Wat zijn magnetodiodes en waar worden ze gebruikt

Een magnetodiode is een soort halfgeleiderdiode waarvan de stroom-spanningskarakteristiek kan veranderen onder invloed van een magnetisch veld.

Normaal halfgeleiderdiode heeft een dunne basis zodat het magnetische veld de stroom-spanningskarakteristiek enigszins verandert. Terwijl magnetodiodes zich onderscheiden door een dikke (lange) basis, waarmee de weglengte voor de stroom aanzienlijk groter is dan de gedissipeerde lengte van de in de basis geïnjecteerde dragers.

De traditionele dikte van de basis is slechts enkele millimeters en de weerstand is vergelijkbaar met de directe weerstand p-n-kruising… Naarmate de inductie van het magnetische veld dat er doorheen wordt geleid toeneemt, neemt de weerstand van de basis aanzienlijk toe, vergelijkbaar met die van een magnetoweerstand.

In dit geval neemt ook de totale weerstand van de diode toe en neemt de doorlaatstroom af.Dit stroomreductieverschijnsel is ook te wijten aan het feit dat wanneer de basisweerstand groter wordt, de spanning wordt herverdeeld, de spanningsval over de basis toeneemt en de spanningsval over de pn-overgang afneemt en de stroom dienovereenkomstig afneemt.

Het effect van de magnetodiode kan kwantitatief worden onderzocht door te kijken naar de stroom-spanningskarakteristiek van de magnetodiode, die wordt weergegeven in de figuur. Hier is het duidelijk dat naarmate de magnetische inductie toeneemt, de voorwaartse stroom afneemt.

Het feit is dat de magnetodiode verschilt van gewone halfgeleiderdiodes doordat deze is gemaakt van een halfgeleider met een hoge weerstand, waarvan de geleidbaarheid dicht bij die van hem ligt, en de lengte van de basis d is meerdere malen groter dan de afwijkingslengte van de diffuse drager L. Terwijl in gewone diodes d kleiner is dan L.

Merk op dat magnetodiodes worden gekenmerkt door een grotere doorlaatspanningsval, in tegenstelling tot klassieke diodes, wat precies te wijten is aan de verhoogde weerstand van de basis. Met andere woorden, een magnetodiode is een halfgeleiderinrichting met een pn-overgang en niet-gelijkrichtende contacten waartussen zich een hoogohmig halfgeleidergebied bevindt.

Magnetische diodes zijn niet alleen gemaakt van halfgeleiders met een hoge weerstand, maar ook met de grootst mogelijke mobiliteit van ladingsdragers. Vaak is de structuur van de p-i-n-magnetodiode, terwijl het gebied i langwerpig is en een aanzienlijke weerstand heeft, juist hierin een uitgesproken magnetoresistief effect waargenomen. In dit geval is de gevoeligheid van magnetische diodes voor veranderingen in magnetische inductie hoger dan die van Hall-sensoren die van hetzelfde materiaal zijn gemaakt.

Voor KD301V-magnetodiodes bij B = 0 en I = 3 mA is de spanningsval over de diode bijvoorbeeld 10 V, en bij B = 0,4 T en I = 3 mA - ongeveer 32 V. In voorwaartse richting bij hoge injectieniveaus , wordt de geleiding van de magnetodiode bepaald door niet-evenwichtsdragers die in de basis worden geïnjecteerd.

De spanningsval treedt voornamelijk niet op bij de pn-overgang, zoals bij een conventionele diode, maar bij een basis met een hoge weerstand. Als de stroomvoerende magnetische diode in een transversaal magnetisch veld B wordt geplaatst, neemt de basisweerstand toe. Hierdoor zal de stroom door de magnetische diode afnemen.

Bij «lange» diodes (d / L> 1, waarbij d de lengte van de basis is, is L de effectieve lengte van de diffusiebias) wordt de draaggolfverdeling en dus de weerstand van de diode (basis) precies bepaald door de lengte L.

Een afname van L veroorzaakt een afname van de concentratie van niet-evenwichtsdragers in de basis, dat wil zeggen een toename van de weerstand. Dit, zoals hierboven opgemerkt, zorgt ervoor dat de basisspanningsval toeneemt en de pn-overgang afneemt (bij U = const).De afname van de spanningsval over de pn-overgang zorgt ervoor dat de injectiestroom afneemt en dus de basisweerstand verder toeneemt.

De lengte L kan worden gewijzigd door een magnetisch veld op de diode aan te leggen. Een dergelijk effect leidt praktisch tot een verdraaiing van de bewegende dragers en hun mobiliteit neemt af, daarom neemt ook L af zoals het is.Tegelijkertijd worden de stroomlijnen langwerpig, dat wil zeggen dat de effectieve dikte van de basis toeneemt. Dit is het bulk magnetische diode-effect.

Magnetische diodes worden veel en divers gebruikt: contactloze knoppen en toetsen, sensoren voor de positie van bewegende lichamen, magnetische uitlezing van informatie, controle en meting van niet-elektrische grootheden, magnetische veldtransducers en hoektransducers.

Magneto-diodes zijn te vinden in contactloze relais, magneto-diodes in circuits vervangen de collectoren van DC-motoren. Er zijn AC- en DC-magnetische diodeversterkers waarbij de invoer een elektromagnetische spoel is die de magnetische diode aandrijft en de uitvoer het diodecircuit zelf is. Bij stromen tot 10 A kunnen winsten in de orde van grootte van 100 worden behaald.

De binnenlandse industrie produceert verschillende soorten magnetodiodes. Hun gevoeligheid varieert van 10-9 tot 10-2 A/m. Er zijn ook magnetodiodes die niet alleen de sterkte van het magnetische veld kunnen bepalen, maar ook de richting ervan.

Uit het bovenstaande is duidelijk dat het gebruik van magnetische diodes een bron van constant of variabel magnetisch veld vereist. Als een dergelijke bron kunnen permanente magneten of elektromagneten worden gebruikt. De magnetische diodes moeten zo worden geïnstalleerd dat de magnetische veldlijnen loodrecht op de zijvlakken van de halfgeleiderstructuur staan.

De werking van magnetische diodes is toegestaan ​​wanneer ze in serie zijn geschakeld. Als het nodig is om de magnetische diodes te laten werken bij een relatieve vochtigheid van de omgeving tot 98% en bij een temperatuur van 40 ° C, wordt een aanvullende afdichting met verbindingen op basis van epoxyhars aanbevolen.