Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN

Представлены результаты исследований характеристик датчика Холла предложенной конструкции на основе гетероструктуры AlGaN/GaN с различными геометрическими параметрами активной области, функционирующего в диапазоне температуры от –25 до 400°C. Исследования выполнены с использованием программных средс...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Стемпицкий, В.Р., Дао Динь Ха
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2017
Schriftenreihe:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Schlagworte:	Сенсоэлектроника
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122667
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN / В.Р. Стемпицкий, Дао Динь Ха // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 28-32. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-122667
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1226672017-07-17T03:03:05Z Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN Стемпицкий, В.Р. Дао Динь Ха Сенсоэлектроника Представлены результаты исследований характеристик датчика Холла предложенной конструкции на основе гетероструктуры AlGaN/GaN с различными геометрическими параметрами активной области, функционирующего в диапазоне температуры от –25 до 400°C. Исследования выполнены с использованием программных средств приборно-технологического моделирования. Активным слоем датчика является область двумерного электронного газа, которая формируется между барьерным слоем Al₀,₃Ga₀,₇N и нелегированным канальным слоем GaN. Полученные результаты (магнитная чувствительность по току 66,4 В/(А•Тл) при комнатной температуре, температурный коэффициент магнитной чувствительности 0,0273 %/°C) свидетельствуют о перспективности предлагаемого решения для практического использования. Представлено результати досліджень характеристик датчика Холла запропонованої конструкції на основі гетероструктури AlGaN / GaN з різними геометричними параметрами активної області, який функціонує в діапазоні температури від —25 до 400°C. Дослідження виконано з використанням програмних засобів приборно-технологічного моделювання. Активним шаром датчика є область двовимірного електронного газу, яка формується між бар'єрним шаром Al₀,₃Ga₀,₇N і нелегованим канальним шаром GaN. Отримані результати (магнітна чутливість по струму 66,4 В/(А•Тл) при кімнатній температурі, температурний коефіцієнт магнітної чутливості 0,0273%/°C) свідчать про перспективність запропонованого рішення для практичного використання. The paper presents research results on the characteristics of Hall sensor based on the AlGaN/GaN heterostructure with various geometric parameters of the active region operating in the temperature range from –25 to 400°C. The research was performed using device-technological simulation. The active layer of the proposed structure is a two-dimensional electron gas region, which is formed between the barrier layer Al₀,₃Ga₀,₇N and the undoped GaN channel layer. The results (room temperature current-related magnetic sensitivity 66.4 V/(A•T) and very low temperature cross sensitivity of 0,0273%/°C) indicate the prospects of the proposed solutions for the practical use. 2017 Article Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN / В.Р. Стемпицкий, Дао Динь Ха // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 28-32. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.28 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122667 621.382 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Сенсоэлектроника Сенсоэлектроника
spellingShingle	Сенсоэлектроника Сенсоэлектроника Стемпицкий, В.Р. Дао Динь Ха Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	Представлены результаты исследований характеристик датчика Холла предложенной конструкции на основе гетероструктуры AlGaN/GaN с различными геометрическими параметрами активной области, функционирующего в диапазоне температуры от –25 до 400°C. Исследования выполнены с использованием программных средств приборно-технологического моделирования. Активным слоем датчика является область двумерного электронного газа, которая формируется между барьерным слоем Al₀,₃Ga₀,₇N и нелегированным канальным слоем GaN. Полученные результаты (магнитная чувствительность по току 66,4 В/(А•Тл) при комнатной температуре, температурный коэффициент магнитной чувствительности 0,0273 %/°C) свидетельствуют о перспективности предлагаемого решения для практического использования.
format	Article
author	Стемпицкий, В.Р. Дао Динь Ха
author_facet	Стемпицкий, В.Р. Дао Динь Ха
author_sort	Стемпицкий, В.Р.
