Размещено на http://www.allbest.ru/

19

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Твердотільні інтегральні сенсорні пристроЇ

на основі перетворювачів магнЕтного поля

Спеціальність 05.27.01 - твердотільна електроніка

Гладун Михайло Романович

Львів 1999



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі електронних приладів Державного університету "Львівська політехніка", Міністерство освіти України.

Науковий керівник -доктор технічних наук, професор

ГОТРА Зенон Юрійович,

Державний університет “Львівська політехніка”, завідувач кафедри

Офіційні опоненти :доктор фізико-математичних наук, професор ГОРДІЄНКО Юрій Омельянович,

Харківський технічний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри;

доктор технічних наук, професор

ДРУЖИНІН Анатолій Олександрович,

Державний університет “Львівська політехніка”,

професор

Провідна організація -Науково-виробниче об'єднання “Карат”,

відділ нових прогресивних технологій,

Міністерство промислової політики (м.Львів)

Захист відбудеться “05” березня 1999 р. о 14⁰⁰ год на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.14 при Державному університеті “Львівська політехніка” (290646, м.Львів-13, вул.Ст.Бандери, 12).

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Державного університету “Львівська політехніка” (вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий “03” лютого 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Байцар Р.І.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним з напрямків розвитку сучасної електроніки є створення твердотільних біполярних інтегральних схем (ІС) високого ступеня інтеграції, в тому числі сенсорних пристроїв, у складі яких окрім первинних перетворювачів інтегровано також засоби вторинної обробки сигналу. Одним з напрямків сенсорної техніки є твердотільні магнетокеровані сенсорні пристрої. Їх реалізація в основному здійснюється на традиційних первинних перетворювачах - елементах Хола, які характеризуються низькою крутизною характеристики перетворення, що призводить до значного енергоспоживання. Латеральні (горизонтальні) магнетокеровані транзистори на базі біполярної технології є одними з перспективних первинних перетворювачів магнетокерованих сенсорних пристроїв. Вони забезпечують суттєво вищу крутизну перетворення та багатопараметричність керування, що розширює їх потенційні можливості. Однак, при створенні латеральних транзисторних структур в інтегральних схемах виникають проблеми, пов'язані з паразитним впливом конструктивних елементів структури ІС та нееквіпотенційністю вихідного сигналу.

При цьому не вирішені питання вторинної обробки сигналу в магнетосенсорних пристроях - стабілізації режимів живлення, лінеаризації та термокомпенсації характеристики перетворення, корекції адитивної та мультиплікативної похибок. Тому проведення досліджень у галузі створення твердотільних інтегральних сенсорних пристроїв на основі перетворювачів магнетного поля є актуальними для розвитку сучасної мікроелектронної сенсорики.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження є складовою частиною комплексної науково-технічної програми з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки ДКНТ України (проект 05.44.02/053 - 92 - 95).

Мета роботи та завдання досліджень - розробка твердотільних однокристальних біполярних сенсорних пристроїв на базі латеральних магнетотранзисторів. Завданнями досліджень були:

аналіз та виявлення можливостей застосування латеральних магнетотранзисторних структур як первинних перетворювачів магнетного поля;

дослідження впливу конструктивних та схемотехнічних параметрів структури магнетотранзисторів на їх характеристики;

розробка та дослідження інтегральних твердотільних засобів вторинної обробки сигналу, які забезпечують стабілізацію режимів живлення, лінеаризацію функції перетворення, термокомпенсацію вихідного сигналу та розширюють функціональні можливості магнетосенсорних пристроїв;

створення алгоритму побудови програмованого коректора характеристик, що забезпечує прецизійність функціонування магнетосенсорних пристроїв.

Наукова новизна отриманих результатів:

створено нові твердотільні інтегральні сенсорні пристрої на основі латеральних двоколекторних магнетотранзисторів локальної реєстрації та вимірювання магнетного поля в межах одиниць - сотень мілітесла;

визначено механізми деградації характеристик двоколекторних магнетотранзисторів, інтегрованих у структуру біполярної ІС з ізоляцією зворотно-зміщеним p-n переходом, виявлено та проаналізовано причини дестабілізуючого впливу паразитної транзисторної структури, утвореної підкладкою, та нееквіпотенційності вихідного сигналу, яка зумовлена розсуміщенням захованого шару.

розроблено нові конструктивні рішення двоколекторних латеральних магнетотранзисторів, які забезпечують чутливість у межах 0,6 … 1,0 Тл^-1 та мінімальну нееквіпотенційність при задовільному коефіцієнті передачі струму.

