ксймальные значения подвижности, достигнутые в пленках HgTe, согласно Елпатьевской, составляют около 6 200 см1в-сек. На рис. 6-26-6-28 показаны температурные зависимости о, Rh и собранные из различных ра-

см/всек 5000

Рис. 6-29. Зависимость подвижно- Рис. 6-30. Зависимость сти от толщины пленок HgTe удельной электропроводно-{Л. 212 и 615J. сти от состава в пленках

твердых растворов HgTe-

HgrSe.

бот. Из них видна не очень большая зависимость этих параметров от температуры, хотя, в общем, температурные коэффициенты при комнатной температуре принимают

3000

гооо

НдТе

HgSe

Рис. 6-31. Зависимость подвижности носителей тока от состава в пленках твердых растворов HgTe-HgSe.

80 100 HgSe

Рис. 6-32. Зависимость коэффициента Холла от состава в пленках твердых растворов HgTe-HgSe.

значения несколько большие, чем для HgSe: а от-0,05 до -0,3%/граа и р о-т Д° -0,3%/граа {Л. 212]. Пред-

ставляет интерес зависимость электрических свойств от толщины пленки. На рис. 6-29 показана зависимость

=f{c). Данные почерпнуты из двух работ [Л. 212, 615]. Здесь также виден большой разброс, который объясняется, как и в случае с HgSe, различием применявшихся технологий. При гарантии воспроизводимости технологии изготовления пленок зависимость, представленная на рис. 6-29, может быть взята за основу для проектирования датчиков Холла [Л. 250].

Елпатьевская [Л. 585, 590] описала также свойства пленок твердого раствора HgTe - HgSe. Она отметила, что изготовление таких пленок дает возможность получать свойства, средние между свойствами HgTe и HgSe. На рис. 6-30-6-32 изображен вид характеристик сг, ц и i?H в зависимости от состава пленки твердого раствора HgTe-HgSe (согласно работам [Л. 585, 590]). Из них можно сделать вывод, что при использованной технологии пленки из этого раствора обладают в общем худшими электрическими свойствами и, по-видимому, они не найдут применения в практике.

6-3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ тонкослояных МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА

Бурное развитие технологии определило два новых метода формирования полупроводниковых структур, которые могут быть использованы для изготовления датчиков Холла новой конструкции. Основой этих методов являются диффузионная и эпитаксиальная техника.

1. Диффузионная техника уже давно используется для изготовления транзисторов, особенно большой мощности. Ее можно использовать также и для изготовления датчиков Холла с очень малой толщиной рабочего слоя (как у датчиков Холла, изготовленных напылением) и, следовательно, обладающих большой чувствительностью, а также с монокристаллической структурой, что гарантирует получение коэффициента Холла такого же порядка, как и в монокристаллическом материале, и одновременно хорошую стабильность. Конструирование диффузионного датчика Холла заключается в изготовлении р-п перехода на материале р-типа, как это показано на рис. 6-33. На диффузионном слое га-типа размещаются электроды датчика Холла. Образованный Р-п переходом барьер изолирует электрические процес-9 131

Рис. 6-33. Конструкция диффузионного датчика Холла.

сы, происходящие в слое п-типа от процессов, происходящих в слое р-типа. Преимуществами такой конструкции должны быть большая чувствительность и идеальный отвод тепла через область материала р-типа, которая имеет в десятки раз больший объем, чем область

п-типа (см. § 5-2); недостатком устройства является, однако, деполяризация р-п .перехода, обусловленная падением напряжения вдоль слоя вследствие протекания управляющего тока.

Опытные датчики Холла этого типа изготовлялись Мержинским [Л. 323] из германия и Яницким и Кобусом [Л. 216] из кремния. На рис. 6-34 и 6-35 показаны характеристики опытного кремниевого датчика Холла, в качестве которого служил тонкий слой р-типа, полученный методом диффузии в материал п-типа. Параметры слоя, образованного диффузией, были следующие: среднее удельное сопротивление слоя р = 0,102 ом-см, коэффициент Холла Rh- cmIk, подвижность ц==80 см/в-сек, толщина с = 4 мкм. В диапазоне магнитных индукций до 8 кгс обнаружена хорошая линейность, а токовые характеристики искривлялись при плотностях тока ~40 а/см, Полученная чувствительность находилась (в пределах у= = 0,2 0,25 в/а • кгс, у = = 4 мв1кгс. При подборе соответствующих исходных материалов (например, р= \ ом- см, с=4-10-* см, 6=0,6 см) можно получить чувствительность v=100-H-200 мв1кгс и у=Ъ 10 в! а-кгс.

Рассмотренный метод не может быть применен для интерметаллических соединений, в которых довольно трудно создать переход с удовлетворительными электрическими свойствами. 32

6 кгс 8-

Рис. 6-34. Зависимость выходного напряжения от индукции в экспериментальных диффузионных кремниевых датчиках Холла [Л. 216].

