Android-приложение для поиска дешевых авиабилетов: play.google.com
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

ного холловского электрического поля и разности потенциалов между верхней и нижней гранями полупроводниковой пластины, равной U=Ed, где Ь - напряженность поперечного электрического поля; d - расстояние между гранями.

Возникшее холловское электрическое поле препятствует дальнейшему отклонению зарядов, и при условии qE=qvB поперечный ток исчезает. Линии тока будут совпадать с направлением внешнего электрического поля. Между верхней и нижней гранями пластины будет существовать разность потенциалов

UxEdvBd. (1.2)

Ток, текущий- через пластину, помещенную в магнитное поле, J==pqvdh, (1.3)

где р - концентрация носителей заряда; h - толщина пластины в

направлении магнитного поля. Подставив значение v из (1.3) в (1.2), получим

Ux = {IBIqph) = iRlh)IB. (1.4)

Холловская разность потенциалов пропорциональна току и индукции магнитного поля. Величина

R=llqp (1.5)

получила название «коэффициент Холла». Формула (1.4) справедлива для полупроводника, бесконечно длинного в направлении 2. Ею можно пользоваться, если его длина больше 2-Зс?.

Для электронного полупроводника при аналогичных условиях (см. рис. 1.1) электроны под действием силы Лоренца также отклоняются к верхней грани. Это обусловлено отрицательным знаком заряда электрона и противоположным направлением движения электронов. Для полупроводников «-типа коэффициент Холла R = -\lqn, (1.6)

а полярность напряжения будет противоположна полярности для полупроводника /7-типа.

При выводе формул (1.5) и (1.6) не были учтены разные скорости носителей. Более точное выражение для коэффициента Холла отличается коэффициентом А, значение которого определяется механизмом рассеяния носителей в кристаллической решетке полупроводника (Л = 1-2).

В полупроводнике со смешанной проводимостью результирующее холловское напряжение будет меньше, чем в полупроводнике с носителями одного знака, поскольку электроны и дырки отклоняются к одной и той !же грани:

В полупроводниках с собственной электропроводностью n=p = ni, но поскольку [Ар ф [А„, то полной компенсации не происходит. Если и [Ар=[А„", то t/x = 0. По знаку коэффициента Холла можно определить тип проводимости полупроводника и вычислить концентра-

2* " . • .7



цию носителей заряда. Зная R и удельную электропроводность, можно найти подвижность носителей заряда [1, 2]. Эффект Холла используют для создания измерителей магнитного поля. Наиболее существенные достоинства датчиков Холла - это линейная зависимость измеряемого напряжения от индукции магнитного поля. Однако малая амплитуда выходного сигнала существенно ограничивает их применение.

Датчики Холла изготавливают либо из тонких полупроводниковых пластин, либо из напыленных тонких пленок. Обычно они имеют квадратную форму с четырьмя выводами, расположенными симметрично со всех четырех сторон пластины. Поскольку основные .параметры датчиков Холла зависят от подвижности основных носителей заряда, для их изготовления используются полупроводники С высокой подвижностью носителей зарядов. Обычно это электронные полупроводники, например Се(ц„= = 3800 СМ2/В.С), GaAs(ja„ = 8500 см2/В-с> и InSb(n„ = = 77 000 см/В-с). Перспективными для изготовления датчиков Холла йвляются широкозонные полупроводники с высокой подвижностью носителей заряда.

1.3. ЭФФЕКТ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Холловское поле в полупроводнике конечных размеров компенсирует действие магнитного поля, и носители заряда движутся по той же траектории, что и без магнитного поля. В этом случае сопротивление полупроводниковой пластины под действием магнитного поля не должно было бы изменяться. Однако из-за различных скоростей движения носителей заряда на них по-разному действует холловское поле и сила Лоренца.

На более медленные носители сильнее действует поле Холла, а на более быстрые - сила Лоренца. Траектории движения носителей с отличными от средней скоростями не будут совпадать с направлением внешнего электрического поля. Таким образом, уменьшаются составляющая скорости в направлении поля и соответственно протекающий ток. Уменьшение проводимости в магнитном поле получило название «эффект магнитосопротнвления».

Изменение сопротивления в магнитном поле зависит от подвижности, механизма рассеяния, угла между направлением магнитного поля и направлением движения носителей и от ряда других факторов. Поскольку холловское поле уменьшает эффект маг-нитосопротивления, значительно большее магнитосопротивление можно получить в полупроводниках СО смешанной проводимостью и неограниченных в направлении х (рис. 1.1).

Наилучшим моделированием неограниченного образца является диск Корбино (рис. 1.2), в котором один контакт находится в центре диска, а другой -по окружности диска. Без магнитного поля ток в образце направлен по радиусу. В магнитном поле, вектор индукции которого перпендикулярен поверхности диска, но-8




сители будут отклоняться от радиальных прямых. Линии тока удлиняются, но образования холловского поля не происходит. Диск Кор-бино имеет максимальный эффект магнитосопротивления.

Исключить влияние эффекта Холла можно также, если на поверхность полупроводниковой пластины нанести узкие металлические полоски, перпендикулярные линиям тока и на- " правлению магнитного поля. Они являются

шунтами, которые уменьш-ают напряжение холловского поля. Эти полоски должны делить пластину на области, длина которых много меньше их ширины. Вместо нанесения металлических полосок на полупроводниковые пластины для создания датчиков магнитосопротивления могут использоваться монокристаллы, в которых области с высокой проводимостью создаются при их выращивании. Такие датчики созданы на основе монокристаллов InSb-NiSb.

При малых значениях магнитного поля (0,3-0,5 Тл) изменение сопротивления пропорционально квадрату магнитной индукции, а при больших полях - первой степени.

Для создания магниторезисторов широко используются полупроводники с высокой подвижностью носителей. Магниторезистор характеризуют номинальным сопротивлением Ro в отсутствие магнитного поля, отношением сопротивления в поперечном магнитном поле с определенным значением индукции .(обычно 0,5 или I Тл) к номинальному значению RbIRo, тепловым коэффициентом сопротивления (ТКС) и допустимой мощностью рассеяния. Вольт-амперные характеристики магниторезисторов практически линейны [2, 3}.

Магниторезисторы широко применяются в измерителях магнитного поля [1, 2], однако нелинейность их характеристик ограничивает точность таких измерений и нижний предел значений измеряемых магнитных полей.

1.4. МАГИИТОКОНЦЕНТРАЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ

Магнитное поле может изменять не только подвижность, но и концентрацию носителей заряда в полупроводниках со- смешанной и собственной проводимостью [4]. Поскольку скорость поверхностной рекомбинации носителей в полупроводниках значительно больше, чем скорость объемной рекомбинации, то отклоненные магнитным полем к поверхности носители рекомбинируют быстрее, чем в объеме полупроводника. Происходящая в объеме генерация не успевает компенсировать их повышенную рекомбинацию на его поверхности. В итоге генерационно-рекомбинацион-ное равновесие смещается в область меньших стационарных концентраций носителей. Если скорости генерации рекомбинации на обеих поверхностях полупроводника одинаковы и отклонения от равновесия невелики, то повышение рекомбинации на одной по-



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



0.0077
Яндекс.Метрика