CH421288A - Einrichtung zur Messung der räumlichen Ableitung von Magnetfeldern - Google Patents

Description

  



  Einrichtung zur Messung der räumlichen Ableitung von Magnetfeldern
Zur Messung von Magnetfeldgradienten kann man   Halbleitersonden    mit   magnetfeldabhängigem    Widerstand verwenden, die in einem festen gegen  seitigen Abstand angeordnet.    sind.

   In einem räumlich veränderlichen Magnetfeld haben diese Sonden ver  schiedene    elektrische Widerstände, und es ergeben sich, wenn die Sonden in eine Brücke geschaltet sind, Differenzspannungen, die der Grösse des Magnet  feldgradienten proportional sind.    Die Messgenauigkeit leidet dabgei durch die Exemplarstreuung der ein  zelnen Feldsonden, die hinsichtlich    ihrer   Empfindlich-    keit gegenüber Magnetfeldern und   Temperaturänd ! e-    rungen nicht identisch sind.



   Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zur Messung der räumlichen Ableitung von   Magnetfel-    dern durch Halbleitersonden mit magnetfeldabhängigem Widerstand, die fest auf einem Träger angeordnet und zu einer   Brüekenscbaltung    ergänzt sind.



  Gemäss der Erfindung sind die   Halbleitersonden    und eine oder mehrere sie verbindende Leitbrücken aus eine.   einzigen Halbleiterwerkstück    hergestellt. Die einzelnen Sonden bestehen also aus praktisch   dien-    tischem Maberial und haben gleiche Empfindlich Keit gegenüber magnetfeldern und   Temperatur-    änderungen.



   Bei der beispielsweisen Herstellung von erfindungsgemässen Einrichtungen werden die Sonden aus ein und demselben Stück halbleitermatterials herauxgeschnitten, und zwar so, dass zwischen   den Einzel-    sonden Leitbrücken aus dem Halbleitermaterial be %stehen bleiben. Die Leitergrücken, die eventuell noch mit einem gut leitenden Material metallisiert sein können, verbinden vorzugsweise je ein   Teilsonden-    paar. Auf diese Weise kann man also Lötstellen sparen und eine   Mehrfachsonde    mit annähernd den gleichen Herstellungskosten erzeugen wie'eine Ein  zelsonde, z.    B. indem man die Form des Halbleiters mit Hilfe der   Photoresisttechnik    herausätzt oder die gewünschte Halbleiterform durch Ultraschallbehandlung herausarbeitet.



   Sollen sehr steile Magnetfeldgradienten ausgemessen werden, so ist es von grossem Vorteil, wenn   die Einzelsonden    nur einen geringen Abstand haben.



  Die vorzugseise parallelen   Einzelsonden der    Einrichtung nach der Erfindung lassen sich je nach Verwendungszweck mit einem Abstand bis herab zu 10,   It    herstellen ; derart kleine Abstände sind mit getrennt erzeugten Einzelsonden nicht annähernd er  reichbar, da    dann die   Parallelausnchtung grosse    Schwierigkeiten macht. Die Einrichtung kann, da sie eine geringe Breite besitzen kann, auch quer, d. h. parallel zu den Magnetfeldlinien in den schmalen Luftspalt eines Magneten eingesetzt wenden.



   Zum beseren Verständnis der Erfindung werden im folgenden einige Ausführungsbeispiele beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.



   Fig.   1    zeigt eine Gradiontensonde. Der Halb  leiterkörper,    bestehend aus, den streifenförmigen Sonden 1 und 2 und der Leitbrücke 18, liegt auf dem Träger 10, der aus einem magnetisch und elektrisch isolierenden Stoff besteht, z.   B..    aus Keramik. Die    Anschlusskontakte (Lat-oder Legierungskontakte)    am Halbleiterkörper sind mit 12, 13 und 16 bezeichnet. Befindet sich diese Feldsonde im homogenen magenetfeld, so   fliesst der Strom    aus der   Strom-    quelle 11 über den Kontakt 16 in. die Leitbrücke 18 ; odrt verzweigt sich der Strom und fliesst durch die Sonden 1 und 2 und. die ohmschen Widerstände 5 und 6. zurück nach 11.

