DE1089063B

DE1089063B - Hall generator

Info

Publication number: DE1089063B
Application number: DES50910A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Markus Biermann; Dr Rer Nat Karl-R Do Dipl-Phys
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-10-18
Filing date: 1956-10-18
Publication date: 1960-09-15

Description

Hallgenerator Zusatz zur Patentanneldung S 46997 VIII c /21 e (Auslegeschrift 1 083 924) Es ist üblich, als »Hailgenerator« eine Anordnung mit plattenförmigem Halbleiterkörper zu bezeichnen, die in Abhängigkeit von einem elektrischen Eingangsstrom, Ider den Halbleiterkörper in Richtung seiner größten Ausdehnung durchfließt, und von einem senkrecht zur Plattenebene gerichteten magnetischen Eingangsfelid eine elektrische Ausgangsgröße - (H-allspannung, Hallstrom, Hall-Leistung) erzeugt. Bei derartigen Anordnungen besteht der Haibleiterkörper vorzugsweise aus Verbindungen von Elementen der 'III. und V. Gruppe des Periodischen Systems. Diese Verbindungen weisen eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit auf und gestatten daher; Hallgeneratoren mit technisch brauchbarem Wirkungsgrad herzustellen. Hall generator Addendum to patent application S 46997 VIII c / 21 e (Auslegeschrift 1 083 924) It is common to use an arrangement with a plate-shaped "hail generator" To designate semiconductor bodies which, as a function of an electrical input current, Ider flows through the semiconductor body in the direction of its greatest extent, and from a magnetic input field directed perpendicular to the plane of the plate electrical output variable - (H-all voltage, Hall current, Hall power) generated. at In such arrangements, the semiconductor body preferably consists of compounds of elements of the 'III. and V. Group of the Periodic Table. These connections have a high charge carrier mobility and therefore allow; Hall generators to produce with technically usable efficiency.

In der Eauptpatentanmeldung S 46997 VlIld/21 e ist vorgeschlagen, bei Hallgeneratoren mit mehreren magnetfeldabhängigen hallspannungsmäßig in Reihe geschalteten Halbleiterkörpern in Plättchenform, deren einander gegenüberliegende linien- bzw. flächenförmig angreifende Steuerstromelektroden parallel geschaltet sind, einen Halbleiterkörper zu verwenden, dessen Seiten für die Anschlüsse der Steuerstromelektroden bis auf einen zu beiden Seiten der Mittellinie sich erstreckenden Steg unter Brechung von Fahnen senkrecht mehrfach eingeschlitzt sind und bei dem die Fahnenenden mit den Steuerstromzuführungen über vorzugsweise hochohmige Widerstandskörper verbunden sind. Ein derart ausgebildeter Halbleiterkörper hat den Vorteil, daß bei ihm, verglichen mit nicht unterteilten Halbleiterkörpern, die durch ein veränderliches magnetisches Steuerfeld verursachten Wirbelstromverluste im Hallgenerator wesentlich verringert sind. In the main patent application S 46997 VlIld / 21 e it is proposed in Hall generators with several magnetic field-dependent Hall voltage in series switched semiconductor bodies in platelet form, their opposite Control current electrodes acting in a line or area are connected in parallel are to use a semiconductor body whose sides are for the connections of the Control current electrodes except for one extending on either side of the center line Bar under the break of flags are slit vertically several times and in the the flag ends with the control power supplies via preferably high-resistance resistance bodies are connected. A semiconductor body designed in this way has the advantage that at him, compared to non-subdivided semiconductor bodies, which are characterized by a variable magnetic control field caused eddy current losses in the Hall generator significantly are reduced.

