Измерения с помощью датчиков, преобразователей, сенсоров
    Преобразователи, датчики, сенсоры - Информационный портал  © 2011 - 2017                          Использование материалов сайта возможно при размещении активной ссылки 
чувствительный элемент Холла
облучение нейтронами
русский / english
Главная  >> Магнитные поля  >>  Датчики магнитного поля (датчики Холла) на основе пленок GaAs
  НОВОСТИ, РЕКЛАМА 
датчики, сенсоры, измерительные преобразователи
Датчик магнитного поля
Датчики магнитного поля (датчики Холла) на основе пленок GaAs


   Технические характеристики датчиков магнитного поля на основе эффекта Холла (датчиков Холла) зависят как от используемого материала, так и от геометрических размеров и формы чувствительного элемента [1,2]. Наиболее часто для чувствительных элементов датчиков Холла используют такие материалы как InSb и GaAs, основные преимущества которых заключаются в высокой подвижности носителей зарядов, приводящей к высокой чувствительности датчиков.
   В докладе представлены результаты разработки  и экспериментального исследования метрологических характеристик преобразователей (датчиков) магнитного поля и влияния нейтронного облучения на основные параметры.
Для создания датчиков использованы 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, а так же  миниатюризация рабочей зоны. На рис.1 показана схема чувствительного элемента датчика.
Рис.1.Схематическое изображение чувствительного элемента датчика Холла

   Толщина пленок СаАs варьировалась в пределах 0.1-5 мкм, концентрация носителей тока  5·10^18 см^-3.  Размер рабочей зоны 100 х 100 мкм. В зависимости от толщины пленок и концентрации носителей тока входное и выходное электрические сопротивления датчиков изменялись в пределах 15 - 1500 Ом. Токи питания  3 - 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 выходного сигнала в поле до 2 Тл не хуже 0,1%. Датчики могут работать в диапазоне температур 4.2 - 400 К. 
Известно, например [2-4], что стойкость полупроводниковых приборов к  радиационному облучению зависит от уровня легирования, дефектности полупроводникового материала и др. 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 влия  ние облучения ослабляется.
    Нами характеристики измерялись при температуре 300 К до облучения и после облучения потоками Ф нейтронов от 8х10^14 см-2  до 1х10^17 см-2. Температура при измерениях стабилизировалась с точностью до 0.1 К. Энергия нейтронов 1 МэВ, интенсивность потока (2-4)х10^8 фл/с.
Рис.2. Зависимость относительного изменения входного сопротивления Rn / R (1) и начального выходного сигнала Un/U (2) измерительного преобразователя магнитного поля от величины облучения потоками нейтронов.

   На рис.2 приведена зависимость относительного изменения  входного сопротивления измерительных преобразователей магнитного поля (датчиков Холла) от величины потока нейтронов. Входное сопротивление датчиков 1.1 кОм, начальный выходной сигнал не более 4.5 мВ, чувствительность 350 мВ/Тл. Изменения сопротивления начинаются при потоках 1х10^15 см-2  и составляют величину 15-20 %, а при 1х10^16 см-2 сопротивление возрастает в 3.3 раза. При этом начальный выходной сигнал при постоянном напряжении питания 4.5 В изменялся не более чем на 15 % , что  эквивалентно влиянию магнитного поля величиной до 1 мТ. При постоянном напряжении питания чувствительность после облучения уменьшилась примерно в 1.4 раза. После облучения потоками 1х10^17 см-2 сопротивление датчиков  растет до бесконечности.
   Таким образом, датчики магнитного поля работоспособны в широком диапазоне температур, обладают слабой температурной зависимостью чувствительности и начального выходного сигнала (менее 0.1%). Нелинейность выходного сигнала не превышает 0.1% в поле до 2Тл, чувствительность может достигать 500 мВ/Тл.
   Проведенные нами исследования показали, что при 300К разработанные датчики работоспособны до уровней нейтронного облучения 10^15 см -2. Возникающие изменения характеристик преобразователей до уровней 1х10^16 см-2 могут быть в определенной степени учтены, благодаря тому, что наблюдалась хорошая повторяемость результатов. Преобразователи могут быть использованы как для диагностики технических устройств атомной энергетики, криогенной техники, так и, благодаря высокой чувствительности, в экологии для контроля параметров окружающей среды, таких как электромагнитные поля и др.

Литература:
1.   О.К.Хомерики. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. М.- Энергоатомиздат, 1986,136с.
2. Беляков В.А., Горбачук Н.Т., Диденко П.И., Илясов О.В. и др.  Полупроводниковые измерительные преобразователи деформации, температуры и магнитного поля для применения в условиях радиационного воздействия, широком диапазоне температур и магнитных полей. "Вопросы атомной науки и техники", Серия: Электрофизическая аппаратура, в.3(29), 2005, с.46-54.
3. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. М.: Радио и связь, 1990. 264 с.
4. Кулаков В.М., Ладыгин Е.А., Шеховцов В.И. и др. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники. М.: Сов. радио, 1980. 224 с.

Горбачук Н.Т., Фирсов А.А.. Материалы конференции "Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте '2010". Сборник научных трудов, Одесса, 2010.
Датчик Холла. Hall sensor
Датчики, преобразователи. Sensors, transducers
Loading...