»:макс=20 «а: V=0.2 в/о • кгс; V=4 мкв/гс.

ма 20

2. Эпитаксиальный метод является сравнительно новым; он также применяется в технологии изготовления транзисторов. Он заключается в кристаллизации полупроводника из газовой фазы на чистейшей подложке-пластине. Подложкой может быть как монокристаллическая пластина из того же материала, что и кристаллизующийся, так и из другого подходящего материала. JB качестве подложки также можно использовать кристаллические изоляционные материалы с близкой кристаллической структурой.. Благодаря этому эпитаксиальный метод имеет более широкие перопективы использования в технологии изготовления датчиков Холла, так как дает возможность изготовлять датчики Холла, например, из InAs или InSb с толщиной, равной толщине

пленочных датч.иков, но с параметрами монокристаллического материала. Можно ожидать, что датчик Холла из InAs, изготовленный этим методом толщиной 1 мкм, должен обладать следующими свойствами: у = 0,4-4-0,5 мв1гс и Y=10 в/а-кгс, что отвечало бы напряжению Холла, достигающему значения 4-5 в при В = = 10 кгс.

Следует, однако, подчеркнуть, что оба рассмотренных технологических метода являются методами будущего, а сейчас исследованы еще недостаточно.

6-35.

Зависимость выходного напряжения от управляющего тока в экспериментальных кремниевых датчиках Холла [Л. 216).

«-4. КОНСТРУКЦИИ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА И МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ

Остается описать примеры практических конструктивных решений датчиков Холла и магниторезисторов. Кроме типовых решений, с помощью которых можно реализовать большую часть технических применений датчиков Холла, существует множество применений, которые требуют датчиков Холла специальной конструкции.

Рис. 6-36. Германиевый 1атчик Холла типа СН4 в эпоксидном корпусе [Л. 245].

На рис. 6-36 [Л. 245], 6-37 [Л. 435] и 6-38 [Л. 385] приводятся три примера конструкторских решений датчиков Холла, изготовленных из кристаллических материалов. Датчик Холла СН4 -это германиевый датчик в конусе из эпоксидной смолы; FA24 -датчик Холла

из InAs в керамическом корпусе, V тогда как датчик типа ВН201,

о котором говорилось раньше, отличается прежде всего очень тонким корпусом. На рис. 6-39 показан датчик Холла для измерения топографии магнитного поля в узких зазорах. Толщина его достигает 0,3 мм, а размеры активной части 2X1 мм дают возможность производить «точечное» измерение. В зависимости от применяемой конструкции и наличия корпуса толщина кристаллических датчиков колеблется в пределах от 0,1 до 2 мм.

Пленочные датчики Холла изготовляются в двух основных вариантах: на жесткой подложке (керамика, стекло) или на эластичной (слюда). К первой группе относятся все пленочные датчики Холла из InSb и InAs.

Пример конструктор-ского решения пленочного датчика Холла из InSb показан на рис. 6-40 [Л. 435]. Второй конструкторский вариант пленочных датчиков Холла - изготовление датчиков Холла из Hg-Se или HgTe. Пленки этих материалов с толщиной, не превышающей 2-3 мкм, являются настолько эластичными, что выдерживают изгиб с радиусом кривизны порядка 1-2 см. Такие изгибы допускает тонкая пластинка слюды, служащая подложкой. Пример такой конструкции показан на рис. 6-41 [Л. 249]. Это датчик Холла из HgTe, изготовленный напылением с общей толщиной всего 100-150 мкм. При подборе слюды соответствующего качества и дополнительной ее обработке можно получать датчики Холла толщиной 50 мкм. Эластичность таких датчиков позволяет использовать их 134

Рис. 6-37. Датчик Холла типа FA24 из InAs в керамическом корпусе 1[Л. 436].

При стационарном закреплении (например, Приклейкой) в искривленных зазорах.

Два специальных исполнения датчиков Холла показаны на рис. 6-42 и 6-43 (Л. 435]. Первый датчик позволяет измерять осевое магнитное иоле (например, внутри катушки или в трубчатом сердечнике). Второе устройство, называемое тангенциальным датчиком Холла, отличается тем, что полупроводниковая пластина размещается в непосредственной близкости (0,1 мм) от одной из кромок корпуса;

это позволяет измерять касательную (тангенциальную) составляющую магнитного поля на небольшом расстоянии от поверхности ферромагнитных тел.

Рис. 6-38. Датчик Холла типа ВН201 из InAs в очень тонком корпусе [Л. 385].

Рис. 6-39. Датчик Холла типа SBV525, предназначенный для измерения распределения магнитного поля в узки.х зазорах [Л. 435].

Как уже говорилось в § 5-8, магниторезисторы изготовляются в двух основных вариантах: в виде диска Корбино и в виде пластины с малым отношением размеров ajb. К первому типу относится магниторезистор

Рис. 6-40. Пленочный датчик Холла типа SV130 из InSb с очень большим выходным напряжением; подложка керамическая [Л. 435].