автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Магниточувствительные полупроводниковые сенсоры

MIHICTEPCTBO ОСВ1ТИ УКРЛ1НИ ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖЛВНИЙ ТЕХШЧНИЙ УШВЕРСИТЕТ

Дм с.тужбового хористування Прим. № f

В1КУЛ1НА ЛЦЦЯ ФЕДОР1ВНА

УДК 621.382

МАГНГГОЧУТЛИВ! 11АШВПРОВ1Д1ШКОВ1 СЕПСОРИ

05. 27. Об. - технолога, обладнання та виробництво електронио! техшки

АВТОРЕФЕРАТ

дпсертаци на здобутгя паукового ступеня доктора техшчних. наук

Херсон - 1999

Дисертащею € рукйпис

Робота виконана в Одеському державному ушверсител ¡м. М.Мечникова та Одеському ¿нституп сухопутних вшськ.

Оф1цшш опонентн: член-кореспондент HAH Украши, доктор техшчних наук, професор, Олексенко Павло Феофанович, 1нститут фники натвпровцщшав HAH Украши, зав. вщцлу;

доктор техшчних наук, професор Гусев Володимир Олексшович. Севастопольский державний техшчний ушверситет, директор департаменту електронно! техтки

доктор техшчних наук, професор Левшзон Давид 1делевич, Запоргзька державна шженерна академия, завшуючин кафедрою;

Провщна установа: Харкшский державний техшчшш ушверситет

ряд1омокграи!кя,

Захист дисертацй В1дбудегься // 1999р. о годит на

засщаши спещал!зовано1 вчено! ради (Д 67.052.03) при Херсонському державному теыачному утверситегп за адресою: 325008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

3 дисертащею можна ознайомитись в б1блютещ Херсонського державного техшчного ушверситету

Автореферат рстасланий « 2 » -YО_1999 р.

Вчений секретар спецашзоваио! вчено! ради

Литвиненко В.М.

ЗАГАЛЫГА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшстъ том!г. Нашвпрошдииков! мпппточутлигл сенсори (дал! магштоприлади) знаходять широко використання в сучаснш ви.ш-рювальнш техшш та автоматиш. На ?х основ)" створеш електронш компаси, пристрси зчитування магншшх записав, датчики р1зних величин (тиску, перемещения, швидкосп обер-пв 1 т.д.) , безконтактш псремикач), безколекторш електродвигуни постойного струму, системи електронного запалювання автомобшв та багато пшшх пристрош. До недавнього часу единими представниками класу магнпоприладт були датчики е.р.с. Холла та магшторезистори, прниципи дк яких сформульоваш те в минулому столггп. Але магшточутливкть цих елеметтв невелика (близько 100 В/Тл), то потребуе використання шдсилювачт, ускладиюючих та удо-рожуючих припади. Б ¿л я 20 роив назад нами були запропоноват прин-циии ди нового юмсу мaгнiтoпpилaдiв - магш'тотранзистор('в, чутливгсть яких на два - три порядки пища [20, 22, 23]. Кр^м того, магштотранзис-тори можуть бути виготовлеш ¡з того ж материалу, що I кремшсш' штег-ральш м!кросхеми, а це дае можливкть створговати електронш пристроГ з магштоприладами в единш ттегральшй схем1, що значяо зменшуе вар-псть пристрош та покращуе 1х використання.

Зв'язок роботи з пауковими програмами, планами, темами. Робота проводилась в вцщовшюсп з комплексними щльовими науково-техшчними програмами «Технологш-%» та «Украиалог-2000» Мшмаш-прому Украши.

Мета 1 заедания дослщження.Метою роботи е розробка фЬичних основ конструювання мапптотранзисторхп, мегодш розрахунку 1х магшточутливосп, створення мап птоке рован их штегралъних схем та пристроГв з магштоприладами, впровадження Гх в сериший випуск.

Для досягнення поставлено'! мети в робот! розв'язувались тает задачк

1. За умов експерименту вивчнти дно магштного поля на характеристики магштотраюистор!в.

2. Сформулювати ф!зичш чехлнпми ди магштного поля на струми в магштотранзисторах.

3. Науково обгрунтувати методику розрахунку магшточутливосп мaпIÍтoтpaнзicтopiв.

4. Заиропонувати та впровадити у сершне виробництво принцишаль-но нов1 магнпочутлши пристро!.

Наукова новизна одсржаних результатов заключается в тому, що вперше:

• розроблет ф13ичн! механизм» лп' нового класу нашвпровщникових прилад1в - магн1тотранзистор1в;

• розроблеш методи розрахунку:

- залежиосп власно! шдуктивносп одноперехщного транзистору 1ид магнтюго поля,

- залежнога коефщкнтдв передач! струму вщ магштно! шдукип одноколекторних та двоколекторних магштотранзистор1в;

- величин« е.р.с, Холла в канал! польового мапптотранзистора 13 змшним перер!зом;

• розроблена сер1я конструкцш нашвпровцтлинових магштотранзисто-р1в для р1знома1птного практичного використання, в тому чишп для видпру трьох просторових складових вектора магштно!'шдукцп;

• розроблеш' схемотехшчш методи термостабшзацн вихщного сигналу штегральних магштокерованих мжросхем;

• розроблено ряд магшточутливих елемештв, що входять в штегральш схеми, в яких передача сигналу вщбуваетьея через спшыи облага одного типу прОВ1ДНОСТ1.

Практнчне значения одержан» х результатЁв полягае в створенш серп принципово нових конструкшй магшточутливих транзистор1в та магштокерованих мисросхем. Цшшсть пракгичних рниень шдтверджу-ються 34 авторсышми сыдоцтвачш та патентами на винаходи. И! рппен-ня викорнсташ при розробленш магштопридад1в КД304 1 микросхем К1116КП, я и випускае промислов1сть. Еконои^чний ефект в1д викорис-тання винаходщ бшя 7,5 млн. крб (за 1984-1990 роки), що показано в в!дпов1дних Актах впровадження.

Особнстнн виесок здобувача. В дисертацн узагальнеш результатн доал'джень, виконаних автором разом ¡3 сшвавторами та самослйно. Основна частика з них виконана 1 опубликована самостшно в 7 статтях в наукових журналах. В монографн [1] здобувачем напнсаш 5 роздшв по магштотранзисторам (40% об'ему). В стльних роботах автором зроблено основний творчий внесок в розробку конструкцш магштотранзистор!в та IX технологи, розробку методики проведения експерименто, обробку, систематизацию 1 узагальнеиня результате.

Апробацш результат!« днсертацГь Матер ¡ад и дисертацп були викладеш 1 обговорен! на 1У Всесоюзному симпоз1ум! „Нашвпрошдни-ков1 магштокероваш елементи та 1х використання" (Абовян, 1985), XII Всесоюзнш конферешп! „Датчики на основ! технолог!! мисроелектрош-ки" (Москва, 1986), Всесоюзному сем!нар! „М!кроелектронн! датчики" (Ульяновськ, 1988), 1У науково-техтчнш конференцп „Сенсор-91" (Ле-ш'нград, 1991), М!жнародн!й конферешп! по системах та засобах передач! та обробки шформацн (Одеса, 1998) та ¡нших конференции.

Пуб-пкаци. Основш положения дисертацц вщображеш в 53 наукових працях в тому чиел! в 1 монографн, 16 статтях в наукових журналах,

34 описах до авторських св^доцтв на вниаходи та патентов. Загальний список наукових праць - 70 найменувань (обсяг бшьше за 400 crop.).

Структура i обсяг днсертаци. Дисертащя складаеться п вступу, шести роздЫв i основних иисновктв, викладена на 250 сторшках, включаючн 87 рисутгав, I таблицю, б1блюграфио з 152 найменувань та один додаток.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

Вступ ¡шстять обгрунтування актуальное^ розглянутнх у дисерта-щйшй робот! дослщжень. У цьому роздип сформульована основна мета та завдання робота. Вщображена наукова новизна та практична цшшеть дослщжень, наводяться основш положения, що виносяться на захист.

В першому розд1л1 розглянуто одноперехщш транзистор» (ОПТ), яга дтотъ на осноил модулями опору базн шжектованими ¡з емггера нось ями заряду, внасл1док чого вхщиа вольт-амперна характеристика (ВАХ) мае внгляд Я-типу (рис. 3.1}.

В=0Тл

1Г'

в

(7>(

Г., в

Рнс.1.1. Залежшсть ВАХ гермашешк ОПТ Ыд магнггноТ ¡ндукцп".