title	Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN
title_short	Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN
title_full	Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN
title_fullStr	Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN
title_full_unstemmed	Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN
title_sort	исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков холла на основе гетеро-структуры algan/gan
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Сенсоэлектроника
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122667
citation_txt	Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN / В.Р. Стемпицкий, Дао Динь Ха // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 28-32. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT stempickijvr issledovanieélektričeskihimagnitnyhharakteristikvysokotemperaturnyhdatčikovhollanaosnovegeterostrukturyalgangan AT daodinʹha issledovanieélektričeskihimagnitnyhharakteristikvysokotemperaturnyhdatčikovhollanaosnovegeterostrukturyalgangan
first_indexed	2025-07-08T22:09:56Z
last_indexed	2025-07-08T22:09:56Z
_version_	1837119004938862592
fulltext	Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2 28 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 ÓÄÊ 621.382 К. т. н. В. Р. СТЕМПИЦКИЙ, ДАО ДИНЬ ХА Республика Беларусь, г. Минск, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники E-mail: ha.dao.dinh@bsuir.by, vstem@bsuir.by ИССЛЕÄОВАНИЕ ЭЛЕÊТРИЧЕСÊИХ И МАГНИТНЫХ ХАРАÊТЕРИСТИÊ ВЫСОÊОТЕМПЕРАТÓРНЫХ ÄАТЧИÊОВ ХОЛЛА НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРÓÊТÓРЫ AlGaN/GaN В последние годы практика применения ми- кроэлектронных сенсоров в различных устрой- ствах свидетельствует о необходимости расши- рения диапазона рабочей температуры в сторо- ну ее увеличения. Так, автоэлектроника, авио- ника, нефте- и газодобыча в глубоких скважи- нах нуждаются в аппаратуре (в том числе маг- нитометрической), функционирующей при тем- ïåðàòóðå дî 300—350°C. Пðè ýòîм ïðåдåëьíàÿ рабочая температура датчиков, изготовленных на основе объемного кремния, составляет лишь 150—170°C, ïîñêîëьêó ïðè бîëåå âыñîêèõ зíàчå- ниях концентрация термически генерированных носителей заряда становится сравнимой с кон- центрацией основных носителей, что существен- но ухудшает характеристики прибора. Одним из ïóòåé ïîâышåíèÿ ðàбîчåé òåмïåðàòóðы дî 350°С [1] для кремниевых датчиков Холла (ДХ) яв- ляется их формирование по технологии «крем- ний на изоляторе». В полупроводниках InAs, InSb, GaAs и гете- роструктурах на их основе носители заряда об- ладают очень высокой подвижностью. Äатчики Холла на основе этих материалов имеют доста- точно высокую магнитную чувствительность в диапазоне температуры Т от гелиевой до ком- натной. При более высокой температуре из-за узкой запрещенной зоны материала термическая активация собственных носителей может изме- нить кинетические свойства этих датчиков, а при Т > 200°C îíè ñòàíîâÿòñÿ íåïðèãîдíымè дëÿ èñ- пользования. Óвеличить рабочую температуру можно повышением степени легирования актив- Представлены результаты исследований характеристик датчика Холла предложенной конструк- ции на основе гетероструктуры AlGaN/GaN с различными геометрическими параметрами актив- ной области, функционирующего в диапазоне температуры от –25 до 400°C. Исследования выпол- нены с использованием программных средств приборно-технологического моделирования. Активным слоем датчика является область двумерного электронного газа, которая формируется между ба- рьерным слоем Al0,3Ga0,7N и нелегированным канальным слоем GaN. Полученные результаты (маг- нитная чувствительность по току 66,4 В/(А⋅Тл) при