Магниторезистор

 

ОП ИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<(((9

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 09. 02.81 (21) 3246S19/18-21 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (5! )М. Кл.

5 О1 R 33/06

Ркударстеенный комнтет

СССР но делам нзооретеннй н открытнй

Опубликовано 15. 11. 82. Б(оллетень Ж 42

Дата опубликования описания !5. 11. 82 (53) УДК 621.317. .44(088Л) (72) Авторы изобретения

Г. Ф. Ивин, А. H. Марченко, А. А. Мурадов, О. Мосанов и А. А. Сорока "» "ЮЗИa а (1 41ЕНТНО (( Етое(ц „1?:

Физико-технический институт АН Туркменской (71) Заявитель (54) МАГНИТОРЕЗИСТОР

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в магнитоизмерительных устройствах, использующих в качестве первичного преобразователя магнитореэисторы.

Известен магниторезистор, выполненный в виде меандра из эвтектического сплава In Sb-NiSb (1).

Однако размеры данного меандра (ширина полосы меандра) должна быть не менее 100 мкм, иначе эффект эакорачивания ЭДС Холла снижается и магниторезистивное отношение ьг/r уменьшается : дг - приращение сопротивления датчика в магнитном поле;

r - начальное сопротивление магниторезистора, из-за этого нельзя повысить значение начального сопротивления магниторезистора путем уменьшения площади поперечного сечения полосы меандра(что особенно необходимо для датчиков, изготовленных иэ сильнолегированных материалов;

2 кроме того, эффект закорачивания иг", лами NiSb в InSb холловской ЭДС в сильнолегированных полупроводниковых материалах падает в связи с тем, что электропроводность и электро5 проводность сильнолегированных полупроводниковых материалов соизмеримы.

Известен также магниторезистор, выполненный в виде полосы с поперечными тОкОпрОВОдящими пОкрытиями, имеющей вырезанные участки (2).

Недостатком известного магнитопровода является низкая чувствительность, обусловленная низким начальным сопротивлением, достигающим в лучшем случае 10 Ом; невозможностью использовать в качестве исходного материала магниторезистора среднего и сильнолегированные полупроводнико.вые материалы, так как эффективность закорачивания поперечными токопроводящими полосками падает, а значит магниторезистивный эффет проявляет97431 ся слабо,и, как следствие этого, чувствительность магнитореэистора невысока; кроме того, поперечная токопроводящая полоска нанесена и расположена между лицевыми поверхностями пластины магниторезистора, в результате этого закорачиваются холловские ЭДС в средних точках противоположных боковых граней, а холловские ЭДС, возникающие в облас" 10 тях на боковых гранях вблизи лицевых поверхностей пластины магниторезистора, не эакорачиваются, поле Холла не подавляется, а значит эффект закорачивания проявляется слабо. 1$

Цель изобретения - повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитореэисторе, выполненном в виде полосы с поперечными токопроводящими покрытиями, имеющей вырезанные участки, токопроводящее покрытие нанесено на кромки вырезов, верхние и боковые грани невырезанных участков полосы, а в вырезанных участ-2$ ках полосы выполнены сквозные отверстия, Кроме того, каждое второе сквозное отверстие выполнено размещенным частично в основании вырезов, а частично не в вырезном участке полосы, полоса выполнена в виде меандра.

На фиг, 1 изображен магниторезистор, часть; на фиг, 2 — магниторезистор в виде меандра; на фиг. 3- сто„3S рона полосы меандра, часть, эквивалентная схема.

Часть магниторезистора (фиг. 1) содержит полосу 1, одинаковые участ40 ки 2 и 3 которой имеют токопроводящее покрытие 4, участки 5, имеющие выоезы 6 на поверхности полосы 1, токопроводящие покрытия 4 нанесены на кромки 7 вырезов 6, верхние и боковые грани 8 и 9 невырезанных участков

4$

10, сквозные отверстия 11, каждое второе сквозное отверстие 12 выполнено размещенным частично в основании выреза 6, а частично в невырезанном участке 10 полосы 1. На эквивалентной схеме части стороны полосы меандра (фиг. 3) изображены ЭДС 13-16, возникающие на участках 5 беэ и со сквоэным отверстием 1t и на участках 2 и

3, эквивалентное сопротивление 17

$ ÷ëñòêä 10.

Иагниторезистор работает следующим образом.

2 4

При отсутствии магнитного поля магнитная индукция В=О, рабочий ток 1 магниторезистора создает на участке 5 с вырезом 6 и на участке 5 с вырезом 6 и со сквозным отверстием 11, а также на участке 1О с поперечным токопроводящим покрытием 4 и со сквозным отверстием 12 и без него соответственно U ; U ; U ; И4, Значения упомянутых напряжений в общем виде можно определить иэ следующего соотношения.