Чим бшьший ефективний час життя шжектованих носл'ю те в баз!, там глибше IX проникнення в базу 1 гам менше величина залишково1 напруги V,,, до яко! зменшуеться напруга на емггер! теля перемкнення 13 високо-омного стану нижньо'1 частини бази в низькоомне. При размпцешп ОПТ в магнггному пол! на шжектоваш носи д!с сила Лоренца [Ц.1], що вщхиляе Ух до стшок базн (або навпаки, залежно В1Д напрямку магштного поля та

розм!'р1в ОПТ). Осюшьки швидмсть рекомбшаца нергвновесних носив на стшках бази бшьша, шж в об'ем1, це приводить до змши те, а вииювцщо I V,, (рис.1.1). Залежшсть У0 в(д магнткм шдукцп В може буш викорис-тана для побудови датчика магнтюго поля, що працюе на посттйному струш. Але ма гшта чут л и ш' сть ОПТ в цьому режим! не бшьша, шж чутливютъ магнподюд1В з довгою базою, конструкшя { схема включения яких значно простша.

Значно бшьший штерес дае використання в якocтi датчика магнтюго поля генератора на основ1 ОПТ, оскшыси в практичнш електронит' ОПТ в основному використовуються як генератори, для створення яких до ОПТ досить подключите емшсть (рис. 1.2). Зарядка конденсатора глдбупа-сться звороппм струмом 1нас емггерного р-п переходу, який слабо зале-жить в(д напруги, а розрядка проходить через ош'р Гб1 нижньоГ частини бази ОПТ довжиною Сь Час зарядки 1з ~ С/1шс дуже залежить вщ величини емност!, а час розрядкк ¡Р ~ С-Гб1 значно слабше, оскшыси з ростом С збшьшуеться розрядшш струм та шжекщя носив в базу, що приводить до зменшення г61. Тому при малих С ¡з - (р , I коливання гармошчш, при великих С 1з »1р, i коливання релаксацшш [1, 2].

Рнс.1,2. Залежшсть ямплпудн гармонпших коливань вщ магштноУ шдукцПЕ.

На рис. 1.2 показано вплив магнтюго поля на амплпуду генератора гармотчних коливань Ую на основ1 ОПТ ¡з гермашю (р = 40 Ом см, роз-

М1ри Б = 1x1 мм2, £\ --= 3 мм, ^=2 мм). Повний диференцшний отр вхщ-ного кола ОПТ молсе буги представлений у вигляд! активно! частини (до-

датшй R+ та вщ'емннй R" опори участкт емггер - 60 та реактивно! (внутршня шдуктипшсгь ОПТ L). Теоретичш та експериментальш дос-

лщження [3], числов! розрахупкн на ЕОМ показали, що L та R" ростуть ¡3 збшьшенням часу життя до тих nip, поки глибина затягування шжекго-ваних носив не стане дор!вкювати довжин! бази /д (рис.1.3). Оскшьки магн!тне поле впливае в основному на те, то воно змшюе величини L та

R, що приводить до вщпов1дних змш амплпуди Укэ та частота коли-вань напруги на емп-epi ОПТ. Наприклад, магштне поле, напрям якого показаний на рис. 1.2, тлдхиляс д!рки, що рухаються i3 ем!тера до контакту 6i в!д ст!нки бази !з сторони ем!тера в глибину бази,

L,Fn R ,к(Хн

0,2

ОД -2,5

0.1 0,2

Рис.1.3. Залежшсть У. та Я' сил часу життя пеосиопних носив у баз! ОПТ.

Це зошьшуе !х час життя (зменшуеться рекомбшащя на поверхш), а також X та Я", що приводить до рост}' Ук-> п збшыпенням магнтюго поля. Величина магшточутливосп, що визначаеться як в!дношення напруги до магштно! шдукш"! 13 и струму живлення

АУЮ ' ...

У = (!)

¡■В

в

досягас значения 2-103-. Осильки а р (питомий

А-Тл

оп!р бази), то для збшьшення магшточутливост! необхщно використати нап!впров!дник з великим р. Для щег мети використовувались ексклюзш-ш контакти до бази ОПТ. Ефект ексктоз» в даному випадку полягае в тому, що електрнчне поле в баз! ОПТ виносить неосновн! р1'внов!сш носи - д^рки !з бази через контакт б), що дозволяе на порядок зменшити концентрашю р!вно[мених носив в баз!, збшьшити р та Я", а вщповадю збшьшити у до 104 В/А-Тл

На осжда генератора на ОПТ може бути побудований датчик магнитного поля з частотним виходом, гобто з залежшспо частот» генерацп В1Д

магштного поля. Наиошьша магшточутливють у = —— досягаеться в

режи\й релаксацшних коливань, коли Ъ »

1-В

псрюд коливань

Т =

СУ,

ю

I,

(2)

Схема такого генератора показана на рис. 1.4. ОПТ в ньому вщр1зняеться вщ звичайного тим, що поряд з верхшм базовим електродом розташо-ваний додатковнй шжекцшний контакт р„. 1нжектоваш ¡з нього в базу носп рухаються в електричному пол1 в сторону контакта б!; Их частина влучае в зворотньозмицений смпер ОПТ (при зарядхн конденстора), що збшьшуе його зворотнш струм 1шс. В иаведеному на рис. 1.4 магштному пол! шжектоваш носи вщхиляються силою Лоренца в сторону емкера, що ще бшьше збшьшуе ¡„,1С та частоту £ (2) коливань напруги на ем ¡тер)' Ую- Чутлив1сть датчика росте ¡з збшьшенням складовоТ частини струму

через шжекцшний контакт 1 в слабих мапптних полях досягае 107- ^

при 1б = 2 шА з хорошою лЫйною залежшстю {(В).

А-Тл

/»кГц

1„=0,5 мА

,=0,25 мА

0,2 0,4 0,6

Рис.1.4. Залежшсть частотн релаксацшних коливань В1Д мапнтноУ шдукцм.

Частотний вих!д датчика дае моясшшсть значно спростити стиковку датчика з ЕОМ та мшромппазуватп конструкщю вим1рюючого пристрою. Так, иаприклад, схема вилпрника магншю! шдукци реалпуеться слщую-чим чином. За час одного втиру генератор на ОПТ живиться одним ¡м-пульсом струму тривал)стю 1, = 0,1 с. Елементи схеми релаксащиного генератора шдбираються так. шоб за умоии шдсутносп магштного ноля за

час I(ОПТ генерував 100 ¡миульсш. В магштному псш частота генератора росте (рис. 1.4). Величину струму I, можно установит так, що збшьшення мапптноТ шдукци на I гс буде ш'дповшатн росту частота на 1 Гц. Тод1 200 ¡мпульсам пщпошдае 100 гс, 300 ¡мпульсам 200 гс 1 т.п. 1мпульси ¡з генератора подаються на ;пчилышки ¡мпульЫв Микросхема К176ИЕ4), що вюпочае цифрош шдикатори АЛС314, на яких висв1чу-еться значения магютно! шдукцп. Вся схема разом ¡з джерелом живлення збираеться в корпус) розм1ром ¡з звичайну авторучку гз датчиком на кшш.

Частоту генератора на ОПТ можно також змшювати шляхом освплен-ня бази ОПТ (використовуючи замють шжектора рн промшь сштла, рис, 1.4), змнноючи температуру та т.п., що надае можлшя'сть створюватн прост! вим1рювач1 штенсивиоеп свпла та температуря [2, 4, 17-19] ана-ЛОПЧНОГО ПРИНЦИПУ Л11.

Другнй розд1Л присвячено розгляду бшолярних одноколекторних магттотранзистор1в. Д1я магштного поля на звичайш вертикал ьт бто-лярш транзистори (областт емггера, бази та колектора розташоваш одна за одною по напрямку вщ поверхш в глибину нашвпровщника) виявля-еться у викривлсшп траектори шжектованих ¡з емпера носив заряду, що приводить до збшьшення ефективно!" довжини бази та вщхилення частили носив вщ колектора [5]. Роль останнього ефекту збшьшуеться ¡з змен-шенням ширини е.унтера та колектора, що забезпечуе збшьшення магт-точутливосп. Найменша площа взашного перекриття площин емггера та колектора, що визначаеться глибиною дифузи домниок, досягаеться в латер&тьшй конструкцп транзистора, тому вона I дае найбшьшу мапито-чутливють. На рис.2.1 показана структура такого магттотранзистора (МТ), пунктиром проведена область об'е.много заряду колекторного р-п

переходу. В магштному пол1 з напрямом ®В носи вщхиляються до поверхш бази, 1 '¿х шлях до колектора зменшуеться, а при протилежному - збшьшуеться, що приводить до змши коефвдеята передач! струму Ьгш та струму через МТ. Але в першому випадку магшточутливкть менша внаслщок росту рекомбшацн на поверхш бази.

I

¡Б

П

Рнс.2.1. Структура одноколекторного магштотрашктора.