комнатной температуре, температурный коэффициент магнитной чувствительности 0,0273 %/°C) свидетельствуют о перспективности предлагаемого решения для практического использования. Ключевые слова: высокотемпературный датчик Холла, гетероструктуры AlGaN/GaN, компью- терное моделирование. ного слоя, однако это приводит к снижению под- вижности носителей и, как следствие, уменьше- нию чувствительности приборов на основе ука- занных полупроводников. В настоящее время максимальная температура эксплуатации боль- шинства представленных на рынке датчиков Хîëëà íèжå 200°C [2]. Тонкие сильнолегированные пленки InSb на подложке GaAs являются отличным материалом для изготовления ÄХ, работающих при темпера- турах от гелиевой до комнатной. В [3, 4] описа- ны датчики Холла, изготовленные из таких пле- нок, которые функционируют как при низких òåмïåðàòóðàõ (îò ãåëèåâыõ дî –23°C), òàê è ïðè âыñîêèõ (îò êîмíàòíîé дî 300°C). В [5, 6] показаны возможности формирова- ния высокотемпературных сенсорных устройств с активной областью на широкозонных полу- ïðîâîдíèêàõ, òàêèõ êàê SiC, GaN, AlN, InN, и гетероструктурах на их основе (AlGaN/GaN, AlGaN/AlN/GaN, InGaN/InN). Äанная группа материалов обладает высокой термической ста- бильностью электрических параметров при по- вышенных температурах. Ê недостаткам следует отнести сравнительно невысокую подвижность носителей заряда, из-за чего магнитная чувстви- тельность датчиков на их основе ниже, чем на основе узкозонных полупроводников. В [7] ïîêàзàíî, чòî êàðбèд êðåмíèÿ SiC мîж- но также использовать в качестве материала для высокотемпературных ÄХ. Однако необхо- димость точного контроля концентрации леги- рующих примесей и большая толщина (до не- DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.28 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2 29 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 скольких микрометров) проводящих слоев кар- бида кремния существенно ограничивает его чув- ствительность и стабильность при высоких тем- пературах. Ê материалам с широким спектром практи- ческих применений в последнее время относят нитриды металлов третьей группы, в частно- сти нитрид галлия. В конструкции ÄХ на осно- ве данного материала активной (чувствитель- ной) областью является двумерный электрон- ный газ, который формируется между барьер- ным слоем AlGaN и нелегированным каналь- ным слоем GaN. Подвижность носителей заря- да в нем достигает 2000 см2/(В⋅с) при комнат- ной температуре [8]. Таким образом, в каналь- ном слое GaN непосредственно под гетеропере- ходом формируется чрезвычайно тонкий слой с плотностью электронов 1⋅1013 см–2 и подвижно- стью до 1260 см2/(В⋅с). Стабильность параме- тров двумерного электронного газа определяет основное преимущество GaN для создания вы- сокотемпературных ÄХ. При температуре выше комнатной температурный коэффициент напря- жения Холла для гетероперехода AlGaN/GaN ñîñòàâëÿåò 0,07%/°С [9], чòî ÿâëÿåòñÿ ëóчшèм результатом среди известных полупроводнико- вых материалов. Целью описанных в работе исследований яв- лялась разработка и оптимизация эксплуатаци- онных характеристик датчика Холла на основе гетероструктуры AlGaN/GaN, предназначенного для использования в системах обработки инфор- мации и функционирующего в диапазоне темпе- ðàòóðы îò –25 дî 400°C. Êонструкция и характеристики датчика Холла Êонструкция ÄХ на основе AlGaN/GaN- гетероперехода представлена на рис. 1. Структура AlGaN/GaN включает в себя: тол- стый (2,0 мкм) нелегированный слой GaN, ко- торый играет роль подложки; тонкий (25 нм) барьерный слой Al0,3Ga0,7N; сформированный в активной области холловский крест из поло- сок длиной L = 50 