GTl (рис. 6-44), изготовленный из InSb с корпусом из эпоксидной смолы [Л. 240] толщиной 2 мм. Ко второму типу относится магниторезистор MS41 [Л. 388] (рис. 6-45), изготовленный также из InSb; корпус стек-лянно-керамический с эпоксидной смолой.

Рис. 6-41. Пленочные датчики Холла из HgTe типа HN13 и HN14 на подложках из слюды [Л. 249].

Рис. 6-42. Датчик Холла для измерений магнитного поля в соленоиде - тип RHY11 (Л. 435].

ЛщпраМнш

Рис. 6-43. Датчик Холла для измерений тангенциальной составляющей магнитного поля -тип ТС21 [Л. 435].

Рис. 6-44. Магниторезистор из антимонида индия в корпусе из эпоксидной смолы [Л. 240].

Рис. 6-45. Магниторезистор из антимонида индия в керамическом корпусе [Л. 388].

Глава седьмая

свойства датчиков холла

7.(. СТАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Статической характеристикой называется характеристика датчика Холла в случае, когда активное сопротивление нагрузки R гораздо больше выходного сопротивления датчика Холла Ry (измеренного между холловскими электродами). Статическая характеристика определяется прежде всего параметрами полупроводникового материала (о чем уже говорилось в § 5-2) и условиями отвода тепла от пластины. Статические характеристики в пренебрежении влиянием температуры однозначно определяются чувствительностью датчика Холла

Примеры статических характеристик показаны на рис. 7-1, где приведены характеристики датчиков Холла: рис. 7-1, а - германиевого, типа СН1 с чувствительностью 1 в/а-кгс [Л. 235 и 237]; рис. 7-1,6 -выполненного из антимонида индия, типа HS51 с начальной чувствительностью 0,2 в/а-кгс [Л. 388]; рис. 7-1,в - из арсенида индия, типа FA21 с чувствительностью 0,08 в/а-кгс [Л. 435]; рис. 7-1,г - пленочного из HgTe с начальной чувствительностью 0,8 в/а - кгс [Л. 249].

Протекание управляющего тока сопровождается выделением тепла и приводит к росту температуры на величину АГ [Л. 268]

2<iv6c •

(7-1)

где ix - плотность управляющего тока, а - удельная проводимость полупроводникового материала, Ь, с - ширина и толщина образца, v - коэффициент теплоотдачи.

Если температура пластины превысит величину, соответствующую загибу температурной характеристики коэффициента Холла, статическая характеристика также искривится и чувствительность датчика Холла уменьшится. В случае антимонида индия зависимость

коэффициента Холла от температуры так велика, что Е области практического использования датчика его статические характеристики не являются линейными, что видно на примере рис. 7-1,6. В случае кристаллических датчиков Холла, выполненных из других полупро-

5U0r

20 40 жабо а)

100 200 J00 400 ма б)

60 40 20

200 100 О

40ма.

Рис. 7-1. Примеры статических характеристик датчиков Холла.

а -германиевого -типа СИ! [Л. 235 и 237]; б -из аитимоиида иидия-типа HS5 [Л. 388]; в -из арсенида индия - типа FA2I [Л. 435]; г-пленочного из HgTe -типа HN13 [Л. 249].

водниковых материалов, статические характеристики в интервале значений тока вплоть до номинального являются линейными, как на рис. 7-1, а,в,г, но загиб быстро увеличивается по мере превышения величшил допустимого тока. На рис. 7-2 показана характеристика германиевого датчика Холла Uyii=f(Ix), включая значения управляющего тока выше /жмакс [Л. 243].

В пленочных датчиках Холла обычно также имеет место искривление статических характеристик в рнтер-!3§

вале практически используемых значений управляющих токов. При этом нужно помнить, что вследствие улучшенных условий отвода тепла (объем полупроводника гораздо меньше объема основания, являющегося охлаждающим радиатором) можно питать пленочный датчик Холла (без опасности для его сохранности) большей мв мощностью, чем кристал- 00 в конструкции

полу-iopnyca одина-

лическии, которого объемы проводника и приблизительно ковы.