В робоп [6] проведено розрахунок залежносп Ьдб в'щ магштно! шдук-ци та отримана формула

И21£ = аП + цВ-Р^и (3)

де

кТ_ дЕ

а-1-4

21} 21} Ь1г 13

Е - напружежсть електричного поля в баз1 Знак плюс при доданках з рВ вщповщае напряму магштного поля ©В, а мшус вшповщае ОВ.

О

©В Дл

0,2 0,4

Рнс.2.2. Залежшсть коефипснту передач! струму вад магштиоУ шдукци.

Експериментальна неревфка формули (3) вцшувалась на п-р-п транзистор! ¿з кремнио р-типу з р = 20 кОм-см. Роз.\при емггера та колектора

0,6x0,6 мм2, вгдстань мга< ними /-=0,8 мм, Ьп=475 мкм, Е = 600 В/см, 1у=1,5 мА. При даних значениях величин членом А2/2Ь" та осташп'м доданком в вираз) для а можна знехтувати. Як видно ¡з рис.2.2 зб1г розраховажи по (3) залеяаюсп (пряма л£шя з експериментальними значениями (крапки)) досить добра для напряму магштного поля ©В, що

зменшуе Ьгш- При напрям> ®В вщносне збшьшення Ь21Б менше, що видно ¿з (3), внаслшок того, що нами не враховувалась рекомбшащя шжек-тованих носив на поверхш бази мш емггером та колектором.

Найбшьша маппточуппшсть спостерггаеться при включенш МТ як двополюсиика (коло емггер-колектор) з вщключеною базою. В цьому ви-падку струм через транзистор знаходиться як I = 1кбо/(1 - Ь2 ц,)- В загаль-иих умовах зворотшй струм колекторного р-п переходу Гкю малий, Ь2п;

А

при мпсрорежимах також маши, 1 мапп'точутлив1'сть нсвелика.Тому для збшынення 1Кг,о або в колектор вводяться шунтую1» його капали, або для бази використовуеться нашвироводник близький до власного [20]. На рис.2.3 показана залежшсть 1(В) при р1зних напругах на МТ при двохпо-люсиому вклгоченш. 3 ростом напрути та струму .маппточутлишсть зб!ль-шуеться, що можна пояснити збшьшенням Ь^б з ростом струму [51]. При струм]' 0,6 мА маппточутливгсть близько до 2-104 В/А-Тл.

I ,мА

Рис.2.3. Залежшсть струму через МТ ни магш'пкн шдукци.

Описана конструкция магштотранзистора [20] з указаними вшне геомет-ричними та електричними параметрами матер!ш1у, випускаеться промнс-лов!стю як магштодюд КД304, оскшьки мае два виводи (без базового ви-воду на рис.2.1). Так як ечптерт та колекторш, контакта однаков!, вш мо-же включатися при будь-якш поляриост! напрут и. Аналопчш конструк-ци транзистор!в (з шунтуючими каналами в р-п переход! та двохполюс-ному включешн) можуть бути використаш 1 як високочутлив1 фотоприй-мач! та термодатчики [21].

У третьему роздьш наведено результата експериментальних дослщ-жень двохколекгорних магштотранзистор!в. Конструкшя двохколектор-ного магштотранзистора (ДМТ) з розташованими ¡з двох сторш бази колекторами (рис 3.1) заявлена нами в 1974р. [22], а тзшше под!бш конструкцн запатентован! ¡ншими авторами у вс!х промислово розви-нутих кра'пгах [Ц.2].

ДМТ, наприклад р-а-р типу, працюе слщуючим чином. При ввдсут-носп магштного поля шжектоваш п емпера д1рки розподшяються пор1в-ну мг,к колекторами (суцшьш л!нн на рис.3.1 В=0), 1 1х струми р)'вш. В

магттному иол! ®В (пупктирш лшп) поп'к носив В1дхилясться в сторону колектора Кь його струм збшьшуеться, а струм колектора Кг - зменшуеться. Кр1м ефекту перерозподшу носив М1ж колекторами в ДМТ д1е також \ ефект змши довжини бази. Як видно гз рис.3.1 вш заключаеться в тому, що траектор1я руху носив, що попадають в Кь зменшуеться, т.б. зменшуеться ефективна довжина бази, що приводить до додаткового росту струму. В колектор! К^, навпаки, цей ефект приводить до додаткового

зменшення струму [7]. При протилежному напряли магштного поля ®В струм К г росте, а струм К1 зменшуеться.

Рнс3.1. Структура та схема включения двухколскторного магттотрэдшстора.

Очевидно, що при В=0 розница потенщал1в «¡ж колекторами в симет-ричшй схе.\и' У=0, з ростом магштно! шдукцп В напруга V збшьшуеться. Таким чином, напруга V е функшею величини мапптного поля, а по його

и

знаку можна знайти напрям В. Як видно !з схеми рис.3.1, величину V можна знайти як

V = 11ц{1к1 - 1к2) = Л„/э(А2Ш - ншг), (4)

де Ь2(Б!, Ь21Б2 - коефщкнти передач! струму двох половин ДМТ.

Розрахунки показують [7, 8], що в слабких мапнтних полях (рВ«1)

(5)

4Ьт

де 2а - вадстань м1ж колекторами, 2Ь - ширина емггера, Е - напруже-шстъ електричного поля в баз!, х - час жнття неосновних носив,

ае = ч/кТ.

Стад зауважити, що при проходженш струму основних иосп'в М1Ж базовими контактами Б1 та Б2 в магнитному пол! в обмеженш баз! виникае е.р.с. Холла V*. Холовське поле ш'дхиляе шжсктоваш носи в ту ж сторону, що ! сила Лоренца. Це зб!льшуе мапнточутлишсть ДМТ, але лшш-шсть залежност! У-ДВ,Е) не зм!нюсться, так як Уч~ В-Е.

Експериментальн! зразки ДМТ виготовлялись а гсрмшпя, кремшя та антимошда !нд!я. Лшшна залежн!сть V ~ 1уВ-Е (4, 5) добре пщтверджу-етъся для слабих магштяих пол!в та низысих р!вшв шжекип. В сильних мапнтних полях /ця ефекту перерозподшу носив м!ж колекторами ослаб-люеться (вс! носн вдуть в один колектор), I магшточутлив!сть зменшуеть-ся. 3 ростом р!вня шжекци, збтьшення концентрат! шжектованих носив поруч свитера приводить до зменшення опору щеГ облает! та зменшуе Е, тому залежн!сть и = .ДЬ) стае слабктшою. На рис.3.2 приведена типова залежшеть У(В) кремшйового ДМТ для р1зних температур.

0,4 0,6

В.Тл

Рнс.3.2. Залежтсть напруги лож колекторами ДМТ ви магттноЗ шдукци при рвгаог температурах.

Транзнстори виготовлялись ¡з кремнно з р = 200 Ом-см, а = 75 мкм, Ь = 30 мкм, довжина колектор1в 200 мкм. Осюльки час житгя неосновних

носив в кремни в указаному д1апазош температур росте [Ц.З], то вихщна напруга ДМТ (4, 5) ¡з збшьшеншгм температура зменшуеться.

Сулпсш дп указаних вище трьох ф1зичних ефектзв в баз! ДМТ (змша ефектнвнох довжини бази, перерозподш шжектованих носив млж колекто-рами, е.р.с. Холла) забезпечуе досягнення магшточутлнвосп 5-10 В/А-Тл, що в 5 -г 10 раз!в вище чутлпвосп одноколекторного МТ. Тобто ДМТ не япляе собою просто суму двох одноколекторних МТ, 1 його слш розгляда-ти як самостшний принципово новий пр!шад,

Значний вплив на чутлив1сть ДМТ вносить дифузшне розмиття потоку ¿нжектованих носив в сторону колектор!в. Це приводить до того, що частина шжектованих носив змшюе свою траекторно в магштному пол! лише в межах одного колектора 1 не приймае учасп в перерозподш носив мЬк колекторами, тому чутлиглсть зменшусться. Зменшення дифу-зашого розшнрення потоку носив може бути досягнуто шляхом ство-рення в баз! мЛж колекторами сильнолеговашн обласп [23], град1ента ши-ршш заборонено! зони в!д центру бази до колектор1в [24], використання нашвсферичного базового контакту Б1 [25] та ршюмаштноУ форми колек-тор1в [26, 27]. Таю заходи дозволяготь на порядок збшьшити магшточут-ливють ДМТ.

Датчиком з внкористовуваною атанарною консгрукшсю ДМТ (рис.3.1) можна вилирятп титьки одну складову магштного поля. Для вим1ру двох 1 трьох складових вектора магштно'1 шдукцн розроблеш конструкцп магштотранзпстор1в з трьома колекторами, рознесеними по трьом сторонам бази ^¡чио'т форми [28, 50]. На основ! таких магш-тотранзистор1в створен! дослшп зразки електронних компас!в, як1 не мають мехашчних перемидуючих елеменпв. 3 (х допомогою можна ство-рювати системи, як1 автоматично управляють курсом руху любого пристрою в магнггаому полт Зем.ш [1]. Висока чутливкть ДМТ дозвояе ш реагувати на перемодення розташованого над ними постойного магшту. Цей ефект впкористовуеться для побудови датчиюв тиску [29, 30] та перем!'щення [31, 49]. В останньому випадку впкористовуеться лшшна матриця ¡з ДМТ, причому одна колекгорна область е стильною для двох сусщшх ДМТ, матриця з коловим розташуванням ДМТ використовуеться в датчиках кута повороту.

