57.Конструкция и технология изготовления магнитодиодов. «Торцевые» и планарные магнитодиоды.

Для разработки и изготовления магнитодиодов необходимы мате­риалы с низкой концентрацией собственных носителей заряда, т.е. с боль­шой шириной запрещенной зоны. Кроме того, желательно использовать полупроводники с высокой подвижностью носителей заряда, так как эф­фект магнитосопротивления пропорционален квадрату подвижности. Вре­мя жизни также должно быть достаточно большим, а концентрация лову­шек и структурных несовершенств - малой. В настоящее время для магнитодиодов используется в основном крем­ний. В настоящее время для создания магнитодиодов могут быть исполь­зованы антимонид индия, германий, кремний, арсенид галлия. Кроме того, представляют интерес арсенид индия, твердые растворы некоторых полу­проводников и полупроводниковых соединений. Для улучшения инжекционных свойств возможно использование гетеропереходов. Выпускаемые в настоящее время магнитодиоды изготавливаются на основе высокоомного кремния. «Торцевые» магнитодиоды КД301А - КД301Ж. Для создания магнитодиодов был опробован высокоомный кремний разных марок. Луч­шими параметрами обладают магнитодиоды на основе высокоомного кремния марки КМД-20Б'* р-типа проводимости с р>20 кОмсм и временем жизни носителей заряда более 600 мкс. Поскольку при высокотемператур­ной обработке (выше 700 °С) полуизолирующего кремния КМД-20Б" на­блюдается уменьшение его удельного сопротивления и времени жизни но­сителей заряда, что резко уменьшает магниточувствительность магнито­диода, изготовленного на его основе, то для получения магнитодиодов не­обходимо пользоваться низкотемпературными процессами. В связи с из­ложенным наиболее перспективной для изготовления кремниевых магни­тодиодов является технология ионного легирования. Магнитодиоды КД301А-КД301Ж изготавливаются методами ионного легирования и сплавной технологии. Для изготовления магнитодиодов КД301А - КД301Ж сплавной тех­нологией используются те же полупроводниковые пластины. Переходы р-п и р-р создаются на противоположных гранях пластины. Переход р-п фор­мируется вакуумным напылением Au+Sb (1 %) с последующим сплавлени­ем при температуре 460 °С. В магнитодиодах КД301А - КД301Ж конструкция исключает влияние поверхности полупроводника на их ха­рактеристики. Поэтому они обладают одинаковой чувствительностью к магнитной индукции вне зависимости от ее направления. Планарные магнитодиоды КД301А - КД301Ж. Магнитодио­ды КД301А - КД301Ж изготавливаются по планарной технологии. Это по­зволяет наряду с другими преимуществами планарной технологии полу­чать магнитодиоды с защищенными SiCb поверхностями кремния. Пла­нарная технология дает также возможность различными методами обра­ботки противоположных граней кремниевой пластины создавать на них области с разными скоростями поверхностной рекомбинации. Наличие на противоположных гранях кремниевой пластины областей с разными ско­ростями поверхностной рекомбинации приводит к зависимости магнито- чувствительности от направления магнитной индукции. При использовании кремния с известным временем жизни носителей зарядов и технологии, обеспечивающей получение определенных значений Si и S2, размеры d и h становятся основными параметрами, определяющими характеристики магнитодиода. Для изготовления магнитодиодов, чувствительных к направлению магнитного поля, основным технологическим процессом является получе­ние зон с пониженной скоростью поверхностной рекомбинации. Поверхность с малой скоростью поверхностной рекомбинации соз­дается низкотемпературной обработкой границы раздела кремния с окисью кремния в восстановительной среде, нанесением на поверхность кремния фосфоросиликатного стекла, низкотемпературным окислением, формиро­ванием на границе раздела отрицательного заряда. Планарные магнитодиоды КД304А-1 - КД304Ж-1 и КД304А1-1 - КД304Ж1-1. В рассмотренных выше магнитодиодах нерав­новесная проводимость создавалась инжекцией неосновных носителей прямосмещенным р-п переходом. Инжектировать неравновесные носители может и контакт металл - полупроводник при соответствующем соотно­шении разности работ выхода. Сам металл может инжектировать как дыр­ки, так и электроны, поскольку выше уровня Ферми уровни заполнены дырками, а ниже - электронами. Однако более эффективная инжекция обеспечивается при возникновении в полупроводнике инверсного слоя под действием контактной разности потенциалов. В этом случае основное па­дение напряжения будет на этом индуцированном контактной разностью потенциалов р-п переходе, который и обеспечит инжекцию носителей при прямом смещении. В полупроводнике с исходной проводимостью, близкой к собственной, легко получить в инверсном слое намного большую кон­центрацию основных носителей по сравнению с концентрацией в базовой области, т.е. создать резко несимметричный р-п переход и обеспечить ус­ловия односторонней инжекции неосновных носителей из инверсного слоя в базовую область. Следовательно, на основе таких структур могут быть созданы высокоэффективные магнитодиоды. Одним из наиболее подходящих для кремния металлов как по разно­сти работ выхода, так и по технологии изготовления является алюминий. Работа выхода электронов из алюминия равна 3.74 эВ, в то время как для кремния р-типа она составляет около 4.6 эВ.