UK=2 RK t где U - падение напряжения на к-ом

k участке;

3 — рабочий ток магнитореэистора;

Кк- сопротивление к-ого участка магниторезистора.

Поэтому для раскрытия сущности предлагаемого магниторезистора необходимо отметить соотношение значений сопротивлений R$ участка 5 с вырезом

6 и сопротивления К1оучастка 10 с поперечным токопроводящим покрытием, которые соответственно определяются выражениями

R$1 р+ R5 5, тп пп т, п„„пп„, R +g

1 tO где Rs- сопротивление участка 5;

Kg- сопРотивление участка 1О;

R - сопРотивление учасика 5 без сквозного отверстия;

R - сопротивление участка 5 со

0 сквозным отверстием; т.п — сопротивление поперечного токопроводящего покрытия 4; сопротивление полупроводни 10 кового материала участка 10.

Янализируя выражения (2) и (3) и учитывая конструктивное выполнение участков 5 и 10 и поперечного токопроводящего покрытия 4, следует, что достигается соотношение 2 77 В с, что и является основой повышения начального сопротивления магниторезистора, за счет которого одновременно можно достигнуть и увеличения чувствительности магниторезистора, регулируя отношение P/м (длины к ширине участка). Или интерпретируя вышеуказанное по-другому, следует

97431 2 н

Э;„ х Э1% 81

Эй„ з

6 11RH где tg 8

Ux Ux

1 2

ЦХ1

"-г

ЦХ$ Х4 пг

5 добиваться Ок (падения напряжения) (

Действительно, при воздействии магнитного поля, ВФО, на боковых гранях полосы 1 всех участков 5 и

10 возникают соответственно четыре холловских ЭДС (см. Фиг. 3) — Ц

1 ц, и и Ц„ 13-16 соответственно.

Однако, благодаря наличию поперечного токопроводящего покрытия 4 на участке 10, изображенного на фиг.3, как сопротивление lj нагрузки RH, все холловские ЭДС шунтируются этим сопротивлением R 17, через которое и текут токи ix,, ix, создаваемые упомянутыми выше холловскими ЭДС. При этом магниторезистивный эффект описывается следующим выражением

1 1 +1Х +1х

1Х 1 г 3 4 г

"Х Х "Х ОХ

2 э 4 1

l Рн — R 63+ — R В.O+ — Rx83+ — Rxe.Э

1 1 1

Ь х Иг X h " Ь,, 1

- тангенс угла Холла для магниторезистора(1 );

- тангенс угла Холла в случае отсутствия сквозных отверстий ll и 12 и вырезов 6 в магнитореэисторах; 1Х X - холловские ЭДС воз- .

3 4

У никающие на участках;

- участок 5 с вырезом 6;

- участок 5 с вырезом 6 со сквозным отверстием 11;

- участок 10 с поперечным токопроводящим покрытием

4 и сквозным отверстием

12 (участок 2);

- участок 10 с поперечным токопроводящим покрытием

4 (участок 3);

- постоянная Холла;

- высота участков, имеющих вырез 6; высота участка 10;

Кн - шунтирующее сопротивление, создаваемое поперечным покрытием 4;

3 - рабочий ток магниторезис$ тора;

) - подвижность носителей тока;

В - магнитная индукция.

Таким образом, магниторезистивный эффект, благодаря конструктивным изменениям в магниторезисторе, а именно наличию выреза 6, сквозного отверстия ll, расположенного на дне выреза 6, сквозного отверстия 12, расположенного частично на участке

5 с вырезом 6, а частично на участке 10, а также конструктивному вы" полнению поперечного токопроводящего покрытия 4 и оптимальному еыпол20 нению полосы в виде меандра, возрастает в 3 раза. 8 такое же количество раз возрастает чувствительность магнитореэистора.

Формула изобретения

2$

1. Ма гниторезистор, выполненный в виде полосы с поперечными токопроводящими покрытиями, имеющей вырезанные участки, о т л и ч а ю» шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, токопроводящее покрытие нанесено на кромки вырезов, верхние и боковые грани невырезанных участков полосы, а в вырезанных участках полосы выполнены сквозные отверстия.

2. Магниторезистор по и. 1, о тл и ч а ю щ и й,с я тем, что каждое второе сквозное отверстие выполнено размещенным частично в основании выреза, а частично не в вырезанном участке полосы.

3. Магниторезистор по пп.l и 2, отличающийся тем, что полоса выполнена в виде меандра.

1$ Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Вайсс Г. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение. М., "Энергия", с. 9 l"92, рис. 2-3-5.

2. Богомолов B. Н. Устройства с датчиками Холла и датчиками магнитосопротивления. M.-Л., "Энергия", 1961, с. 49, рис. 15.