В четвертому роздЬп проведено дослщження мапйтотиристор!в. Любий тиристор можна подати в вигля/п екв1валенно1 схеми ¡з двох тран-зистор1в. Тобто, розгляд магшточутливих властивостей тиристор ¡в зво-диться до розгляду магшточутивих властивостей складових транзистор!в. Використовуючи звичайну методику [1], не важко показати, що напругу переключешм тиристора, який управляеться по р-баз!, можна знайти за формулою

п

1-11,

1В1

.Л

-11

21 Г,2

(б)

дс Уке проб - напруга лавшшого пробою колекторного р-п переходу, 1У - струм управляючого електрода, - струм в точщ переключения, 11215! - коефедент передач) струму п-р-п транзистора, Ьлв2 - р-п-р транзистора,

С - поспйна (для р13номаштних матер1ал1в р1вна 2-6).

При управлшш по р-баз1 коефоденти передач! струму в (6) мшяютъся

м1сщши.

Використовуючи заметь одного ¡з складових транзистор1в маг-щтотранзистор, одержимо конструкшю мапптотиристора, напруга переключения Уср якого (6) управляеться магттним полем в вшшвщностт з залежшстю 1ълг,(В) (3). На рис. 4.1,а показана структура такого тиристора, причому для управляючого електроду У може бути взятим або контакт до бази п-типу У|, або контакт до бази р-тину Уг [32].

У

б)

а)

У2|

,К

Ж

У//////У//7772

©В

Рис. 4.1. Структур« маггатотарнсторш:

а) одноколекторшш;

б) даоколекторюгй.

Для магш'тотранзистора тут використовуеться р-п-р складовий транзистор, едитер якого с анодом А. Процеси в ньому не В1др1зняються вш пронесу змши 1)21б магштотранзистора в магштному пол). При нанрят маг-

ш'тного поля ®В ¿нжектоват ¡з аноду носи вщхиляються в!д колектору, що приводить до зменшення ¡Ъц, та росту Уср. В протилежно направлено-му магштному пол], навпаки; носи вщхиляюгься в сторону колектора та Уср зменшуеться. Струмом через управляючий елекгрод встановлюеться необхщна величина Уср0 в вщсутносп магш'тного поля. При використанш управляючого електроду У1 мапиточутливкть бшьша, шж при викорис-танш У2, так як в першому випадку разом ¡з змшою ефективно? довжини бази проходить перерозподш ¡нжектованих анодом носив «¡ж р-колекто-

ром та У]. Магшточутлшмсть у при змии Уф в магнтюму по:п досяга-сться 104В/А-Тл.

Збшьшити чутливють магштотиристора до мал пню го поля поляр-

носп ©В можна шляхом використання мапитодюдного ефекту. Коло анод - управляючий електрод являе собою дюд з довгою базою, включений в прямому напрямг Поперечне магштне поле збшыпус його ошр, що при живленш дюда вщ джерела з постшною напругою УАу приводить до зменшення його струму, який е управляючим струмом 1у. Зменшення ж 1у приводить до додаткового збшьшення напруги переключения в магшт-

ному пол! ®В. При зворотнш полярност! магштного поля магштодюд-ний ефект, що також приводить до зменшення 1у, навиаки, ослаблюе дно нервинних ефекпв (збшьшення коефппента передач! струму), тому мапп-точутливкть менша. На рис.4.2 показан! ВАХ магштотиристора типу рис.4.1, а 13 п-кремню з р = 200 Ом-см, вщстань мгж р-областями 100 мкм, товщина пластини 200 мкм.

Управляючий електрод шдключаеться до джерела з постшною напругою Уау=0,67 В. Магтточутливкть до магштного поля ®В при змии напруги переключения складае ЗТ04 В/А-Тл, що в 3 + 4 рази вище чутлнвоеп магштотиристора при живленш кола управлшня В1Д генератора струму. Б|льш наглядно це видно ь рис.4.3, де показана вшюсна змша напруги переключения одного 1 того ж тиристора при використанш управляючого електроду У1 ( огар п-бази великий) або У2 (ошр р-бази малий). Як видно 13 пор1вняння цих двох залежностей, використання мапитодюдного ефекту в п-баз! збшъшуе чутлнвкть в 4 -г 5 ра з ¡в.

На рис. 4.1,6 показана структура двох маг№тотиристор1в, якт мають за-гальний анод та п-базу. По аналоги з двохколекторним мапитотранзис-тором такий прилад можна назвати двохколекторним магштотиристо-ром. Конструкшвно вш БЦфгзняеться вщ ДМ'Г тщьки там, що в середит колекгорних р-областей розташоваш два додаткових л-смггсра. В такш структур! е внутршшга зв'язок м!ж двома тиристорами. Вона проявля-еться в тому, що вщхилення магштним полем шжектованих носив вщ одного колектора до шшого, наприклад В1д К2 до К[, не тщьки приводить до зменшення напруги включения першого тиристора, але й до одночас-ного збшьшення напруги включения другого тиристору. При викорис-танш магшготиристора для переключения струму магштним полем п одного кола в шше це шдвищуе перешкодостшысть схеми.

Vcpo >7&, 80- А

-0,8 -0,4 40-

0,4 0,3

-40-

-80-

В,Тл

Рис. 4.3. Вщносна змша напруги перемиканкя мапптотпрпетора у маг-

Н1ТШ)му no.ii.

Одним 1з основних використань магштотиристор!в е управляем! ви-прямляч! змишого струму. Управлшня в них звичайпо в!дбуваеться з до-помогою одноперехцших транзистор1в, В зв'язку з цим, розроблена кон-струкц!я штегрального елементу, що об'еднуе в cooi одноперехщний маг-штотранзистор та магштотиристор [33, 34]. Д!я магштного поля на два прилада забезпечуе бшьшу ефекгившсть управлшня випрямлячем мапит-ним полем, чим при дн лише на один прилад.

П'ятнй роздьл присвячений польовим мапптотранзисторам. Так як е.р.с. датчика Холла

I • В-R

(7)

то для збшьшення чутливост! датчика Холла необхщно зменшити i'x товщину d. Але на цьому шляху кнують обмеження, обумоплеш як

технолопчними проблемами утримання тонких зразкт, так 1 там, що при малих товщинах росте розс!ювання носив заряду на поверхш, що приводить до зниження 1х рухпивосп. Щ трудноиц можуть бути змешнеш при використанш польового ефекту для зменшення товщини нашвпровщ-ника [9]. При розмпценш любого польового транзистора в поперечному магштному пол! в його канати вшшкае холловське електричне поле, як 1 в будь-якому нагпкпровиишку з двома ом1чними контактами на юнцях. Найпростший польовий магштотранзистор (ПМТ) вщр^зняеться в!д звичайного лише тим, що в його канал! е додаткот боков! ом!чн! кон-такти для зшмання е.р.с. Холла. На рис.5.1 показана структура МДП магштотранзистора з каналом п-типу. При робот! в режим! збщнення каналу товщнна каналу с! м!н!мальна бшя стоку С, що е насл!дком того, що м!ж затвором 3 та щею частиною каналу дое напруга, р1вна сум! напрут затвору \/3 та стоку Ус. Поблизу витоку И напруга М1ж затвором та каналом ршна , тому товщина каналу тут бшьша. В вщповцщосп з (7) напруга Холла максимальна в тому шсщ, де с! мшьмальна. Тобто, холовсью контакта мае ращю розташовувати бшя стоку. Збшьшуючи в!д'емну напругу на затвор!, можна зменшити с! до дуже малих значень ! таким чином збшьшити Ух- Одночасно !з зменшенням с! канал вщходить в!д поверхш, що зменшуе и вплив на розсшвання носив. Аналог!чним чином дае ! ПМТ з р-п переходом в якосп затвору (рис.5.1,в).

а)

Л

6}

й-

т

в

,вЧ

1

-0

п

-а-»

3

Рис. 5.1. Структура МДП-магитотрашистора (а), йогп перепш по шгощит хо! (б) та структура польового магшто-грашистора з р-п переходом (в).