58.Применение магнитодиодов: рекомендации по эксплуатации, бесконтактные клавиши для ручного ввода информации, датчики положения движущихся предметов, датчики постоянного тока, преобразователь частоты вращения.

Рекомендации по эксплуатации. Источником управляющего постоянного или переменного магнитного поля могут быть постоянные магниты или электромагниты. Магнитодиоды следует устанавливать таким образом, чтобы магнитные силовые линии были перпендикулярны боко­вым граням полупроводниковой структуры. Допускается работа магнитодиодов при последовательном соедине­нии. Возможны трехкратные изгибы выводов магнитодиодов на расстоя­нии не менее 2 мм от полупроводниковой структуры с радиусом закругле­ния 1-2 мм. Пайку магнитодиодов необходимо производить на расстоянии не менее 6 мм от полупроводниковой структуры с теплоотводом. Бесконтактные клавиши для ручного ввода информации. Наиболее широкое применение в качестве устройства ручного ввода ин­формации в средствах вычислительной и телеграфной техники, в системах автоматики, в измерительных и печатающих устройствах и в качестве ор­ганов управления в радиоэлектронной аппаратуре получили клавишные пульты. В настоящее время применяется контактная и бесконтактная клавиа­тура. Для ручного ввода информации наиболее перспективным считается применение гальваномагнитных преобразователей. Основными узлами клавиш на гальваномагнитных датчиках являются магниточувствительный элемент и магнитная система с постоянным магнитом. Важным узлом клавиши является магнитная система, представляю­щая собой магнитную цепь с постоянным магнитом и арматурой (сердеч­ник, ярмо, полюсные наконечники и другие элементы) и предназначенная для создания и изменения индукции магнитного поля, действующего на магниточувствительный элемент. Отметим, что клавиши на магнитодиодах в зависимости от способа перемещения подвижной части делятся на две группы: клавиши с пружинами и клавиши на эффекте магнитного притяжения. Последние отличаются большой на­дежностью, эффективностью и простотой конструкции. При выборе любой из них должны быть обеспечены следующие условия: Для получения эффективного выходного сигнала при срабатыва­нии электронной схемы необходимо обеспечить максимально возможное изменение индукции магнитного поля, что обеспечивается соответствую­щим выбором постоянного магнита и воздушного зазора, в котором распо­ложен магнитодиод. Магнитную систему клавиши необходимо построить так, чтобы силы магнитного притяжения, препятствующие перемещению его под­вижной части, были минимальными. Кинематическая схема клавиши должна быть такой, чтобы при нажатии на его головку магнитодиод оставался неподвижным. Это позво­ляет предохранять выводы магнитодиода от обрывов, тем самым обеспе­чивая высокую надежность работы клавиши.

Клавиши любой из групп имеют достоинства и недостатки, поэтому рекомендовать однозначный выбор практически невозможно. Для ввода информации бесконтактные клавиши имеют бесспорное преимущество перед механическими. Однако в сильноточной технике кла­виши с механическими контактами имеют определенное преимущество по сравнению с бесконтактными. Датчики положения движущихся предметов. Для создания автоматизированных систем управления в различных областях народного хозяйства начинают широко применяться различные датчики, в том числе датчики положения движущихся предметов (ДПП). В настоящее время они используются в металлорежущих станках с программным управлением, подъемных кранах, конвейерах и в различных транспортных системах. Принципы работы ДПП основываются на различных физических яв­лениях: фотоэффекте, изменениях емкости и электромагнитной индукции, гальваномагнитном эффекте и др. Датчики постоянного тока. Начало серийного выпуска маг­нитодиодов позволило создать на их основе и промышленное производст­во устройств для измерения и контроля различных электрических величин. В частности, магнитодиоды начали применяться в датчиках тока, входя­щих в состав устройств систем управления и регулирования частоты вра­щения электрических машин постоянного тока. Применение магнитодиодов позволило существенно упростить схемные решения датчика постоян­ного тока и конструктивно упростить развязку между силовой схемой управления. Помехозащищенность обеспечивается в диапазоне токов при­мерно 0,2 - 700 А. Преобразователь частоты вращения. Преобразователь пер­вичный измерительный частоты вращения (преобразователь) предназначен для бесконтактного преобразования частоты вращения вала в частоту сле­дования электрических импульсов. Дополнительные требования, характерные рабочие условия приме­нения: изменение температуры рабочей среды от +20 °С до -196 °С; относительная влажность окружающей среды до 98 % при темпе­ратуре (35±3)°С; воздействие электромагнитного поля частотой 6000 Гц; питание преобразователя - (3±0,5) мА, мощность потребления не более 0.16 Вт.