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磁敏器件

发布日期:2017-12-18 09:02:51 【关闭】
摘要:磁敏电阻是利用磁阻效应制成的半导体器件。在磁场作用下,半导体的电阻将发生变化,这种现象即称为磁阻效应。通常,半导体的电阻是随磁场的增强而增大的。因为磁场的加入使半导体中运动的载流子在洛仑兹力的作用下改变了原来运动的轨道,因此延长了它们通过元件的路程和时间,增加了与晶格、杂质原子等的碰撞机会。其总的效果是降低了电子的迁移率,宏观上表现为器件电阻的增加。实际磁敏电阻的磁阻效应和材料的迁移率有关,和半导体的几何形状有关,还和磁场的频率等有关。

      1、磁敏电阻

      磁敏电阻是利用磁阻效应制成的半导体器件。在磁场作用下,半导体的电阻将发生变化,这种现象即称为磁阻效应。通常,半导体的电阻是随磁场的增强而增大的。因为磁场的加入使半导体中运动的载流子在洛仑兹力的作用下改变了原来运动的轨道,因此延长了它们通过元件的路程和时间,增加了与晶格、杂质原子等的碰撞机会。其总的效果是降低了电子的迁移率,宏观上表现为器件电阻的增加。实际磁敏电阻的磁阻效应和材料的迁移率有关,和半导体的几何形状有关,还和磁场的频率等有关。

      磁敏电阻与磁场的关系及磁敏电阻的符号如图1所示。图中各条曲线代表不同的材料,其中D是本征半导体,其余为不同掺杂的情况。图2为磁敏电阻的频率特性。

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图1、磁敏电阻的R~B关系                                               图2、磁敏电阻的频率特性

      2、磁敏二极管

      磁敏二极管与霍尔元件相比,有体积小、灵敏度高、电路简单等优点。磁敏二极管主要为P+IN+结构,I区是本征高阻半导体且长度远超过载流子扩散距离,P-和N+为高掺杂区,在I区一侧设有复合区r。元件加上正向电压,在没有磁场作用时,仅有很少电子和空穴在I区复合,若加一正向磁场H+,由于洛仑兹力作用电子和空穴偏向r区并很快复合掉,于是I区载流子减少电阻增大,通过二极管的电流减小。而当加反向磁场H-时,则情况相反,正向电流增大。当外加反向电压时,仅流过很小电流,几乎与磁场无关。

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图3                                                                                                     图4

      图3是磁敏二极管的电路符号和伏安特性。图4为其输出电压与磁场的关系曲线。

      3、磁敏三极管

      与霍尔元件相比,磁敏三极管具有灵敏度高、温漂较小、线性度好、稳、定可靠等优点。其基本结构和电路符号如图3-5所示。由于基区宽度大于载流子扩散长度,从发射结注入的载流子大部分通过N区形成基极电流。当外加磁场垂直于基极电流且平行于集电结时,载流子受洛仑兹力作用偏向集电结(相应磁场定为H-)或背离集电结(相应磁场定为H+),使集电极电流增加或减少,磁敏三极管有确定的磁敏感表面,磁场必须与之垂直才能使磁灵敏度最大。磁敏三极管集电极电流随磁场的变化情况如图6所示。

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图5、磁敏三极管的结构和符号                                                图6、集电极电流随磁场的变化

 

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