Магниторезистивный эффект. 
Преобразователи Холла

Магниторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, основное свойство которого заключается в способности изменять свое электрическое сопротивление под действием магнитного поля.

Магниторезистивный эффект, или эффект Гаусса, заключается в изменении удельной проводимости полупроводника при изменении воздействующего на него магнитного поля.

Пластина полупроводника помещается во внешнее поперечное магнитное поле, и вдоль нее пропускается ток. Действие силы Лоренца вызывает искривление траектории носителей заряда и приводит к удлинению пути, проходимого носителями между электродами, к которым приложено внешнее электрическое поле, что эквивалентно возрастанию удельного сопротивления полупроводника.

Увеличение сопротивления полупроводника происходит и когда магнитное поле направлено перпендикулярно направлению протекания электрического тока, и когда направление магнитного поля параллельно направлению тока. В первом случае мы имеем дело с поперечным эффектом магнитосопротивления, получившем практическое применение. Второй случай носит название продольного эффекта магнитосопротивления. Практического применения он не нашел из-за слабого изменения сопротивления в магнитном поле.

Магнитосопротивление можно определить как разность между сопротивлением магниторезистора в магнитном поле R_ви без магнитного поля (начальное сопротивление). Начальное сопротивление R₀ определяется материалом и используемой конструкцией.

К факторам, влияющим на магнитосопротивление, относятся геометрия полупроводниковой пластины, концентрация и подвижность носителей. Приращение удельного сопротивления полупроводника в области слабых магнитных полей пропорционально квадратам подвижности и магнитной индукции:

где, А — постоянная, зависящая от материала полупроводника; р0 — удельное сопротивление полупроводника при отсутствии магнитного поля. В более сильных полях показатель степени в выражении лежит в пределах 12. Магнитосопротивление зависит также от формы образца.

Установлено, что магнитосопротивление увеличивается при уменьшении отношения длины пластины к ее ширине. Чем длиннее путь носителя заряда в полупроводнике без соударений с другими частицами, тем больший поток носителей отклоняется. Это означает, что подвижность электронов в полупроводнике играет важную роль для повышения сопротивления. Поэтому при использовании магниторезистивного эффекта чаще всего применяют антимонид индия InSb и арсенид индия InAs, характеризующиеся высокой подвижностью электронов.

Причем второй имеющих конфигурацию диска (диск Корбино). Дело в том, что относительный рост сопротивления в имеет прирост сопротивления примерно на порядок меньший. В настоящее время разработаны магниторезисторы на основе эвтектического сплава InSb—NiSb.

Магнитосопротивление наибольшее у образцов, магнитном поле тем больше, чем выше отношение длины пластины к ее ширине. В диске Корбино ток подводится к центру, а отводится при помощи электрода, опоясывающего диск по окружности. Линии тока будут иметь вид радиальных лучей, расходящихся от центра диска (рис. 6, а). При помещении диска в магнитное поле электрическое поле Холла не возникает и под действием силы Лоренца линии тока образуют не кратчайший путь от электрода к электроду, а имеют форму кривых (рис. 6, б).

В плоской полупроводниковой пластине при воздействии магнитного поля в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, поле Холла оказывается ослабленным за счет шунтирующего действия токовых электродов. В результате сила Лоренца, воздействующая на электроны, оказывается скомпенсированной не полностью, и траектории их движения искривляются.

Однако магниторезисторы в форме диска и прямоугольника имеют низкое начальное сопротивление.

Лишены этого недостатка конструкции составных магниторе-зисторов, являющихся последовательным соединением многих прямоугольных магниторезисторов с малым отношением длины пластины к ее ширине.

Одной из основных характеристик магниторезистора является зависимость R_B=f (В). Эта зависимость (рис. 7) при малой магнитной индукции квадратична относительно В, а при больших линейна.

На рис. 8 представлена зависимость относительного изменения сопротивления R_R/R₀ от удельной проводимости в InSb. Наибольшее значение достигается при использовании материала с удельной проводимостью = 250 (Омсм)^-1.

Характеристики магниторезистора сильно зависят от температуры.

Зависимость сопротивления магниторезисторов от индукции внешнего магнитного поля при различных температурах окружающей среды приведены на рис. 9. Как видно из рисунка, при увеличении индукции от 0 до 1T сопротивление при нормальной температуре изменяется приблизительно в 6—12 раз. Поэтому при использовании магниторезисторов в широком интервале температур необходимо предусматривать температурную компенсацию их характеристик.