Способ термостабилизации шестиэлектрод-ного пленочного датчика холла изантимонида индия

 

Союз Советски»

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оцвО5215 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 110 379 (21) 2734 318/18-21 с присоединением заявки 89 (23) Приоритет

Опубликовано 15.0281, Бюллетень HQ 6

Дата опубликования описания 150281 5 М 1„з

G 01 В 33/06

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317 ° .44(088.8) (72) Авторы изобретения

О. Г. Любуцин и Г. Б. Сейранян

I т (71) Заявитель (54), СПОСОБ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ШЕСТИЭЛЕКТРОДНОГО

ПЛЕНОЧНОГО ДАТЧИКА ХОЛЛА ИЗ. АНТИМОНИДА ИНДИЯ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при проектировании аппаратуры магнит.ной записи, метрологии, а также в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известны способы повышения температурной стабильности датчиков Холла, заключакециеся в использовании.различ- 1О ных систем контроля рабочей температуры датчика и изменении его режима работы с.помощью электронных схем(11.

Недостаткамиизвестных способов являются сложность электронных схем термостабилизации и малый диапазон температур, в котором эта термостабилизация эффективна.

Известен способ термостабилизации параметров датчика Холла, в котором для уменьшения температурного дрейфа 20 напряжения неэквипотенциальности к пятиэлектродному датчику Холла с расщепленным (входному, токовому) электродом подключают два источника заданного тока и пропускают через него два постоянных по величине управляющих тока.

Б известном способе распределенные управляющего тока в датчике Холла не зависят от температурного дрей- ЗО фа удельного сопротивления в нем, а определяются постоянством управляю щих токов от двух источников, чем и достигается положительный эффект(21, Недостатком известного способа термостабилизации параметров датчика Холла является температурный дрейф выходного напряжения датчика, который происходит в результате температурно изменения параметров полупроводникового материала.

Цель изобретения — повышение точности

Цель достигается тем, что в способе термостабилизации шестиэлектродного пленочного датчика Холла из актимонида индия, включающем пропускаиие через противолежащие пары контактов расщепленных входных электродов датчика двух токов от двух автономных источников питания, через одну пару противолежащих контактов пропускают постоянный по величине ток от источника тока, а через другую пару противолежащих контактов пропускают ток > изменяющийся с температурой от источника напряжения.

На чертеже представлена схема включения датчика Холла.

805215

Датчик Холла 1 с расщепленными входными (токовыми) 2 и 3 и холловскими 4 и 5 электродами в своей выходной цепи содержит регистрирующий прибор б. К противолежащим парам расщепленных токовых электродов 2 и 3 автономно подключены источник заданного напряжения 7 и источник заданндго тока 8. Потенциометры 9 и 10 служат для выравнивания в начальный момент (при температуре Т ) управляющих токов J„ è, которые должны протекать через датчик Холла 1 в одном направлении (так как составляющие напряжения Холла от этих токов .должны складываться).

Снижение температурного дрейфа выходного напряжения датчика Холла заключается в следующем.

Известно, что величина температурного коэффициента напряжения (олла находится в зависимости от условий работы датчика Холла в электронной схеме.

В частности, в режиме холостого кода, когда датчик работает без отбора выходного тока, температурный коэффициент напряжения Холла при работе от источника заданного напряжения описывается выражением

Чц= Р " > И) а при работе от источника заданного тока (г) где с6 и (Ъ вЂ” температурные коэффициенты удельного сопротивления и постоянной Холла Рн соответственно.

Значения коэффициентов Q< и (p для некоторых полупроводниковых материалов приведены в табл.1.

Т аблица 1

Температурный коэффициент напряжения

Холла "Ф

Полу пров од никовый материBJI (;, Ъ/гРаД POÚ/ããàÿ

=0,001 — О, 001

-1,25 — 0,07

-018

-0,5

-0,25

0,27

anSbJnAs

Согласно данным, приведенным в табл.1, для датчиков Холла из большинства полупроводниковых материалов наибоЛее выгодным режимом, с точки зрения температурной зависимости напряжения Холла, является режим работы от источника заданного тока, когда (); rñ qö.

"Только для антимонида индия(3п5Ь) термостабилизация выходного напряжения элемента Холла происходит при работе с источником заданного напряжения..

Данное явление объясняется тем, что внутреннее сопротивление датчика Холла, выполненного из 3 п 5Ь с возрастанием температуры уменьшается также, как и коэффициент Холла, т.е..oC P . При этом, если датчик

Холла подсоединен к источнику заданного напряжения, то значение управляющего тока 3q будет увеличивать15 ся при возрастании температуры. Рост

J < будет вызывать, в свою очередь, повышение напряжения Холла, частично компенсирующего его снижение из-за зависимости РН(Т).

