DE1765807A1

DE1765807A1 - Magnetic field-dependent resistance

Info

Publication number: DE1765807A1
Application number: DE19681765807
Authority: DE
Inventors: Hans Schering
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-07-19
Filing date: 1968-07-19
Publication date: 1971-10-07
Also published as: CH486134A; FR2013266A1; GB1264817A; NL6911116A; AT290676B

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8000 München 2, Berlin und. München Wittelsbacherplatz 2SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8000 München 2, Berlin and. Munich Wittelsbacherplatz 2

P 17 65 807.0-34 VPA 68/0038P 17 65 807.0-34 VPA 68/0038

Magnetfeldabhängiger WiderstandMagnetic field-dependent resistance

Es ist bekannt, zur Messung von Magnetfeldern oder als magnetfei dempfindliche Steuerorgane magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände - sogenannte Feldplatten - zu verwenden. Bei derartigen Feldplatten hat der Widerstandskörper die Form einerIt is known to measure magnetic fields or as magnetfei demensitive control elements magnetic field-dependent semiconductor resistors - so-called field plates - to be used. In such field plates, the resistance body has the shape of a

III V Halbleiterschicht, die vorzugsweise aus A B -Verbindungen aus Elementen der III. bis V. Gruppe des periodischen Systems, insbesondere Indiumantimonid oder Indiumarsenid, besteht. Man erhält besonders starke Magnetfeldabhängigkeit, wenn im Halbleitermaterial gutleitende, nadeiförmige Einschlüsse einge-III V semiconductor layer, which preferably consists of A B compounds from elements of III. to V group of the periodic table, in particular indium antimonide or indium arsenide. Man receives a particularly strong magnetic field dependence when in the semiconductor material well-conducting, needle-shaped inclusions

Rb/Rl - 1 -Rb / Rl - 1 -

109841 /0488109841/0488

^;LA 68/0038- Mr ^; LA 68 / 0038- Mr

bettet sind, beispielsweise Nadeln aus Nickelautimonid in Indiumantimonid, die senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes und senkrecht zur Richtung des Stromes ausgerichtet sind, nit dem der Widerstand gemessen wird. Die Halbleiterschicht ist in der Regel mäanderförmig ausgebildet, so daß auf kleiner Pläche ein Widerstand relativ großer Länge untergebracht v/erden kann.are embedded, for example needles made of nickel autimonide in Indium antimonide aligned perpendicular to the direction of the magnetic field and perpendicular to the direction of the current, with which the resistance is measured. The semiconductor layer is usually designed in a meander shape, so that on smaller A resistor of relatively great length can be accommodated in a plane.

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetfeldabhängigen Widerstand (Feldplatte) mit einem Widerstandskörper in Form einer Halbleiterschicht. Sie ist gekennzeichnet durch eine metallische, ferromagnetische Schicht mit kleinem magnetischen Widerstand, die mit der Halbleiterschicht über eine Isolierschicht stoffschlüssig verbunden ist und den gleichen Umriß hat wie diese. Während bei den bisherigen Feldplatten der gesamte Bereich, also die Halbleiterschicht ebenso wie'die halbleiterfreien Lücken, gleichmäßig von dem angelegten Magnetfeld durchsetzt wird, wird bei der Feldplatte nach der Erfindung der magnetische Fluß durch die zusätzliche weichmagnetische Schicht auf aie Halbleiterechioht kimaentrieirt. Dadurch wird die Empfindlichkeit dee Widerstandes erhöht. Zur Verstärkung dieser Y/irkung kann man die Halbleiterachicht auch auf beiden Seiten mit je einer ferroraagnetischen Schicht verbinden. The invention relates to a magnetic field-dependent resistor (field plate) with a resistor body in the form of a semiconductor layer. It is characterized by a metallic, ferromagnetic layer with a low magnetic resistance, which is firmly bonded to the semiconductor layer via an insulating layer and has the same outline as this. While in the previous field plates the entire area, i.e. the semiconductor layer as well as the semiconductor-free gaps, is evenly penetrated by the applied magnetic field, in the field plate according to the invention the magnetic flux is kimaentrieirt through the additional soft magnetic layer on the semiconductor region. This increases the sensitivity of the resistor. To reinforce this effect, the semiconductor layer can also be connected to a ferromagnetic layer on both sides.