Für Hallgeneratoren mit einheitlicher, nicht unterteilter Hallplatte ist es an sich bekannt, die Abmessung der Querschnittsfläche des Magnetfeldes in Richtung des Eingangsstromes etwa gleich der Breite der Hallplatte zwischen den Hallelektroden zu wählen. For Hall generators with a uniform, non-subdivided Hall plate it is known per se, the dimension of the cross-sectional area of the magnetic field in Direction of the input current approximately equal to the width of the Hall plate between the To choose hall electrodes.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hallgenerator, bei dem der in einem Luftspalt angeordnete Haibleiterkörper aus mehreren streifenartigen, parallel in einer gemeinsamen Ebene liegendenEinzelkörpern zusammengesetzt ist, fdie eingangsstromseitig parallel und hallspannungsseitig in Reihe geschaltet sind und deren Breite klein ist gegen ihre Länge, gemäß Patentanmeldung S46997VIIIc/21e. Sie besteht darin, daß das Magnetfeld den Halbleiterkörper in einer Fläche durchsetzt, deren größte Abmessung in Richtung des Eingangsstromes etwa gleich der Breite eines einzelnen Streifens ist. Durch die Erfindung wird die magnetische Steuerwirkleistung, die bei gleichem Eingangsstrom für die gleiche Steuerwirkung aufzuwenden ist, erheblich herabgesetzt. The present invention relates to a Hall generator at which the semiconductor body arranged in an air gap consists of several strip-like, is composed of individual bodies lying parallel in a common plane, fwhich are connected in parallel on the input current side and in series on the hall voltage side and their width is small compared to their length, according to patent application S46997VIIIc / 21e. It consists in the magnetic field penetrating the semiconductor body in an area whose largest dimension in the direction of the input current is approximately equal to the width of a single strip is. Through the invention, the magnetic control effective power, which has to be expended for the same control effect with the same input current, considerably degraded.

Hierzu ist grundsätzlich folgendes zu bemerken: An sich wird zur magnetischen Steuerung des Hallgenerators nur eine reine Blindleistung benötigt; praktisch tritt zu dieser Blindleistung eine Steuerwirkleistung hinzu, die aus drei Anteilen besteht, nämlich aus den ohmschen Verlusten in Ider Wicklung des Steuermagneten, den magnetischen Verlusten im Kern des Magneten und den Wirbelstromverlusten im Halbleiterkörper. Die ohmschen Verluste sind etwa proportional der Querschnittsfläche des Magnetfeldes.The following should be noted in principle: In itself becomes magnetic Control of the Hall generator only requires pure reactive power; practically occurs To this reactive power, an active control power, which consists of three parts, is added, namely from the ohmic losses in the winding of the control magnet, the magnetic ones Losses in the core of the magnet and the eddy current losses in the semiconductor body. The ohmic losses are roughly proportional to the cross-sectional area of the magnetic field.

Die magnetischen Verluste sind bei gegebenem Kernmaterial proportional dem Kernvolumen; sie werden also bei einer Verkleinerung der Querschnittsfläche des Magnetfeldes im allgemeinen ebenfalls verringert.The magnetic losses are proportional for a given core material the core volume; they become so when the cross-sectional area is reduced of the magnetic field is also generally reduced.

Die Wifbelstromverlustleistung im Halbleiterkörper sinkt bei Verringerung der Querschnittsfläche sogar mehr als proportional.The vortex power loss in the semiconductor body decreases when it is reduced the cross-sectional area even more than proportional.

Die Wirbelströme verursachen im Halbleiterkörper überdies eine transversale Störflußdichte, die eine Phasenverzögerung von 900 gegen die Steuerflußdichte hat. Die Störfludichte verursacht in der Hallspannung eine Störkomponente mit der Frequenz des magnetischen Steuerflusses, besonders wenn die Anordnung von Halbleiterkörper und Magnetfeld nicht genau symmetrisch ist, und wächst mit der Querschnittsfläche des Magnetfeldes. Sämtliche geschilderten störenden Nebeneffekte werden durch die Erfindung auf ein Minimum herabgesetzt. The eddy currents also cause a transversal one in the semiconductor body Interference flux density, which has a phase delay of 900 compared to the control flux density. The interference flux density causes an interference component with frequency in the Hall voltage of the magnetic control flux, especially when the arrangement of semiconductor bodies and magnetic field is not exactly symmetrical, and grows with the cross-sectional area of the magnetic field. All of the disruptive side effects described are caused by the Invention reduced to a minimum.

