1 Überblick über die Sensorik

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296 5.5 Andere Sensoren 5.5.5 Magnetodioden und Magnetotransistoren 297
Bild 5.5.5-2
Aufbau einer Magnetodiode: Die beiden Oberflächen S 1 und S 2 im i-Bereich einer
pin-Diode haben aufgrund ihrer technologischen Vorbehandlung unterschiedliche
Rekombinationslebensdauern (groß für oxidierte, klein für aufgerauhte Oberflächen).
Werden injizierte Ladungsträger aufgrund des Magnetokonzentrationseffekts
auf eine der beiden Oberflächen abgelenkt, dann ändert sich die Lebensdauer – und
damit der Diodenstrom – in charakteristischer Weise (s. Band 2, Abschnitt 9.3.4, nach
[5.9])
Werden die Ladungsträger im i-Bereich einer pin-Diode aufgrund des Magnetokonzentrationseffekts
an die Oberflächen des intrinsischen Bereichs gelenkt, dann können dort
aufgrund einer Oberflächenrekombination (die durch technologische Maßnahmen beeinflußt
werden kann) die Trägerlebensdauern erheblich abnehmen, d.h. der Widerstand
der pin-Diode ändert sich in Abhängigkeit von der Größe und dem Vorzeichen eines
angelegten Magnetfelds.
Bild 5.5.5-1
Magnetokonzentrationseffekt in einem fast intrinsischen Siliziumwiderstand mit
einem Längen-zu-Breiten-Verhältnis von 1:1: Aufgrund der Elektronen- und Löcherkonzentration
an der Seitenfläche mit x = W nimmt dort die Stromdichte zu
(nach [5.26]).
a) Stromlinien (etwa parallel zur y-Achse) und Äquipotentiallinien (etwa parallel
zur x-Achse)
b) Ortsabhängigkeit der Löcherkonzentration
c) Ortsabhängigkeit der Raumladung
d) Ortsabhängigkeit der Elektronenkonzentration
Die Magnetodiode besteht aus einer pin-Diode mit zwei Oberflächen S 1 und S 2 , die
aufgrund ihrer technologischen Vorbehandlung sehr unterschiedliche Oberflächenrekombinationsraten
haben (Bild 5.5.5-2).
Magnetotransistor (Magnistor): Magnetfelder können in sehr verschiedener Weise
auf die Funktionsweise von Transistoren einwirken [5.9]: durch eine Ladungsträgerablenkung,
eine Beeinflussung der Injektion, eine Beeinflussung des Basis-Transportfaktors
(Band 2, Abschnitt 10.2) und durch den Magnetokonzentrationseffekt. Über diese
Effekte – und weitere – können im Prinzip Transistoren als Magnetsensoren eingesetzt
werden.
Eine weitere Abhängigkeit kann durch die magnetfeldabhängige Verteilung der Transistorströme
entstehen: Ein vertikal aufgebauter bipolarer Transistor (Band 2, Abschnitt
10.2) besitzt zwei symmetrisch angeordnete Kollektoranschlüsse (Bild 5.5.5-3). Bei
Abwesenheit eines Magnetfeldes fließt durch beide Kollektorelektroden der gleiche
Kollektorstrom. Wirkt aber eine Lorentzkraft, dann werden die aus der Basis kommenden
Ladungsträger auf ihrem Weg zum Kollektoranschluß abgelenkt, so daß sich
die Kollektorströme in Abhängigkeit von der Richtung und Stärke des Magnetfeldes
unterscheiden.