магнитное поле, то произойдет увеличение сопротивления базы. Сопротивление базы увеличивается и за счет повышения роли поверхностной рекомбинации отклоняющихся к поверхности полупроводника носителей, Эквивалентную схему магнитодиода можно представит!? в виде магниторезистора с последовательно включенным усилителем. Типичная ВАХ «торцевого» магнитодиода приведена на рис. 1.3,6.

Свойстйа магнитодиодов характеризуются вольтовой и токовой магниточувствительностями {7, Ь].

Вольтовая магниточувствительность определяется изменением напряжения на магнитодиоде при изменении магнитного поля на I мТл и постоянном значении тока через магнитодирд

(ilXeon. {-1Г\.с f + Т - О

ckT Ые

q 1еШ

где Le -усредненный путь, проходимый носителями за время жизни в направлении внешнего электрического поля; Y=qU[ckT - коэффициент неравновесности при высоких уровнях инжекции.

Токовая магниточувствительность Y/ определяется изменением тока через магнитодиод при изменении магнитного поля на 1 мТл и постоянном напряжении на магнитодиоде

Обычно при больших скоростях поверхностной рекомбинации наблюдается зависимость времени жизни носителей от( магнитного поля. Если скорость поверхностной рекомбинации на двух гранях одинакова, то время жизни носителей с увеличением магнитного поля уменьшается. Если на одной грани скорость поверхностной рекомбинации больше, чем на другой, то при отклонении носителей к первой наблюдается уменьшение, а ко второй - увеличение времени жизни. В соответствии с этим меняется и длина диффузионного смещения. Если изменение эффективного времени жизни достаточно велико, то оно может превысить влияние изменения подвижности и искривления линий тока и будет определять магниточувствительность магнитодиода.

г 2. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

h МАГНИТОДИОДОВ

Для разработки и изготовления магнитодиодов необходимы материа-f лы с низкой концентрацией собственных "носителей заряда, т. е. q большой шириной запрещенной зоны. Кроме того, желательно использовать полупроводни-

3 Зак. 523 . 13

ки с высокой подвижностью носителей заряда, гак как эффект магнитосопро-тивления пропорционален квадрату подвижности. Время жизни также должно быть достаточно большим, а концентрация ловушек и структурных несовершенств - малой.

В «астоящее время для магнитодиодов использ уется в основном кремний. В нем ширина запрещенной зоны £g=l,12 эВ, поэтому при комватиой температуре удельное сопротивление может быть порядка 10*-1№ Ом-см. Эта обеспечивает получение достаточно высоких уровней инжекции при больших значениях dfL и высокой магниточувствительности. Однако прн больших значениях d/L получение высоких уровней инжекции по всей базе становится невозможным, и вблизи второго контакта появляется немодулнрованная область с» большим сопротнБлением, что резко снижает магниточувствительность. Оптимальное значение dfL определяется из условий, что концентрация неравновесных носителей по всей длине базы должна быть в несколько раз больше концентрации равновесных основных носителей заряда. Поэтому чем больше удельное сопротивление полупроводника, тем большие значения d/L могут быть использованы в магнитодиодах.

Оптимальное значение отношения d/L для материалов с разными удельными сопротивлениями [7] {rf/L)ciiT«l,2--0,51n Рро, где P=plS - удельная рассеиваемая мощность, Вт/см; S - площадь поперечного сечения магнитодиода; Ро - удельное сопротивление базовой области. Ом-см.

Недостатком кремния являются относительно низкие значения подвижности носителей зарядов (Ци=1200 см/В-с, Цр=400 смВ-с), что уменьшает магниточувствительность магнитодиодов, изготовленных на его основе. Однако в кремнии удельное сопротивление может быть существенно выше. Это обеспечивает получение высоких уровней ицжекции при больших значениях отношения dfL. Поскольку увеличение этого отношения резко повышает магниточувствительность, кремниевые магнитодиоды оказываются эффективнее германиевых.

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 [9, Ю, И].

2.1. «ТОРЦЕВЫЕ> МАГНИТОДИОДЫ КД301А-КД301Ж

Для создания магнитодиодов был опробован высокоомный кремний разных марок. Лучшими параметрами обладают магнитодиоды на основе высокоомного кремния марки КМД-20Ба р-типа -проводимости с р5>20 кОм-см и временем жизнн носителей заряда более 600 мкс. Поскольку при высокотемпературной обработке (выше 700°С) полунзолирующего 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.

КД301А

КД301Ж

i,ma в=о в=азтл в=о

В=0.3Тл

Рис. 2.1. Конструкция (а) и типичная ВАХ (б) магнитодиода КД301

Магнитодноды КД301А-КД301Ж изготавливались методами ионного легирования и сплавной технологии. Ионное легирование проводилось на ускорителе типа «Везувий-1». Пластины кремния КМД-20Б имели кристаллографическую ориентацию по плоскости [111] и толщину 1 мм. Для создания /г-обла-сти применяли ионы фосфора, а для создания р+-области - ионы бора. Области /1+ н р+ формировались на противоположных гранях пластины. Для активации внедренных ионов проводился отжиг при температуре 550-600°С в среде аргона в течение 30-60 мин. В качестве контактов к р+- и «-(--областям использовались V, А1, Ni.

Для изготовления магнитодиодов КД301А-КД301Ж сплапнон технологией использовались те же полупроводниковые пластины. Переходы р-я и р-р-ь создавались на противоположных гранях пластины. Переход р-я формировался вакуумным напылением Au+Sb (1%) с последующим сплавлением при температуре 460"С. Затем методом вакуумного напыления осаждался Ni. Переход р-р+ создавался вплавлением алюминиевой шайбы при температуре 670°С. Омические контакты к переходам осуществлялись химическим осаждением Zn с последующим гальваническим осаждением Ni и Sn. Далее пластины разрезали на элементы размерами 1X0,5x0,5 мм. Электрические выводы осуществляли термопайкой предварительно облуженных серебряных выводов к контактным площадкам. Элементы защищали эпоксидной эмалью ЭП-91. Конструкция и ВАХ магнитодиодов приведены на рис. 2.1. В магнитоднодах КД301А-КД301Ж конструкция исключает влияние поверхности полупроводника на их характеристики. Поэтому оии обладают одинаковой чувствительностью к магнитной индукции независимо от ее направления.

2.2. ПЛАНАРНЫЕ МАГНИТОДНОДЫ КДЗОЗА-КДЗОЗЖ

Магнитодноды КДЗОЗА-КДЗОЗЖ изготавливаются по планариой тех- пологий. Это позволяет наряду с другими преимуществами плаиарной техно- логии получать магнитодноды с защищенными SiOz поверхностями кремния.