ДВУХКОЛЛЕКТОРНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ МАГНИТОТРАНЗИСТОР С МНОГОСЛОЙНЫМ КОНЦЕНТРАТОРОМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Использование: в устройствах предназначенных для контроля величины вектора индукции магнитного поля.
Полезная модель относится к средствам контрольно-измерительной техники и может быть использовано в устройствах предназначенных для контроля величины вектора индукции магнитного поля.
Известны конструкции магниточувствительных элементов с концентраторами магнитного поля 1,2. Они представляют собой кристалл кремния с латеральным двухколлекторным магнитотранзистором, сформированным по КМОП технологии ИС, и концентратором магнитного поля на его поверхности из пленки пермаллоя, выполненного в форме двух воронок, ориентированных узкими частями друг к другу с зазором, в котором находится область эмитгера. Недостатками данных конструкций является относительно низкая чувствительность к магнитному полю, так как в толстых пермаллоевых пленках возникает вертикальная составляющая вектора намагниченности, резко увеличивающая коэрцитивную силу.
Наиболее близкой по технической сути к предлагаемой полезной модели является конструкция двухколлекторного биполярного магнитотранзистора с многослойным концентратором магнитного поля 3. Где для повыщения магниточувствительности применялся поверхностный микроконцентратор магнитного поля, состоящих из многослойной структуры FeigNgi - . Тонкие пленки пермаллоя
Fei9N8i с высокорезистивными немагнитными слоями А12Оз чередуются четное число раз. Форма концентратора магнитного поля представляет собой зеркально отображенные трапеций с величиной зазора между меньшими основаниями таким, что там полностью помещается структура двухколлекторного биполярного магнитотранзистора. Недостатком прототипа является слабое повышение значения магниточувствительности относительно аналогичного показателя двухколлекторного биполярного магнитотранзистора без концентратора магнитного поля. Это обусловлено тем, что геометрические параметры и расположение микроконцентратора магнитного поля являются не оптимальными.
Технический результат полезной модели состоит в повышении значения магниточувствительности двухколлекторного биполярного магнитотранзистора за счет увеличения значения вектора магнитной индукции в зазоре концентратора, находящегося над областью эмиттера, под которой происходит отклонение носителей заряда.
Технический результат достигается благодаря формированию на поверхности кристалла с двухколлекторным магнитотранзистором многослойного концентратора магнитного поля из тонких пленок пермаллоя FeigNgi и высокорезистивных немагнитных слоев, например , чередующихся 2N раз, где N целое число больше 3. На Фиг. 1 изображено сечение структуры двухколлекторного бипо.11ярного магнитотранзистора. Эмиттер (Э) представляет собой п область второго тина проводимости с высокой концентрацией доноров, расположенную строго между аналогичными п областями первого и второго коллекторов (К1 и К2), сформированных путем имплантации донорной примеси в р область базы первого типа
2
проводимости. Подконтактиые р области первого типа проводимости сформированы путем имплантации акцепторной примеси в р область базы первого типа проводимости. Омические контакты к базе (Б) располагаются центрально симметрично относительно эмиттера, за коллекторами. Ось магниточувствительности (ОМ) структуры двухколлекторного биполярного магнитотранзистора направлена вдоль длинной стороны области эмиттера (Э). Буквой В обозначен вектор магнитной индукции, направление которого совпадает с магниточувствительной осью структуры. На Фиг. 2 показаны форма и расположение многослойного микроконцентратора магнитного поля относительно двухколлееторного биполярного магнитотранзистора. Форма многослойного концентратора магнитного поля представляет собой зеркально отображенные трапеции (Т1 и Т2) с зазором (а) между меньшими основаниями не более 10 мкм. Трапеции расположены центрально симметрично над структурой двухколлекторного биполярного магнитотранзистора и ориентированы вдоль его магниточувствительной оси, при этом высоты трапеций (h) превышают размеры ее больших оснований (s), а меньшие основания перекрывают ширину эмиттерной области двухколлекторного биполярного магнитотранзистора с каждой стороны на величину (Ь) не менее 1 мкм и длину эмитгерной области двухколлекторного биполярного магнитотранзистора на величину (с) не менее 1 мкм, что составляет не менее чем 10% от обшей длины эмиттерной области.
Конструкция двухколлекторного биполярного магнитотранзистора с многослойным концентратором вектора магнитного поля работает следуюшим образом. Эмиттер инжектирует неосновные носители заряда, в данном случае электроны, в область базы, которые под действием электрического поля, обусловленного разностью напряжений на коллекторах относительно эмиттера, пропорционально распределяются между коллекторами. При наличии магнитиого поля, с вектором индукции направленным параллельно магниточувствительной оси структуры, на инжектированные электроны действует сила Лоренца. Величина данной силы прямопропорциональна значен1по модуля вектора индукции магнитного поля, которое значительно возрастает в зазоре многослойного концентратора.
Преимущество данной конструкции двухколлекгорного биполярного магнитотранзистора с многослойным концентратором магнитного поля состоит в том, что основные характеристики (магниточувствительность и предельное разрешение по магнитному полю) возрастают в несколько раз, а процесс изготовления ее полностью согласуется с технологией изготовления интегральных схем.
Источники информации
1.Baltes П. Future of 1C microtransducers // Sensor and Actuators. A56 (1996). Pp. 179-192.
2.Schneider M., Korvink J.G., and Baltes H. Magnetostatic modeling of an integrated microconcentrator // Transdusers 95  Evrosensors IX, Pp. 9-12.
3.Амеличев B.B., Галушков А.И., Касаткин С.И., Муравьев A.M., Пудонин Ф.А., Чаплыгин Ю.А., Шубин С.В. Биполярный магнитотранзистор с многослойным пермаллоевым концентратором магнитного поля // Датчики и системы №3, 1999, С. 15-18.