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第二章 磁敏传感器 2．霍耳线性集成传感器的主要技术特性(1) 传感器的输出特性如下图： 磁感应强度B/T 5.6 4.6 3.6 2.6 1.6 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 输出电压U/V SL3501T传感器的输出特性曲线 2．霍耳线性集成传感器的主要技术特性(2) 传感器的输出特性如下图： 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 输出电压U/V 磁感应强度B/T SL3501M传感器的输出特性曲线 0 0.28 0.32 R=0 R=15Ω R=100 Ω 材料 温度 (K) RH InSb 78 46 0.05 27 110 InAs 78 7.5 0.009 650 6.8 Si 78 1 50.0 50 70 表2.6-2 几种导体材料在低温下的性能 二、磁敏二极管和磁敏三极管 磁敏二极管、三极管是继霍耳元件和磁敏电阻之后迅速发展起来的新型磁电转换元件。它们具有磁灵敏度高（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍）；能识别磁场的极性；体积小、电路简单等特点，因而正日益得到重视；并在检测、控制等方面得到普遍应用。 （一）磁敏二极管的工作原理和主要特性 1．磁敏二极管的结构与工作原理 （1）磁敏二极管的结构 有硅磁敏二级管和锗磁敏二级管两种。与普通二极管区别：普通二极管PN结的基区很短，以避免载流子在基区里复合，磁敏二级管的PN结却有很长的基区，大于载流子的扩散长度，但基区是由接近本征半导体的高阻材料构成的。一般锗磁敏二级管用ρ=40Ω?cm左右的P型或N型单晶做基区(锗本征半导体的ρ=50Ω?cm)，在它的两端有P型和N型锗，并引出，若γ代表长基区，则其PN结实际上是由Pγ结和Nγ结共同组成。 以2ACM—1A为例，磁敏二级管的结构是P+—i—N+型。 + （b） 磁敏二极管的结构和电路符号 (a)结构; (b)电路符号 H+ H- N+区 p+区 i区 r区 电流 （a） 在高纯度锗半导体的两端用合金法制成高掺杂的P型和N型两个区域，并在本征区（i）区的一个侧面上，设置高复合区(r区)，而与r区相对的另一侧面，保持为光滑无复合表面。这就构成了磁敏二极管的管芯，其结构如图。 P N P N P N H=0 H+ H- → → → ← ← ← 电流 电流 电流 （a） （b） （c） 磁敏二极管的工作原理示意图 流过二极管的电流也在变化，也就是说二极管等效电阻随着磁场的不同而不同。 为什么磁敏二极管会有这种特性呢?下面作一下分析。 （2）磁敏二极管的工作原理 当磁敏二极管的P区接电源正极，N区接电源负极即外加正偏压时，随着磁敏二极管所受磁场的变化， i i i 电子 空穴 复合区 结论：随着磁场大小和方向的变化，可产生正负输出电压的变化、特别是在较弱的磁场作用下，可获得较大输出电压。若r区和r区之外的复合能力之差越大，那么磁敏二极管的灵敏度就越高。 磁敏二极管反向偏置时，则在 r区仅流过很微小的电流，显得几乎与磁场无关。因而二极管两端电压不会因受到磁场作用而有任何改变。 2．磁敏二极管的主要特征 （1）伏安特性 在给定磁场情况下，磁敏二极管两端 正向偏压和通过它的电流的关系曲线。 -0.2 2 1 3 5 7 9 U/V I/mA 0 0.2T 0.15T 0.1T 0.05T -0.05T （a） 5 3 1 I/mA 4 6 8 10 U/V -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 （b） 5 3 1 I/mA 4 8 12 16 U/V -0.1 0 0.1 0.4 0.3 0.2 -0.3 （c） 图2.6-29 磁敏二极管伏安特性曲线 （a）锗磁敏二极管（b）、（c）硅二极管 -0.1T -0.15T -0.2T 0 0 0 由图可见硅磁敏二极管的伏安特性有两种形式。一种如图2.6-29（b）所示，开始在较大偏压范围内，电流变化比较平坦，随外加偏压的增加，电流逐渐增加；此后，伏安特性曲线上升很快，表现出其动态电阻比较小。另一种如图2.6-29(c)所示。硅磁敏二极管的伏安特性曲线上有负阻现象，即电流急增的同时，有偏压突然跌落的现象。 产生负阻现象的原因是高阻硅的热平衡载流子较少，且注入的载流子未填满复合中心之前，不会产生较大的电流，当填满复合中心