Интегральные полупроводниковые датчики магнитного поля

Интегральные полупроводниковые датчики магнитного поля

В недавней статье мы рассказали вам, что такое датчик температуры olil.ru/thermoolil, а сегодня поделимся с вами, что собой представляют интегральные кремниевые датчики магнитного поля.

Эти датчики в настоящее время могут быть изготовлены при помощи стандартных технологий производства интегральных схем без таких дополнительных операций, как микрообработка, или осаждение тонких плёнок, характерных для производства большинства механических и химических датчиков. Датчик магнитного поля представляет собой входной чувствительный элемент, преобразующий магнитное поле в электрический сигнал. Использовать его можно также как промежуточный преобразователь первичного немагнитного сигнала в магнитное поле. Например, как детектор электрического тока по его магнитному полю, или как регистратор механического перемещения магнита.

По области применения можно выделить две основные группы датчиков магнитного поля. Первая — это датчики непосредственного применения, когда он является частью магнитометра. Примерами можно назвать измерение магнитного поля Земли, воспроизведение информации с магнитных носителей, распознавание рисунков, выполненных магнитными чернилами.

По качеству считывания магнитной записи с высокой плотностью некоторые типы кремниевых датчиков поля не уступают тонкоплёночным магниторезистивным устройствам на основе ферроникеля. Вторая группа применяется при косвенных измерениях, когда магнитное поле используется как промежуточное звено для преобразования немагнитных сигналов. В качестве примеров можно привести бесконтактное переключение, регистрацию линейного и углового перемещения (например, в автомобильном оборудовании), бесконтактное измерение тока и интегральные ваттметры.

Применяемые в перечисленных примерах датчики оперируют диапазоном магнитных полей с индукцией порядка микро- и милитесла, для которого идеально подходят интегральные полупроводниковые датчики. Особенно широко датчики магнитного поля применяются при бесконтактном переключении - управление вентильными электродвигателями постоянного тока, клавишные панели.

При регистрации перемещений - переключатели на эффекте близости, датчики положения коленчатого вала и бесконтактном детектировании тока. Как раз для такого широкого применения требуются недорогие, изготавливаемые по массовой технологии интегральные полупроводниковые датчики. При этом маловероятно, что интегральные кремниевые когда-либо сменят магнитометры на основе ядерного магнитного резонанса с чувствительностью порядка нанотесла. Это не говоря уже о сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиках, применяемых в биомагнитометрии для измерений сигналов в диапазоне пикотесла.

В зависимости от области применения к параметрам датчиков магнитного поля предъявляются соответствующие требования чувствительности и разрешающей способности. Например, в переключателях и устройствах регистрации перемещения используют постоянные магниты с индукцией поля порядка 0,005...0,1 тесла, тогда как поля рассеяния магнитных доменов в носителях информации имеют индукцию 10—5...10—2 тесла. Магнитное поле у поверхности проводника с током 1 А имеет индукцию 10—4 тесла. Выбор типа магнитного датчика зависит от широкого спектра требований. Для устройств считывания цифровой магнитной записи, например, критичным параметром является пространственное разрешение, тогда как линейность второстепенна.

В качестве примера сбалансированных характеристик может быть рассмотрен датчик Холла из арсенида галлия, изготовленный методом ионной имплантации и предназначенный для флюксометров с диапазоном рабочих температур от комнатной до 4 по Кельвину. Основными критериями для данной области являются высокая линейность, низкий температурный коэффициент и малое температурно-независимое остаточное напряжение. Линейность и остаточное напряжение проверялись путём сравнения с датчиками Холла, откалиброванными по ЯМР-магнитометру. За счёт высокой температурной стабильности электрических характеристик арсенида галлия и жесткого контроля технологических процессов изготовления датчика получился образец с требуемыми параметрами. Для другой области применения выгоднее может быть использование технологии кремниевых интегральных схем, введения компенсации температурной зависимости, нелинейности и остаточного напряжения с помощью соответствующих интегральны схем.


ПОДЕЛИСЬ!