Магнітний мультисенсор

1 Магнітний мультисенсор, що містить лінійку з кількома мікродатчиками, електрично з'єднаними між собою, та струмовими електродами, розміщеними на торцевих гранях, і холлівськими електродами, розміщеними на бокових гранях попарно на фіксованій відстані один від другого, який відрізняється тим, що виконаний в єдиному напівпровідниковому ниткоподібному монокристалі 2 Магнітний мультисенсор за п 1, який відрізняється тим, що КІЛЬКІСТЬ мікродатчиків складає від 3 до 10 Винахід відноситься до напівпровідникової електроніки і може бути використаним в приладобудуванні, вимірювальній техніці та автоматиці для вимірювання неоднорідного магнітного поля та його градієнтів ВІДОМІ багатоканальні датчики для вимірювання магнітних полів, які містять декілька датчиків Холла по числу каналів, що живляться від одного джерела струму і з'єднані послідовно між собою (Ас СССР №463 934, G01r33/06,1975, БИ №10) Однак вищеописані датчики складні конструктивно і за рахунок відносно великих розмірів не придатні для локального вимірювання неоднорідних магнітних полів та їх градієнтів Найбільш близьким до пропонованого є багатоканальний датчик Холла, який містить лінійку з кількох окремих датчиків, електричне з'єднаних між собою, з холлівськими електродами, розміщеними на бокових гранях (Каталог фірми AREPOC Ltd, 1997p, lljusmova 4 851 01 Bratislava, SLOVAKIA) Мікросенсори розміщені один відносно другого на відстані 0,5мм Багатоканальний датчик являє собою розміщену на керамічній підкладці тонку моно-кристалічну пластину, виготовлену з InSb, на якій методом фотолітографії нанесений рисунок 7-й елементарних датчиків, з'єднаних між собою послідовно, і які мають спільне живлення Габаритні розміри вищеописаного датчика (незапакованого) 5мм х 4мм х 0,7мм Однак вищеописаний багатоканальний датчик Холла, створений на основі монокристалічної пластини, трудоемкий за технологією виготовлення, яка передбачає ряд складних операцій фотолітографію, травлення, та шліфовку Така технологія пов'язана з великим відходами напівпровідникового матеріалу Крім того, при механічній обробці в монокристалі ч ній пластині утворюються дислокації та дефекти, які негативно впливають на характеристики чутливих елементів датчиків Цей багатоканальний датчик складний конструктивно і ненадійний у використанні, що зумовлене тим, що електричний зв'язок мікросенсорів між собою здійснюється за допомогою витравлених з напівпровідникової монокристалічної пластини тонких доріжок, у випадку пошкодження однієї з яких весь пристрій виходить з ладу Крім того, наявність керамічної підкладки робить непридатним вищеописаний датчик Холла для вимірювання магнітного поля та його градієнтів в малих об'ємах та вузьких щілинах магнітних систем, В основу винаходу поставлено завдання створити магнітний мультисенсор як багатоканальний датчик Холла шляхом формування на основі ниткоподібного монокристалу ЛІНІЙКИ З кількома мікродатчиками, що дасть можливість здійснити електричне з'єднання мікродатчиків безпосередньо в об'ємі монокристалу і дозволить підвищити його надійність та точність характеристик, знизити тру О і со (О сч ю 52637 доємкість його виготовлення, а також забезпечити мікродатчиків (кожного зокрема) магнітного мульвимірювання неоднорідного магнітного поля та тисенсора його градієнтів в малих об'ємах магнітних систем Напівпровідниковий ниткоподібний монокрисПоставлене завдання вирішується тим, що матал 1 являє собою лінійку з кількома мікросенсогнітний мультисенсор, який містить лінійку з кільрами, електрично з'єднаними між собою, струмокома мікродатчиками, електричне з'єднаними між вими електродами 2, розміщеними на торцевих собою, з холлівськими електродами, розміщеними гранях ниткоподібного монокристалу, та холлівсьна бокових гранях попарно на фіксованій відстані кими електродами 3 - 8, розміщеними попарно на один відносно другого, і струмовими електродами, бокових гранях ниткоподібного монокристалу на розміщеними на торцевих гранях, згідно з винахофіксованій відстані один відносно другого дом, виконаний в єдиному напівпровідниковому Працює магнітний мультисенсор таким чином ниткоподібному монокристалі При подачі на струмові електроди (2) живлення від джерела струму та прикладенні зовнішнього магніВиконання магнітного мультисенсора в єдинотного поля, вектор якого перпендикулярний до му напівпровідниковому ниткоподібному монокриробочої поверхні чутливого елементу, на кожній сталі дає можливість підвищити його надійність за парі холлівських електродів (3 - 8) магнітного мурахунок спрощення конструкції, в зв'язку з тим, що льтисенсора виникають сигнали, величина яких наявність єдиного ниткоподібного монокристалу, залежить від величини струму та індукції зовнішна основі якого сформовані мікродатчики, забезнього магнітного поля у ВІДПОВІДНИХ точках Таким печує їх послідовне включення по струму безпосечином, в зовнішньому магнітному полі при пропусредньо в монокристалі, що виключає можливість канні струму вздовж монокристалу (1), на бокових виходу з ладу магнітного мультисенсора за рахугранях якого розміщено декілька пар