розроблено низку нових структурних засобів вторинної обробки сигналу магнетосенсорних інтегральних пристроїв і, зокрема, вузлів стабілізації режимів живлення, термокомпенсації та лінеаризації характеристики перетворення, програмної корекції адитивної та мультиплікативної похибок.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені в дисертаційній роботі рішення, а саме структури магнетотранзисторів, схемотехнічні рішення вузлів ІС становлять основу розробки магнетосенсорних пристроїв, зокрема, біполярних ІС: з лінійним виходом з крутизною перетворення (1 … 40) В/Тл; з пороговою характеристикою з порогом перемикання (20 … 50) мТл; з потужним виходом з струмом комутації двотактних виходів до 0,5 А.

Результати дисертаційної роботи мають прикладне значення:

конструкції двоколекторних латеральних магнетотранзисторних структур, дають змогу зменшити нееквіпотенційність вихідного сигналу, збільшити значення коефіцієнта передачі струму при заземленій підкладці, отримати вихідний сигнал на рівні 50 мкА та відносну чутливість на рівні (0,6 … 1,0) Тл^-1;

вузли стабілізації електричних режимів, термокомпенсації, лінеаризації, задовольняють вимоги сучасних ІС з енергоспоживання (при напругах однополярного живлення від 3 В і вище);

розроблений алгоритм функціонування програмованого коректора характеристик, який базується на синтезі коректуючих струмів програмованою матрицею джерел струму з двійково-зваженим масштабуванням струмів на латеральних p-n-p транзисторах та спеціальним декодуванням комірок матриці, дає можливість мінімізувати кількість адресних шин та структурні затрати коректора.

Особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів, викладених у дисертації, полягає в особистій розробці принципів побудови, схемотехнічних рішень вузлів ІС [1-2, 4, 8, 10, 20, 24], дослідженні первинних перетворювачів [5, 16, 22, 27], проектуванні топології кристалів ІС [3, 11, 14]. Створення, аналіз та дослідження кристалів ІС виконані в співавторстві згідно з наведеним списком публікацій. Висновки і положення, що складають суть дисертації, сформульовані автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні результати були представлені та обговорні на Міжнародних науково-технічних конференціях “Сучасні проблеми автоматизованої розробки і виробництва радіоелектронних засобів та підготовки інженерних кадрів” (Львів, 1994, 1996); Міжнародній конференції “Передові дисплейні технології” (Львів, 1994); XVIII - XXI Conferences of the International Society for Hybrid Microelectronics, Poland Chapter (Warsaw, 1994; Porabka-Kozubnik, 1995; Jurata, 1996; Ustron, 1997); Науково-технічній конференції, присвяченій 120-річчю Чернівецького університету (Чернівці, 1995); Міжнародній науковій конференції, присвяченій 150-річчю від дня народження І. Пулюя (Львів, 1995); II Національній науковій конференції “Інформатика: теорія, технологія, техніка - ІТТТ-95” (Одеса, 1995); 1-st International Modelling School (Alushta, Ukraine, 1996); 1^st and 2^nd International Symposia on “Microelectronics Technologies and Microsystems” (Rzeszow, Poland, 1997; Lviv, Ukraine, 1998); 11^th European Conference on Solid-State Transducers “EuroSensors XI” (Warsaw, Poland, 1997), 4^th International Symposium for Informatics and Technology in Electronic Modules Domain SIITME'98 (Bucharest, Romania, 1998).

Публікації. Результати виконаних досліджень відображені у 24 друкованих роботах та 3 заявках на винаходи.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'ятьох розділів, висновків та списку використаної літератури. Основний зміст роботи викладено на 184 сторінках друкованого тексту, ілюстрованого 69 рисунками та 16 таблицями. Список літератури містить 128 найменувань.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформована мета досліджень, наведено основні наукові та практичні результати.

У першому розділі систематизовано та проведено аналіз перетворювачів магнетного поля, розглянуто гальваномагнетні ефекти в напівпровідниках, проаналізовано стан розвитку магнетосенсорних біполярних пристроїв. Приділено увагу відомим конструкціям та технічним рішенням двоколекторних латеральних магнетотранзисторів.

Показано, що домінуючими вимогами до однокристальних магнетосенсорних пристроїв є мінімізація енергоспоживання та можливість функціонування з низьковольтними однополярними джерелами живлення. Однак на фоні значних успіхів у створенні магнетосенсорних схем на дискретних елементах, проблеми щодо створення однокристальних магнетосенсорних пристроїв на базі первинних перетворювачів - двоколекторних латеральних магнетотранзисторів з схемами стабілізації режимів, термокомпенсації і лінеаризації характеристики перетворення - є фактично не вирішеними.