мкм и шириной W = 25 мкм. Регистрируемый сигнал снимается с холловских электродов. Зависимость напряжения Холла VХ от тол- щины активной области d, геометрического ко- эффициента G, постоянной Холла RХ, индук- ции магнитного поля B, а также силы тока I, который протекает между токовыми контакта- ми, можно представить в виде VХ = GRХIB/d. Абсолютная магнитная чувствительность S датчика Холла выражается как отношение вы- ходного напряжения Холла VХ к нормальной составляющей магнитной индукции В: ;XV S B  (1) а магнитная чувствительность по току и по на- пряжению определяется, соответственно, как X X1 1 ;A I S S S V r S G I I B qN qN     (2) X X X 1 ,A V S V W S G V V B L       (3) фактор Холла и подвижность Холла основных носителей; заряд носителя; поверхностная концентрация (плот- ность) носителей заряда в активном слое; приложенное напряжение. где rX, μХ — q — Ns — V — Выражения (1)—(3) показывают, что низкая плотность носителей заряда и высокая подвиж- ность Холла являются критическими фактора- ми, которые необходимо учитывать при разра- ботке датчика Холла с высокими эксплуатаци- онными характеристиками. Äля исследуемого в работе случая еще одним значимым параме- тром является температура. Температурный ко- эффициент магнитной чувствительности датчи- ка Холла определяется формулой TCM = (1/M) (dM / dТ), где M — параметр ÄХ, связанный с его чувстви- тельностью (ток или напряжение). Рис. 1. Êонструкция ÄХ на основе гетероструктуры AlGaN/GaN с омическими контактами к токо вым (1, 2) и к холловским (3, 4) электродам 1 2 3 4 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2 30 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 Ðезультаты моделирования Моделирование электрических и магнитных характеристик ÄХ на основе GaN выполнялось с использованием соответствующих модулей программного комплекса компании Silvaco [12]. Исследования проводились для структур, дли- на L которых составляла 50 мкм, а ширина W варьировалась от 10 до 40 мкм. Êак видно из представленных на рис. 2, а ре- зультатов моделирования, чувствительность по току SI изменяется от минимального значения, равного 36,5 В/(А⋅Тл) при L/W = 1,25, до зна- чения насыщения 70 В/(А⋅Тл) при L/W = 3. Вместе с тем, при L/W = 2,5 величина SI всего на 2,5% меньше указанного значения насыщения и составляет 68,5 В/(А⋅Тл), т. е. очевидно, что увеличение отношения L/W выше 2,5 не име- ет смысла. Следует отметить, что на практике обычно используют соотношение L/W = 2—3. На рис. 3 представлены результаты модели- рования зависимости напряжения Холла от ве- личины магнитного поля, откуда видно, что маг- нитная чувствительность исследуемой структу- ры остается постоянной при различных значе- ниях входного тока I. Äля повышения напря- жения Холла значение I следует увеличить (по- скольку VХ пропорционально I). Так, при по- вышении I от 0,2 до 0,6 мА напряжение Холла VХ увеличивается в 3 раза, а при его повышении до 1,0 мА значение VХ увеличивается до 5 раз. На рис. 2, б представлена зависимость магнит- ной чувствительности датчика Холла по току от температуры при значении магнитного поля 0,1 Тл и входного тока 1,0 мА. Ее величина изменяется в диапазоне от 66,4 до 71,9 В/(A⋅Tл) при уве- ëèчåíèè òåмïåðàòóðы îò êîмíàòíîé дî 375°C. С использованием линейной множественной регрессии рассчитано значение температурно- го коэффициента магнитной чувствительности ïî òîêó. Оíî ñîñòàâèëî 0,0273%/°C, чòî ñâèдå- тельствует о высокой эффективности предлага- емой конструкции по сравнению с традицион- ными решениями датчиков Холла в диапазоне низких температур. Поскольку величины G и rХ в уравнении (2) не зависят от температуры, небольшая темпера- 