Доставка цветов в Севастополе: SevCvety.ru
Главная -> Магнитоэлектроника

[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Магнитоэлектроника - новое научно-техническое направление твердотельной электроники, в основе которого лежит использование явлений в полупроводниковых структурах, связанных с воздействием магнитного поля. Это научно-техническое направление сформировалось только в последние 20 лет, хотя гальваномагнитные явления и приборы известны давно.

Однако массовое применение приборов на основе различных гальваномагнитных эффектов началось только в связи с развитием автоматики, магнитной записи информации, устройств ввода и считывания информации и т. д.

Бурное развитие магнитоэлектропнки в последние годы определяется такими достоинствами гальваиомагнитных приборов, как возможность полной электрической развязки входных и выходных цепей, бесконтактного преобразования малых механических перемещений в электрические сигналы, детектирования величины и .направления индукции магнитного поля с высокой локальностью, создания «не искрящих» механических коммутаторов в электрических цепях, бесконтактного измерения электрических токов.-

В настоящее время в магнитоэлектронике используются следующие гальваиомагнитные явления.

Эффект Холла - возникновение поперечной разности потенциалов при прохождении электрического тока в поперечном ему магнитном поле.

Эффект магнитосопротнвления - возрастание сопротивления полупроводника в магнитном поле.

Эффект Суля - отклонение линий тока инжектированных носителей магнитным полем к одной из граней полупроводника.

Эффект гальваномагниторекомбннационный-изменение концентрации носителей при прохождении тока в поперечном магнитном поле в полупроводнике со смешанной проводимостью вследствие изменения роли поверхностей рекомбинации.

Эффект магнитодиодный - изменение в магнитном поле неравновесной проводимости полупроводниковых структур с большим по сравнению с длиной диффузионного смещения расстоянием от инжектирующего контакта до неактивного. Известны и другие гальваномагнитные явления, но они еще не получили широкого практического применения.

В настоящей книге основное внимание уделено свойствам и применению магнитоэлектронных приборов, основанных на маг-нитодиодном эффекте. 4



1. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ДВИЖЕНИЕ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

1.1. РАВНОВЕСНЫЕ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ НОСИТЕЛИ ТОКА

В условиях термодинамического равновесия полупроводник с заданной концентрацией примесных центров содержит определенные для данной температуры концентрации свободных носителей заряда: электронов «о и дырок ро- Эти носители, генерируемые тепловым движением hi, находящиеся в тепловом равновесии с кристаллической решеткой, называются равновесными. В соответствии с этим их концентрацию также называют равновесной. Для полупроводника с электронным типом проводимости По - концентрация равновесных основных носителей заряда; ро - концентрация равновесных неосновных носителей заряда. Соответственно для полупроводника с дырочным типом проводимости Ро-концентрация равновесных основных носителей заряда, «о - концентрация равновесных неосновных носителей заряда.

При термодинамическом равновесии происходит непрерывный обмен носителей зарядов как между примесными уровнями и энергетическими зонами, так и непосредственно между зонами. Однако всегда средние значения концентрации электронов и дырок остаются постоянными и подчиняются закону действующих масс. В этом состоянии процессы термической генерации свободных носителей заряда и их рекомбинация, протекающие одновременно, полностью взаимно уравновешиваются. Число генерируемых Со и рекомбинирующих Ro электронно-дырочных пар в единице объема полупроводника за единицу времени равны между собой. Для равновесного состояния полупроводника очевидно равенство Со=/?о, выражающее принцип детального равновесия.

Концентрацию носителей в полупроводнике можно легко изменить внешним воздействием, например освещением, облучением, сильным электрическим полем к т. д. Носители могут также быть введены в полупроводник из контакта с металлом, из р-п-или гетероперехода при подаче электрического потенциала соответствующего знака. Это явление называется инжекцией. Возникающие при этом носители заряда не находятся в состоянии термодинамического равновесия и поэтому называются неравновесными. Образуется неравновесное состояние, при котором G(,=¥=R(i-Неравновесными могут быть как основные, так и неосновные носители заряда. В неравновесном состоянии концентрация носите-

2 Зак. 523 • 5



лей заряда п=По+Ап, р==рб+Лр, где An и Д/7 - избыточные концентрации электронов и дырок.

Неравновесные носители заряда существуют в полупроводнике в течение некоторого времени после прекращения воздействия, вызывающего их- появление. Время, в течение которого неравновесная концентрация убывает в е раз, называется временем жизни носителей заряда т. Время жизни неравновесных носителей заряда в зависимости от типа полупроводникового материала и степени его чистоты может составить от 10" до 10~ с. За это время свободные электроны и дырки от места генерации диффундируют во все стороны в области с пониженной концентрацией, при этом их концентрация убывает по экспоненциальному закону. Расстояние, которое неравновесные носители проходят за время жизни, называется длиной диффузионного смещения Lt= =.У {kT/q)111, где р,-подвижность носителей заряда; fe -постоянная Больцмана q - заряд электрона; Г-абсолютная температура. Свойства неравновесных носителей определяют функциональные возможности основных полупроводниковых приборов.

1.2. ЭФФЕКТ ХОЛЛА

Этот эффект был открыт в 1879 г. американским физиком Холлом и стал одним из самьЫ эффективных методов исследования свойств носителей заряда в полупроводниках. Этот эффект заключается в следующем: если полупроводник, через который протекает электрический ток, поместить в перпендикулярное линиям тока магнитное поле, то в полупроводнике возникнет электрическое поле, перпендикулярное направлениям тока и магнитного поля,, напряженностью, пропорциональной плотности тока и индукции магнитного поля.

Рассмотрим механизм образования эффекта Холла на примере дырочного полупроводника (рис. 1.1). На электрический заряд q, движущийся в магнитном, поле со скоростью и, действует сила Лоренца

F = qvBsin% (1.1)

где В - индукция магнитного поля; ф -угол между направлениями V и В. ® Сила F имеет максимальное

J значение qvB, когда v±B, и рав-

-» няется нулю, когда v\\B. В рассматриваемом на рис. 1.1 случае сила Лоренца отклоняет дырки к верх-I ней грани полупроводниковой пла-

у стины, вследствие чего их концен-

трация там увеличивается, а у нижней грани уменьшается. Рис. 1.1. Возникновение ЭДС Такое распределение зарядов

Холла приводит к возникновению попереч-



[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28



0.0126
Яндекс.Метрика