Вимірювальний перетворювач магнітного поля

Вимірювальний перетворювач магнітного поля, який містить сформовану на підкладці область чутливого шару та чотири виводи до неї, який відрізняється тим, що між виводами та областю чутливого шару сформовані області проміжного шару, товщина яких є меншою, ніж товщина чутливого шару. (19) (21) u201012291 (22) 18.10.2010 (24) 26.04.2011 (46) 26.04.2011, Бюл.№ 8, 2011 р. (72) ГОТРА ЗЕНОН ЮРІЙОВИЧ, БОЛЬШАКОВА ІНЕСА АНТОНІВНА, ГОЛЯКА РОМАН ЛЮБОМИРОВИЧ, МАРУСЕНКОВА ТЕТЯНА АНАТОЛІЇВНА (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" 3 Перпендикулярною до площини сформованого на підкладці чутливого шару вимірювального перетворювача магнітного поля є проекція Bz, перпендикулярною до перерізу А1-А1 є проекція BY, а перпендикулярною до перерізу А2-А2 - проекція Вх. Вимірювальний перетворювач магнітного поля містить сформовану на підкладці 1 область чутливого шару 2 та чотири виводи 3, 4, 5, 6 до нього, а між ними сформовані області проміжного шару 7, 8, 9, 10, товщина яких є меншою, ніж товщина чутливого шару 2. Область чутливого шару 2 вимірювального перетворювача магнітного поля переважно має форму прямокутника, а області проміжного шару 7, 8, 9, 10, що з'єднують область чутливого шару 2 з виводами 3, 4, 5, 6, сформовані строго посередині кожної з граней області чутливого шару 2. Товщина областей проміжного шару 7-10 є суттєво меншою, зокрема, в 10 разів, за товщину області чутливого шару 2. Переважно підкладкою 1 вимірювального перетворювача магнітного поля служать пластини напівізолюючого GaAs, область чутливого шару 2 формують з легованих GaAs, InSb чи InAs, а області проміжного шару 7, 8, 9, 10 формують шляхом потоншення чутливого шару 2 до мінімально можливої товщини. Зокрема, при товщині області чутливого шару 2 13мкм товщина областей проміжного шару 7, 8, 9, 10 становить порядку 0.1мкм. Для формування виводів 3, 4, 5, 6 використовують тонкі шари Аu, які частково перекриваються з областями проміжного шару 7-10. Для вимірювання магнітного поля через вимірювальний перетворювач магнітного поля почергово через дві пари протилежно розміщених виводів 3 і 5 та 4 і 6 пропускають електричний струм, що обумовлює формування напруг V1, V2, V3, V4 відповідно на першому 3, другому 4, третьому 5 та четвертому 6 виводах. Ці напруги мають омічні VR та холлівські VHX, VHY, VHZ складові. Омічна складова VR є результатом падіння напруги на омічних ділянках області чутливого шару 2, а холлівські - результатом відхилення рухомих носіїв заряду в області чутливого шару 2 внаслідок дії на них магнітного поля. Холлівські складові служать інформативними величинами проекцій Вх, BY, Bz вектора індукції магнітного поля, що вимірюється. Холлівська складова VHZ, що є пропорційною до проекції Bz, виникає внаслідок перерозподілу рухомих носіїв в площині області чутливого шару 2. Натомість, холлівські складові VHX, VHY, що є пропорційними до проекцій Вх, BY відповідно, виникають внаслідок перерозподілу рухомих носіїв 58889 4 по товщині області чутливого шару 2. Враховуючи, що товщина областей проміжного шару 7-10 є суттєво меншою за товщину області чутливого шару 2, ці проміжні області 7-10 контактують з донною частиною області чутливого шару 2. Таким чином, холлівські напруги в місцях з'єднання областей проміжного шару 7-10 з чутливим шаром 2 визначаються носіями, що відхиляються з приповерхневої частини області чутливого шару 2 в його донну частину. Вимірювання проводять за два етапи. На першому етапі вимірюють Bz та Вх проекції вектора індукції магнітного поля. Для цього через перший 3 та третій 5 виводи пропускають електричний струм. Один з цих виводів, наприклад, третій вивід 5, приймають за опорний. Тоді, між другим 4 та третім 5 виводами буде сформована різниця напруг V2-V3=(V1-V3)/2+V1HX/2+VHZ/2. Натомість, різниця напруг між четвертим 6 та третім 5 виводами буде мати протилежний знак холлівської VHZ складової, а саме V4-V3=(V1V3)/2+VHX/2-VHZ/2. Відповідно до вищенаведених виразів, для визначення VHz складової проводять вимірювання різниці напруг між другим 4 та четвертим 6 виводами VHZ=V2-V4, а складову VHX розраховують як VHX=(V2-V3)+(V4-V3)-(V1-V3). На другому етапі вимірюють Bz (опційно) та BY проекції вектора індукції магнітного поля, що забезпечується зміною струмового кола - струм пропускають через другий 4 та четвертий 6 виводи. Прийнявши один з цих виводів, наприклад, третій 5, за опорний, отримують різниці напруг V3-V4=(V2-V4)/2+VHY/2+VHZ/2; V1-V4=(V2V4)/2+VHY/2-VHZ/2. Для визначення VHZ складової проводять вимірювання різниці напруг між третім 5 та першим 3 виводами VHZ=V3-V1, а складову VHY розраховують як VHY=(V3-V4)+(V1-V4)-(V2-V4). Таким чином, вимірювальний перетворювач магнітного поля дозволяє вимірювати три ортогональні проекції Вх, BY, Bz вектора індукції магнітного поля - є тривекторним. Типова чутливість вимірювального перетворювача магнітного поля знаходиться в межах 30300mV/T і переважно визначається товщиною та геометричними розмірами чутливого шару. Також перевагами вимірювального перетворювача магнітного поля є можливість його формування на базі традиційних технологій тонкоплівкових сенсорів магнітного поля, висока температурна та радіаційна стабільність, що обумовлюється відсутністю структурі р-n переходів, а також мінімальна кількість виводів. 5 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 58889 6 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601