У другому розділі наведені результати розробки та дослідження нових конструкцій двоколекторних латеральних магнетотранзисторів. Під час розробки та дослідження магнетокерованих транзисторів визначено вплив деяких конструктивних та схемотехнічних параметрів інтегральної структури на їх характеристики, а саме нееквіпотенційність вихідного диференційного сигналу транзистора та вплив на сигнал паразитної транзисторної структури, екстрактором в якій виступає підкладка ІС. Ці характеристики не можна покращити вторинними перетворювачами.

Вивчена залежність параметрів магнетокерованих транзисторів від структурних елементів, вертикального та захованого шарів, а також від розміру емітерної області (рис. 1). Досліджена базова конструкція магнетотранзистора, яка містить емітерну, дві базових та дві колекторні області. Захований шар, екрануючи електричне поле підкладки від епітаксійного шару, дає змогу мінімізувати екстракцію носіїв у підкладку. Однак при цьому захований шар шунтує активну частину бази латеральнго магнетотранзистора, зменшуючи в ній прискорююче поле. Це зменшує Холівську різницю потенціалів у базі, а, отже, погіршує магнетну чутливість транзистора.

Виявлено, що вертикальний шар практично не впливає на параметри магнетотранзистора, а захований шар зменшує вплив паразитної структури, утвореної підкладкою. Збільшення площі емітера вдвічі зумовлює зростання чутливості на 30 %. Ці результати покладено в основу розробки нових конструкцій магнетотранзисторних структур.

Розроблена нова конструкція інтегрального латерального магнетокерованого транзистора. Запаралелення двох дзеркально розташованих транзисторних структур та оптимізація розмірів області захованого шару зменшує вплив підкладки та нееквіпотенційності вихідного сигналу. Конструкція розробленого транзистора показана на рис. 2, а результати досліджень вихідних напруг та струмів - на рис. 3.

Нееквіпотенційність вихідного сигналу даної конструкції суттєво менша, ніж у базовій конструкції (рис. 1), і в 2 … 5 разів менша від диференційної складової корисного сигналу. Зменшення коефіцієнта передачі струму при заземленій підкладці ІС (в межах 5 разів) хоча і є вагомим, однак, порівнян з базовою структурою (рис. 1) цей параметр суттєво зріс. Вихідний струм розробленої конструкції транзистора становить не менше ніж 50 мкА, що дає можливість проводити елементарну обробку сигналу. Відносна чутливість розробленої структури становить S_R = 0,6 … 1,0 Тл^_1, тобто, на відміну від базової конструкції з захованим шаром, на два порядки вища, а це дає змогу використовувати її як первинного перетворювача магнетосенсорних пристроїв. Досліджені залежності чутливості та коефіцієнта передачі струму транзисторів від значення базового струму (рис. 4). Показано, що чутливість транзисторів зі збільшенням робочих струмів зростає, а незначне зниження коефіцієнта передачі пояснюється зменшенням ефективності емітера тощо.

У третьому розділі описано результати розробки спеціалізованих вузлів стабілізації режимів живлення, термокомпенсації та лінеаризації характеристики перетворення. Реалізовано магнетосенсорні пристрої - перетворювач компенсаційного типу та сканер магнетного поля.

Для стабілізації режимів магнетотранзисторів у схемах з низько-вольтним живленням використано принцип стабілізації формування опорної напруги, яка чисельно дорівнює ширині забороненої зони кремнію. Показано можливість спрощення схеми стабілізатора при одночасному підвищенні коефіцієнта стабілізації. Для забезпечення максимального коефіцієнта стабілізації режимів роботи магнетотранзистора з нестабільністю в межах 0,5 … 1 % розроблено кілька конструкцій стабілізаторів.

Проаналізовано температурні залежності характеристик перетворення магнетотранзисторів. Показано, що їх визначають складним комплексом чинників, безпосереднє врахування яких здебільшого не представляється можливим.

