Материалы и элементы электронной техники

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

Adblock
detector