Методика розрахунку Ух ПМТ показана в [1]. При цьому використову-еться формула (7), в як!й с! являеться функц!ею V,, Ус та координата г. Для режиму насичення ПМТ з р-п переходом (при замкнутому затвор! з стоком, Уз = 0) розрахунок дае вираз

и

V, =а-цг-В

Уздк-БШ Р(1-2со5(3)

27кг V 21 ;

(8)

е-\1

1 Г г

де В = -агссоя 1-27к — 3 \ И

+ -

3

Числов1 розрахушси показують, що величина е.р.с. Холла в МДП транзистор) та в польовому транзистор! з р-п переходом практично однакова при р!вних розм1рах та електроф!зичних параметрах каналу. Нкспериментальна чутливкть кремшевих магштотранзистор^в з каналом р-пшу при 1с = ОД мА порядку 400 В/А-Тл, шо в 5 * 10 разгв вище чутливост! датчика Холла з аналогичного материалу. Не зважаючи на те, що чутлив1сть ПМТ на два порядки нижча чутливост! бшолярних маг-штотраизисторш, вони також знаходять практичне використання, так як мають меншнй р1пень власних шум ¡в.

Рис. 5.2. Схема датчика маггатного поля на основ! двозс пальових трашию-рш I сшльнпм 1атвором -датчиком Холла.

В

На рис.5.2 показаний другий тип ПМТ, де роль датчика Холла вико-нуе нашвпровщникова область затвору, яка е сшльною для двох канал!в [35]. Оп!р канаш'в разом з иавантажуючими опорами К„ створюють мют,

в дхагональ якого включений вольтметр V. За умов шдсутноетт магштно-го поля м!ст збалансований 1 V = 0. В магшгному пол! при проходженш через контакта 3, та 32 затвору струму, в ньому, як 1 в любому нагавпровщнику, виникае е.р.с. Холла. Одна половина е.р.с. (-У/2) прикладена до левого каналу та е запираючою, а друга (+\72) - до правого каналу I е вщмикаючою. Внаслщок цього огпр л1вого каналу росте, а правого зменшуеться, що приводить до розбалансу листа, 1 V росте ¡з збшьшенням магнитного поля.

На вщмшу рлд одноканального (рис.5.1), в двохканалыюму ПМТ (рис.5.2) транзистори диоть 1 як шдсилюгоч! елементи, внаслщок чого магшточутливють шдешцуеться на один-два порядки та досягае чутли-воеп двохколекторного магнгготранзистора. Не дивлячись на складну технолопю (в пор1внянш ¿з ДМТ), двохканальний ПМТ перспективний для вимтру слабких мапитних пол1в, оскшьки мае низький р1вень влас-НИХ ШуМ1В, ЯК 1 ВС1 ПОЛЬОВ! транзистори в пор1вняши з бнюлярними.

Мал1 розлпри активних областей ПМТ дозволяють використовувати IX для вим1ру градкнта мапитного поля з високим просторовим розр^знен-ням. Приклад тако1 конструкцп подашш в [36], де два одноканальш ПМТ мають спшьний витж 1 градиент втирюеться по р1'знищ струм1в м^ж транзисторами. Це ж тсхшчне рпиення використане попм в прнстроях для вим1ру р(зниц1 координат [37] та температур [10,38, 39].

У шостому роздш подано результата розробки магштокерованих мшросхем, Магшточутлив1 елементи, в основному, внкористовуються в пристроях двох титв: в вим1рюючих пристроях, де вихгцний сигнал явля-еться функцкю магштео! шдукцп, I в пристроях, що перемикають, де виходной сигнал мшяеться вщ "0" до "1" при досягненш порогово!' вели-чини шдукцп магнитного поля В„. Схеми пристро1в обох тигпв зараз виготовляються по стандартнш технологи кремнгевих м!кросхем у вигля-№ штегральшл м1кросхеми. Осетльки м!кросхсма повинна працювати в звичайному штервал! температур -45°...+30°С, одш'ею ¡з найважлившшх задач е забезпечення П стабшьнот при змии температури, тобто неза-лежносп величини вихщного сигналу вщ температури. Один ¿з способов розв'язання 1ПС1 задач! розглянутий на приклад1 промислово! мжросхеми К1116КП [40], блок-схема якоУ гфиведена на рис.6.1. В цьому випадку микросхема використовуеться як магштокерований перемикач з шдук-щею спрацювання В„ = 100 мТл. Схема мае датчик Холла ДХ, диферен-щйннй пщсилювач, тригер ТГ та вихщний транзистор ВТ [16]. При вщ-сутносп мапитного поля напруга з датчика Холла Ух = 0, сигнал на тригер не надходить 1 напруга на виход! висока (стан "Г'). При размшенш м!кросхеми в магштному шш з В > Вп , шдсилений з датчика Холла

сигнал переклгочае тригер, { напруга на виход1 р1зко зменшуеться (стан "О"). Так як при живленш датчика Холла В1д джсрела з наиругою У0

цВУпа

(

(9)

а рухливють носив зменшуеться з ростом температуря, то I Ух також зменшуеться [1]. Це приводить до змши велнчини порогового магштного поля В„, при якому вибуваеться переключения схеми. Для збшьшення термостабшьносп Вп в схему введено термочутливий блок Тч, який збшь-шуе струм живлення струмозадаючого транзистору ТТ, та транзистор1в УТ диферешнйного ш'дснлювача з ростом температура. Збшьшення струму через любий бтолярний транзистор (при малих струмах) приводить до росту його косфинента шдсилення [Ц.З]. Вщповщно росте коефвдент шдсилення диференш иного шдсилювача, що компенсуе зменшення вхи-ного сигналу Ух, 1 вихшшй сигнал пщсилювача не залежить вш температуря, а визначасться гальки величиною В. Таким чином класться практично повшстю компенсувати температурну нестабшынсть Ух, а в1дповщно 1 кестабшьшсть Вп[11].

♦У.

п

тг

Я—к

ТТ

В1ШД 0

Рпс. 6.1. Елок-сгема магшгоуправлясмо! 6Х Видка частпвз мжрояема

мжроиемв. 3 дщ

Як термочутливий елемент в такш м1кросхем1 можна використовувати 1 сам маппточутлнвий елемент, наприклад, двохколекторний магшто-транзистор (ДМТ), вихшшй сигнал якого з ростом температури також змешнуеться (рис.3.2). Вхщна частина тако! м1кросхеми показана на рис.6.2 [41]. МЬкбазове коло ДМТ (рис.3.1) е резистором х як будь-який натвпровццшковий резистор, може виконувати роль терморезистора. 3 ростом температури ошр кремшевого резистора збшьшуеться (змеи-

шуеться рухливють носив), що приводить до збшьшення падшня иапруги на ньому, яка подасгься на вхи УТ. Це приводить до збшьшення коефвдента шдснлення УТ, як I в минулому вариант! (рис.6.1), що I забсзпечуе термостабтзацпо вихЦного сигналу.

Подальше удосконалювания м]'кросхеми К1116КП проходило в на-прямку зменшення п енергоживлення [42] та створення микросхема, що працюе в двохполюсному включешн [43], тобто як двохполюсшш перемикач, що управляеться магштним полем. Проспшим перемикачем такого типу е магштогиристор, але його недолжом е тс, що вш залиша-еться в включеному сташ 1 шсля викшочення магштного поля. Двохпо-люсна микросхема вщьна вщ цього недолжу, вона сама виключаеться при знят магнитного поля [52].

В звичайних шгегралышх схемах елементи схеми ищокремлеш один В1д одного роздшяючими областями, а з'еднання мгж ними вщбуваються за рахунок струмопровщних доршок на поверхт кристалу. Ц| областт та дор»жки значно збшьшують розм1ри мкросхеми та ускладнюють техно-лопю. В зв'язку з шм в остатн роки розвиваеться напрям функщ-онально\' електрошки, в присгроях яко{ сусщш елементи мають об'емний зв'язок. Одним 13 прикладов таких микросхем е И2Л -схеми. Сусщш тран-зистори в таких схемах мають спшьш обласп, тобто, наприклад, колек-торна область одного транзистора е базою другого I сигнал м!ж ними передаетъся шляхом безпосереднього переносу шжектованих носив в одного транзистору в ¡нший. Такий об'емний зв'язок використаний нами в конструкциях ряду мапитопршвдв. Як видно ¡з рис 6.2 обласп колек-тор!в ДМТ та обласп баз УТ в м1кросхем1 мають один тип прошдноетг Це стало п¡детавою для створення коиструкци магштоприлад1в, дс область колектора ДМТ е одночасно базою в)ялошдного УТ. Звичайно, в мкросхем1 для магшточутливого елементу може бути використаний лю-бий магштотранзистор, в тому числ! I польовий [44]. Польов1 транзисто-ри можуть використовуватись 1 в шдсилювач! [45]. В цих лпкросхемах також використаний об'емний зв'язок, наприклад, колектори ДМТ е одночасно затворами пщеилюючих польових транзистор1в або !х каналами [46].

