3. Измерительные преобразователи магнитного поля
Технические характеристики измерительных преобразователей магнитного поля на основе эффекта Холла (датчиков Холла) зависят как от используемого материала, так и от геометрических размеров и формы чувствительного элемента /10/. Наиболее часто для чувствительных элементов датчиков Холла используют такие материалы как InSb и GaAs, основные преимущества которых заключаются в высокой подвижности носителей зарядов.
Нами для создания измерительных преобразователей использовались пленки GaAs на полуизолирующем арсениде галлия. Целью разработки было создание датчиков с низкими уровнями шумов, высокой линейностью зависимости полезного сигнала от магнитного поля, слабой зависимостью параметров от температуры и радиационного облучения, а так же миниатюризация рабочей зоны.
Преобразователи, датчики, сенсоры - Информационный портал © 2011 - 2023 Использование материалов сайта возможно при размещении активной ссылки
Главная >> Публикации >> Полупроводниковые измерительные преобразователи... датчики Холла
русский / english
• Представлена информация о различных преобразователях и датчиках физических величин, параметров различных физических процессов.
• Электрофизические свойства и эффекты в различных электротехнических материалах.
• Теория, экспериментальые результаты, практическое применение
На рис.10 показано схематическое изображение датчика Холла. Конструкция и технология сборки корпуса предусматривают компенсацию механических напряжений, возникающих при изменении температуры и способных влиять на характеристики чувствительного элемента. Толщина пленок СаАs варьировалась в пределах 0.1-5 мкм, концентрация носителей тока 1·10^17 - 5·10^18 см-3 Размер рабочей зоны 100 х 30 мкм. В зависимости от толщины пленок и концентрации носителей тока входное и выходное электрические сопротивления изменялись в пределах 15 - 1500 Ом, токи питания от 3 до 150 мА, начальный выходной сигнал Uo находился в пределах 0.01 - 5 мВ, температурная зависимость Uo менее 0,1%/K, R ~ 0,08 %/K, чувствительность к магнитному полю в пределах 80 - 500 мВ/Тл, линейность в поле до 2 Тл не хуже 0,1%. Датчики работоспособны в диапазоне температур 4.2 - 400 К. Для улучшения шумовых характеристик и достижения высокой абсолютной чувствительности измерительных преобразователей применялся специально разработанный корпус, технология сборки и методики измерений. При изготовлении преобразователей использованы также промышленные кристаллы элементов Холла на основе InSb с рабочей зоной 100x100 мкм. Характеристики основных типов преобразователей магнитного поля приведены в таблице 4. Благодаря высокой абсолютной чувствительности данные преобразователи магнитного поля могут использоваться в системах для измерения слабых полей, например поля Земли, без применения сложных схемотехнических решений и дорогостоящей измерительной аппаратуры /11,12/.
Из литературы /1,13,14/ известно, что из радиационного излучения на электрофизические свойства полупроводников наибольшее воздействие оказывает нейтронное облучение. Причем механизм влияния заключается в основном в образовании структурных дефектов и радиоактивном превращении атомов. С повышением уровня легирования влияние облучения ослабляется. Проведенные нами исследования показали, что нейтронное облучение до 10^15 см^ -2 практически не влияет на основные технические характеристики разработанных преобразователей при 300К. В дальнейшем планируется изучение влияния облучения более высоких плотностей потоков нейтронов.
Выводы
Разработанные конструкции тензодатчика, технологии изготовления, методика измерений позволяют проводить измерения механических деформаций в диапазоне температур 4.2-400К с погрешностью не более 6%. Магнитное поле до 7 Тл при температуре 4.2К приводит к погрешности не более 3%.
Измерительные преобразователи магнитного поля на эффекте Холла работоспособны в широком диапазоне температур, обладают слабой температурной зависимостью чувствительности и начального выходного сигнала (менее 0.1%). Нелинейность выходного сигнала не превышает 1% в поле до 2Тл, чувствительность достигает 500 мВ/Тл при токе питания 7 мА.
Измерительные преобразователи температуры могут применяться в широком диапазоне, в магнитных полях, обладают высокой чувствительностью и стабильностью, что позволяет использовать их как для измерения температуры, так и для высокоточной термостабилизации различных устройств.
Все разработанные измерительные преобразователи могут работать в условиях нейтронного облучения до 10^15 см^-2 без возникновения заметных погрешностей.
Высокая чувствительность и слабая зависимость от посторонних воздействий, стабильность показаний измерительных преобразователей позволяют использовать их для прецизионных измерений физических величин, а так же для создания датчиков перемещений, ускорения, положения в пространстве и др.
Литература
1. Отчет ИТЕР: "Диагностическое оснащение порт-лимитера ИТЕР". С. -Петербург, 2001,54с.
2. Клокова Н.П. Тензорезисторы.-М.Машиностроение, 1990.-224с.
3. Дайчик М.Л., Пригоровский Н.И., Хуршудов Г.Х. Методы и средства натурной тензометрии. Справочник. М. Машиностроение, 1989.-240с.
4. Отчет по НИОКР: "Разработка и исследование диагностических датчиков температуры деформации и магнитного поля". Peг. № 0195V 028026 Киев- 1995,45с.
5. Патент РФ 2043671. Полупроводниковый тензорезистор. Авт. Горбачук Н.Т. / Б.И. 1995, №25.
6. Фридель Ж. Дислокации.-М.:Мир, 1967,-643с.
7. Орлова М.П., Погорелова О.Ф., Улыбин С.А. Низкотемпературная термометрия.-М., Энергоатомиздат, 1987.-280с.
8. R.F. Harris - Lowe and R.R.Turkington. Comparison of calibrated temperature sensors: 4 -300 k. - Gryogenics, № 10, 1984, p. 531
9. Патент Р.Ф. 2025736. Способ измерения температуры. Авт. Горбачук Н.Т. / Б.И. 1994, №24.
10. Хомерики О.К. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. М.-Энергоатомиздат, 1986,136с.
11. Амосков В.М., Васильев В.Н., Горбачук Н.Т. и др. Прецизионный трехкомпонентный магнитометр на генераторах э.д.с. Холла для измерения слабых магнитных полей. Гироскопия и навигация, № 4(31), с.56. 2000г.
12. Желамский М.В., Константинов А.Б., Сычевский С.Е., и др. Ряд прецизионных генераторов э.д.с. Холла. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Электрофизическая аппаратура. в. I(27), 2002г, с.9-14.
13. Кулаков В.М., Ладыгин Е.А., Шеховцов В.И. и др. действие проникающей радиации на изделия электронной техники.- М.:Сов. радио, 1980.-224с.
14. Викулин И.М., Стафеев В.И.. Физика полупроводниковых приборов.-М.:
Радио и связь, 1990.-264с.
15. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Том 1. ДМК.-М.:2001.
Опубликовано:
1. Беляков В.А., Горбачук Н.Т., Диденко П.И., Илясов О.В., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Максимов Б.П. , Сычевский С.Е., Филатов О.Г., Фирсов А.А., Шатиль Н.А., (Журнал "Вопросы атомной науки и техники", Серия: Электрофизическая аппаратура, в.3(29), 2005, с.46-54)
2. Nikolay Gorbachuk, Mikhail Larionov, Aleksey Firsov, Nikolay Shatil. Semiconductor Sensors for a Wide Temperature Range. Sensors & Transducers Journal and Magazine,
Vol. 162, Issue 1, January 2014, pp.1-4
- 4 -
Смотрите также:
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, ДАТЧИКИ, СЕНСОРЫ
Информация, новости, реклама