Die metallische, ferromagnetische Schicht soll eine möglichst hohe Permeabilität haben; auch ihre Sättigungsinduktion soll möglichst hoch sein, so daß sie auch noch bei hohen magneti- The metallic, ferromagnetic layer should have the highest possible permeability ; their saturation induction should be as high as possible so that they even at high magnetic

109841/0488109841/0488

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

JrLA 68/0038 β JrLA 68/0038 β

sehen Feldstärken wirksam ist. Als Material für die metallische Schicht kommt daher insbesondere reines Eisen in Betracht, das im ausnutzbaren Bereich der Kennlinie eine Permeabilität /u = 400 bis 30 000 und eine Sätti^urigsinciuktion von mindestens 21 000 Gauß aufweist. Auch Nickel mit einer Permeabilität /u von 250 bis 2500 und einer Sättigun^sinduktion von mindestens 6000 Gauß kommt in Betracht, ebenso Eisen-lIickel-Legierungen. "Die Dicke der metallischen Schicht liegt vorzugsweise mindestens in der gleichen Größenordnung wie die der Halbleiterschicht.see field strengths is effective. As a material for the metallic Therefore, in particular, pure iron comes into consideration, which has a Permeability / u = 400 to 30,000 and a saturation increase of at least 21,000 Gauss. Also nickel with a permeability of 250 to 2500 and a saturation reduction of at least 6000 Gauss is possible, as well as iron-nickel alloys. "The thickness of the metallic layer is preferably at least in the same order of magnitude as that of the semiconductor layer.

Zur Isolierung der Metallschicht gegen die Halbleiterschicht kann mit Vorteil eine Schicht aus Siliziur.i-IIonoxid oder Silizium-Dioxid vorgesehen sein. Bei der Verwendung von Siliziumoxid ist es möglich, sowohl die Isolierschicht wie die metallische Schicht auf die Halbleiterschicht aufzudampfen. Man kann für die Metallschicht jedoch auch eine vorgefertigte Blechfolie verwenden, die auf die Halbleiterschicht aufgeklebt wird, wobei die Klebschicht gleichzeitig als Isolator dient. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die vorgefertigte Metallschicht mit Glaslot oder Glasemail zu beschichten und durch Erwärmung mit der Halbleiterschicht zu verbinden.To isolate the metal layer from the semiconductor layer can advantageously be a layer of silicon oxide or Silicon dioxide may be provided. When using silicon oxide, it is possible to use both the insulating layer as evaporate the metallic layer onto the semiconductor layer. However, one can also use one for the metal layer Use prefabricated sheet metal foil that is glued to the semiconductor layer, the adhesive layer at the same time serves as an isolator. There is also the option of sealing the prefabricated metal layer with glass solder or glass enamel coat and connect to the semiconductor layer by heating.

Ein Ausfübrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, wobei auch Verfahren zur Herstellung des Widerstandes beschrieben werden. Ein fertiger WiderstandAn exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, with a method for production of resistance can be described. A finished resistor

RAD 109 841/0488 ^b RAD 109 841/0488 ^b

PM 6G/OO3«'PM 6G / OO3 «'

nach der Erfindung ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Die Dicken der Schichten sind der Deutlichkeit halber überhöht. according to the invention is shown in FIGS. The thicknesses of the layers are exaggerated for the sake of clarity.

In Figur 1 ist mit 1 eine Halbleiterschicht bezeichnet, die zum Beispiel aus Indiumantimonid mit eingeschlossenen Nadeln aua Nickelantiraonid bestehen und eine Dicke von etwa 10 bis ■ 50/un haben kann. Auf diese Halbleiterschicht wird eine Silizium-Monoxidschicht 2 mit einer Dicke von etwa 1 bis 5/um aufgedampft. Diese Schicht kann durch Erwärmung in Luft oder in einer Sauerotoffatmosphäre zu Silizium-Dioxid oxydiert werden; das ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Auf die Siliziumoxidschicht 2 wird dann eine weitere Schicht 3 aufgedampft, die aus reinem Eisen oder reinem Nickel besteht. Die Dicke der Schicht 3 kann etwa 10 bis 200 yum betragen. Statt dessen kann man auch zunächst eine dünnere Eisen- oder liickelschicht aufdampfen und diese Schicht dann bis zur gewünschten Dicke galvanisch verstärken.In FIG. 1, 1 denotes a semiconductor layer which, for example, consists of indium antimonide with enclosed needles as well as nickel antiraonide and can have a thickness of approximately 10 to 50 μm. A silicon monoxide layer 2 with a thickness of approximately 1 to 5 μm is vapor-deposited on this semiconductor layer. This layer can be oxidized to silicon dioxide by heating in air or in an oxygen atmosphere; however, this is not absolutely necessary. A further layer 3 , which consists of pure iron or pure nickel, is then vapor-deposited onto the silicon oxide layer 2. The thickness of the layer 3 can be about 10 to 200 μm. Instead, you can first vaporize a thinner iron or nickel layer and then galvanically reinforce this layer to the desired thickness.

