Полная версия

Главная arrow Техника arrow ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Кремниевые интегральные ГМРП

Технология одновременного выращивания моно- и поликристалличс- ских пленок кремния позволяет создать кремниевые ГМРП в интегральном исполнении [16].

Наличие в монокристаллическом кремнии на границе с пленкой поли- кремния (ПК) дефектов упаковки на расстоянии, равном примерно толщине пленки, создаст условие, при котором величина ГМР-эффскта может оказаться достаточной для его наблюдения в области рабочих температур ИС. Так, при толщине пленки 6 мкм ширина объемного приповерхностного слоя, при удельном сопротивлении пленки 0,5 0м см, меньше 1 мкм, и в слое моно- кремния на границе с пленкой ПК создастся боковая поверхность с повышенной скоростью рекомбинации вне слоя объемного заряда. При этом более низкое значение чувствительности для кремниевых образцов, по сравнению с германиевыми, может быть скомпенсировано с помощью схемы усиления сигнала, которую, благодаря эпитаксиально-планарной технологии изготовления, можно расположить на едином кристалле с ГМРП.

В [17] описан Г'МР-элеменг на основе кремниевой эпитаксиальной пленки n-типа проводимости с удельным сопротивлением 5 Ом-см и толщиной 5 мкм, выращенной на подложке КДБ-10. Роль боковой поверхности с повышенной скоростью рекомбинации играет пленка ПК, выращенная в едином технологическом процессе с монокристаллической, а противоположная боковая поверхность элемента формируется с помощью диффузии атомов бора на всю толщину эпитаксиальной пленки (рис. 12).

Для пленки с концентрацией электронов 1015 см'3, подвижностью носителей 103 см2/с и временем жизни носителей, равным 0.1 мкс, длина диффузионного пробега, вычисленная из соотношений

оказывается равной 15 мкм.

Для получения максимальной чувствительности ширина образцов, согласно (28), выбиралась равной 1.4LD, г.е. 22 мкм.

Значение аВтах для германия при Ld=3 10'3M, рассчитанное по формуле (34), оказывается равным 5-10-3 м3В'2с*‘, а максимальная магнитная чувствительность при Е=10 В/см и ?= см составляет 50 тВ/тТ.

Чувствительность ГМР-элемента для Si собственной проводимости, из- за более низкой подвижности носителей, на порядок меньше, чем в германии. Для легированных кремниевых пленок n-типа проводимости чувствительность ниже на много порядков, в частности, для пленок с концентрацией 1015см , применяемых для изготовления линейных ИС, чувствительность составляет 45 нВ/Т. Применение же описанной консгрукции интефального ГМР-элемента, изготовленного на одновременно выращенных пленках моно- и поликристалличсского кремния, позволяет получить чувствительность в пределах 0,15-0,3 мВ/мТ, что почти на 7 порядков выше расчетных значений для данной концентрации и соответствует значению, получаемому из формулы (34) для концентрации носителей 510см'3, т.е. почти для собственной концентрации.

Истощение рабочей области ГМРП свободными носителями заряда происходит вследствие расширения ОПЗ обратносмещенного р-п-перехода, созданного с помощью разделительной диффузии атомов бора. Действительно, при напряжении 30 В в пленке с концентрацией легирующей примеси 1015см'3 обедненный слой р-п-перехода расширяется в область монокремния примерно на 14 мкм.

Схема включения ГМРП

Рис. 11. Схема включения ГМРП

Полупроводниковая пластина с разными скоростями поверхностной рекомбинации на боковых гранях в скрещенных электрическом и магнитном полях

Рис. 10. Полупроводниковая пластина с разными скоростями поверхностной рекомбинации на боковых гранях в скрещенных электрическом и магнитном полях

Топология ГМРП на основе одновременно выращенных локальных пленок моно- и поликристалличсского кремния

Рис. 12. Топология ГМРП на основе одновременно выращенных локальных пленок моно- и поликристалличсского кремния

Если учесть боковой уход границы р-п-перехода при проведении разделительной диффузии на расстояние 0.8 Ьэп (4.8 мкм) и наличие с противоположной стороны у 1раницы ПК-областей с высокой концентрацией дефектов с шириной, равной толщине пленки (6 мкм), то рабочая область ГМРП практически оказывается полностью перекрытой ОПЗ и обладает собственной проводимостью.

Еще большее повышение чувствительности, а также температурной стабильности достигается применением дифференциального ГМРП, представляющего собой два одинаковых элемента, отделенных друг от друга пленкой ПК [18].

Топология дифференциального ГМРП представлена на рис. 13. При воздействии магнитного поля носители тока в одном из элементов отклоняются к границе раздела с пленкой ПК, а в другом - от этой границы к противоположной грани, представляющей собой обратносмещенный р-п-переход. Сопротивление первого элемента при этом повышается, а второго понижается, вследствие чего дифференциальное выходное напряжение возрастает в 2 раза.

Поскольку оба элемента обладают одинаковыми температурными коэффициентами сопротивления, при изменении температуры их сопротивления будут изменяться на одинаковую величину и, следовательно, выходное напряжение будет температурно-независимым. ТКС дифференциального Г'МРП в диапазоне температур от комнатной до 120 °С не превышает 0.12%/град.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>