Магнітний мікросенсор

Магнітний мікросенсор, що містить напівпровідниковий домішковий мікрокристал сполук третьої та п'ятої груп елементів таблиці Менделєєва (А3В5) електронного типу провідності і дві пари контактів, який відрізняється тим, що мікрокристал виконаний легованим хромом (Сг) з КІЛЬКІСНИМ вмістом 1-Ю14 -И-10 15 см 3, марганцем (Мп) з КІЛЬКІСНИМ вмістом 5-Ю 1 6 -ь5-10 1 7 см 3 Винахід відноситься до техніки вимірювань магнітних полів в умовах підвищеної радіації і може використовуватися в галузі ядерної енергетики та в КОСМІЧНІЙ техніці Відомий магнітний мікросенсор, виконаний на основі напівпровідникових сполук третьої та п'ятої груп елементів таблиці Менделєєва (А3В5) ("Электроника", 1979, №2, с 18 - 21 ) Однак параметри цього датчика не стабільні під дією ЗОВНІШНІХ факторів, зокрема в умовах радіації Таким чином, цей датчик є радіаційно нестійкий Найбільш близьким до пропонованого є магнітний мікросенсор, який містить напівпровідниковий домішковий мікрокристал із сполук третьої та п'ятої груп елементів таблиці Менделєєва (А3В5) електронного типу провідності і дві пари контактів (Bolshakova IA and oth Magnetic microsensors technology, properties, applications Proceedings of the 11 -th European Conference on Sohd-State Transducers "Eurosensors XI" Warsaw, Poland 2124 09 1997, pp651 -654) Однак вищеописаний магнітний мікросенсор не відзначається високою радіаційною СТІЙКІСТЮ, так як в напівпровідникових сполуках типу А 3 В 5 під дією іонізуючого опромінення точкові радіаційні дефекти, що утворились, беруть участь в утворенні комплексів акцепторної природи з глибокими рівнями в забороненій зоні напівпровідника, що веде до зміни концентрації основних носив і ВІДПО ВІДНО приводить до зміни чутливості мікросенсора В основу винаходу поставлено завдання створити мікросенсор, в якому додаткове легування напівпровідникового домішкового мікрокристалу легуючими елементами з ВІДПОВІДНИМ КІЛЬКІСНИМ ВМІСТОМ дозволило б сповільнити процес комплексоутворення за рахунок того, що введені легуючі домішки мають здатність блокувати кисень та позбавляють його можливості вступати в реакцію з первинними радіаційними дефектами і можуть бути хорошими стоками як для первинних радіаційних дефектів, так і для різних домішок, і тим самим дало б можливість підвищити радіаційну СТІЙКІСТЬ мікросенсора Поставлене завдання вирішується тим, що в магнітному мікросенсорі, який містить напівпровідниковий домішковий мікрокристал А 3 В 5 електронного типу провідності і дві пари контактів, згідно винаходу, напівпровідниковий домішковий мікрокристал виконаний легованим хромом (Сг) з КІЛЬКІ14 О 15 З сним вмістом 1 * 10 -4-1 *10 см та марганцем (Мп) з КІЛЬКІСНИМ вмістом 5 * 10 16 - 5 * 1017см 3 ь Легуючі домішки Сг та Мп мають ковалентні радіуси гсг= 1,18нм, гмп - 1,17нм, що відрізняються від ковалентних радіусів елементів напівпровідникових сполук А 3 В 5 , тому, входячи в підрешітки сполук А 3 В 5 , вони їх деформують Утворені деформовані ділянки мікрокристалу є стоками радіаційних дефектів При одночасному легуванні мікрокристалів сполук А3В хромом та марганцем діють два (О со (О сч ю 52636 є - заряд електрона Якщо d = const, то S ~ 1/п механізми гетерування точкових радіаційних дефектів гетерування на деформованих ділянках Тому мірою радіаційної СТІЙКОСТІ мікросенсора мікрокристалу та зв'язування електричко активних є зміна відносної чутливості мікросенсора радіаційних точкових дефектів глибокими донорAS •100% ними центрами, зумовленими хромом Вибір КІЛЬS КІСНОГО вмісту Сг, що входить в напівпровідниковий В таблиці приведені основні параметри мікро3 3 5 кристал А В , зумовлений тим, що Сг в А В має сенсорів на основі мікрокристалів напівпровіднинизьку електричну активність, і вже при концент3 5 кових сполук А В (InSb), легованого Сг та Мп Як 15 3 раціях, більших 1 * 10 см утворюються мікровквидно з таблиці, мікросенсори, виготовлені на ос3 5 лючення другої фази А В - СгВ , тобто недисоцінові домішкових мікрокристалів InSb, легованих Сг йовані комплекси, які є джерелом великих та Мп, з оптимальними концентраціями (зразок механічних напружень, що приводять до генерації №4), характеризуються зміною відносної чутливодислокаційних сіток та двійникування в мікрокрис14 2 сті 0,01% при флюенсі 10 н/см , тоді як для мікроталах При менших концентраціях Сг механізми сенсорів на основі