в которых оба контакта созданы напылением алюминия иа кремний р-типа, приложенное внешнее напряжение практически полностью падает на -контакте, смещенном в обратном направлении, как и в любой транзисторной структуре. Поэтому создать в нем заметную неравновесную проводимость практически невозможно. Однако хорошими выпрямляющими свойствами контакт алюминия с р-кремнием обладает только при малой концентрации акцепторов в исходном материале. При высоком уровне легирования возникающий инверсный слой оказывается очень тонким и уже при небольших обратных смещениях прохождение через него тока определяется туннельным эффектом, его сопротивление становится малым, поэтому основное смещение приходится на прямосмещенный р-п-переход. Прн высоком уровне исходного легирования невозможно создать высокие уровни инжекции в базовой области и, следовательно, обеспечить высокую магниточувствительность.

Таким образом, для симметричного магнитодиода КД304А-1-КД304Ж-1 была выбрана конструкция, представленная на рис. 2.4,в. На кремниевой р-пла-стине типа КМД-20Б» легированием А1 создаются сильнолегированные области

Pi • Р2 площадью 0,32 мм*. Затем на эти области в вакууме напыляется алюминий таким образом, чтобы полностью закрыть р*- « Р} - -области и примыкающие к ннм небольшие участки исходного полупроводника. Площадь напыленного алюминия составляет 0,56 мм*, расстояние между краями напыленного алюминия 470-500 мкм [20]. Выбор параметров d и h для получения магнитодиодов, имеющих прямое напряжение 4-15 В при токе 3 мА (соответствующих ТУ), можно провести, воспользовавшись графиком, приведенным на рис. 2.2. В такой структуре в прямом направлении основной ток течет через контакт, металла с исходным р-полупроводником а в обратном - через контакт металла с р+-областью. Этим достигается возможность пропускания больших инжекционных токов и, следовательно, высоких уровней инжекции и большой магниточувствительности. Для уменьшения скорости поверхностной рекомбинации на противоположной грани кремниевой пластины создавался обогащенный р + -слой, обеспечивающий значительное различие магниточувствительности в зависимости от направления магнитного поля.

Указанная технология по сравнению с технологией изготовления КД301А - КД301Ж и КДЗОЗА-КДЗОЗЖ значительно упрощает технологический процесс производства, обеспечивая большой процент выхода годных приборов Поскольку структура магнитодиодов КД304А-1 - КД304Ж-1 симметрична, при обоих

в-азтл

Рнс. 2.4. Конструкция (с) и ВАХ (б) магнитодиодов КД304А-1-КД304Ж-1 при В=А0,3 Тл:

-слой SiO;j; г -электрод Л1

Рис. 2.5. Конструкция (д) и типичная ВАХ (б) магнитодиодов КД304А1-1- КД304Ж1-1

направлениях тока ВАХ и магниточувствительность примерно одинаковы (рис. 2.4.6) [21].

В настоящее время выпускаются планарные магнитодиодй КД304А1-1 - КД304Ж1-1, являющиеся модификацией магнитодиодов КД304А-1-КД304Ж-1. Технологический процесс изготовления магнитодиодоа КД304А1-1-КД304Ж1-1 соответствует упрощенному процессу изготовления магнитодиодов КД304А-1 - КД304Ж-1. Конструкция и ВАХ этих, магнитодиодов приведены на рис. 2.5.

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТОДИОДОВ

3.1. ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

В используемом для создания магнитодиодов кремнии концентрация дырок (~10" см-) значительно превышает концентрацию электронов (~10 см-з), поэтому при малых уровнях инжекции электроны и дырки в скрещенных электрическом и магнитном полях, отклоняясь к одной и той же грани магнитодиода, создают положительный заряд. Возникшее при этом поле Холла нейтрализует действие магнитного поля. При высоких уровнях инжекции концентрации электронов и дырок становятся равными. В этом случае возникшее поле Холла мало, и наблюдается значительное изменение ВАХ в магнитном поле.

При малых уровнях инжекции зависимость тока от напряжения магнитодиодов КД301А-КДЗОЩ и» КДЗОЗА-КДЗОЗЖимеет экспоненциальный характер и приближенно может быть описана (1.8) {10]. Это свидетельствует о диффузионном переносе носителей в этом диапазоне токов. При средних и высоких уровнях инжекции, когда сопротивление толщи базы оказывается сравнимым с сопротивлением р-п-перехода, наблюдается степенная зависимость тока от напряжения, что свидетельствует о преобладающей 20

роли дрейфа. В зависимости от уровня инжекции показатель степени принимает различные значения от 3 до 7. При высоких уровнях инжекции зависимость токов от напряжения снова близка к экспоненциальной. Вычисляя величину с [см. (1.8)] по наклону кривой In/=/(t/), можно определить отношение dIL и эффективную длину диффузионного смешения. Для кремниевых магнитодиодов с=102. По этим данным эффективная длина диффузионного смещения исследованных магнитодиодов составляет (7-9) X Х10 см, время жизни неосновных носителей заряда примерно 20-30 мкс [9].

Магнитодноды КД304А-1-КД304Ж-1 отличаются от магнитодиодов КД301А-КД301Ж и КДЗОЗА-КДЗОЗЖ симметричностью конструкции, обеспечивающей получение практически не зависящих от знака приложенного напряжения вольт-амперных характеристик (рис. 2.4,а) (20, 21]. Кроме того, у этих магнитодиодов скорость поверхностной рекомбинации на поверхности с контактами Si, которую будем называть «планарной» гранью, значи- тельно больше скорости поверхностной рекомбинации на противоположной грани 52- Такое различие свойств граней приводит к различию влияния на протекающий ток магнитных полей противоположных направлений. Магнитное поле, отклоняющее носители к «планарной» грани, уменьшает ток сильнее, чем магнитное поле другого знака. Различие тем больше, чем сильнее различаются скорости поверхностной рекомбинации на гранях.

В магнитоднодах КД304-1-КД304Ж-1 и КД304А1-1 - КД304Ж1-Ь при малых смещениях ток протекает через шунтирующую р-п-переход р+-область, при этом инжекция практически отсутствует и ВАХ линейна. При увеличении смещения все большая часть тока начинает протекать через непосредственный контакт алюминия с исходным полупроводником. Вследствие этого усиливается инжекция и начинает резко убывать сопротивление базовой области магнитодиода, что приводит к появлению области отрицательного сопротивления на вольт-амперной характеристике (рис. 2.4,6). После участка отрицательного сопротивления дифференциальное сопротивление практически равно нулю, ВАХ вырождается в «вертикаль».

Наиболее сильная зависимость тока от магнитного поля наблюдается в области отрицательного сопротивления и в области «вертикали». С ростом магнитного поля отрицательное сопротивление исчезает.

Вольт-амперная характеристика магнитодиодов зависит от расстояния между контактами и от толщины базовой области. Увеличение расстояния между контактами вдвое увеличивает прямое падение напряжения в несколько раз, а рост толщины пластины заметно уменьшает прямое падение напряжения.

Асимметрия зависимости магниточувствительности от направления магнитного поля в магнитоднодах КДЗОЗА-1-КДЗОЗЖ-1 и КД304А-1-КД304Ж-1 обеспечивается как конструкцией самих приборов, так и разной степенью обработки противоположных .