Die aus den Schichten 1, 2 und 3 bestehende Einheit wird nunmehr, wie Figur 2 zeigt, auf einen isolierenden Träger 5 aufgeklebt; die Klebschicht (zum Beispiel aus einem organischen Kleber) ist mit 4 bezeichnet. Der Träger 5 kann eine Keramikplatte sein; er kann auch aus einem Ferrit oder einem Oxid-Permanentmagneten bestehen. Falls erforderlich, kann anschließend die Halbleiterschicht 1 auf die gewünschte Dicke abgeschliffen werden.The unit consisting of layers 1, 2 and 3 is now as FIG. 2 shows, glued to an insulating support 5; the adhesive layer (for example from an organic Glue) is labeled 4. The carrier 5 can be a ceramic plate be; it can also consist of a ferrite or an oxide permanent magnet exist. If necessary, the semiconductor layer 1 can then be ground to the desired thickness will.

— 4 —
109841/0489 - 4 -
109841/0489

.·.·.'■ _ PM 68/0036. ·. ·. '■ _ PM 68/0036

Gemäß; figur 3 können nun auf die andere Seite der Halbleiterschic lit 1 eine weitere Isolierschicht 6 und eine weitere ferromagnetische Schicht 7 aufgebracht werden, und zwar in der gleichen V/eise, wie es oben für die Schichten 2 und 3 beschrieben wurde. Die Halbleiterschicht 1 ist dann also sand-Y.'ichartig zwischen zwei metallischen, ferromagnetischen Schichten 3 und 7 eingeschlossen.According to; Figure 3 can now go to the other side of the semiconductor layer lit 1 a further insulating layer 6 and a further ferromagnetic Layer 7 can be applied in the same way as described above for layers 2 and 3 became. The semiconductor layer 1 is then sand-Y'ich-like between two metallic, ferromagnetic Layers 3 and 7 included.

Aus den Schichtkörper 3/1/7 wird nunmehr die mäanderartige Porm des Halbleiterkörpers durch entsprechendes Ausätzen gewonnen. Dies kann zum Beispiel durch das Fotoresist-Verfahi'en geschehen, bei dem die Anordnung' mit einem lichtempfindlichen Lack, überzogen und durch eine Maske mit ultraviolettem licht belichtet wird. Die unbelichteten '"teilen des Lackes lassen sich auswaschen, während die belichteten stehenbleiben. Die zu entfernenden Seile der Schichten 1, 2, 3, 6 und 7 können dann mit einer Ätzflüssigkeit herausgelöst werden, die zum Beispiel aus Ammonbifluorid, Wasserstoffsuperoxid und Eiaen(IIl)ohlorid bestehen kann. Auf diese Weise läßt sich öine mäanderartige Porm des Schichtkörpers erzielen, die in Figur 4 in uer Draufsicht dargestellt ist.The meandering shape of the semiconductor body is now obtained from the layer body 3/1/7 by appropriate etching. This can be done, for example, by the photoresist method, in which the arrangement is coated with a light-sensitive lacquer and exposed to ultraviolet light through a mask. The unexposed parts of the lacquer can be washed out, while the exposed parts remain. The ropes of layers 1, 2, 3, 6 and 7 to be removed can then be removed with an etching liquid made up of, for example, ammonium bifluoride, hydrogen peroxide and egg (IIl may consist ohlorid). in this way, meander öine Porm of the laminated body can be obtained, which is shown in Figure 4 in uer plan view.

In Figur 5 ist der Widerstand nach Figur 4 im Schnitt darge-Gteilt; gleichzeitig sind die Pole 8 und 9 eines Magneten angedeutet, dessen Feld den V/iderstandsbetrag der Feldplatte beeinflußt. Die Dickenmaße der Schichten des Widerstandes sind in Figur 5 weniger übertrieben als in den übrigen Figuren.In FIG. 5, the resistor according to FIG. 4 is shown in section; At the same time, the poles 8 and 9 of a magnet are indicated, the field of which is the amount of resistance of the field plate influenced. The thickness dimensions of the layers of the resistor are less exaggerated in FIG. 5 than in the other figures.

tlu\ 68/0038 tlu \ 68/0038

Wie Figur 5 zeigt, werden die Feldlinien 10 des Magneten 8/9 durch die Schichten 3 und 7 auf die Halbleiterschicht 1 konzentriert, so daß die wirksame Feldstärke und damit auch die wideratandsänderung vergrößert wird.As Figure 5 shows, the field lines 10 of the magnet 8/9 concentrated by the layers 3 and 7 on the semiconductor layer 1, so that the effective field strength and thus also the Resistance change is enlarged.