мікрокристалів не легованих Сг гетерування та зв'язування електричне активних та Мп зміна відносної чутливості мікросенсора на радіаційних дефектів не проявляються порядок більша При концентраціях Сг в мікрокри15 3 Вибір КІЛЬКІСНОГО вмісту марганцю зумовлений сталі InSb більшій 1 * 10 см та Мп більшій 5 * 17 3 тим, що при концентраціях марганцю менше 5 * 10 см (зразок №6) значно зростає дефектність 10 1 6 см 3 концентрація електрично активних донормікрокристалу та зменшується рухливість основних глибоких рівнів, зумовлених Сг, незначна Тоних носив, що приводить до нестабільності електму при опроміненні мікрокристалу швидкість зв'яричних характеристик мікросенсора при опромізування електрично активних точкових дефектів ненні, а також до зниження відносної чутливості мала, що зменшує радіаційну СТІЙКІСТЬ мікросенпри низьких температурах (4,2-МООК) При опросора При концентраціях марганцю більше 5 * міненні мікрокристалу InSb, легованого Сг та Мп з 10 1 7 см 3 ступінь компенсації мікрокристалу сильно концентраціями, меншими оптимальної (зразок зростає, а це значно знижує чутливість мікросен№2) швидкість генерації точкових дефектів значно сора при низьких температурах (4,2 -ь 100К) перевищує їх швидкість захоплення на деформованих ділянках мікрокристалу (зумовлених атомаНа Фіг зображений магнітний мікросенсор, де ми Сг та Мп) та мікровключеннях Сг, порівняно 1 - мікрокристал А3В5, 2 - ХОЛЛІВСЬКІ контакти, 3 високою залишається швидкість видалення основструмові контакти них носив, тому зміна відносної чутливості мікроМагнітний мікросенсор містить напівпровідни3 5 сенсора перевищує 0,05% Мікровключення Сг ковий домішковий мікрокристал А В , легований невеликих розмірів є ефективними стоками радіахромом та марганцем та сформовані на ньому дві ційних дефектів Змінюючи концентрацію Сг в мепари омічних контактів ХОЛЛІВСЬКІ контакти 2 та струмові контакти З 1Д 1^ ?і жах 1 * 1 0 ч-1 * 10 см можна управляти розміПрацює магнітний мікросенсор таким чином ром мікровключень в мікрокристалі, підвищуючи При підключенні до контактів 3 джерела постійного тим самим радіаційну СТІЙКІСТЬ мікросенсора струму та прикладенні постійного магнітного поля Приклад конкретного виконання на контактах 2 виникає напруга Холла Напівпровідниковий домішковий мікрокристал Для отримання домішкового мікрокристалу InSb отримується з газової фази методом ХІМІЧНИХ А3В електронного типу провідності проводиться транспортних реакцій Він додатково легується Сг легування в процесі росту з газової фази донор1Д 1^ Я ною домішкою Sn або Те до концентрації 1,2* 3 з КІЛЬКІСНИМ вмістом 1*10 * -ь 10см 3 Концентрація КІСНИМ вмістом 5 * 10 16 -ь 5 1017 см та Мп з кілью"см вільних електронів в домішковому мікрокристалі Мірою радіаційної СТІЙКОСТІ напівпровідниковоInSb створюється легуванням в процесі росту дого матеріалу є величина зміни концентрації (п) норними домішками Sn або Те і становить 1,2 * електронів під дією іонізуючого опромінення Чут10 см До протилежних граней мікрокристалу ливість (S) мікросенсора обернено пропорційна формуються ОМІЧНІ контакти Об'єм чутливого концентрації (п) електронів елемента мікродатчика становить ~ 10 5 мм 3 При опроміненні такого мікросенсора флюенсом S=— = , 10 4 н/см 2 зміна відносної чутливості становить не IB end більше 0,01% де Ux - напруга Холла, I - струм через мікросенсор, В - індукція магнітного поля, п - концентрація електронів, d -товщина чутливого елемента, Основні параметри магнітних мікро сенсорів №№ зп Матеріал 1 2 3 InSb InSb Мп Сг InSb Мп Сг Чутливість, В/А * Тл Флюенс, н/см^ 0 1014 0,1600 0,1440 0,1000 0,0950 0,0500 0,0490 Концентрація леЗміна відносної гуючих ДОМІШОК В Температурний кристалі, см 3 чутливосдіапазон, К ті, % Мп Сг — — 0,10 4,2-ь 300 0,05 1*Ю 1 Ь 1*10 1 4 4,2-ь 300 0,02 5*1О 1 Ь 3 * 1 0 1 4 4,2-ь 300 Концентрація електронів, см 3 1,2*10 І Й 1,8*10 І Й 2,2*10 І Й 52636 Основні параметри магнітних мікро сенсорів (Продовження) №№ зп Матеріал 4 5 6 InSb Mn Сг InSb Mn Cr InSb Mn Cr Чутливість, В/А * Тл 0,0500 0,0500 0,0300 0,0495 0,0495 0,0288 Зміна відносної чутливості, % 0,01 0,01 0,04 Концентрація легуючих ДОМІШОК В кристалі, см 3 1 *ю" 5*10" 1 *Ю 14 5*10 ID 1 *10 1b 1*10 ІЙ ФІГ. ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 Температурний діапазон, К Концентрація 3 електронів, см 4,2-ь 300 4,2-ь 300 4,2-ь 300 2,7*10 ІЙ 3,0*10 ІЙ 4,4*10 ІЙ