Виявлено, що температурний коефіцієнт крутизни перетворення інтегральних магнетотранзисторів знаходиться в межах _0,5 … -1,5 %/⁰С і залежить від електрофізичних параметрів структури магнетотранзистора, зокрема концентрації донорної домішки в базовій області транзистора - епітаксійному шарі ІС, коефіцієнтів інжекції p-n переходів та робочих струмів і напруг. Під час розробки магнетосенсорних пристроїв-перемикачів необхідно формувати певні (ненульові) значення температурного коефіцієнта перемикання. Для цього розроблено універсальні вузли термокомпенсації магнетосенсорних пристроїв, температурні характеристики яких можна регулювати в межах -25 … +75 ⁰С. В основу термокомпенсації покладено схему стабілізації колекторних струмів магнетотранзисторів зі зворотним зв'язком за напругою (рис. 5), в якій температурний коефіцієнт опорної напруги може змінюватися в процесі регулювання. Практично це реалізовано в двох схемотехнічних рішеннях:

температурний коефіцієнт напруги термокомпенсації набуває відповідних додатних значень так, що збільшення напруги на резисторі зворотного зв'язку R₀, а, отже, і колекторних струмів магнетотранзистора, обумовлює термокомпенсацію від'ємного температурного коефіцієнта крутизни перетворення;

температурний коефіцієнт напруги термокомпенсації може змінюватися як за значенням так і за знаком, формуючи задану (ненульову) температурну залежність магнетосенсорного пристрою.

Відомо, що нелінійність характеристики перетворення давачів магнетного поля є однією з суттєвих причин обмеження прецизійності їх функціонування. Для зменшення нелінійності нами розроблено універсальний вторинний перетворювач (рис. 6), який у складі однокристальних магнетосенсорних пристроїв забезпечує просту та ефективну лінеаризацію функції перетворення інтегральних двоколекторних магнетотранзисторів з можливістю лінеаризації сигналу в диференційній формі. При цьому було забезпечено можливість функціонування з низьковольтними однополярними джерелами живлення (від 3 В і вище) з мінімальними структурними затратами.

Розроблені первинні перетворювачі - латеральні двоколекторні магнетотранзистори - забезпечують високі значення коефіцієнта функціонального перетворення та простоту подальшого оброблення сигналу. Однак вони не усувають найбільшого недоліку таких давачів - невідтворюваності та температурної нестабільності вихідного сигналу. Поєднанням високої чутливості з вищою стабільністю порівняно з латеральними магнетотранзисторами характеризуються розроблені перетворювачі компенсаційного типу. Їх структурна схема містить первинний перетворювач, який функціонально поєднує елемент Хола з латеральним магнетотранзистором, сигнальний підсилювач та резистори зворотного зв'язку. Принцип функціонування розробленого сенсорного пристрою полягає в формуванні компенсаційної електрорушійної сили, прикладеної до Холівських електродів, яка зумовлює балансування вихідних струмів магнетотранзистора, інтегрованого в структуру елемента Хола. Визначено, що коефіцієнт перетворення (вхідний струм - вихідна напруга) становить значення порядку 10¹¹ В/А. За значення синфазного сигналу на вході підсилювача 300 мкА струм зміщення не перевищує 40 нА, тобто початковий розбаланс становить 0,01 %.

Показана можливість використання латеральних двоколекторних магнетотранзисторів у багатоканальних пристрояхдля локальної реєстрації магнетного поля з просторовою роздільною здатністю 150 мкм.

У четвертому розділі наведені результати розробки алгоритму та структурних засобів корекції характеристик однокристальних магнетосенсорних пристроїв, що забезпечують мінімізацію адитивної та мультиплікативної похибок функції перетворення. Для підвищення прецизійності магнетосенсорного пристрою в склад розроблених вимірювальних вузлів введено коректуючі кола, які компенсують наявні похибки.

Алгоритм функціонування коректора базується на синтезі коректуючих струмів програмованою матрицею джерел струму. Принциповими рішеннями розробленої матриці є двійково-зважене масштабування струмів на латеральних p-n-p транзисторах та спеціальний алгоритм декодування комірок матриці, що дає змогу мінімізувати кількість адресних шин. Розроблено схеми коректора (рис. 7), параметри яких характеризуються високою стабільністю при невідтворюваності та нестабільності елементної бази, адитивна та мультиплікативна похибки зменшені до значення ±1/200 стосовно заданого найбільшого відхилення первинного перетворювача.

У п'ятому розділі дисертації наведено результати розробки тестових структур, технологія виготовлення магнетосенсорних пристроїв, визначено дестабілізуючі впливи корпусів та тензонапружень на параметри ІС, проведено дослідження розсуміщення захованого шару в магнетосенсорних пристроях.