Статические характеристики, приводимые в каталогах датчиков Холла, отвечают обычно случаю естественного охлаждения пластины вследствие конвекции воздуха. Принудительное охлаждение или, еще лучше, путем

10 го 30 40 50 60 70м/1

Рис. 7-2. Статическая характеристика германиевого датчика Холла типа СН1, включающая значения управляющего типа /х>/.гмакс [Л. 243].

ПОТОКОМ воздуха

непосредственного контакта,

например, с полюсами магнита существенным образом увеличивает коэффициент теплоотдачи в формуле (5-10).. В результате этого /макс может принимать большие

40 30 20 10

Рис. 7-3. Перегрев пластины датчика Холла из InAs в зависимости от управляющего тока при разных условиях охлаждения [Л. 268].

/ - датчик без корпуса; - датчик в корпусе; 3 - датчик, соприкасающийся с полюсом магнита.

0.8 17

значения, чем при естественном охлаждении. Курт провел эксперименты, иллюстрирующие это утверждение [Л. 268]. На рис. 7-3 показана зависимость перегрева (превышения температуры) пластины датчика Холла из арсенида индия, возникающего в результате выделения джоулева тепла, от величины управляющего тока. На рис. 7-4 показаны статические характеристики датчиков Холла из арсенида индия с разной толщиной для

трех видов условий охлаждения, соответствующих обО значениям на рис. 7-3. Видно, что для датчиков Холла, соприкасающихся с полюсными наконечниками, можно

1С=0М5

Рис. 7-4. Статические характеристики датчиков Холла из арсенида индия при S=10 кгс и разных услозиях охлаждения, соответствующих обозначениям на рис, 7-3, для полупроводниковых пластин разной толщины {Л. 268].

получать увеличение выходного напряжения в 3,5 раза по сравнению с датчиком Холла без корпуса и более чем в 2 раза по сравнению с датчиком Холла в естественно охлаждаемом корпусе. В заключение в табл. 7-1 пред-Таблица 7-1 Сравнение статических характеристик датчиков Холла

ставлены параметры, определяющие статические характеристики датчиков Холла, выполненных из разных материалов.

7-2. ДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Изменение активного сопротивления датчика Холла в зависимости от напряженности магнитного поля играет большую роль при работе с отбором тока с холловских электродов. Как показано в § 2-5, эффект магнитосопротивления проявляется тем сильнее, чем выше под-140

200 100 О

вижиость носителей тока в полупроводнике. Из этого следует, что наибольшее влияние упомянутого эффекта на работу датчиков Холла будет иметь место в элементах, изготовленных из антимонида индия, характеризующегося наибольщей подвижно- soo стью носителей тока. Это влия -ние будет проявляться после ш довательно во все меньшей степени для датчиков Холла из InAs, InAsP, Ge и Si. На рис. 3-9, 3-28, 3-41, 3-52 показаны зависимости магнитосопротивления от напряженности магнитного поля для антимонида индия, арсенида индия, арсенида-фосфида индия и германия. Из этих рисунков следует, что если сопротивление герма-"ниевого датчика Холла в поле

с индукцией 10 кгс увеличивается примерно на 10%, то сопротивление датчика Холла из арсенида индия - на -50%, а из антимонида индия - примерно в 6 раз. Этот факт сильно-затрудняет получение линейной динамической характеристики у датчиков Холла с большой величиной эффекта магнитосопротивления, что следует также из формулы (5-23).

На рис. 7-5 приведены типичные динамические характеристики германиевого датчика Холла ,СН1, в котором не делалось специальной линеариза-

/ 3 4ма5

Рис, 7-5. Динамическая характеристика германиевого датчика Холла типа СН1.

20 30 40ма 50

Ч--------------

Рнс. 7-6. Динамическая характе- Дии динамических харак-ристика датчика Холла, изготов- теристик. Влияния эффек-ленного из InSb. магнитосопротивления

не заметно: характеристики параллельны друг другу. На рис. 7-6 поиве-дены нелинеаризованные динамические характеристики датчика Холла из антимонида индия. Непараллельность характеристик легко заметить. Принци-пы линеаризации динамической характеристики описаны