80 70 60 50 40 30 S I, В / (A ⋅T л) 1 2 3 4 L/W 70 60 50 40 30 20 10 0 V Х , м В 0 0,2 0,4 0,6 0,8 B, Тл I = 1,0 мА 0,6 мА 0,2 мА Рис. 3. Зависимости напряжения Холла VХ от магнит- ного поля B при различных значениях входного тока Рис. 2. Зависимость чувствительности по току SI от отношения L/W (а) и от температуры T (б) датчи- ка Холла при I = 1,0 мА и В = 0,1 Тл (шкалы на б: слева — относительные значения, справа — абсо- лютные) 1,08 1,06 1,04 1,02 1,00 S I( T )/ S I( 25 °C ) 75 175 275 T, °C 72,4 71,4 70,4 69,4 68,4 67,4 66,4 S I , В / (A ⋅T л) Рис. 4. Зависимость подвижности μ и концентра ции NS электронов от температуры T 1200 800 400 0 μ, с м 2 / (В ⋅с ) μ 75 175 275 T, °C 9,4 9,2 9,0 8,8 8,6 8,4 8,2 8,0 N S , 10 12 см – 2 NS а) б) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2 31 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 турная зависимость магнитной чувствительности достигается в основном за счет уникальных транс- портных свойств AlGaN/GaN-гетероперехода. С целью объяснения физической природы зависи- мости чувствительности датчика Холла от тем- пературы выполнено моделирование температур- ных зависимостей концентрации и подвижности носителей заряда. Из рис. 4 видно, что при повышении темпера- òóðы AlGaN/GaN-ãåòåðîïåðåõîдà îò 27 дî 375°С подвижность и концентрация носителей умень- шаются монотонно. При комнатной температуре подвижность носителей близка к 1260 см2/(В⋅с) с концентрацией 9,4⋅1012 см–2. Слабая температур- ная зависимость магнитной чувствительности по току объясняется высокой стабильностью концен- трации двумерного электронного газа на границе гетероструктуры AlGaN/GaN. Óказанное измене- ние рабочей температуры приводит к уменьшению плотности носителей заряда примерно на 8%, что объясняет незначительное увеличение магнитной чувствительности по току SI. В таблице представлены электрические ха- рактеристики различных конструкций датчи- ков Холла, представленные в некоторых лите- ратурных источниках, в сравнении с результа- тами компьютерного моделирования, проведен- ного в данной работе. Здесь видно, что датчик Холла предлагаемой конструкции, обладая наи- меньшими геометрическими размерами, обеспе- чивает наилучшую магнитную чувствительность и температурный коэффициент магнитной чув- ствительности. Заключение Таким образом, исследования электрических и магнитных характеристик датчика Холла пред- лагаемой конструкции на основе гетерострукту- ры AlGaN/GaN показали его работоспособность при высоких температурах. Магнитная чувстви- тельность датчика стабильна в диапазоне темпе- ðàòóð îò 27 дî 375°С è èзмåíÿåòñÿ îò 66,4 дî 71,9 В/(А⋅Тл), а температурный коэффициент маг- íèòíîé чóâñòâèòåëьíîñòè ñîñòàâëÿåò 0,0273%/°C. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИÊИ 1. Леонов А. В., Малых А. А., Мордкович В. Н., Павлюк М. И. Тонкопленочный кремниевый магниточув- ствительный полевой транзистор холловского типа с рас- шèðåííым дî 350°С дèàïàзîíîм ðàбîчèõ òåмïåðàòóð // Письма в Журнал технической физики.— 2016.— Т. 42, вып. 2.— С. 30—36. 2. Lu H., Sandvik P., Vertiatchikh A., Tucker J., Elasser A. High temperature Hall effect sensors based on AlGaN/GaN heterojunctions // Journal of Applied Physics.— 2006.— Vol. 99.— P. 1—4. http://dx.doi.org/10.1063/1.2201339 3. Oszwaldowski. M., Berus T. Hall sensors made of n-InSb/GaAs epitaxial layers for low temperature applications // Thin Solid Films.— 2006. Vol. 515.— P. 26920—2695. http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2006.07.023 4. Oszwaldowski. M., Berus T. Temperature coefficients of Hall sensors made of InSb/GaAs epitaxial layers // Sensors and Actuators A: Physical.— 2007.