DE1118330B

DE1118330B - Semiconductor device based on the utilization of the magnetic resistance effect

Info

Publication number: DE1118330B
Application number: DES68297A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Weiss; Paul Hini
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-04-30
Filing date: 1960-04-30
Publication date: 1961-11-30

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. Semiconductor device based on the exploitation of magnetic resistance Effect based There are semiconductor arrangements known whose resistance by the Is controlled by the Gaussian effect in the semiconductor, which is caused by the generated by the current flowing through the arrangement magnetic field and is determined. It is also known that the size of the relative change in resistance depends to a large extent on the geometric shape of the semiconductor. There are already elsewhere solutions for the geometric design of the semiconductor body has been proposed. According to the general teaching, the semiconductor body should be shaped in this way be that the formation of a Hall field is avoided if possible, if an optimum change in resistance is to be achieved.

Als besonders günstig haben sich Halbleiterkörper mit Rotationssymmetrie erwiesen.Semiconductor bodies with rotational symmetry have proven to be particularly favorable proven.

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. The relative change in resistance is in the air gap of a magnet system with an iron core the same for all parts of the semiconductor body, since the magnetic field is within the air gap is practically homogeneous. The magnetic fields of excitation systems without an iron core - like z. B. air-core coils - or with very low iron masses, however, are very inhomogeneous. This means that the relative change in resistance is no longer for all parts of the semiconductor body constant, but a function of the magnetic field gradient.

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. The invention relates to a semiconductor device which is based on the utilization the change in the electrical resistance of a preferably rotationally symmetrical Semiconductor body with a continuous recess along a main axis in the changeable Magnetic field is based, with an ironless or low iron excitation system.

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. The object of the invention is a new embodiment of a semiconductor arrangement of the aforementioned type to achieve an optimal change in resistance. The inventive The solution is that the semiconductor body is shaped in the direction of the magnetic field is that the absorbed current heat per unit volume is constant over the entire body is, and that with inhomogeneous magnetic fields the magnetic field strength everywhere on Edge of the body has the same relative change from that of the interior.

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. Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing shown. 1 shows embodiments with circular semiconductor wafers, 2 shows an embodiment in which two circular semiconductor disks are in series are connected, Fig. 3 shows an embodiment in which the semiconductor has the shape of a Owns tube.

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. In Fig. La is a circular semiconductor wafer 11 with constant Thickness d shown. It has a central bore along its axis A. The one Current electrode 13 is located inside the bore, the other electrode 12 on outer circumference of the disc. Such a semiconductor body is subjected to the inhomogeneous magnetic field exposed to an air coil, the change in resistance is not for everyone Parts of the disc the same. In the plane M with x = O 0 - where x is the distance from the Coil level M denotes - the magnetic induction decreases with increasing distance r from axis A to. For all values of r the induction decreases with increasing distance x from the median plane M, the greater the greater the r. The ones from the middle plane Parts that are more distant therefore only take part in the increase in resistance to a small extent and practically form a short circuit for those closer to the central plane M. lying parts of the semiconductor wafer with a small x. The relative resistance Changes within the pane thus become a location-dependent function. To this one Gradients of the relative change in resistance within the semiconductor body eliminate, one leaves according to the invention, the disc shape according to Fig. 1 a and forms the cross-section of the disk, for example, trapezoidal, in such a way that, as shown in Fig. 1 b, the circular semiconductor wafer in the vicinity of the Inner electrode is thickest and thinnest near the outer electrode. the a current electrode 13 of the trapezoidal semiconductor body 11 is located inside the hole, the other current electrode 12 at the outer limit of the semiconductor body. The most favorable form is the one in which the relative field change from the center plane M to the edge is the same. In Fig. 1c is a semiconductor body 11, in which the thickness d decreases exponentially with increasing radius r, so that for all r - even at the edge of the system - the magnetic field strength in the whole Semiconductor body causes almost the same change in resistance. That offers as a result the resulting greater current density in the periphery has the further advantage, that the energy that can be absorbed by the disk in pulse mode elevated.

Auch hier nimmt die Bohrung die innere Elektrode 13 und die Peripherie des Halbleiterkörpers die äußere Elektrode 12 auf.Here, too, the bore takes the inner electrode 13 and the periphery of the semiconductor body on the outer electrode 12.

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. The teaching according to the invention described above for the shaping of the Semiconductor body is not limited to a single body, but applies accordingly when several semiconductor bodies interact. This is shown in Fig. 2 at a Example shown with two semiconductor bodies. The semiconductor wafers 21 and 22 are connected in series and connected to a conductive ring 23 on the circumference. The two Current electrodes 24 and 25 are located in the holes in the disks.

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. In Fig. 3 is a corresponding arrangement for a tubular Body shown. The semiconductor 31 with the two electrodes 32 and 33 is between two air coils 34 and 35 are arranged. Because the magnetic induction in the middle is the weakest, the middle part of the body contributes the least to the change in resistance at. To now the resistance to make changes to the entire arrangement as large as possible, in the case of tubular hollow cylindrical semiconductors, the thickness of the tube is changed so that they z. B. increases linearly from the end faces towards the center.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Semiconductor device based on the exploitation of the Change in the electrical resistance of a preferably rotationally symmetrical one Semiconductor body with a continuous recess along a main axis in the changeable Magnetic field based, with an ironless or low iron excitation system, characterized in that the semiconductor body is shaped in the direction of the magnetic field so that the recorded Current heat per unit volume over the entire body is constant, and that with inhomogeneous Magnetic fields the magnetic field strength is the same everywhere on the edge of the body has relative change from that of the interior.

2. Semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that a circular disk is provided as the semiconductor body and its thickness is dimensioned accordingly is that it decreases linearly or hyperbolically from the inside out.

3. Semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that a tubular semiconductor body is provided, the thickness of the end faces increases towards the middle.

Documents considered: DAS No. 1054543.