В качестве иллюстрации возможностей датчика на основе ПДХ с автогенераторным устройством на рис. 8 представлена зависимость изменения частоты автогенерации датчика от напряжённости внешнего магнитного поля. Видно, что с увеличением напряжённости магнитного поля повышается частота автогенерации прибора.
Чувствительность преобразователя такой конструкции лежит в диапазоне 10 ч 20 Гц/ мТл в зависимости от электрических режимов ПДХ. Второй вариант преобразователя не требует использования отдельного автогенератора. В этом случае используется эффект возникновения осцилляций тока канала на участке лавинного умножения ВАХ, описанный в главе 4.
Рис. 8. Зависимость изменения частоты автогенерации датчика с частотным выходом от напряжённости внешнего магнитного поля. Vd=8В, V1=8В, V2= 6В (кривая 1), 8В (кривая 2) и 10 В (кривая 3).
При этом магнитное поле влияет на частоту колебаний тока. Для построения датчика с частотным выходом без использования отдельного автогенератора ПДХ включается так, что напряжение питания и потенциалы на затворах соответствуют области лавинного умножения носителей тока в канале. Это сопровождается возникновением осцилляций тока. Таким образом, сам ПДХ в данном случае представляет собой автогенератор, работающий в области ударной ионизации, при этом частота выходного сигнала пропорциональна величине магнитной индукции. В условиях эксперимента частоты автогенерации такого устройства лежали в пределах от 1 кГц до 150 кГц в зависимости от значений напряжения питания и потенциалов, поданных на затворы ПДХ. В экспериментах было обнаружено, что при определённых соотношениях напряжений питания и потенциала затворов чувствительность датчика может составлять величину 1,2 кГц/мТл.
Приложение П?2 иллюстрирует возможность использования ПДХ для стабилизации токов в различных схемотехнических устройствах. Схема такого стабилизатора основана на известном способе поддержания тока в нагрузке за счёт изменения характеристик, например, сопротивления управляющего элемента. В таких схемах обязательно присутствие измерительного устройства, фиксирующего ток через нагрузку, усилителя и цепей обратной связи, поддерживающих рабочий ток. В функциональной схеме (рис.9) ПДХ совмещает в себе как управляющий, так и измерительный элемент. При этом точность стабилизации тока не хуже 1% в диапазоне 1…1000 мкА.
Рис. 9. Схема стабилизатора микротоков на основе ПДХ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ
1. Акимов А.Г., Барабаненков М.Ю., Бараночников М.Л., Леонов А.В., Мокрушин А.Д., Мордкович В.Н., Омельяновская Н.М. Управляемый резистор с функциями полевого транзистора и полевого элемента Холла // Приборы и техника эксперимента. -1998. - Т.41. - C. 706 -709.
2. Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ магниточувствительных элементах при различных условиях облучения» // Научно-технический сборник. Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость -2000», - 2000. - Вып. 3. - С. 38-42.
3. Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ - магниточувствительных элементах при различных условиях облучения // Вопросы атомной науки и техники. Серия Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2001. - Вып. 1-2. - С. 77-81.
4. Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в МОП-элементах на основе объемного кремния и КНИ-структуры // Вопросы атомной науки и техники. Серия Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2002. - Вып. 1-2. - С. 67-71.
5. Мордкович В.Н., Бараночников М.Л., Леонов А.В., Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Пажин Д.М. Полевой датчик Холла на основе структур «кремний на изоляторе» // Микросистемная техника (Нано- и микросистемная техника). - 2002. - Вып.10.- С. 8-12.
6. Mokrushin A.D.,Omeljanovskaja N.M., Leonov .A.V., Mordkovich V.N., Pazhin D.M. Radiation effects in SOI magnetic sensitive elements under different radiation conditions //Progress in semiconductor -on-insulator structures and devices operating at extreme conditions; Edited by F. Balestra, A. Nazarov and V.S. Lysenko. - Dordrecht/Boston/London: Kluwer Academic Publishers, 2002. - V. 58. - P. 221-227.
7. Мордкович В.Н., Бараночников М.Л., Леонов А.В, Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Пажин Д.М. Полевой датчик холла - новый тип преобразователя магнитного поля // Датчики и системы. - 2003.- Вып. 7. - С. 33-38.
8. Бараночников М.Л., Леонов А.В., Мальцев П.П., Мокрушин А.Д., Мордкович В.Н., Омельяновская Н.М., Пажин Д.М. Полевой датчик Холла на основе структур "Кремний-На-Изоляторе" //Мир электроники. - М.: Техносфера, 2005. - С. 436-444.
9. Бараночников М.Л., Леонов А.В., Мокрушин А.Д., Мордкович В.Н., Омельяновская Н.М., Пажин Д.М. Особенности характеристик КНИ полевых датчиков Холла с двухзатворной управляющей системой типа металл диэлектрик-полупроводник-диэлектрик-металл // Нано- и микросистемная техника. - 2008. - Вып. 12. - С. 45-49.
10. Бараночников М. Л., Леонов А. В. Использование двухэлементных преобразователей магнитного поля для регулирования динамического диапазона магнитометрических устройств // Приборы и техника эксперимента. - 2011. - Вып.2. - С.1.