— Vol. 133.— P. 23—26. http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2006.03.037 5. Koide S., Takahashi H., Abderrahmane A. Shibasaki I., Sandhu A. High Temperature Hall sensors using AlGaN/GaN HEMT structures // Journal of Physics: Conference Series 352.— 2012.— P. 1—4. – https://doi.org/10.1088/1742- 6596/352/1/012009 6. Patrick M., Thomas P., Richard G. High temperature electronics.— New York: CRC Press, Inc.— 1997. 7. Robert. J., Contreras S., Camassel J., Pernot J. 4H-SiC: A material for high temperature Hall sensor // Sensors and Actuators A: Physical.— 2002.—Vol. 97—98.— P. 27—32. http://dx.doi.org/10.1016/S0924-4247(01)00812-3 8. Consejo. Ch., Contreras S., Konczewicz L., Lorenzini P., Cordier Y., Skierbiszewski C., Robert J. High temperature electrical investigation of (Al,Ga)N/GaN heterostructures Hall sensor applications // Phys. Stat. Sol.— 2005.— Vol. 2.— P. 1438—1443. http://dx.doi.org/10.1002/ pssc.200460482 9. Bouguen. L., Contreras S., Jouault B., Konczewicz L., Camassel J., Cordier Y., Azize M., Chenot S., Baron N. Investigation of AlGaN/AlN/GaN heterostructures for magnetic sensor application from liquid helium temperature to 300°C // Applied Physics Letters.— 2008.— Vol. 92.— P.043504-1—043504-3. http://dx.doi.org/10.1063/1.2838301 10. Paun M., Udrea F. Investigation into the capabilities of Hall cells integrated in a non-fully depleted SOI CMOS technological process // Sensors and Actuators A: Physical.— 2016. Vol. 242.— P. 43—49. http://dx.doi.org/10.1016/j. sna.2016.02.014 11. Jakub J., El-Ahmar S., Oszwaldowski M. Hall Sensors for Extreme Temperatures // Sensors.— 2011.— Vol. 11.— P. 876—885. – http://dx.doi.org/10.3390/s110100876 12. http://www.silvaco.com/ Äата поступления рукописи в редакцию 20.02 2017 г. Структура W×L, мкм NS, см–2 ТСI, %/°С SI, В/(А⋅Тл) Источник AlGaN/GaN 50×50 1,04⋅1013 +0,05 77,0 [3] 300×300 1,15⋅1013 +0,01 54,5 [2] AlGaAs/GaAs 50×50 1,83⋅1012 –1,38 2540,0 [3] 70×210 2,0⋅1012 –0,08 200,0 Tech. GmbH & Co. KG ÊНИ 500×500 6,5⋅1014 –0,27 55,0 [10] InAs/GaSb 1000×1000 5,9⋅1015 — 357,0 [11] AlGaN/GaN 25×50 9,4⋅1012 +0,02 66,4 Äанная работа Конструктивные параметры и полученные при комнатной температуре электрические характеристики различных датчиков Холла Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 1–2 32 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 В. Р. СТЕМПИЦЬКИЙ, ДАО ДИНЬ ХА Республіка Білорусь, м. Мінськ, Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки E-mail: ha.dao.dinh@bsuir.by, vstem@bsuir.by ÄОСЛІÄЖЕННЯ ЕЛЕÊТРИЧНИХ І МАГНІТНИХ ХАРАÊТЕРИСТИÊ ВИСОÊОТЕМПЕРАТÓРНИХ ÄАТЧИÊІВ ХОЛЛА НА ОСНОВІ ГЕТЕРОСТРÓÊТÓР AlGaN/GaN Представлено результати досліджень характеристик датчика Холла запропонованої конструкції на основі гетероструктури AlGaN / GaN з різними геометричними параметрами активної області, який функціонує в діапазоні температури від —25 до 400°C. Äослідження виконано з використанням програм- них засобів приборно-технологічного моделювання. Активним шаром датчика є область двовимірного електронного газу, яка формується між бар'єрним шаром Al0,3Ga0,7N і нелегованим канальним шаром GaN. Отримані результати (магнітна чутливість по струму 66,4 В/(А⋅Тл) при кімнатній температурі, температурний коефіцієнт магнітної чутливості 0,0273%/°C) свідчать про перспективність запропо- нованого рішення для практичного використання. Ключові слова: високотемпературний датчик Холла, гетероструктури AlGaN/GaN, комп'ютерне мо- делювання. V. R. STEMPITSKY, DAO DINH HA Republic of Belarus, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics E-mail: ha.dao.dinh@bsuir.by, vstem@bsuir.by INVESTIGATION OF ELECTRIC