Вимірювальний перетворювач магнітного поля

Реферат: Вимірювальний перетворювач магнітного поля, який містить сформовані в напівпровідниковому шарі першого типу провідності чотири контактні області того ж типу провідності, причому між контактними областями в напівпровідниковому шарі сформовано центральну область другого, протилежного, типу провідності. UA 75778 U (54) ВИМІРЮВАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ МАГНІТНОГО ПОЛЯ UA 75778 U UA 75778 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної та сенсорної техніки, зокрема напівпровідникових вимірювальних перетворювачів магнітного поля, і може бути використана для вимірювання магнітного поля, зокрема в трикоординатних картографах, пристроях автоматики, детекторах просторового положення тощо. Відомий вимірювальний перетворювач магнітного поля [Мікроелектронні сенсорні пристрої магнітного поля. За ред. Готри З.Ю. / Большакова І.А., Гладун М.Р., Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Лопатинський І.Є., Потенцкі Є., Сопільник Л.І. Львів: Вид. Національного університету "Львівська політехніка", 2001 р. - Рис. 4.37. – С. 196], що містить сформовані в напівпровідниковому шарі чотири контактні області одного і того ж типу провідності. Дві навпроти розміщені контактні області є струмовими, а дві інші, що розміщені між струмовими контактними областями, є потенціальними. Вимірювальний перетворювач використовує ефект Холла, що проявляється у виникненні різниці напруг між потенціальними контактними областями. Ця різниця напруг є пропорційною силі стуму, що протікає між струмовими контактними областями, та індукції магнітного поля. Однак, відомий вимірювальний перетворювач магнітного поля здатний вимірювати перпендикулярну до поверхні напівпровідникового шару проекцію вектора індукції магнітного поля, але не здатний вимірювати дві інші проекції вектора індукції магнітного поля, що складає його функціональну обмеженість. Крім того, відомий вимірювальний перетворювач має значне енергоспоживання. В основу корисної моделі поставлено задачу створити вимірювальний перетворювач магнітного поля, в якому введення нових елементів та зв'язків дозволило б вимірювати всі три проекції вектора індукції магнітного поля та зменшити його енергоспоживання, і тим самим, розширити функціональні можливості та підвищити експлуатаційні характеристики вимірювального перетворювача магнітного поля. Поставлена задача досягається тим, що вимірювальний перетворювач магнітного поля містить сформовані в напівпровідниковому шарі першого типу провідності чотири контактні області того ж типу провідності, згідно з корисною моделлю, між контактними областями в напівпровідниковому шарі сформовано центральну область другого, протилежного, типу провідності. Нове конструктивне рішення вимірювального перетворювача магнітного поля дає можливість вимірювати три ортогональні проекції В X, BY, BZ вектора індукції магнітного поля та зменшити його струм живлення. Це розширює функціональну здатність та підвищує експлуатаційні характеристики вимірювального перетворювача магнітного поля, зокрема зменшує енергоспоживання. На фіг. 1 зображено вимірювальний перетворювач магнітного поля, а на фіг. 2 - переріз вимірювального перетворювача магнітного поля за А-А, де: 1 - підкладка; 2, 3, 4, 5 - відповідно, перший, другий, третій та четвертий контактні області; 6 - центральна область; ВX, BY, BZ - три ортогональні проекції вектора індукції магнітного поля. Перпендикулярною до площини сформованого на підкладці чутливого шару вимірювального перетворювача магнітного поля є проекція BZ, a перпендикулярною до перерізу А-А є проекція BY. Вимірювальний перетворювач магнітного поля містить сформовані в напівпровідниковому шарі 1 першого типу провідності чотири контактні області 2, 3, 4, 5 першого типу провідності, а між ними сформовану в напівпровідниковому шарі центральну область 6 другого, протилежного, типу провідності. Напівпровідниковий шар 1 переважно має форму квадрату, в центрі якого знаходиться центральна область 6 протилежного до підкладки типу провідності. Контактні області 2, 3, 4, 5 є того ж типу провідності, що і напівпровідниковий шар 1 та рiвновіддаленими одна від одної та центральної області 6. Внаслідок різниці в типі провідності між центральною областю 6 та напівпровідниковим шаром формується р-n перехід. Переважно напівпровідниковим шаром 1 вимірювального перетворювача магнітного поля служить монокристалiчний кремній n-типу провідності з концентрацією донорних носіїв заряду 15 16 -3 10 …10 см . Концентрація донорних носіїв заряду в контактних областях 2, 3, 4, 5 того ж типу 19 21 -3 провідності, що і напівпровідниковий шар, становить 10 …10 см . Концентрація акцепторних носіїв заряду в центральній області 6 протилежного до напівпровідникового шару типу 17 19 -3 провідності (р-типу) становить 10 …10 см . Вимірювання проводять за три етапи. На першому етапі вимірюють BZ проекцію вектора індукції магнітного поля. Для цього через довільну пару протилежно розміщених контактних областей, зокрема, областей 2 та 4, пропускають електричний струм IZ. Інформативною величиною BZ проекції вектора служить 1 UA 75778 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 різниця напруг VHZ між іншою парою протилежно розміщених контактних областей, зокрема, областей 3 та 5. Відповідно до ефекту Холла [Мікроелектронні сенсорні пристрої магнітного поля. За ред. Готри З.Ю. / Большакова І.А., Гладун М.Р., Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Лопатинський І.Є., Потенцкі Є., Сопільник Л.І. Львів: Вид. Національного університету "Львівська політехніка", 2001 р. – С. 118] різниця напруг VZ є прямо пропорційною коефіцієнту Холла RH, струму IZ та BZ проекції вектора індукції, проте, обернено пропорційною товщині напівпровідникового шару d в його активній частині між областями 3 та 5: R I B (1) VHZ  H Z Z . d На другому етапі вимірюють BY проекцію вектора iндукції магнітного поля. Для цього, використовуючи центральну область 6 та дві контактні області 2 та 4, формують розгалужене коло проходження електричного струму. Струм протікає через центральну область 6 та прямозміщений р-n перехід, а далі розгалужується між контактними областями 2 та 4. При симетричності контактних областей 2 та 4 відносно центральної області 6 та відсутності магнітного поля струми областей 2 та 4 є взаємно тотожними. При дії BY проекції вектора індукції має місце відхилення траєкторії руху носіїв заряду в напівпровідниковому шарі. Зокрема, при B Y>0 носії, що дрейфують до контактної області 2 відхиляються до поверхні напівпровідникового шару, а носії, що дрейфують до контактної області 4 відхиляються в протилежному напрямку - від поверхні в глибину напівпровідникового шару. Таке відхилення обумовлене протилежним напрямком руху носіїв від центральної області 6 до областей 2 та 4, а відтак, протилежним напрямком діючої на них в магнітному полі сили Лоренца. Внаслідок вказаної модуляції траєкторії руху носіїв відбувається перерозподіл струмів - при збільшенні BY проекції вектора індукції струм області 2 зростає, а області 4 спадає. Натомість, при BY