Полевые датчики Холла на основе КНИ-структуры (КНИ ПДХ) характеризуются расширенными функциональными возможностями, но невысокой магниточувствительностью. Цель настоящих исследований - поиск возможностей повышения магниточувствительности таких датчиков. Представлены результаты исследования магниточувствительных характеристик КНИ ПДХ, полученные с использованием системы приборно-технологического моделирования Synopsys TCAD. Проведено трехмерное моделирование прибора. Получены расчетные холл-затворные характеристики КНИ ПДХ, подтверждающие ранее предложенную физическую модель датчика, в соответствии с которой при определенных условиях функционирования КНИ ПДХ возникает область повышенной магниточувствительности. Исследовано влияние концентрации примеси в рабочем канале датчика на магниточувствительность. Показано, что этот параметр КНИ ПДХ при концентрации примеси фосфора в рабочем слое N =10 см возрастает в три раза. Расширенный динамический диапазон области повышенной магниточувствительности (более 5 В) позволяет увеличить область практического применения датчика, повысив его помехоустойчивость. Полученные расчетные характеристики КНИ ПДХ соответствуют ранее опубликованным параметрам экспериментальных приборов.
Датчики Холла широко применяются для измерения индукции магнитного поля, бесконтактного определения механических и электрических воздействий. Для многофакторного анализа приборных характеристик полевого датчика Холла на основе КНИ-структуры (КНИ ПДХ) целесообразно использовать современные методы математического моделирования. Средствами приборно-технологического моделирования Synopsys TCAD проведен расчет выходных и передаточных характеристик двумерной модели КНИ ПДХ. Получены двумерные распределения концентрации электронов, электрического поля и плотности тока в канале КНИ ПДХ в трех типовых режимах работы датчика - полного обеднения, неполного обеднения и обогащения. Полученные результаты хорошо совпадают с экспериментальными данными и подтверждают физическую модель КНИ ПДХ и особенности работы прибора в области неполного обеднения, при котором образуется проводящий канал в теле КНИ ПДХ. Результаты исследования позволяют детально изучать особенности функционирования КНИ ПДХ.
Проведено исследование влияния концентрации примеси в рабочем слое и объеме подложки на ток стока КНИ полевого датчика Холла средствами приборно-технологического моделирования в пакете Synopsys Sentaurus. Выполнена настройка численной модели путем сопоставления передаточных ВАХ: расчетной и ранее экспериментально созданного и измеренного образца КНИ полевого датчика Холла. Показано, что при низких концентрациях в рабочем слое ток стока сильно зависит от потенциала верхнего затвора, а уровень легирования в объеме подложки влияет на ток стока лишь при работе прибора в режиме обеднения.
Экспериментально исследованы чувствительность и начальный разбаланс напряжения между коллекторами двухколлекторного латерального биполярного магнитотранзистора ---типа с базой, сформированной в кармане, который служит третьим коллектором (3КБМТБК) при пониженной скорости поверхностной рекомбинации в базе. Схема включения магнитотранзистора определяет режим работы и параметры прибора. Показано, что магниточувствительность по напряжению достигает 11 В/Тл.
Рассмотрены особенности приборно-технологического модели- рования интегральных магниточувствительных элементов в составе микро- и наносистем. Представлены результаты моделирования и оптимизации конструктивно-технологических параметров для магниточувствительных транзисторов, интегральных элементов Холла, формируемых в рамках стандартной КМОП-технологии, полевого датчика Холла на основе КНИ-структур, а также характеристики концентраторов магнитного поля.
Установлено, что относительная по току чувствительность двухколлекторного латерального биполярного магнитотранзистора определяется расположением электродов, легированием кармана, служащего базой, схемой включения с общим потенциалом базы и подложки, режимом работы вблизи насыщения, величиной сопротивления нагрузки коллекторов.