V.'ie schon bemerkt, kann statt einer aufgcidampf ten metallischen Schicht 3 auch eine vorgefertigte Eisen- oder Nickelblechfolie verwendet v/erden, die durch Kleben oder einen ähnlichen Vorgang mit der Halbleiterschicht 1 verbunden wird. Dabei ist zu beachten, daß der Kleber beim späteren Ätzvorgang gelöst werden muß. I.Ian kann daher als Kleber, der gleichzeitig die Isolierschicht bildet, ein niedrigschmelzendes Glaslot oder ein Glasemail verwenden, das sich sowohl mit der Eisen- oder Nickelfolie als auch mit der Halbleiterschicht bei Erwärmung verbindet. !&xn kann jedoch auch andere Kleber verwenden, die sich durchätzen lassen, v/ie zum Beispiel Gelatine oder Zucker. Ferner sind lösliche Schmelzkleber verwendbar, die vor* dem Durchätzen der von ihnen bedeckten Schicht mit einem organischen Lösungsmittel: weggelöst werden. ,As already noted, instead of a vapor-deposited metallic layer 3, a prefabricated iron or nickel sheet foil can also be used, which is connected to the semiconductor layer 1 by gluing or a similar process. It should be noted that the adhesive must be loosened during the later etching process. I.Ian can therefore use a low-melting glass solder or glass enamel as the adhesive that simultaneously forms the insulating layer, which bonds to both the iron or nickel foil and the semiconductor layer when heated. However,! & xn can also use other adhesives that can be etched through, such as gelatine or sugar. Further, soluble hot-melt adhesive can be used which with an organic solvent etching through the buried layer of them before *: are dissolved away. ,

5 Figuren
Ansprüche5 figures
Expectations

- 6 -109841/0488 BAD original- 6 -109841/0488 BAD original

Claims

PatentansprücheClaims

1. Magnetfeldabhängiger Widerstand _νFeldplatte) mit einem Widerstandskörper in Form einer Halbleiterschicht, gekennzeichnet durch eine metallische, ferromagnetische Schicht (3) mit kleinem magnetischen Widerstand, die mit der Halbleiterschicht (1) über eine Isolierschicht (2) stoffschlüssig verbunden ist und den gleichen Umriß hat wie diese.1. Magnetic field-dependent resistance _ν field plate) with a resistance body in the form of a semiconductor layer, characterized by a metallic, ferromagnetic layer (3) with low magnetic resistance, which is firmly bonded to the semiconductor layer (1) via an insulating layer (2) and has the same outline has like this.

2. Magnctfeidabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ferromagnetischen Schicht (3) mindestens in der gleichen Größenordnung liegt wie die der Halbleiterschicht (1).2. Magnetfeid-dependent resistor according to claim 1, characterized characterized in that the thickness of the ferromagnetic layer (3) is at least in the same order of magnitude as that of the semiconductor layer (1).

3* Magnetfeldabhängiger Y/iderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß'die Halbleiterschicht (1) auf beiden Seiten mit je einer ferromagnetischen Schicht (3, 7) verbunden ist.3 * magnetic field-dependent Y / resistance according to claim 1, characterized characterized in that'die semiconductor layer (1) on both Each side is connected to a ferromagnetic layer (3, 7).

4. Hagnetfeidabhängiger Y/iderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Schicht (3, 7- aus reinem Eisen besteht.4. Magnetic field-dependent Y / resistance according to claim 1, characterized characterized in that the ferromagnetic layer (3, 7- consists of pure iron.

*—ti — 'J^jt2'i2"8n (Art* —Ti - 'J ^jt 2'i2 "8n (Art

BADBATH

HA 68/0038HA 68/0038

5. Magnetfeldabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische-Schicht (3> 7) aus reinem Nickel besteht.5. Magnetic field-dependent resistor according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic layer (3> 7) is made of pure nickel.

6. Magnetfeldabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) aus Silizium-Konoxid oder -Dioxid besteht.6. Magnetic field-dependent resistor according to claim 1, characterized characterized in that the insulating layer (2) made of silicon conoxide or dioxide.

7. Magnetfeidabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die IsdLierschicht (2) aus Glaslot oder Glasemail besteht.7. Magnet field-dependent resistor according to claim 1, characterized characterized in that the IsdLierschicht (2) made of glass solder or There is glass enamel.

ü. Verfahren zur Herstellung eines magnetfeldabhängigen Widerstandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) und die ferromagnetische Schicht (3) auf die Halbleiterschicht (1) aufgedampft werden.ü. Process for the production of a magnetic field-dependent resistor according to claim 1, characterized in that the insulating layer (2) and the ferromagnetic layer (3) the semiconductor layer (1) are vapor-deposited.

9. Verfahren zur Herstellung eines.magnetfeldabhängigen Widerstandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Schicht (3) in Form einer Blechfolie auf die Halbleiterschicht (1) aufgeklebt wird.9. Process for the production of a magnetic field-dependent resistor according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic layer (3) in the form of a sheet metal foil on the Semiconductor layer (1) is glued on.

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