Вопросы разработки и исследования дрейфово-диффузионных магнитотранзисторов

• Автор: Доманов, Виктор Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 180 c. : ил

I. ВВЕДЕНИЕ

В последнее время все большее применение находят полупроводниковые гальваномагнитные приборы. Неослабевающий интерес к гальванемагнитным явлениям и приборам, основанным на них, объясняется рядом особенностей и достоинств, основные из которых:пропорциональность выходного сигнала векторному произведению электрического и магнитного полей, действующих на прибор, отсутствие электрической связи между входной и выходной цепями этих приборов, малые габариты, потребляемая мощность, высокая надежность и другие. Эти особенности делают их перспективными для широкого научного и промышленного использования и позволили сконструировать серию простых, удобных и надежных измерительных приборов и функциональных устройств разнообразнейшего назначения / 1-23 /, создание которых без гальваномагнитных приборов было бы затруднительно, а в некоторых случаях - невозможно.
До недавнего времени техническое использование находили лишь датчики Холла и магниторезисторы. Основные недостатки этих приборов - относительно малая величина выходного сигнала и низкая чувствительность к магнитному полю - существенно тормозили их широкое внедрение в технику.
Открытие магнитодиодного эффекта / 24-26 / и разработка приборов на его основе - магнитодиодов различных типов, а также серийный их выпуск промышленностью нескольких стран еще более увеличили интерес к гальваномагнитннм приборам.Магнитодиоды обладают высокой чувствительностью к магнитному полю (на 2...3 порядка большей, чем у датчиков Холла и магниторезисторов), существенной величиной выходного сигнала, однако имеют недостатки, из них наиболее существенные: сильная температурная зависимость характеристик прибора, нелинейность его выходной характеристики и относи-

тельно низкая чувствительность к малым магнитным полям.

Возрастапцие с каждым годом исследования, с&язанные с изучением магнитного поля Земли, разведкой полезных ископаемых, исследованием слабых магнитных полей биологических объектов и космического пространства,разработка систем пассивной навигавди и внедрение некоторых автоматизированных систем, требуют создания магниточувствительных приборов, удовлетворяющих общим требованиям, предъявляемым к современным полупроводниковым приборам и обладающих высокой чувствительностью к малым магнитным полям, малым весом и габаритами, линейностью выходных характеристик.Требованиям, предъявляемым этими важнейшими народно-хозяйственными задачами в значительной степени удовлетворяют недавно разработанные магнитотранзисторы различных типов / 27-30 /. Однако этим перспективным магниточувствительным приборам до настоящего времени в отечественной и зарубежной литературе уделено недостаточно внимания. Результаты исследований, изложенные в настоящей работе, в некоторой степени восполняют этот пробел.
Цель данной работы - разработка и теоретическое и экспериментальное исследование диффузионно-дрейфовых магнитотранзисто-ров, пригодных для использования в качестве датчика слабых и средних (до 0,1 Т) магнитных полей и в перемножителях аналоговых сигналов.
В работе разработаны методы расчета статических и динамических характеристик диффузионно-дрейфового магнитотранзистора в зависимости от основных электрофизических параметров применяемого полупроводникового материала, геометрии прибора и внешних электрических и магнитных воздействий. По разработанным методикам расчитаны и изготовлены лабораторные образцы германиевых магнитотранзисторов и исследованы их основные характеристики. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает

новных носителей осуществляется воздействием светового потока на поверхность пластины, также возможно использование знакопеременного входного сигнала. В качестве источника света могут использоваться лампы накаливания и полупроводниковые светодиода и лазеры (ОКТ), которые имеют высокую надежность. В этих приборах заданный уровень инжекции легко поддерживать, питая источник света от стабилизированного источника энергии и изменять инжекцию по заданному закону с целью обеспечения термо- и время стабильности магнитотранзистора.
Приведенные выше метода обеспечения инжекции неудобны тем, что магнитотранзисторы имеют сложную конструкцию. Наиболее простой способ контролируемого введения неосновных носителей - через смещенный в прямом направлении р-п - переход.
Электрическое поле в пластине легче всего обнспечить приложением к ней напряжения с помощью контактов ( 1Цр на рис. 3.1).
Способ введения неосновных носителей в пластину и метод обеспечения электрического поля определяют конструкцию магнитотранзистора и технологию его изготовления. Расчет распределения электрического поля в пластине и его значения в области коллекторов производится для каждой конструкции и зависит от метода введения и концентрации неосновных носителей, конструкуии прибора, соотношения уровня инжекции неосновных носителей и токов коллекторов и геометрии прибора. Ниже приведен расчет выходных параметров (разность коллекторных токов или разность падения напряжений на коллекторных нагрузках) в зависимости от входных (индукция магнитного поля и электрическое поле дрейфа или напряжение или ток, действующий на пластину) для магнитотранзистора, неосновные носители в пластину которого вводятся через р-п - переход (эмиттер). Для упрощения изготовления магнитотранзистора и -схемы, в которой он используется, для улучшения электрической