Способ определения индукции магнитного поля

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ яио преолы,-В разов а льнюсСР982,циит повыени ГОСУДАРСТЯЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(7) Институт проблем управления(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНДУКЦИИМАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Способ определения индукмагнитного поля (МП) поэволяесить точность определ я индукц МП за счет представления выходногосигнала в частотной форме, Способреализован в устройстве, содержащемполупроводниковый чувствительный элемент (ППЧЭ) 1, источник 2 регулируемого напряжения, частотомер 3, проградуированный в единицах магнитнойинцукции, и резистор 4 нагрузки, ВППЧЭна Р - и-структуре с 8-образной вольт-амперной характеристикойи соотношением концентраций М донорной примеси и примеси М компенсациив и-области Мс Н2 Я формируютшнур тока путем увеличения напряженности электрического поля до критического значения и определяют индукцию В иэ соотношения ВЖЕ, где М -коэффициент пропорциональности Ечастота колебания шнура тока.ил, 1336728Изобретение относится к областиизмерительной техники и может бытьиспользовано для контроля параметровмагнитного поля.Целью изобретения является повышение точности определения индукциимагнитного поля за счет представления выходного сигнала в частотнойформе, 10На чертеже приведена схема устройства, реализующего способ,Устройство содержит чувствительный элемент 1, подключенной к источнику 2 регулируемого напряжения, 15частотомеру 3, проградуированномув единицах магнитной индукции, ирезистору 4 нагрузки,Чувствительный элемент . представляет р - п-структуру, выполненную 20из кремния легированного фосфором.Концентрация фософра 0 равна,О 110 С одной стороны структу"смры проведена компенсацияфосфора зо 25лотом, при этом электроны с донорныхуровней фосфора переходят на акцепторные уровни золота. Концентрациязолота Б снижается от поверхностидиффузии,и в объеме чувствительногоэлемента лежит в пределах ММ е 2 Б,С противоположной стороны структурыпроведена диффузия алюминия до кон(8 1центрации Е, равной 10 -- , чемАф см35создана р -область.Такая структура чувствительногоэлемента обеспечивает 8-образнуювольт-амперную характеристику и способность к генерации колебаний под 40действием магнитного поля.При подаче напряжения питания отрегулируемого источника 2 рф-и-пере,ход открыт. Напряженность поля распределена по структуре в соответствии 45с неравномерностью распределения концентраций носителей по длине структу-,ры и неравномерностью их компенсации. По мере увеличения напряжения питания и, как следствие, напряженности электрического поля до критического уровня происходит энергетический разогрев электронов, находящихся на уровнях золота как в и-, так и в р-областях. При этом за счет неравномерности распределения исходной концентрации напряженность поля по длине чувствительного элемента изменяется неодинаково и энергии электро- нов также различны. В месте наибольшей концентрации (наименьшей компенсации) напряженность электрического поля максимальна и энергетический разогрев носителей максимален. Часть электронов получает энергию, достаточную для перехода с компенсирующего дырочного энергетического уровня в зону проводимости, что вызывает уменьшение сопротивления и дальнейшее увеличение напряженности в этом месте, а это в свою очередь увеличи вает количество носителей, переходящих в зону проводимости. Происходит лавинообразный процесс, приводящий к полному выбросу электронов с дырочных энергетических уровней компенсации в зону проводимости.Структура переходит в состояние отрицательного дифференциального сопротивления, в ней образуется шнур тока, Сопротивление чувствительного элемента 1 в шнуре резко падает до цвух порядков. Напряженность электрического поля резко возрастает, При этом напряжение, приложенное к чувствительному элементу, практически полностью падает на области максималь. ной проводимости (на шнуре тока). Напряженность электрического поля вне шнура падает. Электроны, перешедшие до этого в зону проводимости, возвращаются на компенсирующие уровни золота. В отсутствие магнитного поля шнур тока остается стабильным,При воздействии на чувствительный элемент магнитного поля на шнур тока и носители тока вне шнура действует сила Лоренца, При ориентации силовых линий магнитного поля параллельно р -и-переходу (перпендикулярно шнуру тока) и перпендикулярно силовым линиям электрическбго поля сила Лоренца отклоняет свободные электроны, свободные дырки и шнур тока в направлении, перпендикулярном силовым линиям полей (вправо или влево в зави симости от направления силовых линий: на плоскость чертежа или от нее соответственно). При,этом в областях п и р образца действие магнитного+поля вызывает различные процессы. В и-области свободных дырок мало, электроны вне шнура находятся на уровнях компенсации и их тоже мало. В этих условиях шнур тока может смещаться по структуре без разрушения (при усло336728 40. ВНИИПИ Заказ 499 Тираж 569 Подписи лигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна Произ вии достаточно равномерного распреде"ления начальной концентрации и компен.сации). В р -области имеется большоеколичество свободных дырок,. а электроны находятся на уровнях компенса"ции золота (напряженность электрического поля вие шнура мала) . Под действиеммагнитного поля свободные дырки дрей"фуют по чувствительному элементу исоздают у ближайшей стенки шнураобласть повышенной рекомбинации.Так как электронов к этой стенке шну, ра подходит на 2-3 порядка меньшееколичество, то начинается процессразрушения шнура, сопротивление шнура в р -области увеличивается, начинается новое распределение напряженности электрического поля по структу"ре: в области шнура она падает, вне 20шнура растет. Уменьшение напряженности электрического поля в шнуре приво"дит в переходу части электронов науровни компенсации золота, Происходитвторой лавинообразный процесс (разрушениешнура), после чего состояниеструктуры возвращается к исходному ивесь процесс повторяется,Увеличение индукции магнитногополя В приводит к увеличению силы Ло- Зоренца Р, действующей на носительзаряда и равнойГцчВ,где с - заряд электронов;ч "скорость носителя заряда.35При этом число свободных дырок,подходящих к шнуру, возрастает, скорость рекомбинации увеличивается,шнур разрушается быстрееи увеличивается частота колебаний тока.,Такимобразом, частота колебаний тока эависит от величины магнитной индукции и возрастает с ее увеличением.Измерение частоты колебаний частотомером 3, подключенным к нагрузочному резистору 4 и проградуированно" му в единицах магнитной индукции, позволяет однозначно определить величину индукции магнитного поля. При реализации способа не важенпорядок воздействия электрическогои магнитного полей на чувствительныйэлемент, т,е, шнур тока можно форми":ровать как до, так и после помещенияэлемента в магнитное поле,Формула и э о б р е т е н и я Способ определения индукции магнит ного поля, включающий воздействие взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей на полупроводниковый чувствительный элемент, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности в полупроводниковом чувствительном элементе на р+-и-струтуре с Я-образной вольт-амперной характеристикой и соотношением концентраций донорной примеси Ви примеси компенсации М в и-области Вс 04 с 2 й,формируют шнур тока путем увеличения напряженности электрическЬго поля до критического значения и определяют индукцию В из соотношенияВ 1 сЮ