   Im homogenen Magnetfeld werden die Widerstände 5 und 6 so abgestimmt, dass das Gerät 9 in der Diagonale der Brückenschaltung stromlos bleibt. Ist nun das Magnetfeld am Orte der beiden Halbleitersonden 1 und   2    ver   schieden,    so wird die   Brückenschaltung verstimmt,    und das Gerät 9 zeigt eine   demGradientendes    Feldes proportionale Spannung an.



   Die Doppelgradientensonde. in Fig. 2 besteht aus zwei   Gnadientensonden,    wie siein Fig.   1    dargestellt sind. 1 und 2 bzw. la und 2a sind   streif enförmige      Sonden, die durch Leitbrücken    18   bzw. 18a    verbunden sind und auf   idem    Träger 10 liegen. Die ohmschen Widerstände 5 und 6 bzw. 5a und 6a werden im homogenen Magnetfeld wieder   sa    abgestimmt, dass die Anzeigegeräte 9 und 9a in den Brückenschaltungen stromlos bleiben. Befindet sich diese   Doppelgratdientensonde    in einem. inhomogenen Magnetfeld, so gibt die Differenz der Ausschläge der beiden Instrumente 9 und 9a den Betrag der zweiten Ableitung des Feldes an.



   In Fig. 3 ist   eine Doppetgradientensonde    gezeichnet, die aus der   Darsbellung    in Fig.   1      hervor-    geht, wenn man die dortigen ohmschen Widerstände 5 und 6 durch die   magnetfeldabhängigen    Sonden la und 2a, die durch die   Leitbrücke    18a verbunden sind, ersetzt. Das Sondenpaar   la,    2a liegt zusammen mit dem Sondenpaar 1, 2 (verbunden   duroh zdie Leit-    brücke 18) auf einem Träger 10. Liegt eine solche   Feldsonde    in einem Magnetfeld mit räumlich kon  stantem    Gradienten, so ist die Summe der Widerstände 1 und 2a und 2 und   la jeweils konstant.   



  Nur wenn die zweite Ableitung des Magnetfeldes nach dem Ort ungleich null ist, zeigt das Gerät 9 einen dieser Ableitung proportionalen Wert an.



   Eine weitere   Vervollkommnung    gegenüber der Fig. 3 zeigt die Fig. 4. Die Kontakte 12 und   13a.    der Halbleitersonden 1 und 2a sowie die Kontakte 13 und 12a der   Halbleitersonden    2 und la sind hier nicht mehr durch Drähte ausserhalb der Sonde, sondern durch Leibrücken 19 und 19a verbunden.



  Wie in den übrigen Figuren stellt   18    eine Leitbrücke zwischen den Halbleitersonden 1 und 2 und 18a   eine Leitbrücke    zwischen den   Halbleitersonden    la und 2a dar. Die, ganze   Feldsonde,    die auf (dem Träger 10 liegt, besteht also aus den   magnetfeldabhängigen    Sonden 1, 2,   la,    2a und den sie verbindenden Leitbrücken 18, 18a, 19 und   19a.    Eine solche aus einem einzigen   Halbleiterwerkstück geschnittene       Feldsonde hat den Vorteil, dass ihre Elemente hin-    sichtlich   ihrer Empfindlichkeit gegenüber Magnet-    feldern und Temperatureinflüssen identisch sind.



  Ausserdem hat die in Fig. 4 dargestellte Sonde nur vier Zuleitungen, nämlich zwei für die Versorgungs  spannung 11 (Löt-oder. Legierungskontakte    16 und 16a) und zwei für das Messinstrument 9 (Kontakte 20 und 20a). Ebenso wie in den oben beschriebenen Anordnungen können auch hier die   Loitbrücken    18 und   18a    bzw. 19 und 19a zur Erniedrigung ihres elektrischen Widerstandes metallisiert werden. Die Metallisierung ist in allen vier Figuren durch   Schraf-    fierung der Leibrücken angedeutet.



   Für die Feldsonden   eignen sich vor, allem Halb-       leiterwerkstoffe mit hoher Trägerbsswegliohkeit, z. B.   