Die im Hallspannungskrefs liegenden Zwischenelektroden zwischen den streifenartigen Halbleiterkörpern können, wie es in der Hauptpatentanmeldung bereits vorgeschlagen ist, aus dem Material der Halbleiterkörper bestehen; falls jedoch ein Hallgenerator nach der Erfindung auf Leistung beansprucht werden soll, ist es zur Erzielung eines geringen Innenwiderstandes vorteilhaft, wenn die Zwischenelektroden metallisch sind. Die Breite der Hallelektroden soll klein gegenüber der Magnetfeldbreite in Eingangsstromrichtung sein. Weiterhin kann bei Verwendung eines aus n Einzelkörpern zusammengesetzten Halbleiterkörpers das Verhältnis von Länge zu Breite eines Einzelkörpers vorzugsweise mindestens etwa gleich 2 n: 1 gewählt werden. Man erreicht durch diese Bemessung der Einzelkörper, daß ihre außerhalb des Magaetfeldes liegenden Teile als Abblockungswiderstände wirken, die einen Kurzschluß des Hailfeldes verhindern. The intermediate electrodes between the strip-like semiconductor bodies can, as is already the case in the main patent application is proposed from the material of the semiconductor body exist; however, if a Hall generator according to the invention are claimed for performance should, it is advantageous to achieve a low internal resistance if the Intermediate electrodes are metallic. The width of the Hall electrodes should be small compared to be the width of the magnetic field in the direction of the input current. Furthermore, when using of a semiconductor body composed of n individual bodies is the ratio of Length to width of an individual body is preferably selected to be at least approximately equal to 2 n: 1 will. This dimensioning of the individual bodies ensures that theirs are outside of the Magaetfeldes lying parts act as blocking resistors, which a short circuit of the Hailfeld.

Die angeführten Vorteile der Erfindung sind um so mehr von Bedeutung, je höher die magnetische Steuerfrequenz der Anordnung ist. Für die Verwendung des Hallgenerators ist eine obere Grenzfrequenz durch die folgenden Bedingungen gegeben: Die magnetische Steuerleistung~inuß groß sein gegen die Wirbelstrom-Verlustleistung im Halbleiterkörper; die magnetische Steuerflußdichte muß groß sein gegen die durch Wirbelströme bedingte 5 törflußdichte; IderSkineffekt muß vernachlässigbar sein, td. h., die Eindringtiefe des Magnetfeldes muß groß sein gegen die Breite eines einzelnen Teilkörpers. Für den Fall, daß jeder Einzelkörper von einem Magnetfeld mit etwa quadratischem Querschnitt durchsetzt wird, läßt sich die Grenzfrequenz nach tdSer folgenden Formel abschätzen: Grenzfrequenz = 1 spez. Widerstand der Halbleiter Breite derEinzelkörper-2 MHz 2 10-6 Ohm m m mm -Aus- dieser Formel ergibt sich, daß bei Aufteilunt, des Halhleiterkörpers in n Einzelkörper und bei erfindungsgemäßer Bemessung des Magnetfeldquerschnitts eine Verbreiterung des Frequenzbandes um den Faktor n2 möglich ist.The cited advantages of the invention are all the more important, the higher the magnetic control frequency of the arrangement. For the use of the Hall generator, an upper limit frequency is given by the following conditions: The magnetic control power must be large compared to the eddy current power loss in the semiconductor body; the magnetic control flux density must be large compared to the disturbance flux density caused by eddy currents; The skin effect must be negligible, i.e. the depth of penetration of the magnetic field must be great compared to the width of a single part of the body. In the event that each individual body is penetrated by a magnetic field with an approximately square cross-section, the cut-off frequency can be estimated using the following formula: Cutoff frequency = 1 spec. Resistance of Semiconductors Width of Single Bodies-2 MHz 2 10-6 ohms mm mm From this formula it follows that when the semiconductor body is divided into n individual bodies and when the magnetic field cross-section is dimensioned according to the invention, a widening of the frequency band by the factor n2 is possible.

Die ohmschen Wicklungsverluste und die Wirbelstromverluste der magnetischen Steuerung sind um so geringer, je dünner der Halbleiterkörper in Richtung des Magnetfeldes ist und je schmäler damit auch der Luftspalt des Magnetsystems gehalten werden kann. The ohmic winding losses and the eddy current losses of the magnetic Controls are less, the thinner the semiconductor body in the direction of the magnetic field and the narrower the air gap of the magnet system can be kept.

