Технология изготовления и конструкции
Ввиду того, что холловское напряжение обратно пропорционально концентрации носителей заряда, материалами для изготовления датчиков Холла являются полупроводники, а не металлы.
Преобразователи Холла могут быть изготовлены в виде пластинок прямоугольной формы, вырезанных из монокристаллического полупроводника (Si, Ge, GaAs, InAs) или из поликристалла, и в виде тонких пленок (HgSe, HgTe и их твердых растворов, InSb, GaAs, InAs) толщиной 1 – 10 мкм. В связи с тем, что холловское напряжения обратно пропорционально толщине образца, использование тонких пленок повышает эффективность датчиков Холла.
В настоящее время для изготовления тонких пленок используется технология эпитаксиального наращивания на полуизолирующих подложках. Обычно используются полупроводники n-типа, так как μn > μp. Перспективны широкозонные материалы с высокой подвижностью носителей заряда, так как широкая запрещенная зона обеспечивает меньшее значение концентрации собственных носителей и дает возможность использовать материалы с меньшей концентрацией примеси, уменьшается температурная зависимость эдс Холла и возрастает верхний предел рабочих температур. К пластинам или пленкам изготавливаются четыре омических контакта.
|
|
Промышленностью выпускаются преобразователи Холла из Ge (ДХГ), Si (ДХК), GaAs (ХАГ).
Для измерения магнитных полей при низких температурах используются узкозонные полупроводники, например, InSb имеет максимальное значение μn = 7,8 м2/В∙с, ширину запрещенной зоны 0,1 эВ. Тонкие пленки InSb эпитаксиально наращивают на полуизолирующих подложках из GaAs. Толщина пленки составляет 2 – 9 мкм. Такие датчики используются для измерения магнитных полей до 14 Тл при температурах 4,2 – 350 К.
С развитием технологии эпитаксиального выращивания тонких совершенных пленок полупроводников появились условия для изготовления высокочувствительных и стабильных датчиков Холла. В настоящее время для датчиков Холла широко используются эпитаксиальные пленки GaAs. Сочетание таких факторов, как большая ширина запрещенной зоны (Еg = 1,43 эВ), высокое значение коэффициента Холла и подвижности носителей заряда μn = 0,95 м2/(В·с), возможность автоэпитаксиального выращивания пленок на полуизолирующих подложках обусловили использование этого материала.