Для збшьшення магшточутливосп можна використовувати з'еднання кшькох магшточутливих елеменпв в однш м1Кросхем!. Прикладом такого з'еднання е М1ст ¡з чотирьох одноколекторних магштотранзистор!в, при-чому в однш пар! протилежно розташованих МТ струм росте в магштно-му шш, а в шипи пар! зменшуеться. В щй м1кросхем! [47] також викори-сташ спшьш обласп в двох сусишх МТ (емггер двох МТ може бути епшьним, ем ¡тер одного МТ може бути колектором шшого МТ 1 т.п.). Аналопчний мкт може бути створений !з двох двохколекторних магшто-

транзистср'в (рис.6.3). При вказаному напрям! магштного поля В струм и колекторт Кг ростуть, а струм и К| зменшуються, що приводить до вщно-вщного розбалансу мосту п чотирьох колекторннх р-п переход!в [48].

Якщо з датчика иеохщно отриматн змшний вихщний сигнал, що е фунипею величини пост! иного магштного поля, використовуеться двох-колекторний магнп-отранзистор, «¡жбазова область якого та ем ¡тер вико-нують одночасно функцн одноперехщного транзистору (ОПТ) та вмика-еться по схем» генератора на ОПТ (рис. 1.4) [12]. Емш:р виробляе змшну шжекцио носив в базу, як! перерозподшяготься лпж колекторами так, як 1 в звичайному ДМТ, що працюе на пост!йиому струм! (рис.3.1). Змшна ш-

_ _

р р

я

(

Рлс. 63. Мостова схема з др.ох ДМТ з прошлеж-нога провщтстю.

Рис. 6.4. Схема датчика на основ! ДМТ, мшбазове коло якого працюе як генератор на ОПТ (рис. 1.4.)

жекц!я обумовлюе 1 появу \пж колекторами вихщно!" змшио1 напруги V, пропоршйно! величин! В. Структура магштопрнладу в дьому випадку поеднуе в соб! двохколекторний магштотранзистор та одноперех!дний транзистор, що маютъ епшьну базу та ем!тер.

Розглянуп напрямки створення магн!токерованих микросхем е най-бшьш перспективними, так як в цьому випадку зменшутоться загальш розм!ри нашвпровшшково!' пластини, зменгауеться кшьюсть з'еднань М1ж елементамн схеми, спрощуеться технолога створення м!кросхем ! зменшуеться !х ц!на.

До нашвпровщннкових микросхем можла вщнести 1 оптроии -припади, що сладаються Ь входного свгглодюда та вихщного фотоприймача, Ы1ж якими 1снуе оптичний зв'язок та забезпечена електрична ¡золяц1я [Ц.4]. При змш входного струму змзнгаеться свтювий потк, що падае на фотоприймач. Це приводить до змиш вихщного сигналу. Якщо у рол1 фотоприймача використати елемент, чутливий до магштного поля [15, 53], то можна отримати оптрон, вихщний сигнал якого може одночасно управлятися як сшглом, так 1 зовшшшм магштним полем. Експериментальна перетирка цього положения проводилася на оптронах двох тишв: в перших в якост! фотоприймача використовувались фото-транзистори, а в других - фототиристори. Оптрони виготовлялися на баз! промислових оптрон ¡в типу АОУЮ2, 103. Показано, що магштне поле з 1 иду к шею 0,4 Тл приводить до такоГж змши димнки з негативним опором на ВАХ, як 1 внпромшювання свшгадюда при струм! 8 мА (макси-мальшш струм 20 мА). Подвшне безконтактне управлшня вихадним параметром оптрона дозволяе значно розширити його функщоналъш можливостг [13,14].

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТ!! ТА ВИСНОВКИ

В роботт вперше отримаш слщунта результат«.

1. Установлено зв'язок шдуктивносп та вщ'емкого диференшкного опору з часом житгя шжекгованих в базу носив, яю залежать в!д величи-ни зовшшнього магштного поля. Це склало ф!зичну шдставу для ство-рення генераторш - датчиетв магштного поля, вихщним параметром яких е або амгштуда, або частота генерованого сигналу. Датчики останнього типу мають високу чутливють, легко з'еднуються з ЕОМ, на (х основ! розроблеш м!кроелектронш вим!рювач! магштно! шдуюш.

2. Обгрунтована методика розрахунку мапиточутливост! одноколек-торних магн!тотранзистор!в, за допомогою яко!' створена проста конструкция високочутливого двохполюсного м!кромагштоелементу КД304, що сер!йно випускаеться промкеловютю.

3. Сформульован! фгзичш мехашзми та експериментально гпдтверд-жеш дн магштного поля на струми в двохколекгорному магштотран-зистор! (ДМТ), що включае перерозпод!л !нжектованих ¡з емггеру носив м1ж колекторамн та змшу ефективно! довжшш бази. Розроблена конструкщя ДМТ та метод розрахунку залежносп коефвдешзв передач! струму в кожний колектор в!д магнитно! ¡ндукци, що дае мояодшеть установити зв'язок магшточутлнвосп з параметрами бази, електричним режимом та вибрати оптималып рошфи елекгрод!в. Створен! експе-

риментальш зразкн ДМТ з магшточутлив^спо на порядок бшьше шж у магштоприлад!в íhuiiix тигнв.

4. Запропоиовано та реализовано принцип Д11 трьохколекторного магн!тотранзистору з базою куб1чно'1 форм», в якому колектори рознесеш в трьох взаемно перпендикулярних иалрямах. Це дае можливють tuiMÍpro-вати bcí три просторов! складов! вектора магштно! шдукца.

5. 3 використанням принципу дп магшточутливих гранзиетор!в ство-реш та вивчеш магнггогирнстори з одним та двома колекггорамн та магш-тоуправляем! випрямляч! на ix ochobí.

6. Досшджено д!ю магштного поля на характеристики польових TpaH3ncropÍB. Реагнзована модель польового транзистору, вихщним параметром якого е е.р.с. Холла, що вшшкае в канал)'. Обгрунтовано метод розрахунку е.р.с. Холла в канал! Í3 змшшш перерезом.

7. Запропоиовано та експериментально перешрено принцип ди магш-точутливого пристрою, шо мае два польов1 транзистори Í3 спшышм иаш'вировщниковим затвором. При вмиканш двох канашв в мостову схему рхзниця напругн mí ж ними пропорщйна е.р.с. Холла, що вшшкае в затвор!. Висока чутдитсть пристрою обумовлена шдсшноючими влас-тивостями Tpaii3HCTopÍB.

8. Po3BHHyri схем ni метода термостабшзацп вихщного сигналу магш-товтнрюючого пристрою шляхом використання шдсилювача з коефщь ентом шдснлення, що управляеться термоснгналом з магшточугливого елемеиту. Таке техшчне рипення використане в сершно внготовляемих промислов!стю магштоуправлясмих микросхемах типу К1116КП.

9. Розроблено ряд магшточутливих елемеггпв з шдсшиовачами, в яких областт одного типу провшюст! е стлышми для елементу та шдсилгого-чнх транзистор!«. Це дас можлишсть значно зменшити роздпрн, спростити коиструкшю та технологно створення мапнтокерованих штегральних микросхем.

10. Застосування в рол! фотоприймач!в оптрошв магшточутливих елементш дозволило створити оптрони з лодвшним безконтактным керуванням внх!дшш сигналом (свшюм i мапнтшш полем), що значно поширюе íx функцюнальн! можлнвост!.

OCHOBHIРЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦИ ОПУБЛ1КОВАНО В РОБОТАХ:

1. Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Стафеев В.И. Гальваномапштные приборы. - М: Радио и связь, 1983. - 105 с.

2. Викулина Л.Ф. Фототранзисторы, управляемые магнитным полем // Фотоэлектроника: Респ. межвед. научи, сб. - 1998. - № 7. - С.54-55.

3. Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Глауберман М.А., Запорожченко Ю.А. Исследование индуктивных свойств однопереходного транзистора // Радиотехника и электроника. - 1979. - № 12. - С. 2552-2557.

4. Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Глауберман М.А. Частотный преобразователь температуры на однопереходном транзисторе // Приборы и системы управления. - 1978. -№4. - С.40-41.

5. Викулина Л.Ф. Магниточувствительные транзисторы // Технология и констр. в электронной аппаратуре. - 1998. - Ks 1. - С. 25-26.

6. Викулина Л.Ф., Кладива Э. Магниточувствительные свойства латеральных транзисторов // Радиотехника и электроника. - 1985. - № 8. -С. 1669-1670.

7. Викулина Л.Ф., Козел В.В. Чувствительность двухколлекторных маг-нитотраизисторов // Радиотехника и электроника. - 1985. - № 4. - С. 824-826.

8. Викулина Л.Ф., Козел В.В. Расчет коэффициента передачи тока маг-нитотранзистора // Электронная техника, сер.2. - 1986. - Ш 3. - С. 9-12.

