DE1050868B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1050

AN MELDBTAG:

BEKAinfTHACHTTHG
DER ANMELDDIfG
OND ACSGABE DEB
AOaiKGKßCHEIFT:

AUSGABE dsr
PATEHTSCHRIFTS

VHr 1«9WOOO

kl, 21 c 54/05

OnXRIfAT. XL. HOlc

601t; G05f

13. FEBRtJAR 1954

19. FEBRUAR 1959 13. AUGUST 1959

STIUHT ÜBEREIN MIT AUSLECESCHiUFT 1*50 868 (S J«B>Vmd/21«)

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die auf der Ausnutzung der Widerstandsänderung eines in einem Magnetfeld angeordneten magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers beruht und insbesondere zu Meßoder Regel zwecken dient. Es ist eine solche Einrichtung bekanntgeworden, die zur Messung eines magnetischen Flusses vorgesehen ist. Sie weist zwei jnagnetfeldabhängige Widerstände mit ähnlichen Temperaturbeiwerten und unterschiedlichen Magnetfeldabhängigkeiten in einer Brückenschaltung auf. Dabei besteht der eine Widerstandskörper aus Wismut, der andere aus Wolfram oder ähnlichem Material. Diese beiden magnetfeldabhängigen Widerstandskörper sind in einem isolierenden Material eingebettet, stehen jedoch nicht in unmittelbarem Wärmekontakt.

Da die Temperaturbeiwerte von Wismut und Wolfram nicht genau genug übereinstimmen, wurde bei der bekannten Einrichtung versucht, durch weitere Maßnahmen in der Brücke die Kompensation zu verbessern.

Eine verbesserte Temperaturkompensation mit einfachen Mitteln zu schaffen, ist Aufgabe deT Erfindung. Die Lösung besteht darin, daß in einer an sich zur Temperaturkompensation magnetfeldabhängiger Widerstände bekannten Brückenschaltung zwei in benachbarten Brückenzweigen liegende, aus dem gleichen Stoff bestehende, magnetfeldabhängige Halbleiterkörper gleichen,Temperaturbeiwertes, aber unterschiedlicher Magnetfeldabhängigkeit, in unmittelbarem gegenseitigem Wärmekontakt angeordnet sind.

Durch die Verwendung von Halbleiterkörpern aus dem gleichen Stoff, die also zwangläufig den gleichen Temperaturbeiwert aufweisen, bzw. durch die Verwendung zweier aus dem gleichen Stoff bestehender Eigenhalbleiter, deren Temperäturbeiwef te durch Dotierung einander angeglichen sind, ist dabei.eine Temperaturkompensation in einem weiten Bereich möglich. Hinzu kommt, daß die Temperatur der steuerbaren magnetfeldabhängigen Widerstandskörper außer von der .Umgebungstemperatur auch noch von der Stromwärme entsprechend dem Grad ihrer Aussteuerung abhängig ist. Die beiden Widerstandskörper werden daher in unmittelbarem Wärmekontakt dicht nebeneinander angeordnet; sie können durch eine thermisch gut leitende, aber elektrisch isolierende Zwischenschicht voneinander getrennt sein.

Vorteilhaft werden als magnetfeldabhängige Widerstände solche aus halbleitenden Verbindungen mit Tragerbeweglichkeiten von mehr als 6000 Cm^aZVsec, vorzugsweise 10000 cmWsec und mehr, benutzt. Insbesondere eignen sich Verbindungen eines Elementes der III. mit einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems. Mit derartigen A_n3B_v-Verbindungen lassen sich bekanntlich—wie auch mit anderen Halbleitern — magnetfeldabhängige Widerstands-

Einrichtung, die auf der Ausnutzung

der Widerstandsänderung eines
in einem Magnetfeld angeordneten
magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers beruht

Patentiert für:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen

Dr. rer. nat. Hanns von Stengel, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

»5 körper mit sogenannter magnetischer Sperrschicht darstellen mit einer an Elektronenlochpaaren verarmten Zone, die durch ein elektrisches Feld und ein dazu vorzugsweise senkrecht stehendes magnetisches Feld hervorgerufen ist. Mit solchen durch Änderung des magnetischen Feldes und zusätzlich durch ein elektrisches Feld und/oder eine Strahlung steuerbaren Stoffen — die bereits an anderer Stelle vorgeschlagen sind — lassen sich bei geringem Aufwand eine große Anzahl von praktischen Anwendungen der magnetfeldabhängigen Effekte ermöglichen. Zu diesen Stoffen gehört als A_mBy-Verbmdung beispielsweise Indiumantimonid, das eine Trägerbeweglichkeit von über 20000 cm^B/Vsec aufweist. Gerade bei Verwendung dieser Stoffe kommt die Erfindung besonders zur Geltung, da die besagten Halbleiter eine große Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes aufweisen.

