DE1118330B - Halbleiteranordnung, die auf der Ausnutzung des magnetischen Widerstandseffekts beruht - Google Patents

Description

• Halbleiteranordnung, die auf der Ausnutzung des magnetischen Widerstands effekts beruht Es sind Halbleiteranordnungen bekannt, deren Widerstand durch den Gaußeffekt im Halbleiter gesteuert ist, der durch das auf den Halbleiter rückgekoppelte, durch den die Anordnung durchfließenden Strom hervorgerufene Magnetfeld erzeugt und bestimmt ist. Bekannt ist auch, daß die Größe der relativen Widerstandsänderung in hohem Maße von der geometrischen Form des Halbleiters abhängt. Es sind bereits an anderer Stelle Lösungen für die geometrische Gestaltung der Halbleiterkörper vorgeschlagen worden. Nach der allgemeinen Lehre soll der Halbleiterkörper so geformt sein, daß die Ausbildung eines Hallfeldes möglichst unterbleibt, wenn ein Optimum an Widerstandsänderung erreicht werden soll.
• Als besonders günstig haben sich Halbleiterkörper mit Rotationssymmetrie erwiesen.
• Im Luftspalt eines Magnetsystems mit Eisenkern ist die relative Widerstandsänderung für alle Teile des Halbleiterkörpers gleich, da das Magnetfeld innerhalb des Luftspaltes praktisch homogen ist. Die Magnetfelder von Erregersystemen ohne Eisenkem - wie z. B. Luftspulen - oder mit sehr geringen Eisenmassen sind dagegen sehr stark inhomogen. Damit ist auch die relative Widerstandsänderung nicht mehr für alle Teile des Halbleiterkörpers konstant, sondern eine Funktion des Magnetfeldgradienten.
• Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, die auf der Ausnützung der Anderung des elektrischen Widerstandes eines vorzugsweise rotationssymmetrischen Halbleiterkörpers mit einer durchgehenden Ausnehmung längs einer Hauptachse im veränderbaren Magnetfeld beruht, mit einem eisenlosen oder eisenarmen Erregersystem.
• Aufgabe der Erfindung ist eine neue Ausbildung einer Halbleiteranordnung der vorgenannten Art zur Erzielung einer optimalen Widerstandsänderung. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Halbleiterkörper in Richtung des Magnetfeldes so geformt ist, daß die aufgenommene Stromwärme pro Volumeinheit über den gesamten Körper konstant ist, und daß bei inhomogenen Magnetfeldern die magnetische Feldstärke überall am Rand des Körpers die gleiche relative Anderung gegenüber der des Inneren aufweist.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 Ausführungsformen mit kreisförmigen Halbleiterscheiben, Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der zwei kreisförmige HalbIeiterscheiben in Reihe geschaltet sind, Fig. 3 eine Ausführungsform, bei der der Halbleiter die Form einer Röhre besitzt.