9. Викулина Л.Ф. Полевые магнитотранзисторы // Технология и констр. в электронной аппаратуре. - 1998. - № 1. - С. 27-28.

10. Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Майстренко И.Е. Датчики температуры на полевых транзисторах / Датчики на основе микроэлектроники. -М.: Знание, 1986. -С.131-134.

11.Викулина Л.Ф. Схемное решение термостабилизации выходного сигнала полупроводниковых датчиков И Технология и констр, в электронной аппаратуре. - 1998. - № 3. - С. 52-53.

12.Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Глауберман М.А., Канищева H.A. Интегральный мапшточувствительный прибор // Приборы и техника эксперимента. -1981. - № 3. - С. 250-251.

13.Викулина Л.Ф. Действие магнитного поля на характеристики тиристорной оптопары // Фотоэлектроника : Респ. межвед. научн. сб. -1999.-№8. - С. 102-103.

14. Викулина Л.Ф. Оптроны, управляемые светом и магнитным полем // Приборы и техника эксперимента. - 1999. - № 6. - С. 100-103.

15. Викулина Л.Ф. Панфилов Й.П., Шевчук О.Б. Фототранзисторы с перестраиваемой чувствительностью// Пращ УНД1РТ,- 1999. - Вып.2 (18) -С. 48-49.

16. Викулина Л.Ф. Магшгшуправляемый переключатель Н Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 1999. - № 5-6. — С. 18 -20.

17.A.c. 1039342 СССР, МКИ G01K 7/14. Датчик температуры с частотным выходом / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Чирков В.М., Шапошников А.Д. (СССР). - №3379766; Заявлено 7.1.82; ДСП-6 с.

18.A.c. 1189301 СССР, МКИ H01L 31/10. Фотоприемник. / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Курмашев Ш.Д., Стафеев В.И. (СССР).

- № 3711242; Заявлено 21.3.84; ДСП - 6с.

19.A.c. 1201690 СССР, МКИ G01K 7/14. Датчик температуры с частотным выходом. / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Майстренко И.Е., Прохоров В.А. (СССР). - № 3739414; Заявлено 11.05.84; Опубл. 30.12.85; Бюл. № 48. -2с.

20. A.c. 755110 СССР, МКИ H01L 29/82. Магнитотранзистор / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Егиазарян Г.А., Манвелян Ю.С., Мнацака-нян Г.А., Саркисян A.C. (СССР). - № 2748753; Заявлено 26.01.79; ДСП-6с.

21. A.c. 1123485 СССР, МКИ НО 1L 35/00. Полупроводниковый термочувствительный прибор / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Прохоров В.А, Чирков В.М. (СССР). - № 3546849; Заявлено 21.1.83; ДСП -5с.

22. A.c. 1402205 СССР, МКИ H01L 29/82. Магниточувствительный транзистор / Викулин И.М., Глауберман М.А., Викулина Л.Ф., Запорож-ченко Ю.А. (СССР). - № 2017884; Заявлено 22.04.74; ДСП -2 с.

23. A.c. 741709 СССР, МКИ H01L 29/82. Магнитотранзистор / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Канищева H.A., Егиазарян Г.А.,Манвелян Ю.С. (СССР). -№2683437; Заявлено 10.11.78; ДСП~5с.

24. A.c. 843663 СССР, МКИ H01L 43/04. Магнитотранзистор / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Курмашев Ш.Д., Егиазарян Г.А., Петро-сян Э.А. (СССР). - № 2886270; Заявлено 25.02.80; ДСП - 3 с.

25. A.c. 1124812 СССР, МКИ H01L 29/82. Магнитотранзистор / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Марченко А.Н., Демидов С.Н. (СССР).

- № 3512557; Заявлено 22.11.82; ДСП - 6с.

26. A.c. 1123481 СССР, МКИ H01L 29/82. Мапштотранзистор / Вику-лин И.М., Викулина Л.Ф., Марченко А.Н. (СССР). - № 3574034; Заявлено 7.4.83; ДСП-5 с.

27. A.c. 1152453 СССР, МКИ H01L 29/82. Двухколлекторный магнитотранзистор / Викулин ИМ., Викулина Л.Ф., Коновалов В.В., Козел В.В., Марчешсо А.Н. (СССР). - № 3677530; Заявлено 23.12.83; ДСП-7 с.

28. A.c. 1797416 СССР, МКИ H01L 29/82. Магнитотранзистор / Викулина Л.Ф., Прохоров В.А., Викулин И.М., Глауберман М.А., Мальцев П.П. (СССР). - № 4874396; Заявлено 16.10.91; ДСП - 2 с.

29. A.c. 586346 СССР, МКИ G01L 9/14. Измерительный преобразователь давления / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Петрищев В.И., Шнайдер И.П. (СССР). - № 2417001; Заявлено 9.11.76; Опубл. 30.12.77; Бюл. № 48. -3 с.

30. A.c. 1723878 СССР, МКИ G01K 9/04. Датчик давления / Викулин И.М., Глауберман М.А., Викулина Л.Ф., Прохоров В.А., Чирков В.М. (СССР). -№ 4745069; Заявлено 02.10.89; ДСП - 3 с.

31. A.c. 1773153 СССР, МКИ G01B 7/00. Датчик перемещения / Викулин И.М., Глауберман М.А., Викулина Л.Ф., Смеркло Л.М. (СССР). - № 4843198; Заявлено 28.6.90; ДСП - 4 с.

32. A.c. 569241 СССР, МКИ H01L 29/82. Магнитотиристор / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Гаршенин В.В., Купцов Ю.Ф. (СССР). -№2309385; Заявлено 04.1.76; ДСП-4 с.

33. A.c. 786740 СССР, МКИ H01L 27/04. Полупроводниковый прибор / Викулина Л.Ф., Купцов Ю.Ф., Викулин И.М., Гаршенин В.В. (СССР). -№ 2801578; Заявлено 26.7.79; ДСП - 6 с.

34. A.c. 1072745 СССР, МКИ Н02М 2/17. Преобразователь переменного тока в постоянный / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Мишанов В.Н. (СССР).-№3509336; Заявлено 10.11.82;ДСП-7с.

35. A.c. 668526 СССР, МКИ H01L 43/02. Полевой магнитотранзистор / Викулина Л.Ф., Викулин И.М., Абовян В.О., Егиазарян Г.А. (СССР).

- № 2489246; Заявлено 24.5.77; ДСП - 7 с.

36. A.c. 1120819 СССР, МКИ G01R 33/02. Датчик градиента магнитного поля / Викулина Л.Ф., Викулин И.М., Алексеев В.В. (СССР).

- 1120819; Заявлено 14.6.82; ДСП - 7 с.

37. A.c. 745312 СССР, МКИ H01L 29/76. Координатно-чувствительный фотоприемник / Викулин И.М., Курмашев Ш.Д., Викулина Л.Ф., Стафеев В.И. (СССР).-№2699274; Заявлено 20.12.78; ДСП-6 с.

38. A.c. 993042 СССР, МКИ G01K 7/00. Датчик температуры / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Чирков В.М., Шапошников А.Д. (СССР).

- № 3294616; Заявлено 28.5.81; Опубл. 30.1.83; Бюл. №4.-3 с.

39. А. с. 1198390 СССР, МКИ G01K 7/00. Датчик температуры / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Майстренко И.Е., Прохоров В.А. (СССР). -№ 3614165; Заявлено 20.5.83; Опубл. 15.12.85; Бюл. №46. -3 с.

40. A.c. 1200793 СССР, МКИ H01L 27/22. Магниточувствительная интегральная схема / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Марченко А.Н., Ткачев Б.В. (СССР). - № 3716286; Заявлено 28.3.84; ДСП - 5 с.

41. A.c. 1338723 СССР, МКИ H01L 27/22. Магниточувствительная микросхема./ Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Марченко А.Н., Коновалов В.В. (СССР). -№ 4007733; Заявлено 10.1.86; ДСП - 3 с.

42. A.c. 1385988 СССР, МШ НОЗК 17/90. Мапштоуправлясмый переключатель / Викулин И.М., Марченко А.Н., Викулина Л.Ф., Ткачев Б.В. (СССР). -№4082172; Заявлено 16.05.86; ДСП-3 с.

43. A.c. 1382377 СССР, МКИ НОЗК 17/90. Магннтоуправляемый переключатель / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Марченко А.Н., Ткачев Б.В. (СССР). 4082118; Заявлено 20.5.86; ДСП - 2 с.

44. A.c. 869515 СССР, МКИ НО IL 29/82. Магниточувствительное устройство / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Егиазаряи Г.А., Мирази-зян K.M., Петросян Э.А. (СССР). - № 2965106; Заявлено 13.6.80; ДСП -6 с.