Mit Hilfe innerer Maßnahmen, unter denen solche physikalisch-chemischer Natur verstanden werden, wie Wahl bestimmter Reinheitsgrade, mehr oder weniger

45' ausgeprägte Kristallisation der Halbleiter u. dgl., kann die erforderliche unterschiedliche Magnetfeldabhängigkeit dadurch erreicht werden, daß als StofF mit großer Magnetfeldabhängigkeit beispielsweise Indiumantimonid oder Indiumarsenid verwendet wird, welches sich in der Nähe der Eigenleitung auf der elektronenleitenden Seite befindet, während als Stoff mit geringerer Widerstandsänderung ebenfalls Indiumantimonid oder Indiumarsenid in der Nähe der Eigenleitung, jedoch auf - der defektelektro enleitenden Seite verw^SZI»

Claims (6)

1 UOU ÖDÖ wendet wird. Zur Erläuterung sei auf die graphische Darstellung nach Fig. 1 verwiesen, in der als Ordinate die spezifische Leitfähigkeit σ in ß~~1 cm-1 und als Abszisse der Kehrwert -γ der absoluten Temperatur T ^ in 0K^-1 aufgetragen ist. Die zwischen den beiden Kurven liegende Gerade I gilt für eigenleitendes Indiumantimonid, die Kurve II für Indiumantimonid mit Elektronenleitung und die Kurve III für Indiumantimonid mit Defektelektronenleitung von jeweils bestimmter Donatorenkonzentration und Akzeptorenkonzentration. Durch geeignete Wahl dieser Konzentration kann erreicht werden, daß sowohl p- als auch n-ieitende AViderstandskörper denselben Temperaturbeiwert besitzen. In Fig. 1 wird dies durch die gestrichelt gezeichneten Tangenten gleicher Steigung im Schnittpunkt der Kurven II und III mit der senk-: rechten Geraden IV veranschaulicht, die die für die Widerstandskörper in Frage kommende mittlere Arbeitstemperatur darstellt. Zum Verständnis des ao Vorstehenden sei noch erwähnt, daß nur die Elektronenbeweglichkeiten der genannten HaIbleiter-WiderstandskSrper extrem hoch sind und dadurch zu hoher Widerstandsänderung führen, während die Defektelektronenbeweglichkeiten in den vorgenannten as Körpern etwa SOmal kleiner sind und daher praktisch außer Betracht bleiben können. Die durch die Erfindung gegebene Lehre kann anstatt durch innere physikalisch-chemische Maßnahmen in einfacher Weise und ebenfalls unter vorteilhafter Ausnutzung der den genannten Halbleiterwiderständen innewohnenden Eigenschaften ferner dadurch verwirklicht werden, daß zwei Widerstandskörper aus dem gleichen Halbleiterstoff gewählt werden — die dadurch also zwangläufig schon die gleiche Temperaturabhängigkeit aufweisen —, deren einem jedoch durch besondere äußere Maßnahmen eine unterschiedliche Magnetfeldabhängigkeit erteilt wird- Es können beispielsweise zwei Widerstandskörper aus Indiumantimonid mit unterschiedlichen Verhältnissen von Länge zu Breite verwendet werden. Die unterschiedliche'Magnetfeldabhängigkeit kann ferner durch Aufbringen, beispielsweise Aufdampfen, von leitenden Stegen auf dem einen der Widerstandskörper erreicht sein. Bei Widerstandskörpem mit magnetischer Sperrschicht kann die unterschiedliche Magnetfeldabhängigkeit durch eine unterschiedliche Oberflächenbehandlung erreicht werden. Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden auf die Schaltung in der Zeichnung Bezug genommen. Auf eine Darstellung der Schaltung in einem besonderen Anwendungsbeispiel ist jedoch verzichtet, da die Anwendung der Einrichtung nach der Erfindung für einen speziellen Zweck, abgesehen von Meß- and Regelaufgaben, nicht den Gegenstand der Erfindung bildet Mit 1 und 2 sind zwei magnetfeld-* abhängige Halbleiter-Widerstandskörper gleichen Temperaturbeiwertes, jedoch unterschiedlicher Abhängigkeit von der Stärke des sie steuernden Magnetfeldes bezeichnet, das durch die Steuerwicklung 3 symbolisch angedeutet ist. An die Anschlußklemmen der Steuerwicklung 3 wird eine Steuerspannung Ust oder ein Steuerstrom Jst zugeführt. Die Widerstandskörper 1 und 2 bilden mit zwei weiteren Widerstandskörpem 5 und 6 an sich beliebiger Art die Brücken-Schaltung. An den Diagonalanschlüssen 7 wird der zu steuernde Strom zugeführt und an den Diagonalanschlüssen 8 der gesteuerte Strom abgenommen und einem an sich beliebigen Verbraucher zugeführt. Die oben beschriebene Schaltung stellt beispielsweise einen temperaturunabhängigen Meßfühler für eine Regeleinrichtung dar. Patentanspr ocae:

1. Einrichtung, die auf der Ausnutzung der Widerstandsänderung eines in einem Magnetfeld angeordneten magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers beruht und insbesondere zu Meß- oder Regelzwecken dient, dadurch gekennzeichnet, daß in einer an sich zur Temperaturkompensation magnetfeldabhängiger Widerstände bekannten Brückenschaltung zwei in benachbarten Brückenzweigen liegende, aus dem gleichen Stoff bestehende magnetfeldabhängige Halbleiterkörper gleichen Temperaturbeiwertes, aber unterschiedlicher Magnetfeldabhängigkeit, in unmittelbarem gegenseitigem Wärmekontakt angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter-Widerstandskörper solche in der Nähe der Eigenhalbleitung verwendet sind, und zwar einer mit überwiegender Elektronen- und einer mit überwiegender Defektelektronenleitung.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Magnet- «eldabhängigkeit durch äußere Maßnahmen, beispielsweise unterschiedliches Verhältnis von Länge zu Breite der Widerstandskörper oder unterschiedliche Oberflächenbehandlung, erreicht ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter-Widerstandskörper solche mit Trägerbeweglichkeiten von etwa 6000 Cm¹A^rSec oder mehr, vorzugsweise etwa 10000 cm'/Vaec oder mehr, verwendet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Widerstandskörper aus Indiumantimoiiid oder Indiumarsenid bestehen.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter-Widerstandskörper solche mit magnetischer Sperrschicht verwendet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA--Patentschrift Nr. 2 599 550.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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(90»5ts«55 3.5»)