностного пол Холла, следовательно к увеличению удельной чувствительности.Fulfillment of this condition leads to disruption of the equilibrium distribution of carriers in the characteristic parameter in the presence of electric and magnetic fields and the appearance of an additional near-surface Hall field, hence increasing the specific sensitivity.

Движение свободных носителей зар да в примесных полупроводниках можно описать набором характерных длин, а именно, длиной свободного прбега по импульсу, длиной энергетической релаксации, длиной внутридолиного пробега, длиной спиновой релаксции . Смысл этих длин состоит в том, что послврсоударени , например с дефектом кристалла,носитель на характерной длине не измен ет свой характерный параметр/, т.е. импульс, энергию , номер длины и спин. Ограничивающие полупроводниковый образец поверхности вл ютс тем дефектом, подд к которому носители рассеиваютс , т.е. измен ют все свои характерные параметры. Поэтому отража сь от поверхности, в слое, авном соответствующей характерной длине, они двигаютс без изменени ХарактерногоThe motion of free charge carriers in impurity semiconductors can be described by a set of characteristic lengths, namely, the length of the free run over momentum, the length of the energy relaxation, the length of the intra-run, the length of the spin relaxation. The meaning of these lengths is that after a shock, for example with a crystal defect, the carrier at the characteristic length does not change its characteristic parameter /, i.e. momentum, energy, number of length and spin. The surfaces bounding the semiconductor sample are the defect to which the carriers disperse, i.e. change all their characteristic parameters. Therefore, reflected from the surface, in the layer, avn corresponding to the characteristic length, they move without changing the Characteristic

параметра. Сила Лоренца, вл юща с функцией характерного параметра, по разному отклон ет носители с разными характерными параметрами, в результате чего в приповерхностном слое, где носители не измен ют свой характерный параметр, возникает градиент концентрации носителей с посто нным характерным параметром. Возникновение градиента равносильно по влению добавочного пол Холла.parameter. The Lorentz force, which is a function of the characteristic parameter, deflects carriers with different characteristic parameters in different ways, as a result of which a carrier concentration gradient with a constant characteristic parameter appears in the near-surface layer where the carriers do not change their characteristic parameter. The appearance of a gradient is equivalent to the appearance of an additional Hall floor.

Теоретическое и экспериментальное исследование приповерхностного пол Холла дл случа больших градиентов концентрации носителей с посто нным параметром, показывает, что добавочное поле может во много раз превосходить поле Холла в объеме образца. По достижении рассто ни между холловскими контактами, лежащими на взаимно параллельных ограничивающих поверхност х, величины сравни1 юй с одной из характерных длин свободных носителей в полупроводнике , увеличиваетс роль приповерхностных слоев, в которых поле Холда превышает поле в объеме полупроводника ,что позвол ет увеличить уделную чувствительность датчика.Theoretical and experimental study of the near-surface Hall field for cases of large gradients of carrier concentration with a constant parameter shows that the additional field can be many times greater than the Hall field in the sample volume. Upon reaching the distance between Hall contacts lying on mutually parallel bounding surfaces, comparing with one of the characteristic lengths of free carriers in a semiconductor, the role of subsurface layers in which the Hold field exceeds the field in the bulk of the semiconductor increases, which allows increasing the sensitivity sensor.

На чертеже показан предлагаемый датчик магнитного пол .The drawing shows the proposed magnetic field sensor.

Датчик представл ет собой параллелепипед 1 из примесного полупроводника , снабженный двум токовыми 2,3 двум зондовыми 4,5 контактами, расположенными на Ьграничивающих поверхност х параллелепипеда. При этом рассто ние а между зондовыми контактами выполнено сравнимым с одной из характерных длин свободных носителей зар да в примесной полупроводнике , например с длиной энергетической релаксации.The sensor is a parallelepiped 1 made of an impurity semiconductor, equipped with two current 2.3 two probe 4.5 contacts located on the b boundary surfaces of the parallelepiped. In this case, the distance a between the probe contacts is made comparable to one of the characteristic lengths of free charge carriers in an impurity semiconductor, for example, with the energy relaxation length.

Claims

Example. The sensor magnetic field is made of electronic antimonide indie. At 4.2 K, the free carrier concentration and mobility are, respectively, 2.3-10 cm and 1170 ° C. The length of the energy relaxation is greater than or equal to 15-1SGcm. The sensor has a size of 21x 10 x 10 cm, where cm is the distance between the probe contacts. At 4, the specific sensitivity of the sensor is 2.1 2 "1 G T, and the volt sensitivity is 2.55 10 V / T. At the same time, in a sensor made of the same material under the same conditions, but having a distance between the probe contacts of 1/10 cm, the specific and volt sensitivity with .. ... ". nj-ov-i niejibHucTH are respectively 0.27. .З.АВ / Т. Sensitivity measurements are made in a magnetic field from 0.01 to 0.05 T. The proposed magnetic field sensor is simple to manufacture and has a linear dependence of the measured value on the magnetic field strength. The advantage of the proposed sensor over the known ones is the high specific sensitivity of small sizes. Magnetic field sensors of the proposed design can have a volume of the order, which is associated with the values of the characteristic lengths of free carriers in a semiconductor. The small size of the sensor allows it to be used to measure the topography of magnetic fields,; as well as for measuring fast-paced fields (with frequencies greater than 10 kHy. Using the proposed sensor 7 in a battery, interconnected sensors, for example, in an integrated circuit, allows for better performance, allows for higher sensitivity with small overall dimensions of the sensor. Claims of the invention A magnetic field sensor, made of an impurity semiconductor in the form of a parallelepiped, contains current contacts on the face edges and two other faces parallel to each other, probe contacts, and the distance between faces with current contacts is no less than twice the distance between faces with probe contacts, characterized in that, in order to increase the specific sensitivity of the sensor to a magnetic field, the distance between faces with probe contacts is made comparable to energy carrier relaxation length.

..