Магнитная чувствительность элемента Холла является функцией угла α между вектором напряженности электрического и магнитного полей:
Γα =γв Ч ВЧsinα (11.33)
Магнитная чувствительность элемента Холла достигает максимума при угле α равном 900. При использовании концентраторов и других элементов магнитных систем зависимость может быть иной.
Линейность элемента Холла определяется по характеристике, приведенной на рис.11.16.
Для изготовления МЧЭ элементов Холла наиболее широко используются: кремний (Si), германий (Ge), арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb), арсенид галлия (GaAs), то есть полупроводниковые материалы, обладающие высокой подвижностью носителей заряда и наивысшим значением коэффициента Холла.
Известно также применение для этих целей пластин и тонких пленок из селенистой ртути (HgSe) и теллуристой ртути (HgTe), а также висмута (Bi) [З].
В последние годы некоторые фирмы ведут работы по использованию тройных соединений типа «кадмий-ртуть-теллур» (Cd Hg „.Те). Элементы Холла на основе указанных соединений работают в интервале от комнатных до геллиевых температур .
Конструктивное оформление элемента Холла зависит от используемого исходного полупроводникового материала и от технологии изготовления.
Магниточувствительный элемент преобразователя Холла может быть изготовлен с использованием любой современной технологии микроэлектроники: полупроводниковой биполярной и эпипланарной, пленочной, МОП, КНС, КНИ и др. Наибольшее распространение получили кристаллические и пленочные МЧЭ.
На рис.11.18. рассмотрены классические варианты топологии элементов Холла. Каждая из топологий МЧЭ, обладает своими особенностями и применяется с учетом решения конкретных технических задач. Наибольшее распространение получили четыре вида конструкций ,которые условно называют бескорпусной, бескорпусной на подложке, бескорпусной на подложке с использованием концентратора магнитного поля и корпусной.
Бескорпусная. Интегральный магниточувствительный элемент, сформированный непосредственно в кристалле полупроводникового материала, одновременно является подложкой (основанием) ЭХ. Тонкопленочные контактные площадки расположены на поверхности кристалла. Соединение МЧЭ с внешними устройствами осуществляется посредством проволочных или шариковых выводов. Такой элемент может размещаться в стандартном герметизированном корпусе ИС. В случае необходимости кристалл может предварительно герметизироваться слоем защитного лака или эпоксидного компаунда.
Бескорпусная на подложке . В этом случае МЧЭ размещается на специальной изолированной подложке; в качестве таковой обычно используются ситалл, керамика, стеклотекстолит или полиамидная пленка. На одной подложке могут размещаться два и более магниточувствительных элемента. Герметизация прибора осуществляется слоем защитного лака или эпоксидной смолы.
Бескорпусная на подложке с использованием концентраторов магнитного поля . От предыдущих вариантов отличается тем, что может размещаться на подложке из ферромагнитного материала (феррита, пермаллоя и др.). В такой конструкции может быть использован миниатюрный концентратор магнитного поля, выполненный в виде круглого или прямоугольного столбика. В этом случае магнитная чувствительность МЧЭ повышается в 1,5-6 раз за счет концентрации управляющего магнитного поля на активную часть элемента.
Корпусная . Магниточувствительный элемент размещается в герметичном оригинальном (рис. ) или стандартном (рис. ) корпусе ИС. Для изготовления корпусов широко используются пластмасса, керамика и немагнитные металлы. В одном корпусе можно разместить несколько МЧЭ. В случае необходимости в корпусе могут находиться пассивные концентраторы магнитного поля и миниатюрные постоянные магниты.
Конструкции ЭХ с ферромагнитными концентраторами не обеспечивают линейности характеристики преобразования. Поэтому они, как правило, не используются для измерительных целей, а являются основным элементом в устройствах индикации магнитной индукции.
В последние годы кристаллические элементы заменяются интегральными и тонкопленочными.
Феррит
Рис.11.18. Варианты размещения элементов Холла в оригинальных корпусах: а и б -в керамическом корпусе; в – с использованием концентратора магнитного поля. 1 – магниточувствительный элемент; 2 – крышка; 3 – выводы; 4 – концентратор.