Датчик холла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (») 446920. Ссиоз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 04. ЕЕ.72 (21)Т8436ЕЕД625 (51) M Кл.

Н OIt 7/02

6 ОЕг29/00 с присоединением заявки—

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (32) ПриоритетОпубликованоЕ5Д). 74 Бтоллетень № ®8 (45) Дата опубликования описания1БЕ2.74 (53) уИК 62Е.382 (088.8> (72) Авторы изобретения

В.Ю.Беспаленко, В.И. Боянков, В.А.Бугаков, Г.Г. Зеленский, НЯ.Котосонов, Р.А.Романова,A.Â.Ñêóòíåâ и Я.Л.Хлявич (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ХОЛЛА

Изобретение относится к области производства полупроводниковых приборов и может быть применено для детектирования и преобразования СВЧ-сигналов, измерения б компонент электромагйитного поля, анализа спектра частот и,т.д.

Известен четырехэлектродный датчик Холла, который имеет ряд полупроводниковых слоев с чередую- 1о щимся типом проводимости, изолированных друг от друга. На верхнеи и, нижней плоскостях каждого из полупроводниковых слоев расположена паа омических холовских контактов. 1б орцовые стороны полупроводниковых слоев покрыты диэлектриком и на эти поверхности блок-структуры нанесены напылением металлические слои; таким образом, в этой части 20 структуры полупроводниковые слои, диэлектрик и металл образуют ряд конденсаторов., способствующих закорачиванию переменной составляющей э.д.с. Холла, а также э.д.с., 25

2. обусловленной неэквипотенциальнос= тью элементов датчика. Холловские контакты соединены последовательно металлическими перемычками. Емкостные токовые электроды выполнены едиными для блока параллельно соединенных полупроводниковых слоев.

Датчик предназначен для измерения мощностеи в диапазоне высоких частот.

Датчик имеет следующие недостатки: искажение электромагнитного поля холловскими выводами, для уменьшения которого датчики в волноводах или коаксиальных линиях приходится располагать так, чтобы линии электрического поля были перпендикулярны выводам сигнала Холла; измерение полей в свободном пространстве и системах с высшими типами колебаний затруднено из-за неконтролируемого влияния выводов; возникновение магнитных наводок на петлю, образуемую холловскими вы водамй и полупроводниковым матери

446920

I алом, для компенсации которых применяют дополнительные выводы или компенсирующие витки, однако на высоких частотах m особенно СВЧ эти средства малоэффективны; несовместимость с детекторными и смесительными СВЧ-головками вследствие более сложного герметизируюцего корпуса, обусловленного четырьмя выводами датчика.

Для уменьшения искажения электромагнитного поля холловскими выводами и снижения магнитных наводок на них в предлагаемом датчике емкостнае токовые электроды сое-, динены попарно с холлозскими контактами посредством резистивных полос, изолйрованных друг от друга.Резистивные полосы могут быть вынолнены из металла, нанесенного на поверхность диэлектрического слоя. Реэистивные пблосы могут быть выполнены в виде высоколегированных каналов в полупроводниковой пластине и иметь тип проводи-. мости, противоположный типу проводимости исходного полупроводника.

На фиг.Х показан предлагаемый датчик холла, вид сбоку с частичным разрезом в месте расположения холловского контакта; на фиг.2— то же вид сверху.

Па полупроводниковую пластину

I нанесен слой диэлектрика 2, например, окисла кремния; на диэлектрическом слое 2 расположены токовые электроды 3, соединенные с помощью резистивных полос 4 с холловскими контактами 5. которые выполнены вплавлеиием металла через отверстие b s диэлектрическом слое

2.

Резистивные полосы 4 (фиг.2) ни в одной точке не соприкасаются друг с другом и имеют Г-образную конфигурацию в плане с изгибом в месте пересечения осей в плоскости датчика. Полосы 4 могут быть выполнены либо металлическими, либо путем высокого легирования полупроводника I примесью противоположного типа проводимости. В этом случае контакт токовых электродов 3 с резистивными полосами 4 должен быть осуществлен через отверстия в диэлектрическом слое 2. а фиг.I показано, что токовые электроды 3 датчика имеют емкостной характер, поскольку они расположены на слое диэлектрика 2, покрывающем полупроводник I.

В готовом виде прибор имеет только два вывода, присоединенных

4 к емкостным токовым эдектродам.Эти ,выводы служат одновременно для по цачи высокочастотного тока питания и выведения сигнала Холла. Тем самым существенно упрощается конструкция датчика Холла и достигается возможность применения его для детектирования и смещения СВЧ-сигналов в СВЧ-детекторах и сместителях.

