Преобразователи Холла

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 μ_n > μ_p. 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 μ_n = 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 (Е_g = 1,43 эВ), высокое значение коэффициента Холла и подвижности носителей заряда μ_n = 0,95 м²/(В·с), возможность автоэпитаксиального выращивания пленок на полуизолирующих подложках обусловили использование этого материала.