Вимірювальний перетворювач магнітного поля

Реферат: Вимірювальний перетворювач магнітного поля містить сформовані в напівпровідниковому шарі чотири контактні області, перша та друга з яких є того ж типу провідності, що і напівпровідниковий шар. Третя та четверта контактні області є протилежного до напівпровідникового шару типу провідності, перша та друга області утворюють першу діагональ, а третя та четверта області - другу діагональ фігури у формі квадрата. UA 79863 U (54) ВИМІРЮВАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ МАГНІТНОГО ПОЛЯ UA 79863 U UA 79863 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 три координатних 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", 2001р. - 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. В основу корисної моделі поставлена задача створити вимірювальний перетворювач магнітного поля, в якому введення нових елементів та зв'язків дозволило б вимірювати всі три проекції вектора індукції магнітного поля, і тим самим, розширити функціональні можливості. Поставлена задача вирішується тим, що вимірювальний перетворювач магнітного поля містить сформовані в напівпровідниковому шарі першого типу провідності чотири контактні області, перша та друга з яких є того ж типу провідності, що і напівпровідниковий шар згідно корисної моделі, а третя та четверта контактні області є протилежного до напівпровідникового шару типу провідності, причому перша та друга області утворюють першу діагональ, а третя та четверта області - другу діагональ фігури у формі квадрату. Нове конструктивне рішення вимірювального перетворювача магнітного поля дає можливість вимірювати три ортогональні проекції ВХ, ΒY, ΒZ вектора індукції магнітного поля, що розширює його функціональну здатність. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На фіг. 1 зображено вимірювальний перетворювач магнітного поля, а на фіг.2 та фіг.3 перерізи вимірювального перетворювача магнітного поля за А1-А1 та А2-А2, відповідно, де: 1 напівпровідниковий шар; 2, 3, 4, 5 - відповідно, перша, друга, третя та четверта контактні області; ВX, ΒY, ΒZ -три ортогональні проекції вектора індукції магнітного поля. Проекції ВX, ΒY є паралельними, а проекція ΒZ - перпендикулярною до площини напівпровідникового шару вимірювального перетворювача магнітного поля. Вимірювальний перетворювач магнітного поля містить сформовані в напівпровідниковому шарі 1 першого типу провідності чотири контактні області 2, 3, 4, 5, причому перша 2 та друга 3 області є того ж типу провідності, що і напівпровідниковий шар 1, а третя 4 та четверта 5 області є протилежного до напівпровідникового шару типу провідності. Перша 2 та друга 3 області утворюють першу діагональ, а третя 4 та четверта 5 області - другу діагональ фігури у формі квадрату. Внаслідок різниці в типі провідності між третьою 4 областю та напівпровідниковим шаром 1 формується p-η перехід. Аналогічно, такий же p-n перехід формується між четвертою 5 областю та напівпровідниковим шаром 1. Переважно напівпровідниковим шаром 1 вимірювального перетворювача магнітного поля служить монокристалічний кремній n - типу провідності з концентрацією донорних носіїв заряду 15 16 -3 10 -10 см . Концентрація донорних носіїв заряду в контактних областях 2 та 3 того ж типу 19 21 -3 провідності, що і напівпровідниковий шар, становить 10 -10 см . Концентраціяакцепторних носіїв заряду в контактних областях 4 та 5 протилежного до напівпровідникового шару типу 17 19 -3 провідності (р-типу) становить 10 -10 см . Товщина контактних областей може бути різною, що обумовлено особливостями технологічного процесу виготовлення вимірювального перетворювача. Зокрема, як це показано на Фіг. 2 та Фіг. 3, товщина контактних областей 4 та 5 є більшою за товщину контактних областей 2 та 3. Вимірювання проводять за три етапи. На першому етапі вимірюють BZ проекцію вектора індукції магнітного поля. Для цього пропускають електричний струм IZ між першою та другою контактними областями. Інформативною величиною BZ проекції вектора служить різниця напруг VHZ між третьою 4 та 1 UA 79863 U 5 четвертою 5 контактними областями. 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", 2001р. - 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: VHZ  10 15 20 25 30 35 40 R  d (1) Падіння напруги на р-n переходах третьої 4 та четвертої 5 контактних областей є однаковими і на різницю напруг між цими контактними областями не впливають. На другому етапі вимірюють ВX проекцію вектора індукції магнітного поля. Для цього пропускають електричний струм ΙX між першою 2 та третьою 4 контактними областями, причому напрям струму ΙX відповідає прямому зміщенню р-n переходу між третьою 4 контактною областю та напівпровідниковим шаром 1. Неосновні носії заряду, що інжектуються цим р-n переходом дрейфують в напівпровідниковому шарі та у відповідності до магнітодіодного ефекту [Мікроелектронні сенсорні пристрої магнітного поля. За ред. Готри З.Ю. / Большакова LA., Гладун М.Р., Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Лопатинський І.Є., Потенцкі Є., Сопільник Л.І. Львів: Вид. Національного університету "Львівська політехніка", 2001р. - С. 162] модулюють його провідність. Під дією сили Лоренца в магнітному полі неосновні носії заряду відхиляються. Зокрема, при ΒX > 0 носії відхиляються до поверхні напівпровідникового шару, збільшуючи його провідність, а при ВX 0 падіння вказане падіння напруги зменшується, а при В X < 0 - збільшується. На третьому етапі вимірюють ΒY проекцію вектора індукції магнітного поля. Вимірювання проводять аналогічно до другого етапу, однак, струм пропускають між першою 2 та четвертою 5 контактними областями. Інформативною величиною Βγ проекції є падіння напруги VRY між цими областями. Кількість інформативних величин вимірювання проекцій вектора магнітного поля у вимірювальному перетворювачі відповідно корисній моделі можна збільшити. Так, для вимірювання ВX проекції використовують падіння напруги між другою 3 та четвертою 5 контактними областями, а для вимірювання ΒY проекції - між другою 3 та третьою 4 контактними областями. Крім того, для підвищення чутливості вимірювання ΒX та ΒY проекції магнітного поля напівпровідниковий шар 1 формують на напівпровідниковій підкладці протилежного до останнього типу провідності (для напівпровідникового шару n-типу провідності використовують підкладку р - типу провідності). При такому рішенні між напівпровідниковим шаром та підкладкою формується зворотно-зміщений р-n перехід, який екстрагує направлені в його сторону неосновні носії заряду. Ця екстракція носії обумовлює збільшення падіння напруги між контактними площадками вимірювального перетворювача, а відтак, підвищує його чутливість. Таким чином, вимірювальний перетворювач магнітного поля володіє функціональною перевагою - є тривекторним, дозволяючи вимірювати три ортогональні проекції ΒX, ΒY, ΒX вектора індукції магнітного поля. Чутливість вимірювання залежить від конструктивних та технологічних особливостей структури перетворювачів і для ΒZ проекції становить (1-30) В/АТ, а ВX та ΒY проекцій – 1-30 %/Т. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Вимірювальний перетворювач магнітного поля, який містить сформовані в напівпровідниковому шарі чотири контактні області, перша та друга з яких є того ж типу провідності, що і напівпровідниковий шар, який відрізняється тим, що третя та четверта контактні області є протилежного до напівпровідникового шару типу провідності, причому перша та друга області утворюють першу діагональ, а третя та четверта області - другу діагональ фігури у формі квадрата. 2 UA 79863 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3