Курсовая работа: Разработка магнитодиода

P = U·I = 2·0,25·10-3 = 5·10-4 Вт.

Площадь поперечного сечения магнитодиода

S = h·а = 235·10-5·1,94·10-4 = 456,2·10-5 см2.

Удельная рассеиваемая мощность

.

Подставим полученные значения в формулу (3.39)

(d/L) опт»1.2+0.5·ln (109,6·25·103) = 8,612

Длина диффузионного смещения находится из выражения

, (3.47)

где b=mn / mp; mр - подвижность дырок, 400 см2/B·с; mn - подвижность электронов, 8500 см2/B·с; jт - температурный потенциал, 0.025 В; tр - время жизни носителей заряда, для данного материала > 600 мкс.

см.

Длина базы магнитодиода равна

d = L·8,612 = 3,38·10-4·8,612 = 0,29 см.

Длина магнитодиода с учетом ширины контактных площадок равна

l = 2,9+2·0.8 = 4,4 мм.

Основные геометрические размеры магнитодиода:

h (толщина) = 0,23 мм;

а (ширина) = 0, 194 мм;

d (длина базы) = 2,9 мм;

l (длина магнитодиода) = 4,4 мм.

Проведем расчет параметров ионного легирования арсенида галлия для создания n+ - и p+-областей под инжектирующий и антизапирающий контакты; n+ - область образуется введением атомов фосфора, а p+ - введением атомов бора.

Основные исходные данные для расчета параметров ионного легирования: ускоряющее напряжение E =100 кэВ; доза легирования Ф =1012 см-2 (при легировании бором); доза легирования Ф =1012 см-2 (при легировании фосфором). Необходимо рассчитать глубину залегания p-n перехода. При легировании бором E=100 кэВ, Rp=307 нм, DRp=69 нм

, (3.48)

где Rp - средняя проекция пробега иона; DRp - среднее квадратичное отклонение проекции пробега;

см-3.

Глубина p-n перехода определяется из соотношения

, (3.49)

где Nо - исходная концентрация примесей в подложке.

Глубина залегания p-n перехода при ионном легировании бором равна 0.6 мкм.

В процессе легирования фосфором при E=100 кэВ, Rp=135 нм, DRp=53 нм

Магнитная чувствительность полученного магнитодиода

, (3.50)

где U = 2В - напряжение на магнитодиоде при B = 0.

Вольт-амперная характеристика магнитодиода

 (3.51)

 (3.52)

Подставляя значения напряжения от 0 до 2 В, строим график зависимости I = f (U) (рис.3.13).

Рис.3.13. Вольт-амперная характеристика магнитодиода

Построим график зависимости выходного напряжения магнитодиода от перемещения U (X) (рис.3.14).

где:, I - управляющий ток, мА, Вmax - максимальное значение магнитной индукции в зазоре дипольной системы, определяемое величиной магнитных проводимостей системы, Тл; X - смещение измерителя магнитной индукции (ИМИ) относительно положения с Вmax, м; k - коэффициент, зависящий от ширины ИМИ (k==0,13…0.17).

Рис. 3.14. Зависимость выходного напряжения от смещение измерителя магнитной индукции относительно положения с Вmax.

4. Разработка топологии кристалла

При разработке топологии кристалла полупроводникового датчика на кристалле необходимо учитывать следующие конструктивно-технологические ограничения [8]:

Таблица 4.1 - Конструктивно-технологические ограничения

Кристалл размерами 4400800290мкм датчика представляет собой арсенид галлиевую подложку (ρ=25000 Ом·см) с выполненными на ней магнитодиодом, полученный методом ионной имплантации. Глубина ионной имплантации бора составляет 0,6 мкм. Примесь фосфора внедряется на глубину 0,4 мкм. Для внешней разводки предусмотрены контактные площадки размером 350´350 мкм.

Фигуры совмещения располагают одной-двумя группами на любом свободном месте кристалла. Они могут иметь любую форму (чаще всего квадрат или крест). Причем, на каждом фотошаблоне, кроме первого и последнего, имеются две фигуры совмещения, расположенные рядом друг с другом. Меньшая фигура предназначена для совмещения с предыдущей операцией, а большая - с последующей. На первом фотошаблоне расположена только большая фигура, на последнем только меньшая. [8]

Исходя из вышеприведённых положений, разрабатывается топология кристалла, т.е. наиболее оптимальное размещение на кристалле элемента и контактных площадок. Чертёж кристалла приведён в приложении А.

5. Составление схемы электрической принципиальной устройства

Схема электрическая принципиальная датчика содержит две части (рис 5.1): согласующую; усилитель.

Магнитное поле изменяет сопротивление магнитодиода и, следовательно, входной ток транзистора, что приводит к изменению падения напряжения на резисторе R3, с которого снимается выходное напряжение. Оптимальное значение индукции постоянного магнитного поля смещения Bсм зависит от R1. Выбором значения R2 можно в широких пределах изменять значения Bсм при заданном Bупр.

Из множества операционных усилителей выбран измерительный операционный усилитель ОР-07, поскольку он отличается малым входным напряжением, малым напряжением шумов, достаточно большим коэффициентом усиления, широким диапазоном рабочих напряжений.

Усилитель ОР-07 в с своей структуре содержит входной усилительный каскад и конечный, между ними на элементах С1, С2, R8, R10, собирается схема фильтра.

Рис 5.1. Схемы электрической принципиальной датчика.

6. Разработка технологии изготовления чувствительного элемента

Основные параметры и требования технологического процесса к подложкам арсенида галлия [7]

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11