1 Überblick über die Sensorik

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242 5.2 Magnetosensitive Sensoren 5.2.1 Feldplatten 243
Dabei ist B ⊥ die Komponente des Magnetfeldes senkrecht zum Stromdichtevektor.
Die geometrische Magnetowiderstandsänderung wird durch die Formel (C3-6)
beschrieben:
Beide Formeln (1) und (2) zeigen, daß im Gegensatz zu den Hallgeneratoren nur die
Stärke des Magnetfeldes, nicht aber deren Richtung bestimmt werden kann. Weiterhin
folgt, daß die magnetische Widerstandsänderung mit steigender Beweglichkeit zunimmt.
Aus diesem Grunde werden für magnetoresistive Halbleitersensoren (Feldplatten)
grundsätzlich Werkstoffe mit einer besonders großen Ladungsträgerbeweglichkeit
eingesetzt, d.h. nach Tab. 5.1.2-1 vorzugsweise der Verbindungshalbleiter Indiumantimonid.
Auch bei diesem Werkstoff ist der werkstoffbedingte magnetoresistive
Effekt relativ gering (z.B. 55% bei 1 T), er kann jedoch über den geometriebedingten
Magnetowiderstandseffekt (Anhang C3) erheblich verstärkt werden (Bild 5.2.1-1).
l/b = 0 erreichen (Kurve D).
Kurze Widerstände mit einem kleinen l/b-Verhältnisse haben relativ niedrige Widerstandswerte,
so daß eine Vergrößerung durch Hintereinanderschaltung vieler gleichartiger
Widerstände erforderlich wird. Technologisch läßt sich das bei Dünnschichtwiderständen
durch Herstellung paralleler metallischer Kurzschlußstreifen (metallischeKontaktstreifen,
die nach Möglichkeit durch die gesamte Halbleiterschicht legieren sollten)
über einen Lithographieprozeß (Bild 5.2.1-2a) oder durch gerichtete Ausscheidung einer
gut leitfähigen zweiten Phase erreichen (Bild 5.2.1-2b).
Bild 5.2.1-1
Abhängigkeit der magnetischen Widerstandsänderung von den geometrischen Abmessungen
des Widerstands (geometrischer Magnetowiderstandseffekt, s. Anhang
C3, nach [5.9]):
Bei großen Verhältnissen l/b von Länge l zu Breite b (langgestreckte Widerstände)
werden die Strombahnen nur unwesentlich verlängert, d.h. der Widerstandsanstieg
ist relativ gering (Kurve A), bei kurzen Widerständen (l/b klein) hingegen
stark (Kurve C). Die Ursache dafür liegt darin, daß an den Randgebieten zu den Metallkontakten
die Bahnverlängerung besonders ausgeprägt ist (die Feldstärke muß
nahezu senkrecht auf den Kontaktflächen stehen, da diese näherungsweise Äquipotentialflächen
bilden) und in der Mitte des Widerstandes das Hallfeld einer Bahnverschiebung
entgegenwirkt.
Der maximal mögliche Effekt läßt sich mit der Corbinoscheibe (Anhang C3) mit
Bild 5.2.1-2
Herstellung hochohmiger magnetfeldabhängiger Widerstände durch Hintereinanderschaltung
vieler gleichartiger Widerstände mit einem großen Verhältnis von Breite
b zu Länge l. Die Widerstandslänge l wird durch Kurzschlußstreifen zur Herstellung
von Äquipotentialflächen senkrecht zur Stromrichtung (s. Anhang C3) definiert
(Feldplatten, nach [5.2]):
a) Halbleiterdünnschichten: Die Kurzschlußstreifen werden durch parallele metallische
Leiterbahnen erzeugt, welche nach einem Legierungsprozeß in die
Dünnschicht eindringen
b) Gerichtete Ausscheidungen einer gut leitfähigen NiSb-Phase in halbleitender
InSb-Matrix nach Unterschreiten der eutektischen Temperatur einer ternären In-
NiSb-Legierung (Ausscheidungskinetik s. Band 1, Abschnitt 2.8). Die parallelen
nadelförmigen Ausscheidungen übernehmen die Funktion der Kurzschlußstreifen
Ein kompakter Aufbau von Feldplatten wird durch mäanderförmige Widerstandbahnen
erreicht (Bild 5.2.1-3). Tab. 5.2.1-1 zeigt typische Werkstoffeigenschaften von
Halbleitern, die für die Herstellung von Feldplatten eingesetzt werden, Bild 5.2.1-4 die
Sensorkennlinien und deren Temperaturabhängigkeit von zwei Feldplatten mit unterschiedlicher
Dotierung.