Захований шар структури біполярної ІС забезпечує зменшення паразитного впливу підкладки, однак зумовлює суттєве зростання нееквіпотенційності. Це пов'язано з розсуміщенням області захованого шару по відношенню до поверхневих областей структури магнетотранзистора - емітера, базових та колекторних областей. Це розсуміщення не є наслідком неточного взаємосуміщення в процесі фотолітографії, а спричинене розсуміщенням фактичного місцезнаходження захованого шару та його сліду на поверхні кристала. Як відомо, шаpовий pіст епітаксійного шаpу кpемнію супpоводжується зміщенням і pозмиттям фотолітогpафічного pельєфу захованого шаpу. Встановлено, що основними чинниками, які впливають на зміщення, є темпеpатуpа pосту, концентpація SiCl₄ в паpогазовій суміші і кут pозоpієнтації повеpхні підкладки від площин з малими індексами. Проводилися дослідження з визначення впливу величини розсуміщення захованого шару на нееквіпотенційність виходу магнетотранзистора, а також впливу технологічних чинників на величину розсуміщення. Для спрощення процедури кількісної оцінки розсуміщення нами визначено залежність пробивних напруг спеціальної тестової фігури від значення розсуміщення захованого шару.

Виявлено дестабілізуючий вплив корпусів ІС на їх параметри, спричинений залишковою намагніченістю корпусів та механічними напруженнями і деформаціями в змонтованому в корпусі кристалі. Розроблені методи зменшення впливу цих чинників використанням спеціальних сіталових кристалотримачів та застосуванням спеціального клею. В результаті проведених досліджень розроблені і виготовлені магнетосенсорні пристрої:

Магнетосенсорний пристрій з лінійним виходом.

крутизна перетворення1 … 40 В/Тл;

напруга живлення 5 … 12 В;

струм споживанняне більше 5 мА.

Магнетосенсорний пристрій з пороговою характеристикою

поріг перемикання20 … 50 мТл;

напруга живлення 5 … 12 В;

струм споживанняне більше 5 мА.

Магнетосенсорний пристрій з потужним виходом.

поріг перемикання20 … 50 мТл;

струм комутації двотактних виходівдо 0,5 А;

напруга живлення 9 … 12 В.

РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ І ВИСНОВКИ

Проведено комплекс фізико-технологічних та конструктивно-схемотехнічних досліджень з створення твердотільних магнетосенсорних біполярних пристроїв на латеральних двоколекторних магнетотранзисторах на основі біполярної технології.

Розроблено нові конструкції двоколекторних магнето-транзисторів як первинних перетворювачів магнетосенсорних пристроїв, нееквіпотенційність вихідного сигналу яких зменшена і в 2 - 5 разів менша від диференційної складової корисного сигналу. Відносна чутливість збільшується в 5 - 10 разів і становить S_R = 0,6 … 1,0 Тл^-1.

Показано, що ізолюючий p-n-перехід біполярної ІС і, зокрема, підкладка р-типу провідності, впливають на основні характеристики магнетотранзистора: зменшується коефіцієнт передачі струму транзистора та його абсолютна чуливість. Введення в структуру магнетотранзистора захованого шару зменшує екстрагуючий вплив підкладки, однак, призводить до різкого збільшення нееквіпотенційності вихідного сигналу магнетотранзистора.

Показано, що значення початкової нееквіпотенційності вихідного сигналу базових латеральних магнетотранзисторів суттєво перевищує диференційну складову вихідного сигналу при типовому значенні індукції магнетного поля DВ = ±30 мТл. Магнетотранзистори без захованого шару характеризуються значно меншою нееквіпотенційністю, однак, має місце зниження більше ніж в 100 разів коефіцієнта передачі струму.

Розроблені нові однокристальні магнетосенсорні пристрої на латеральних магнетотранзисторних перетворювачах, в склад яких входять засоби вторинної обробки сигналу: стабілізатор режимів живлення магнетотранзистора, термокомпенсатор характеристики перетворення, лінеаризатори функції перетворення, перетворювач компенсаційного типу та контролер багатоканальних магнетосенсорних вимірювачів - сканер магнетного поля. Визначено, що максимальний коефіцієнт стабілізації режимів роботи магнетотранзистора (0,5 … 1 %) забезпечується від'ємним зворотним зв'язком синфазної складової колекторних струмів магнетотранзистора.

Показано, що введення в кристал програмованого коректора характеристик забезпечує підвищення прецизійності функціонування однокристальних магнетосенсорних пристроїв до значення ±1/200 стосовно заданого найбільшого відхилення первинного перетворювача. Розроблений алгоритм функціонування коректора базується на синтезі коректуючих струмів програмованою матрицею джерел струму, що дає змогу мінімізувати кількість адресних шин та структурні затрати коректора.

