5.4. Магниторезисторы из ферромагнетиков

Ферромагнитные материалы изменяют свое сопротивление в магнитном поле (в зависимости от величины магнитной индукции и угла между направлениями векторов магнитной индукции В и тока). Для изготовления датчика магнитного поля создаются два резистора по тонкопленочной технологии в форме меандров, при этом один располагается в направлении вектора В, а другой – перпендикулярно ему. В магнитном поле в резисторе, расположенном параллельно В, наблюдается упорядочивание магнитных моментов, его сопротивление уменьшается по сравнению с сопротивлением резистора, расположенного перпендикулярно В. Оба резистора включаются в мостовую схему в смежные плечи. Материал резисторов – пермаллой (80 % Ni + 20 % Fe). Сопротивление резисторов от 30 до 1000 Ом.

В настоящее время существуют материалы, обладающие гигантским магниторезистивным эффектом (ГМЭ), открытым Бэйбичем и др. в 1988 г.

Этот эффект основан на зависимости рассеяния электронов от направления спина в очень тонких слоистых структурах, изготовленных из периодических слоев Fe-Cr или Cu-Co толщиной около 10 атомов. В магнитных полях ±30 мТл сопротивление падает до 15 %, диапазон рабочих частот простирается от постоянного поля до 1 МГц. Датчики, основанные на ГМЭ, стали доступны с середины 1990-х гг. ГМЭ-материалы используют во многих устройствах хранения информации.

5.5. Магнитодиоды

Диоды с тонкой базой W < L, где L – диффузионная длина неосновных носителей, нецелесообразно использовать в качестве магниточувствительных приборов, так как изменение их сопротивления обусловлено только изменением подвижности неосновных носителей в базе диода, и оно значительно меньше, чем в магниторезисторе.

В диодах с толстой базой (W > L) прямое напряжение распределяется между p-n переходом и сопротивлением базы диода R_б:

U_пр = U_p-n + I_пр∙R_б. (5.21)

Сопротивление базы в поперечном магнитном поле растет (вследствие уменьшения подвижности основных и неосновных носителей, уменьшении времени жизни неосновных носителей). Это приводит к перераспределению напряжения: уменьшается напряжение U_p-n, что приводит к резкому уменьшению тока, так как он экспоненциально зависит от U_p-n. Магниточувствительность диодов с толстой базой во много раз превышает чувствительность магниторезисторов. Обычно размер базы W составляет несколько диффузионных длин неосновных носителей. Материал должен обладать большой подвижностью носителей заряда.

Магниточувствительность диодов определяется как

Z = , (5.22)

где ∆U – изменение напряжения в магнитном поле.

Фирма «Сони» выпускает германиевые магнитодиоды с проводимостью, близкой к собственной, c толщиной базы W = 3 мм (L_p = 3 мм), магниточувствительность которых Z = 2∙10⁴ .

У отечественных кремниевых магнитодиодов КД 301 величина Z = 10⁴. ВАХ германиевого магнитодиода приведена на рис. 5.5.

Рис. 5.5. ВАХ германиевого магнитодиода

Существенным недостатком магнитодиодов является сильная зависимость электрических параметров от температуры. В табл. 5.3 приведены параметры выпускаемых промышленностью магнитодиодов типа КД 301 и КД 303.

Таблица 5.3

Параметры магнитодиодов

Тип	Прямое напряжение, В при I = 3 мА	Магнитная чувствительность, В/Тл при 25 ºС
		I = 1 мА	I = 3 мА
КД 301 А	6,0 – 7,5	5	15
КД 301 В	9,2 – 10,5	10	30
КД 301 Д	12,2 – 13,5	15	45
КД 301 Ж	15,2 – 20,0	20	60
КД 303 А	4,0 – 5,0	–	10
КД 303 В	6,1 – 7,0	–	25
КД 303 Д	9,1 – 11,0	–	35
КД 303 Ж	13,1 – 15,0	–	45