AND MAGNETIC CHARACTERISTICS OF HIGH-TEMPERATURE HALL SENSOR BASED ON AlGaN/GaN HETEROSTRUCTURE The paper presents research results on the characteristics of Hall sensor based on the AlGaN/GaN heterostructure with various geometric parameters of the active region operating in the temperature range from –25 to 400°C. The research was performed using device-technological simulation. The active layer of the proposed structure is a two-dimensional electron gas region, which is formed between the barrier layer Al0,3Ga0,7N and the undoped GaN channel layer. The results (room temperature current-related magnetic sensitivity 66.4 V/(A•T) and very low temperature cross sensitivity of 0,0273%/°C) indicate the prospects of the proposed solutions for the practical use. Key words: high-temperature Hall sensor, AlGaN/GaN heterostructures, computer simulation. DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.28 UDC 621.382 REFERENCES 1. Leonov A. V., Malykh A. A, Mordkovich V. N., Pavlyuk M. I. [Thin-film silicon magnetosensitive field-effect transis- tor Hall type with an extended operating temperature range up to 350°C]. Pis`ma v Zhurnal tekhnicheskoi fiziki, 2016, vol. 42, no. 2, pp. 30-36. (Rus) 2. Lu H., Sandvik P., Vertiatchikh A., Tucker J., Elasser A. High temperature Hall effect sensors based on AlGaN/ GaN heterojunctions. Journal of Applied Physics, 2006, vol. 99, pp. 1-4. http://dx.doi.org/10.1063/1.2201339 3. Oszwaldowski. M., Berus T. Hall sensors made of n-InSb/GaAs epitaxial layers for low temperature applica- tions. Thin Solid Films, 2006, vol. 515, pp. 2692-2695. http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2006.07.023 4. Oszwaldowski. M., Berus T. Temperature coefficients of Hall sensors made of InSb/GaAs epitaxial layers. Sensors and Actuators, 2007, vol. 133, pp. 23-26. http://dx.doi. org/10.1016/j.sna.2006.03.037 5. Koide S., Takahashi H., Abderrahmane A. Shibasaki I., Sandhu A. High Temperature Hall sensors using AlGaN/ GaN HEMT Structures. Journal of Physics: Conference Series 352, 2011, vol. 11, pp. 1-4. https://doi.org/10.1088/1742- 6596/352/1/012009 6. Patrick M., Thomas P., Richard G. High temperature electronics. New York, CRC Press, Inc, 1997, 352 p. 7. Robert. J., Contreras S., Camassel J., Pernot J. 4H-SiC: A material for high temperature Hall sensor. Sensors and Actuators, 2002, vol. 97-98, P. 27-32. http://dx.doi. org/10.1016/S0924-4247(01)00812-3 8. Consejo. Ch., Contreras S., Konczewicz L., Lorenzini P., Cordier Y., Skierbiszewski C., Robert J. High temperature electrical investigation of (Al,Ga)N/GaN heterostructures Hall sensor applications. Phys. Stat. Sol., 2005, vol. 2, pp. 1438-1443. http://dx.doi.org/10.1002/pssc.200460482 9. Bouguen. L., Contreras S., Jouault B., Konczewicz L., Camassel J., Cordier Y., Azize M., Chenot S., Baron N. Investigation of AlGaN/AlN/GaN heterostructures for mag- netic sensor application from liquid helium temperature to 300°C. Applied Physics Letters, 2008, vol. 92, pp. 043504- 1–043504-3. http://dx.doi.org/10.1063/1.2838301 10. Paun M., Udrea F. Investigation into the capabilities of Hall cells integrated in a non-fully depleted SOI CMOS technological process. Sensors and Actuators A: Physical, 2016, vol. 242, pp. 43–49. http://dx.doi.org/10.1016/j. sna.2016.02.014 11. Jakub J., El-Ahmar S., Oszwaldowski M. Hall Sensors for Extreme Temperatures. Sensors, 2011, vol. 11, pp. 876-885. http://dx.doi.org/10.3390/s110100876 12. http://www.silvaco.com/

Исследование электрических и магнитных характеристик высокотемпературных датчиков Холла на основе гетеро-структуры AlGaN/GaN

Institution

Ähnliche Einträge