Досліджено причини появи розсуміщення захованого шару та розроблено методи зменшення його впливу в магнетосенсорних пристроях. Розроблена методика кількісної та якісної оцінки розсуміщення захованого шару шляхом визначення пробивних напруг спеціальної тестової фігури, які корелюють з величиною розсуміщення.

На основі базового процесу виготовлення біполярних ІС виготовлено кілька твердотільних однокристальних магнетосенсорних пристроїв: з лінійним виходом (крутизна перетворення 1 … 40 В/Тл); з пороговою характеристикою (поріг перемикання 20 … 50 мТл) та з потужним виходом (струм комутації до 0,5 A).



ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1.Gotra Z., Golyaka R., Gladoun M., Martinov D., Bansky J., Kalita W., Slosarcik S., Dovica M. Controlled voltage source with relative temperature scale // International Journal of Microcircuits & Electronic Packaging. 1997. Vol.20. No.3. P.447-452.

2.Gotra Z., Golyaka R., Morozov Yu., Gladoun M., Slosarcik S., Gmiterko A. Secondary transducers of sensor integrated circuits with signal bus supply // Journal of Electrical Engineering. 1997. Vol.48. No.11-12. P.292-297.

3.Гладун М.Р., Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Морозов Ю.В. Функцiонально-синтезуючi перетворювачi на спецiалiзованих аналогових перемножувачах // Тематичний збiрник статей "Схемотехнiка iнтегральних аналогових сенсорних пристроїв". -Львiв: В-во ДУ “Львiвська полiтехнiка”, 1996. С.11-25.

4.Гладун М.Р., Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Мартинов Д.О. Елементна база термокомпенсацiї характеристик сенсорних пристроїв // Тематичний збiрник статей "Схемотехнiка iнтегральних аналогових сенсорних пристроїв". -Львiв: В-во ДУ “Львiвська полiтехнiка”, 1996. С.95-110.

5.Заявка 95010316 МПК5 H 01 L 29/82 на видачу патента України на винахід “Планарний магнiтотранзистор”, Cмеркло Л.М., Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Гладун М.Р. Заявл.: 23.01.1995. “Пром.власність”, №3, 1996.

6.Заявка 97052096 на видачу патента України на винахід “Джерело опорної напруги“ Голяка Р.Л., Забарило А.Ю., Морозов Ю.В., Голяка У.А., Гладун М.Р., Єрашок В.Є. Заявл.: 06.05.97.

7.Заявка 97052101 на видачу патента України на винахід “Електронне джерело струму” Голяка Р.Л., Забарило А.Ю., Морозов Ю.В., Голяка У.А., Гладун М.Р., Єрашок В.Є. Заявл.: 06.05.97.

8.Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Гладун М.Р. Принципи побудови магні-токерованих інтегральних схем на латеральних магнітотранзисторах // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції “Сучасні проблеми автоматизованої розробки і виробництва радіоелектронних засобів та підготовки інженерних кадрів”, Львів, 1994. C. 84-86.

9.Golyaka R., Gladoun M., Kalita W., Nevmerzhytska O. Energy independent microelectronic sensor based on liquid crystal indicator // Proceedings of International school “Advanced display technology”. Lviv (Ukraine), 1994. Р.149-150.

10.Gotra Z., Golyaka R., Kalita W., Gladoun M. Principles of high-sensitive magneto-controlled integrated circuit creation // Proceedings of XVIII ISHM-Poland Chapter Conference. Warsaw (Poland), 1994. Р.125-128.

11.Gotra Z., Kalita W., Golyaka R., Gladoun M., Zabarylo A. Magnetic field scanner // Proceedings of XIX ISHM-Poland Chapter Conference, Porabka-Kozubnik (Poland), 1995. Р.185-188.

12.Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Гладун М.Р., Мартинов Д.О. Iнтегральна схема контролера магнiтодiода // "Фiзико-математичнi науки". Матеріали наукової конференцiї викладачiв, спiвробiтникiв та студентiв, присвяченої 120-рiччю заснування Чернiвецького унiверситету, Чернівці, 1995. Т.2 С.16.

13.Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Морозов Ю.В., Гладун М.Р. Очiкувальний режим роботи приймальних пристроїв // Тези доповідей мiжнародної наукової конференцiї, присвяченої 150-рiччю вiд дня народження видатного українського фiзика i електротехнiка Iвана Пулюя, Львiв, 1995. С.210-211.