;ф Подобная картина термостабилизации .выходного напряжения наблюдается у всех элементов Холла, выполнен. ных на основе ЗпЬЪ, в том числе и пленочных. Однако пленочные эле менты Холла характеризуются существен ной особенностью. В отличие от датчиков из массивного 3ПЬЪ они имеют температурный коэффициент сопротивления д(, по абсолютной величине больший, чем температурный коэффициент

® удельной чувствительности Ъ . В силу этого, изменение выходного напряжения датчика Холла эа счет повышения удельной проводимости (при повышении температуры) превосходит изменение его

N эа счет снижения постоянной .Холла.

Поэтому, соглано. выражению (1}, коэффициент(j оказывается больше нуля,так как g, и имеют отрицательный знак, т.е. у пленочных датчиков Холла на

4Q основе 3ПбЬ, работающих от источника заданного напряжения, с повышением температуры наблюдается рост напряжения Холла.

В табл. 2 приведены значения температурных коэффициентов датчиков

Холла, изготовленных на основе пленок g p Gb с различной концентрацией примеси.

Поскольку; для датчика Холла на ocpg нове тонких слоев Зп5Ьтемпературные коэффициенты (ц и ш„ одного порядка, но имеют противоположные знаки .(см.табл.2), можно значительно снизить влияние температуры на их вы ходные напряжения.Для этого необходимо включить последовательно выходные цепи датчиков Холла с одинаковыми параметрами, один из которых во входной цепи содержит источник заданного напряжения, а другой — источник заданного тока. В этой схеме с повышением температуры увеличение напряжения

Холла VII первого датчика, у которого g„ О, будет компенсироваться снижением Он второго датчика, у которого 9; а О.

805215

Таблица 2

Температурные коэффициенты, Ъ/град.

Концентрация электронов в пленках;

П

) Напряжения Холла

Удельной чувствительносСопротивления ос ти (1 10

22

1 1013 б 10

4 1024

-1,1

-0,48

-О, 35

-1,1

-0,48

-О, 35

-О, 17

-0,09

+0,4

+0,32

+0,25

+0,13

+0,11

-1,5

-0,8

-0,6

-0,3

-0,2

-0,17 0,09

Поскольку з качение температурных коэффициентов сс1 (Ъ и,и „изменяются с повышением концентрации электронов в пленках 3p5b в разной степени (см. табл.2), возможен такой случай, с .)„,} (ь)

Т.е., в блоке из двух датчиков Холла на основе тонких слоев Зп БЪ с опреденной концентрацией электронов мож-. но добиться отсутствия температурного изменения выходного напряжения, т.е. суммарный температурный коэффициент напряжения Холла блока будет равен нулю

4 (+ < . =О. (4) Подставляя в (4) выражения (1) и (2), получают, что подобный случай произойдет при такой концентрации 4Q примеси в пленках Эп 5Ь, когда

ОС *,) (5)

Рассмотренный блок из двух датчиков Холла с последовательно соединенными выходными выводами можно представить как один шестиэлектродный датчик Холла с расщепленными токовыми электродами. Поэтому сделанные выше выводы в полной мере относятся к шестиэлектродному датчику, используемому в предлагаемом изобретении, т.е . подключая шестиэлектродный пленочный датчик Холла из 3nSb противоположными контактами расщепленных токовых электродов к источнику SS заданного напряжения и источнику заданного тока, удается значительно уменьшить температурный дрейф выходного напряжения датчика.

По сравнению с известными техничес- О кими решениями предлагаемый способ термостабилизации датчика Холла характеризуется простотой реализации и высокой термостабильностью в широком интервале рабочих температур (Т=(-60)-(100)сС. При использовании способа термостабилизации, температурный коэффициент выходного напряжения в шестизлектродных датчиках

Холла из пленок3П6Ь с концентрацией электронов и 2 10 "м составляет не более 10 Ъ/град в диапазоне температур (-60) - (+100) С.При этом отпадает необходимость в использовании сложных электронных схем стабилизациии, что значительно упрощает и удевевляет аппаратуру, использующую в качестве основного элемента пленочный датчик Холла.

Формула изобретения

Способ термостабилизации . шестизлектродного пленочного датчика Холла из антимонида индия, включающий пропускание через противолежащие пары контактов расщепленных входных электродов датчика двух токов от двух автономных источников питания, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, через одну пару противолежащих контактов пропускают постоянный по величине ток от источника тока, а через другую пару противолежащих контактов пропускают ток, изменяющийся с температурой, от источника напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 308392, кл, G 01 R 33/Об, 1971.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 147674, кл. G 01 R 3/04, 1962.

805215 =cupgt . Состазитель Ф.Тарнополъская

Редактор М, Недолуженко Текред Й.Федорнак Корректор H. швыдкая вйЛ4 вюеюв ввввюввввююю

Закаэ 10873/67 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государстзенного комитета СССР по делам изобретений и открмтий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

° в ю а е е w ю вв а е а е е е е е «

Филиал ППП "Патент", r- Ужгород, ул. Проектная, 4