11. Бараночников М. Л., Леонов А. В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Особенности магниточувствительных сенсоров на основе Полевого Датчика Холла // Приборы и техника эксперимента. - 2012. - Вып.6. - С. 1-8.
12. Леонов А.В., Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М. Особенности подвижности электронов в тонком слое кремния в структуре диэлектрик-кремний-диэлектрик // ФТП. - 2012. - Т. 46. - Вып.4. - С. 494-499.
13. Mokrushin A.D.,Omeljanovskaja N.M., Leonov A.V., Mordkovich V.N., Pazhin D.M. Radiation effects in SOI magnetic sensitive elements under different radiation conditions // Conference abstracts. NATO Advanced Research Workshop “Progress in semiconductor -on-insulator structures and devices operating at extreme conditions”, Kyiv, 2000. - P. 44 -45.
14. Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в МОП элементах на основе объемного кремния и КНИ структуры // Российская научная конференция / Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2001. Научно-технический сборник тезисов докладов. - Лыткарино, 2001. - С. 121-122.
15. Мордкович В.Н., Леонов А.В., Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Пажин Д.М. Новый кремниевый магниточувствительный элемент с повышенной устойчивостью к радиационным и тепловым воздействиям // IX Научно-техническая конференция / Датчики и детекторы для АЭС. Сборник докладов. - Пенза, 2002.- С.33-35.
16. Baranochnikov M.L., Leonov A.V., Mokrushin A.D., Mordkovich V.N., Omelianovskaya N.M., Pazhin D.M., Goncharov V.P., Filatov M.M. Controllable highly sensitive silicon Hall element with improved reliability under extreme conditions // 7-th International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology. Thesis of International Symposium - Saint-Petersburg, 2007. - P. 241-242.
17. Baranochnikov M.L., Leonov A.V., Mokrushin A.D., Mordkovich V.N., Goncharov V.P., Ksenofontov V.A., Filatov M.M. Specifity of magnetic measurements using the controllable Hall element as a primary magnetic field converter // 7-th International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology. Thesis of International Symposium - Saint-Petersburg, 2007. - P.243.
18. Baranochnikov M.L., Leonov A.V., Mokrushin A.D., Mordkovich V.N., Pazhin D.M., Omelianovskaya N.M., Tarasov V.V. novel Silicon-On-Insulator controllable hall element: Book of abstract European Magnetic Sensors and Actuators Conference, European Magnetic Sensors & Actuators Conference. - Caen, France, 2008. M. 41. - P. 129.
19. Baranochnikov M.L., Leonov A.V., Mokrushin A.D., Mordkovich V.N., Pazhin D.M., Omelianovskaya N.M., Filatov M.M. Controllable broadband Hall element for measuring pulsed and dc magnetic fields in the temperature range from liquid helium to 600 K: Book of abstract / European Electromagnetics. - Lausanne, Switzerland, 2008 . - P.361.
20. Леонов А.В., Бараночников М.Л., Мокрушин А.Д., Мордкович В.Н., Омельяновская Н.М., Пажин Д.М., Особенности подвижности электронов в тонком слое // VII Международная конференция и Школа по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе. Тезисы докладов - Нижний Новгород, 2010. - С.117.
21. Baranochnikov M. L., Leonov A. V., Mordkovich V. N., Pazhin D. M. Filatov M. M Some Features of Magnetometric and Sensor Devices Based on the Field Effect Hall Sensor //Advanced Electromagnetics Symposium. Proceedings. - Paris, France, 2012.- P.455-459.
22. Мордкович В.Н., Пажин Д.М., Леонов А.В., Павлюк М.И., Ануфриев В.Н.,. Богатырев В.Н, Дымов Д.В. Радиационно-стойкий бесконтактный датчик тока типа "система в корпусе // XVI Международная научная конференция, посвященная памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева. Материалы конференции - Красноярск, 2012. - Ч. 1. - С. 190.
23. Пат. 2465630 Российская Федерация, МПК G01R15/20 (2006.01). Магниточувствительная интегральная схема для стабилизации электрического тока / Бараночников М.Л., Карпушин М.П., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М.; заявитель и патентообладатель Мордкович Виктор Наумович, Карпушин Михаил Петрович. -№ 2011108002/28; заявл. 02.03.2011; опубл. 27.10.2012, Бюл. №30. - 7 с.: ил.
24. Пат. 2465609 Российская Федерация: МПК G01R 15/20 (2006.01). Бесконтактный измеритель тока / Бараночников М.Л., Карпушин М.П., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М.; заявитель и патентообладатель Мордкович Виктор Наумович, Карпушин Михаил Петрович. - № 2011108001/28; заявл. 02.03.2011; опубл. 27.10.2012, Бюл. №30. - 7 с.: ил.
25. Пат. 2465629 Российская Федерация: МПК G05F 1/70 (2006.01). Бараночников М.Л., Карпушин М.П., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М.; заявитель и патентообладатель Мордкович Виктор Наумович, Карпушин Михаил Петрович. - № 2011114215/08; заявл. 13.04.2011; опубл. 27.10.2012, Бюл. №30. - 9 с.: ил.