• In Fig. la ist eine kreisförmige Halbleiterscheibe 11 mit konstanter Dicke d dargestellt. Sie besitzt eine Mittelbohrung längs ihrer Achse A. Die eine Stromelektrode 13 befindet sich im Innern der Bohrung, die andere Elektrode 12 am äußeren Umfang der Scheibe. Wird ein solcher Halbleiterkörper dem inhomogenen Magnetfeld einer Luftspule ausgesetzt, so ist die Anderung des Widerstandes nicht für alle Teile der Scheibe gleich. In der Ebene M mit x = O 0 - wobei x den Abstand von der Spulenebene M bezeichnet - nimmt die magnetische Induktion mit zunehmendem Abstand r von der Achse A zu. Für alle Werte von r sinkt die Induktion mit wachsendem Abstand x von der Mittelebene M, und zwar um so stärker, je größer r ist. Die von der Mittelebene M entfernter liegenden Teile nehmen damit an der Widerstandserhöhung nur wenig teil und bilden praktisch nahezu einen Kurzschluß für die näher an der Mittelebene M liegenden Partien der Halbleiterscheibe mit kleinem x. Die relative Widerstands änderung innerhalb der Scheibe wird damit zur ortsabhängigen Funktion. Um diesen Gradienten der relativen Widerstandsänderung innerhalb des Halbleiterkörpers zu eliminieren, verläßt man gemäß der Erfindung die Scheibenform nach Fig. 1 a und bildet den Querschnitt der Scheibe beispielsweise trapezförmig aus, derart, daß, wie in Fig. 1 b dargestellt, die kreisförmige Halbleiterscheibe in der Nähe der Innenelektrode am dicksten und in der Nähe der Außenelektrode am dünnsten ist. Die eine Stromelektrode 13 des trapezförmigen Halbleiterkörpers 11 befindet sich innerhalb der Bohrung, die andere Stromelektrode 12 an der äußeren Begrenzung des Halbleiterkörpers. Die günstigste Form ist diejenige, bei der die relative Feldänderung von der Mittelebene M bis zum Rand gleich ist. In Fig. 1 c ist ein Halbleiterkörper 11 dargestellt, bei dem die Dicke d mit zunehmendem Radius r exponentiell abnimmt, so daß für alle r - auch am Rande des Systems - die magnetische Feldstärke im gesamten Halbleiterkörper nahezu die gleiche Widerstandsände rung bewirkt. Das bietet infolge der dadurch erhaltenen größeren Stromdichte in der Peripherie den weiteren Vorteil, daß sich die Energie, die von der Scheibe im Impulsbetrieb aufgenommen werden kann, erhöht.
• Auch hier nimmt die Bohrung die innere Elektrode 13 und die Peripherie des Halbleiterkörpers die äußere Elektrode 12 auf.
• Die oben beschriebene erfindungsgemäße Lehre für die Formgebung des Halbleiterkörpers ist nicht auf einen Einzelkörper beschränkt, sondern gilt sinngemäß bei einem Zusammenwirken mehrerer Halbleiterkörper. Dies wird in Fig. 2 an einem Beispiel mit zwei Halbleiterkörpern gezeigt. Die Halbleiterscheiben 21 und 22 sind in Reihe geschaltet und am Umfang mit einem leitenden Ring 23 verbunden. Die beiden Stromelektroden 24 und 25 befinden sich in den Bohrungen der Scheiben.
• In Fig. 3 ist eine entsprechende Anordnung für einen röhrenförmigen Körper gezeigt. Der Halbleiter 31 mit den beiden Elektroden 32 und 33 ist zwischen zwei Luftspulen 34 und 35 angeordnet. Da die magnetische Induktion in der Mitte am schwächsten ist, trägt der mittlere Teil des Körpers am wenigsten zur Widerstandsänderung bei. Um nun die Widerstands- änderung der gesamten Anordnung möglichst groß zu machen, verändert man bei röhrenförmigen hohlzylindrischen Halbleitern die Dicke der Röhre so, daß sie z. B. linear von den Stirnflächen zur Mitte hin zunimmt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRUCHE: 1. Halbleiteranordnung, die auf der Ausnutzung der Änderung des elektrischen Widerstands eines vorzugsweise rotationssymmetrischen Halbleiterkörpers mit einer durchgehenden Ausnehmung längs einer Hauptachse im veränderbaren Magnetfeld beruht, mit einem eisenlosen oder eisenarmen Erregersystem, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper in Richtung des Magnetfeldes so geformt ist, daß die aufgenommene Stromwärme pro Volumeinheit über den gesamten Körper konstant ist, und daß bei inhomogenen Magnetfeldern die magnetische Feldstärke überall am Rande des Körpers die gleiche relative Änderung gegenüber der des Inneren aufweist.
2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper eine kreisförmige Scheibe vorgesehen und ihre Dicke so bemessen ist, daß sie von innen nach außen linear oder hyperbolisch abnimmt.
3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein röhrenförmiger Halbleiterkörper vorgesehen ist, dessen Dicke von den Stirnflächen zur Mitte hin zunimmt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: DAS Nr. 1054543.