     AIIIBV-Verbindungen    (insbesondere   Indmmantimo-      nid).    Um den   magnetf eidabhängigen Halbleiterwider-    ständen eine hohe Empffindlichkeit zu geben,   um    also möglichst grosse Widerstandsänderungen bei Magnetfeldvariationen zu erhalten, kann man auf den Sonden (1,   la,    2, 2a in   den Fig. l    bis 4) elektrisch gut leitende parallele Streifen anbringen, die zur   Längsrichtung der Teilsonden senkrecht stehen.    In Fig. 1 sind diese Streifen durch   Querstriche    auf den Halbleibersonden 1 und 2 angedeutet. Die Sonde ist dann gegenüber der auf der Trägerplatte   10    senkrecht stehenden omponente des Magnetfeldes besonders empfindlich.



   Diese elektrisch gut leitenden parallelen Streifen können z. B. aus Silber oder Indium bestehen, die elektrolytisch auf den Halbleiter aufgebracht werden.



  Jedoch ist man nicht darauf beschränkt, solche gut leitenden Streifen auf der Oberfläche der Hablleiterwiderstände anzubringen. Man kann, wie an anderer Stelle vorgeschlagen, die Halbleiterstreifen auch mit parllel ausgerichteten Einschlüssen einer sehr gut leitenden Phase,   insbesondereNickelantimonid (NiSb),    versehen. Diese Einschlüsse, die wie oben senkrecht zur Längsrichtung   ider    Halbleiterstreifen liegen, können parallel zur Trägerplatte der Feldsonde oder senkrecht zu ihr stehen.



   Liegen diese   Einsohlussnadeln parallel    zur   Träger-    platte, so wirken sie wie die vorher erwähnten und nachträglich aufgebrachten Streifen. Sind die par, al  lelen    Einschlussnadeln jedoch senkrecht zur Trägerplatte ausgerichtet, so kann man die räumlichen Ändersungen des magnetfldes erfassen, dessen In  duktion    in der Ebene der Trägerplatte der Feldsonde leigt.

   Damit lassen sich Gradienten in Richtung des    magnetischen Feldes erfassen, während mit Ein-      schlussnadeln    parallel zur Trägerplatte Gradienten der magnetischen Induktion senkrecht zur Richtung des magnetischen Feldes erfasst werden   können.-In    Fig. 2   sind diese Einschlussnadeln, die auf dem    Träger senkrecht stehen, schematisch durch Pankte auf de dort gezeichneten Halbleitersonden angedeutet.



     Feldsonden    dieser beiden Ausführungsarten Einschlussnadeln parallel bzw. senkrecht zum Träger können baide derart kleine räumliche Dimensionen besitzen, dass sie mit der Fläche ihrer Trägerplatte parallel oder sogar senkrecht zu dem schmalen Luftspalt eines Magneten in diesen einsetzbar sind. Damit hat man-eventuell durch Drehen. der   Feldsonden-    die Möglichket, Magnetfeldgradienten in fallen Rich  tungen    bezüglich des Magnetfeldes gnau und auf einfache Weise auszumessen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Messung der räumlichen Abletung von magnetfeldern durch Halbleitersonden mit magnetfeldabhängigem Widerstand, die fest auf einem Träger angeordnet und zu einer Brückenschaltung er, gänzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitersonden und eine oder mehrere sie ver bindende Leitbrücken aus einem einzigen Hableiterwerkstück hergestellt sind.

   UnTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die je zwei Halbleitersonden verbindenden Leitbrücken metallisiert sind.

   2. Einrichtung nach Patentanspruch zur Messung der zweiten räumlichen Ableitung eines Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei auf einem gemeinsamen Träger liegenden Sondenpaaren mit Leitbrücken besteht, dass je zwei der freien Enden der vier Halbleitersonden durch weitere Leitbrücken verbunden sind, dass zwischen den ersten Leitbrücken die Versorgungsspannung liegt und dass zwischen die letzteren Leitbrücken das Messgerät geschaltet ist (Fig. 4).

   3. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass parallele Streifen aus elektrisch gutleitendem Material, insbesondere Silber oder Indium, auf den Halbleitersonden angebracht sind, und dass die parallelen Streifen senkrecht zur längsrichtung der Sonden und parallel zum Träger ausgerichtet sind.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beispielsweise aus AIIIBV Halbleitermaberial bestehende Sonden mit parallel ausgerichteten Einschlüssen aus elektrisch leitendem Material versehen sind, und dass die Einschlüsse senkrecht zur Längsrichtung der Sonden und parallel zum Träger ausgerichtet sind.

   5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dahin abgewandelt, dass die parallel ausgerichteten Einschlüsse senkrecht zum Träger ausgerichtet sind.