Vad är magnetodioder och var används de

En magnetodiod är en typ av halvledardiod, vars ström-spänningsegenskaper kan förändras under påverkan av ett magnetfält.

Vanligt halvledardiod har en tunn bas så att magnetfältet något ändrar sin ström-spänningskaraktäristik. Medan magnetodioder kännetecknas av en tjock (lång) bas, med vilken väglängden för strömmen avsevärt överstiger den försvunna längden av de bärare som injiceras i basen.

Den traditionella tjockleken på basen är bara några millimeter, och dess motstånd är jämförbart med det direkta motståndet p-n-korsning… När induktionen av det magnetiska fältet som riktas genom det ökar, ökar basens resistans avsevärt, liknande det för en magnetoreistor.

I detta fall ökar också diodens totala resistans, och framåtströmmen minskar.Detta strömminskningsfenomen beror också på att när basresistansen blir större omfördelas spänningen, spänningsfallet över basen ökar och spänningsfallet över p-n-övergången minskar och strömmen minskar i enlighet därmed.

Effekten av magnetdioden kan undersökas kvantitativt genom att titta på magnetodiodens ström-spänningskarakteristik, vilket visas i figuren. Här är det uppenbart att när den magnetiska induktionen ökar, minskar framåtströmmen.

Faktum är att magnetodioden skiljer sig från vanliga halvledardioder genom att den är gjord av en halvledare med hög resistans, vars ledningsförmåga är nära sin egen, och längden på basen d är flera gånger större än avvikelsens längd på den diffusa bäraren L .Medan i vanliga dioder är d mindre än L.

Observera att magnetodioder kännetecknas av ett större framåtspänningsfall, till skillnad från klassiska dioder, vilket just beror på basens ökade motstånd. Med andra ord är en magnetodiod en halvledarenhet med en pn-övergång och icke-likriktande kontakter mellan vilka det finns ett högresistanshalvledarområde.

Magnetiska dioder är gjorda av halvledare inte bara med högt motstånd, utan också med största möjliga rörlighet av laddningsbärare. Ofta är strukturen av p-i-n-magnetodioden, medan regionen i är förlängd och har ett betydande motstånd, det är just i detta som en uttalad magnetoresistiv effekt observeras. I detta fall är känsligheten hos magnetiska dioder för förändringar i magnetisk induktion högre än för Hall-sensorer gjorda av samma material.

Till exempel, för KD301V magnetodioder vid B = 0 och I = 3 mA, är spänningsfallet över dioden 10 V, och vid B = 0,4 T och I = 3 mA — cirka 32 V. I framåtriktningen vid höga injektionsnivåer , ledning av magnetodioden bestäms icke-jämviktsbärare injiceras i basen.

Spänningsfallet inträffar huvudsakligen inte vid p-n-övergången, som i en konventionell diod, utan vid en bas med högt motstånd. Om den strömförande magnetiska dioden placeras i ett tvärgående magnetfält B kommer basresistansen att öka. Detta kommer att få strömmen genom den magnetiska dioden att minska.

I «långa» dioder (d / L> 1, där d är längden på basen, L är den effektiva längden på diffusionsförspänningen), bestäms bärvågsfördelningen och därför resistansen hos dioden (basen) exakt av längd L.

En minskning av L orsakar en minskning av koncentrationen av icke-jämviktsbärare i basen, det vill säga en ökning av dess motstånd. Detta, som noterats ovan, gör att basspänningsfallet ökar och p-n-övergången minskar (vid U = const). Minskningen av spänningsfallet över p-n-övergången gör att insprutningsströmmen minskar och därför ökar basresistansen ytterligare.

Längden L kan ändras genom att applicera ett magnetiskt fält på dioden. En sådan effekt leder praktiskt taget till en vridning av de rörliga bärarna och deras rörlighet minskar, därför minskar L också som den är. Samtidigt förlängs strömlinjerna, det vill säga basens effektiva tjocklek ökar. Detta är den bulkmagnetiska diodeffekten.

Magnetiska dioder används brett och mångsidigt: beröringsfria knappar och nycklar, sensorer för positionering av rörliga kroppar, magnetisk avläsning av information, styrning och mätning av icke-elektriska storheter, magnetfältsgivare och vinkelgivare.

Magnetodioder finns i kontaktlösa reläer, magnetodioder i kretsar ersätter kollektorerna på DC-motorer. Det finns AC och DC magnetiska diodförstärkare där ingången är en elektromagnetisk spole som driver den magnetiska dioden och utgången är själva diodkretsen. Vid strömmar upp till 10 A kan förstärkningar i storleksordningen 100 erhållas.

Inhemsk industri tillverkar flera typer av magnetodioder. Deras känslighet varierar från 10-9 till 10-2 A / m. Det finns också magnetodioder som kan bestämma inte bara styrkan på magnetfältet utan också dess riktning.

Av ovanstående är det tydligt att användningen av magnetiska dioder kräver en källa med konstant eller variabelt magnetfält. Permanenta magneter eller elektromagneter kan användas som en sådan källa. De magnetiska dioderna måste installeras så att magnetfältslinjerna är vinkelräta mot halvledarstrukturens sidoytor.

Funktionen av magnetiska dioder är tillåten när de är seriekopplade. Om det är nödvändigt att använda de magnetiska dioderna under förhållanden med relativ fuktighet i omgivningen upp till 98 % och vid en temperatur på 40 ° C, rekommenderas ytterligare tätning med föreningar baserade på epoxihartser.