14.Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Гладун М.Р. Однокристальний сканер магнiтного поля // Тези доповідей мiжнародної наукової конференцiї присвяченої 150-рiччю вiд дня народження видатного українського фiзика i електротехнiка Iвана Пулюя, Львiв, 1995. С.211-212.

15.Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Морозов Ю.В., Гладун М.Р. Очiкувальний режим роботи iнформацiйно-вимiрювальних систем та його забезпечення // Матеріали доповідей другої нацiональної наукової конференцiї "Iнформатика: теорiя, технологiя, технiка-IТТТ-95", Одеса, 1995. С.31-32.

16.Готра З.Ю., Калiта В., Гладун М.Р. Первинний перетворювач для сканера магнiтного поля // Тези доповідей мiжнародної науково-технiчної конференцiї "Сучаснi проблеми автоматизованої розробки i виробництва радiоелектронних засобiв", Львiв, 1996. С.98.

17.Гладун М.Р., Невзоров В.В. Вплив технологiчних факторiв на вiдтворюванiсть та стабiльнiсть параметрiв магнiтоcенсорних бiполярних IС // Тези доповідей мiжнародної науково-технiчної конференцiї "Сучаснi проблеми автоматизованої розробки i виробництва радiоелектронних засобiв", Львiв, 1996. С.181.

18.Голяка Р.Л., Гладун М.Р., Морозов Ю.В., Забарило А.Ю. Програмне забезпечення для оптимiзацiї структурних засобiв лiнеаризацiї характеристик iнтегральних сенсорних пристроїв // Тези доповідей “1 st International Modelling School”, Alushta (Ukraine), 1996. С.23.

19.Голяка Р.Л., Гладун М.Р., Морозов Ю.В., Забарило А.Ю. Реалiзацiя кусково-апроксимацiйних синтезаторiв на функцiонально-iнтегрованих структурах бiполярних IС // Тези доповідей “1-st International Modelling School”, Alushta (Ukraine), 1996. С.24.

20.Gotra Z., Kalita W., Golyaka R., Gladoun M., Martinov D. Integrated temperature controlled voltage sources // Proceedings of XX ISHM-Poland Conference. Jurata (Poland), 1996. Р.137-140.

21.Kalita W., Golyaka R., Gladoun M., Morozov Yu., Zabarylo A. Complex function dependencies synthesiser on the base of analogue integrated circuits // Proceedings of XX ISHM-Poland Conference. Jurata (Poland), 1996. Р.141-144.

22.Gotra Z., Golyaka R., Gladoun M. Magnetotransistors in the integrated sensor devices // Proceedings of 1-st International Symposium on Microelectronics Technologies and Microsystems. Rzeszow (Poland), 1997. Р.21-26.

23.Gotra Z., Golyaka R., Gladoun M. Ensuring of the precision of solid-state sensor devices // Proceedings of 1-st International Symposium on Microelectronics Technologies and Microsystems. Rzeszow (Poland), 1997. pp.70-75.

24.Gotra Z., Kalita W., Golyaka R., Gladoun M. Thermocompensator of integrated magnetosensitive circuits // Proceedings of 11th European Conference on Solid-State Transducers "EUROSENSORS XI". Warsaw (Poland), 1997. Vol.2. P.667-670.

25.Gotra Z., Potencki J., Golyaka R., Gladoun M. Microelectronics sensor with frequency output // Proceedings of XXI ISHM-Poland Conference. Ustron (Poland), 1997. P.145-148.

26.Gotra Z., Kalita W., Golyaka R., Gladoun M. Linearisation process of transduction characteristic in magnetosensitive IC // Proccedings of 2-st International Symposium on "Microelectronics Technologies and Microsystems". Lviv (Ukraine), 1998. P.19-22.27.Gotra Z., Golyaka R., Gladoun M. Improved primary transducers for magnetosensitive integrated circuits // Proceedings of 4-th International Symposium for Informatics and Technology in Electronic Modules Domain “SIITME'98”. Bucharest (Romania), 1998. Part 1. P.75-79.

сенсорний пристрій магнітотранзістор біполярна технологія



АНОТАЦІЯ

Гладун М.Р. Твердотільні інтегральні сенсорні пристрої на основі перетворювачів магнетного поля. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 - твердотільна електроніка. _Державний університет “Львівська політехніка”. Львів, 1999.