1О Вместе с тем предлагаемый датчик позволяет измерять значительные мощности в диапазоне СВЧ в отличие . от известных датчиков Холла.Для выведения сигнала Холла

15 из линии питания током применяется частотная селекция.

Магнитные наводки в предлага.— емом датчике сведены до минимума тем, что толщина диэлектрического

20 слоя 2, определяющая площадь петли холловского сигнала, составляет

I-2 мкм при линейных размерах полупроводниковой пластины в несколько миллиметров. аь Толщина металлических резистивных полос 4, полученных вакуумным напылением, составляет не более I мкм, а толщина тех же полос, выполненнйх z виде высоколегировайзо ных каналов в теле полупроводника, не превышает 20-30 мкм. В том и в другом случае удельное сопротивление резистивных полос примерно равно удельному сопрогивлению полуЗ5 проводника, поэтому в электромагнитном поле датчи ведет себя как однородная полупроводниковая пластина.

В электрические цепи датчик

4О включается аналогично детектирующим и преобразовательным диодам, в магнитные цепи — как и четырехэлектродные приборы.

В качестве примера можно рас45 смотреть работу датчика в детекторном режиме в волноводном измерителе мощности падающей волны для колебаниИ HI на частоте 4500 мгц.

Датчик йоглощает минимальную

5О мощность и отдает максимум холловского сигнала, если плоскость датчика перпендикулярна поперечному сечению волновода, à ось, проходящая через токовые электроды датчика, перпендикулярна широкой стенке волновода-. Проволочные выводы, припаянные к емкостным электродам, пропускают через отверстия в шйрокйх стенках волновода и укрепляют в емкостных втулках с винтовыми разъемами для подключения измерителя холловского сигнала.

К смонтированному таким обра446920 зом в волноводе датчлку в рабочем режиме прикладывают высокочастотное электрическое поле, численно равное разности потенцйалов около отверстий в широких стенках волновода. Вектор высокочастотного электрического поля совпадает по фазе с магнитным полем падающей волны и оргогонален ему. Отраженная волна в волноводе этим свойством не обладает, поэтому датчик реагирует только на падающую волну.

Под действием электрического поля емкостные электроды и полупроводниковый слой течет высокочастотный ток, замыкающийся íà широких стенках волнорода.

При взаимодействии итока в полупроводнике с высокочастотным магнитным полем на холловских контактах возникает э.д.с. Холла, низкочасготная составляющая которой выводится посредством резистивных полос на проволочные выводы к измерителю компонентов холловского сигнала.

1 смеслтельном режиме датчик рабо гает следующим образом. Датчик включается в волновод или резонатор аналогично де гекторному включению, но вместо емкостных втулок ус ганавливают коаксиальные разъемы для сое инения с усилителем промежуточной частоты. Геreродинные колебания попадают в волновод обычным образом, при этом на датчик гоздейсгвует суперпозиция электрлческих и магнитных полей двух частот, которая сама по себе не порождает комбинационных частот. Датчик работает как перемножающий элемент, поэтому э.д.с. Холла содержит суммарную и разностную частоты, последняя из которых выводится через резистивные полосы и проволочные выводы к усилителю промежуточной частоты.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I. Датчик Холла, состоящий из покрытой диэлектрическим слоем полупроводниковой пластины с двумя

15 емкостными токовыми электродами и двумя омическими холловскими контактами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искаженйя электромагнитного поля холлов9о скими выводами и снижения магнлтных наводок на них, емкостные токовые электроды соедйнены попарно с холловскими контактами посредстром резистивных полос, изолированных друг

25 oT друга, 2. Датчик по п.I, о т л и— ч а ю шийся тем, чго резисти ные полосы выполнены : з металла, нанесенного на поверхность диэлек30

3. Лагчлк по п.I, о г л и ч аю шийся тем, чго резистивные полосы выполнены в виде высоколегированных каналов в полупроводниковой пластине и имеют тип проводиЗ5 мости, прогивоположный типу проводимости исходного полупроводника.

446920

5 8 2

Фиг. 1 фиг. 2

Составитель Q, Pggggg

Редактор Иф ЩубИНЯ Техреду 3бвДОКИЙ

Изд. М 550 Тираж ЮО Подписное

Заказ ЗХАЗ

Предприятие «Патент», Москва, Г-59, Березниковская наб., 24

Ц1!ИИПИ Государственного. комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4