45. A.c. 1042540 СССР, МКИ H01L 29/82. Магниточувствительный прибор / Викулин И.М., Глауберман М.А., Викулина Л.Ф., Егиазаян Г.А., Миразизян K.M. (СССР). - № 3379309; Заявлено 7.1.82; ДСП - 6 с.

46. A.c. 1053680 СССР, МКИ H01L 29/82. Магниточувствительное устройство / Викулин И.М., Викулииа Л.Ф., Глауберман М.А., Козел В.В. (СССР). - № 3417372; Заявлено 2.2.82; ДСП - 8 с.

47. A.c. 921390 СССР, МКИ H01L 29/82. Магниточувствительный прибор / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Егиазаряи Г.А., Мирозазян K.M., Саркисян А.С.(СССР). - № 3006876; Заявлено 24.11.80; ДСП - 4 с.

48. A.c. 1061661 СССР, МКИ H01L 29/82. Магниточувствительный прибор / Викулин И.М., Викулииа Л.Ф., Козел В.В., Прохоров В.А., Чирков В.М.. (СССР). - № 3442649; Заявлено 23.4.82; ДСП - 7 с

49. Пат. 1773153 РФ, МКИ G01B 7/00. Датчик перемещения / Викулин И.М., Глауберман М.А., Викулина Л.Ф., Виноградов М.А., Смеркло Л.М. (Украина). - № 4843198; Заявлено 28.6.90; ДСП-4 с.

50. Пат. 1797416 РФ, МКИ НО 1L 29/82. Мапштотранзистор / Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Прохоров В.А., Глауберман М.А., Мальцев ПЛ. (Украина). -№ 4874396; Заявлено 16.10.90; ДСП - 2 с.

51. Викулин И.М., Викулина Л.Ф., Глауберман М.А., Запорожченко Ю.А., Обеспечение максимальной чувствительности транзисторов при использовании их в качестве датчиков II Сб. деп. рук. ВИНИТИ, -М.: 1978. -№ 9. - 4 с.

52. Викулииа Л.Ф. Полупроводниковые бесконтактные магнитоуправ-ляемые переключатели для информационных систем // Труды II Меж-дунар. конф. «Системы и средства передачи и обработки информации» - Одесса, 1998. - С. 221

53. Викулина Л.Ф., Шевчук О.Б. Фотоприемники с чувствительностью, управляемой магнитным полем // Труды III Междунар. конф. «Системы и средства передачи и обработки информации» - Одесса, 1999. -С. 51

Цитированная литература.

Ц1. Стафеев В.И., Каракушан Э.И. Магнитодиоды. - М.: Наука, 1975. -216 с.

Ц2. Пат. № 4288708 США. МКИ НО IL 29/82. Магниточувствительный транзистор / Vinal А. (США); Intern. Machines Corp. -№ 145408; Заявлено 01.5.80; Опубл. 08.9.81; НКИ 307/309. Пат. № 5099298 США. МКИ H01L 27/22. Трехколлекторный магнитотранзистор / Nakamura Tetsuro, Kikuchi Satoshi (Япония); Mitsdb ishi Co. / - № 1-144025; Заявлено 8.6.89; Опубл. 24.3.92; НКИ 357/27.

ЦЗ. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. - М.: Сов. радио, 1980. - 424 с.

Ц4. Свечников C.B. Элементы оптоэлектроники. - М.: Сов. Радио, 1971. -287 с.

Вжулша Л.Ф. Магшточутлив1 нав^впрошдников! сенсори. -Рукоиис. Дисертащя на здобутгя паукового ступеня доктора техшчних наук за спещалынстю 05.27.06 - технолога, обладнання та виробиицтво електрошш1 техшки. -Херсонський державний техшчний университет, Херсон, 1999.

Дисертащя присвячена питаниям конструювання та дослщжеши елек-тромагштних характеристик нашвпровцшикових тракзисторш, чутливих до магштного поля (магштотранзистори). Захищаеться 51 наукова робота (1 монография, 16 статгей, 34 винаход1в) в яких побудоваш ф!зичш та математичш модел! магнпотраюистор1в i магштокерованих штегралышх MiKpocxeM на ïx ocnoai. Розроблеш конструкцн магштотранзистор1в i дослужен! характеристики експериметальних зразюв. Знайдеш нашв-npoBiflHHKoei Marcpianii, пригодш для створення магштогранзисторт в вим!рюючш техшщ (датчики магштного поля, перемещения, тиску i т.п.) та в автоматищ (безконтактш магштокероваш перемикач1). Основш типи розроблених маш1тотранзистор!в та магштокерованих штегральних схем cepifiHO випускаються електронною промисловютю.

Ключов1 слова: p-n nepexia, ВАХ - вольтамперна характеристика, шдук-тившсть, магштна ¿ндукцм, магштотранзистори, MarniTOKepOBani мшро-схеми.

Викулина Л.Ф. Магниточувствительные полупроводниковые сенсоры. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.27.06 - технология, оборудование и производство

электронной техники. -Херсонский государственный технический университет, Херсон, 1999.

Диссертация посвящена вопросам конструирования и исследования электромагнитных характеристик полупроводниковых транзисторов, чувствительных к магнитному полю (магнитотранзисгоры). Защищается 51 научная работа (1 монография, 16 статей, 34 изобретения), в которых построены физические и математические модели магнитотранзисторов и магнитоуправляемых интегральных микросхем на их основе. Рассмотрены физические принципы работы 5 типов транзисторов: однопереход-ные магнитотранзисторы, одноколлекториые и двухколлекторные биполярные магнитотранзнсторы, полевые магшгготранзисторы и магнитоти-ристоры. Однопереходные транзисторы имеют ВАХ Б-типа и характеризуются собственной индуктивностью, поэтому для создания генератора к ним достаточно подключить конденсатор. Теоретически и экспериментально установлена связь индуктивности с внешним магнитным полем, что послужило основой создания генераторов-датчиков магнитного поля, выходным параметром которых является либо амплитуда, либо частота генерируемого сигнала. Датчики последнего типа легко стыкуются с ЭВМ, что и определяет область их применения. Одноколлекториые биполярные магнитотранзисторы в двухполюсном включении (цепь эмиттер-коллектор) являются наиболее простыми в конструктивном и схемотехническом оформлении. Двухколлекторные магнитотранзисторы конструктивно сложнее, но имеют на порядок большую чувствительность и позволяют измерить не только величину, но и направление магнитного поля. Разработаны методы расчета чувствительности магнитотранзисторов и исследованы характеристики экспериментальных образцов. Определены полупроводниковые материалы, пригодные для их создания. На основе разработанных магнитотранзисторов созданы интегральные мапшточувствительные схемы с аналоговым и цифровым выходом. При этом решена главная проблема - устранение зависимости величины выходного сигнала от температуры. Она решена путем использования в микросхеме усилителя с коэффициентом усиления, управляемым термосигналом с магниточувствительного элемента. Для коммутации мощных токов разработаны магнитоуправляемые тиристоры. Конструкция каждого магнитоприбора защищена несколькими авторскими свидетельствами на изобретение. Отмечены основные направления применения магнитоприборов в измерительной технике (датчики магнитного поля, перемещения, давления и т.д.) и в автоматике (бесконтактные магнитоуправляемые переключатели). Применение магнитоуправляемых переключателей в электротехнике позволило создать принципиально новые конструкции бесколлекторных электродвигателей постоянного тока и

бесконтактных систем зажигания двигателей внутреннего сгорания. Основные типы разработанных магннтотранзисторов и магнитоуп-равляемых интегральных схем серийно выпускаются электронной промышленностью.

Ключевые слова: р-n переход, ВАХ - вольтамперная характеристика, магнитная индукция, магнитотранзисторы, мапштоуправляемые микросхемы.

Vikulma L.F. Magnetosensitive semiconductor sensors. - Manuscript.

Thesis for a doctors degree by the speciality 05.27.06 - technology, equipment and production of the electronic technique. - Kherson State Technical University, Kherson 1999. In the thesis the questions of construction in investigation of the electromagnetic properties of the sensitive to magnetic field semiconductor transistors (magnetotransistors) are considered. The 51 sientific works (I book, 16 articles, 34 mentions) are maintained. The physics and mathematics modeles of the magnetotransistors and magnetocontrolled integrated circuits are constructed. Constructions of the magnetotransistors elaborated and characteristics of the experimental samples are investigated. The semiconductor materials for the producing of the magnetotransistors are defined. Main fields of application of the magnetotransistors in the technique (detectors of magnetic field, detectors of moution, detectors of pressure et.c.) in automatic (magnetocontrolled switchers) are considered. The main type of the desired magnetotransistors and magnetocontrolled integrated circuits are serial produced by the electronical industry.

Key words: p-n junction, VAC - Voltage-Current-Characteristics, inductance, magnetic induction, magnetotransistors, magnetocontrolled integrated circuits.