Дисертацію присвячено розробці та дослідженню твердотільних інтегральних сенсорних пристроїв на двоколекторних латеральних магнетотранзисторах на основі біполярної технології. Розроблені однокристальні магнетосенсорні пристрої на нових конструкціях магнетотранзисторів. У склад пристроїв входять засоби вторинної обробки сигналу: стабілізатор режимів живлення магнетотранзистора, термокомпенсатор і лінеаризатор характеристики перетворення, перетворювач компенсаційного типу та контролер багатоканальних магнетосенсорних пристроїв. Дослідженй вплив технологічних чинників на параметри магнетосенсорних пристроїв.

Ключовi слова: біполярна iнтегральна схема, двоколекторний магнетотранзистор, магнетосенсорний пристрій..

Гладун М.Р. Твердотельные интегральные сенсорные устройства на основе преобразователей магнитного поля. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 - твердотельная электроника. _Государственный университет "Львiвська полiтехнiка". Львов, 1999.

Диссертация посвящена разработке и исследованию твердотельных интегральных сенсорных устройств на двухколлекторных латеральных магнитотранзисторах на основе биполярной технологии. Разработаны магнитосенсорные устройства на новых конструкциях магнитотранзисторов. В состав устройств входят средства вторичной обработки сигнала: стабилизатор режимов питания магнитотранзисторов, термокомпенсатор и линеаризатор характеристики преобразования, преобразователь компенсационного типа и контролер многоканальных магнитосенсорных устройств. Исследовано влияние технологических факторов на параметры магнитосенсорных устройств.

Ключевые слова: биполярная интегральная схема, двухколлекторный магнитотранзистор, магнитосенсорное устройство.

Gladoun M.R. Solid-state integrated sensor devices on the basis of magnetic-field transducers. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.27.01 - solid-state electronics. _State University "Lviv Polytechnic". Lviv, 1999.

The dissertation is devoted to design and investigations of solid-state integrated sensor devices on lateral dual-collector magnetic field transistor on the basis of bipolar IC technology that is one of the direction of modern electronics. Except primary transducers such devices include facilities for signal secondary processing.

The analysis of magnetic field primary transducers such as Hall-effect elements, magnetodiode, magnetotransistors was conducted. It was shown that lateral magnetosensitive transistors are perspective primary tansducers for sensor devices. They ensure improved transconductance and control by different parameters which widen applications of sensor devices.

During the design and investigations of different types of lateral magnetotransistors we estimated influence of structural and circuitrical parameters of integrated structure (vertical and hidden layers, size and position of emitter region) on their characteristics, especially it concerns non-equipotentiality of output differential signal and influence of parasitic transistor structure formed by substrate. We investigated that isolating p-n junction of bipolar IC, especially p-type substrate influence on main magnetotransistor parameters. It means reduction of current factor and absolute sensitivity. The introduction of hidden layer into structure decreases substrate extraction but also it leads to increase of non-equipotentiality.

The new structure of dual-collector lateral magnetotransistors as primary transducer of magnetosensitive devices is elaborated and investigated. The improved parameters is achieved by taking into parallel of two mirrored transistor structures and optimization of the hidden layer size and position. The non-equipotentiality of output signal is reduced and it is in 2 … 5 times less than differential component of useful signal. The relative sensitivity is improved in 5 …10 times and is S_R = 0.6 … 1.0 T^-1.

After investigations we elaborated new magnetosensitive devices and facilities for signal secondary processing. They are compensatory transducer, multichannel magnetosensor - magnetic field scanner with resolution 150 mm, magnetotransistor supply mode stabilizer, thermocompensator and linearizator of transduction characteristic. Special circuitrical solution allows to improve parameters of magnetosensitive devices that use facilities for secondary processing. It was established that maximal magnetotransistor supply mode stabilization factor (0.5 … 1%) can be achieved by negative feedback of collector currents' sinphase component.

It was shown, that introduction of programmable corrector of characteristic provides precision improvement of magnetosensitive devices functioning up to ±1/200 value relatively to determined maximal deviation of primary transducer. The elaborated algorithm of corrector functioning is based on synthesis of correction currents by programmable matrix of current sources which allows to minimize buses' amount and corrector structural expenditure.

The causes of hidden layer disalignment are investigated. The new method for estimation of hidden layer disalignment is elaborated. This method is based on measurement of breakdown voltages of special test figure which correlate with disalignment value.

Some solid-state single-crystal magnetosensitive devices on the basis of standard bipolar IC technology were produced. There are magnetosensitive device with linear output (transconductance is 1 … 40 V/T), magnetosensitive device with threshold output (switching threshold is 20 … 50 mT), magnetosensitive device with power output (commutation current is up to 0.5 A).

Key words: bipolar integrated circuit, dual-collector magnetotransistor, magnetosensitive device.

Размещено на Allbest.ru