1.4.3. Магниторезисторы

Магниторезистором называется полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от напряженности магнитного поля.

Принцип действия магниторезисторов основан на магниторезистивном эффекте, или эффекте Гаусса. Суть этого эффекта заключается в том, что при внесении проводника или полупроводника, по которому течет электрический ток, в магнитное поле меняется его сопротивление. Поскольку холловская напря­женность электрического поля, возникающая в полупроводнике с током при наличии магнитного поля, снижает магниторезистивный эффект, то конструкция магниторезистора должна быть та­кой, чтобы уменьшить или полностью устранить ЭДС Холла.

Наилучшей формой магниторезистора является диск Кобрино (рис. 1.8). При отсутствии магнитного поля ток в таком магниторезисторе проходит в радиальном направлении от центра диска ко вто­рому электроду, расположенному по периметру диска, или наоборот. Под действием магнитного поля носители заряда отклоняются в направлении, перпендикулярном радиусу. Так как не существует граней, на которых может происходить накопление за­рядов, то ЭДС Холла в таком магниторезисторе не возникает.

Относительное изменение удельного сопротивления диска Кобрино, изготовленного из полупроводника смешанной проводимости, определяется из выражения:

,              (1.8)

где ε – отношение подвижности электронов к подвижности дырок; ν – отношение концентрации электронов к концентрации дырок.

Другой конструкцией магниторе­зистора является пластинка полу­проводника, ширина которой много больше ее длины. Однако существенным недостатком магниторезистора такой конструк­ции является его малое сопротивле­ние, для увеличения которого приме­няют последовательное соединение нескольких магниторезисторов или нанесение на поверхность пластины полупроводника металлических полос. Каждая часть пластины полупроводника между двумя металли­ческими полосами представляет собой отдельный магниторезистор. Можно также считать, что металлические полосы выполняют роль шунтов, уменьшающих ЭДС Холла, возникающую на боко­вых гранях пластины полупроводника.

Основными полупроводниковыми материалами для магниторезис­торов служат антимонид индия InSb и арсенид индия InAs – материалы с большой подвижностью носителей заряда.

Эффект Гаусса максимален у полупроводниковых материалов с большими подвижностями носителей тока, но такие материалы обладают малым удельным сопротивлением, поэтому, чтобы повысить омическое сопротивление магниторезисторов, их необходимо делать в виде тонких нитей. Примером могут быть «висмутовые спирали» магниторезисторов, используемые для измерения сильных магнитных полей.

Основными характеристиками магниторезисторов являются: начальное сопротивление (R0 = 0,1 – 8 Ом), чувствительность (RB/R0) в поле с индукцией В = 10 кГс, диапазон рабочих температур, максимальный ток и максимальная рассеиваемая мощность.

Основной характеристикой магниторезистора является величина изменения сопротивления в магнитном поле или чувствительность (рис. 1.9). В слабых магнитных полях приращение сопротивления магниторезисторов пропорционально квадрату напряженности поля, а в сильных – линейно зависит от величины напряженности магнитного поля (H).

Магниторезисторы в зависимости от метода изготовления делятся на кристаллические и пленочные. Кристаллические магниторезисторы обладают следующими преимуществами: высокой чувствительностью и стабильностью, надежностью, простотой изготовления, большим сроком службы, большими токами нагрузки. Благодаря этим преимуществам кристаллические магниторезисторы получили более широкое распространение, чем пленочные.

Область применения

Существует много способов построения усилителей и генераторов на магниторезисторах. Характерной особенностью их является простота конструкций и возможность использования источников низкого напряжения. Кроме того, магниторезисторы используют при созда