холлівських нок пошкодження ланки живлення одного з елемеконтактів (3 - 8) на фіксованій відстані один від нтів другого, ці контактні пари виконують функції окреНаявність єдиного ниткоподібного мікромонокмих генераторів Холла, оскільки розміри активних ристалу, вирощеного методом газотранспортних областей кожного з генераторів на порядок менші реакцій, який являється чутливим елементом в відстані між ними при вказаній нижче геометрії магнітному мультисенсорі, забезпечує більш стакристалу більні параметри останнього за рахунок досконалості кристалічної структури, поверхні та однорідМагнітний мультисенсор виготовлений з виного складу чутливого елементу рощеного методом газотранспортних реакцій ниткоподібного монокристалу антимоніду ІНДІЮ (InSb), Технологічне виконання магнітного мультисеякий характеризується малим поперечним перерінсора в єдиному ниткоподібному монокристалі дає зом (0,05 х 0,03мм2) та довжиною (5мм) На бокоможливість знизити трудоємкість його виготовленвих гранях монокристалу методом точкової електня за рахунок того, що вирощені методом газотрарозварювання сформовано шість пар холлівських нспортних реакцій монокристали, на основі яких електродів з золотого мікродроту діаметром формуються мікродатчики, відзначаються структу0 01мм на відстані 0,6мм один відносно другого рною досконалістю і дзеркальною поверхнею і не Струмові електроди (2) сформовано з золотого потребують жодної механічної обробки мікродроту діаметром 0 03мм на торцевих гранях Крім того, конструктивне виконання магнітного монокристалу КІЛЬКІСТЬ мікродатчиків в магнітномультисенсора в єдиному напівпровідниковому му мультисенсорі складає від 3 до 10 ниткоподібному монокристалі дає можливість зменшити його габарити, оскільки запропоноване техРезультати вимірювання параметрів магнітнонічне рішення виключає наявність керамічної підго мультисенсора в однорідному магнітному полі кладки, забезпечуючи таким чином вимірювання при температурі 300К приведені в таблиці 1 Поградієнтів магнітного поля в малих об'ємах та вухибка вимірювання становила не більше 1% Визьких щілинах магнітних систем мірювання проводились в магнітному полі від 100 до 500мТ з неоднорідністю не більше 0 05% ВихіНа фіг 1 показано магнітний мультисенсор, де дний опір ниткоподібного монокристалу становить 1 - напівпровідниковий ниткоподібний монокрис16Ом тал, 2 - струмові електроди, 3 - 8 - ХОЛЛІВСЬКІ електроди На фіг 2 представлена діаграма чутливості Номер холлівської пари 1 2 3 4 5 6 Залишкова напруга, мВ 0 569 0 269 -0 173 0 258 0 053 -0 267 Магнітна чутливість, мВ/Т 17 00 16 73 17 37 16 30 1615 16 07 З представленої на фіг 2 діаграми видно, що відхилення від середнього значення чутливості для всіх елементів (мікродатчиків) магнітного мультисенсора не перевищує 4% Реалізація пропонованого технічного рішення, Максимальна похибка ЛІНІЙНОСТІ, % 0 90 0 41 0 54 0 51 0 78 0 66 Вихідний опір окремих мікродатчиків, Ом 27 27 29 25 20 20 в порівнянні з відомими пристроями має наступні техніко-економічні переваги і дає можливість • забезпечити стабільність його параметрів за рахунок однорідності складу чутливого елементу, характерного для ниткоподібних монокристалів, 52637 вирощених методом газотранспортних реакцій, вимірювань неоднорідних магнітних полів, неста• підвищити його надійність в роботі за рахунок більних в часі, за рахунок практично одночасного спрощення конструкції, одержання інформації з усіх холлівських пар при • знизити трудоємкість його виготовлення та обробці результатів вимірювань з допомогою перодночасно підвищити якість чутливого елементу за сонального комп'ютера, рахунок того, що вирощені методом газотранспор• по-друге, те ж саме в умовах нестабільної тних реакцій монокристали відзначаються структутемператури навколишнього середовища, рною досконалістю (бездефектністю) в зв'язку з • по-третє, можливість побудови системи для відсутністю ХІМІЧНИХ операцій та подальшої мехавизначення просторового розподілу неоднорідного нічної обробки, яка негативно впливає як на якість і змінного в часі магнітного поля шляхом побудови поверхні монокристалу, так і на якість його струккоординатних решіток з використанням кількох тури, магнітних мультисенсорів одночасно, • створити більш економічну конструкцію, що • по-четверте, суттєве спрощення методики зумовлено відсутністю втрат напівпровідникового вимірювання за рахунок можливості відмовитися матеріалу в процесі виготовлення датчика (безвідвід механічних координатних систем переміщення, ходне виробництво) що особливо суттєво при криогенних умовах експерименту, Переваги, одержані при використанні багатоканальних датчиків Холла для вимірювання роз• по-п'яте, можливість вимірювань у відносно поділу індукції магнітних полів, суттєві в порівнянні невеликому об'ємі магнітної системи, а також в з використанням одиничних датчиків і механічних декількох різних місцях магнітної системи, в тому координатних систем їх переміщення числі в різних напрямках • по-перше, підвищення точності результатів г з 4 s Номер чутливого елементу Фіг і Фіг.2 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24