Die Vorteile der Erfindung kommen daher insbesonder bei solchen Hallgeneratoren zur Geltungj-die extrem dünneHalbleiterkörper besitzen, die beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufstäuben auf eine isolierende Unterlage und durch thermisches Rekristallisieren hergestellt sind, wie dies ebenfalls bereits vorgeschlagen wurde.The advantages of the invention therefore come in particular with such Hall generators to advantage j-which have extremely thin semiconductor bodies, for example by Vapor deposition or dusting on an insulating base and by thermal Recrystallize are produced, as has also already been suggested.

In der Zeichnung ist ein aus streifenförmigen Einzelkörpern zusammengesetzter Hallgenerator als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Er besteht aus sechs Einzeikörpern 5, die durch Schlitze 6, deren Breite gegen die -der Streifen 5 klein ist, voneinander getrennt sind. Mit 3 sind die äußeren Hallelektroden bezeichnet, an denen die elektrische Ausgangsgröße des Hallgenerators abgenommen- wird. In the drawing is a composite of strip-shaped individual bodies Hall generator shown as an embodiment of the invention. It consists of six individual bodies 5, through slots 6, the width of which against the -the strip 5 is small, are separated from each other. With 3 the outer Hall electrodes are designated, at which the electrical output variable of the Hall generator is taken.

Die Streifen 5 besitzen gemeinsame Eingangssfromelektroden 2. In der mitte ihrer Längsseiten sind sie durch Zwischen-Hallelektroden 7 miteinander verbunden, die vorzugsweise metallisch sind. Bei der Herstellung der Zwischenelektroden ist zu beachten, daß der Kontakt zwischen ihnen und der Halbleiterobe-rfläche sperrscbichtfrei sein muß. Die Zwischenelektroden können mit Vorteil durch Auftragen einer eintrocknungsfähigen Metailpulveremuision hergestellt werden, wie sie beispielsweise im Handel unter dem Namen »Leitsilr« erhältlich ist. Das Magnetfeld durchsetzt erfindungsgemäß den Hallgeneratorkörper nur etwa in der schmalen, gestrichelt schraffierten Rechteckfläche 8, die die gleiche Breite besitzt wie ein einzelner Streifen 5. Die Breite sämtlicher Hallelektroden 3 und 7 ist klein gegen die Breite des Magnetfeldes.The strips 5 have common input from electrodes 2. In the in the middle of their long sides they are connected to one another by intermediate hall electrodes 7, which are preferably metallic. When making the intermediate electrodes is care must be taken that the contact between them and the semiconductor surface is free of barrier layers have to be. The intermediate electrodes can advantageously be applied by applying a dryable Metailpulveremuision are produced, for example, in the trade below to the Name »Leitsilr« is available. According to the invention, the magnetic field penetrates the Hall generator body only roughly in the narrow, dashed hatched rectangular area 8, which is the same width as a single strip 5. The width of all Hall electrodes 3 and 7 is small compared to the width of the magnetic field.

PAT3NTANSPRtJCHE: 1. Hallgenerator, bei dem feder in einem Luftspalt angeordnete Halbleiterkörper aus mehreren streifenartigen, parallel in einer gemeinsamen Ebene liegenden Einzelkörpern zusammengesetzt ist, die eingangsstromseitig parallel und hallspannungsseitig in Reihe geschaltet sind und deren Breite klein ist gegen ihre Länge, gemäß Patentanmeldung S 46997 VIIIc/21 e, dadurch gekennzeidinet, daß. das Magnetfeld den Haibleiterkörper in einer Fläche durchsetzt, deren größte Abmessung in Richtung des Eingangsstromes etwa gleich der Breite eines einzelnen Streifens ist. PAT3NT APPRtJCHE: 1. Hall generator, with the spring in an air gap arranged semiconductor body from several strip-like, parallel in a common Flat individual bodies are composed, the input current side parallel and are connected in series on the reverb voltage side and their width is small compared to their length, according to patent application S 46997 VIIIc / 21 e, characterized in that. the magnetic field penetrates the semiconductor body in an area whose largest dimension in the direction of the input current approximately equal to the width of a single strip is.

Claims

2. Hall generator according to claim 1, characterized in that the fdaß intermediate electrodes in the Hall voltage circuit are metallic.

3. Hall generator according to claim 1 and 2, characterized in that when using a semiconductor body composed of st individual bodies Ratio of length to width of a single body at least approximately equal to 21t: 1 is.

Papers considered: British Patent No. 744-919; U.S. Patent Nos. 2,536,806, 1,825,855; 1 778 795.