Que sont les magnétodiodes et où sont-elles utilisées

Une magnétodiode est un type de diode semi-conductrice dont la caractéristique courant-tension peut changer sous l'influence d'un champ magnétique.

Normal diode à semi-conducteur a une base mince de sorte que le champ magnétique modifie légèrement sa caractéristique courant-tension. Alors que les magnétodiodes se distinguent par une base épaisse (longue), avec laquelle la longueur du trajet du courant dépasse considérablement la longueur dissipée des porteurs injectés dans la base.

L'épaisseur traditionnelle de la base n'est que de quelques millimètres et sa résistance est comparable à la résistance directe jonction p-n… À mesure que l'induction du champ magnétique dirigé à travers elle augmente, la résistance de la base augmente de manière significative, similaire à celle d'une magnétorésistance.

Dans ce cas, la résistance totale de la diode augmente également et le courant direct diminue.Ce phénomène de réduction de courant est également dû au fait que lorsque la résistance de base devient plus grande, la tension est redistribuée, la chute de tension aux bornes de la base augmente et la chute de tension aux bornes de la jonction p-n diminue et le courant diminue en conséquence.

L'effet de la magnétodiode peut être étudié quantitativement en examinant la caractéristique courant-tension de la magnétodiode, qui est illustrée sur la figure. Ici, il est évident que lorsque l'induction magnétique augmente, le courant direct diminue.

Le fait est que la magnétodiode diffère des diodes semi-conductrices ordinaires en ce qu'elle est constituée d'un semi-conducteur à haute résistance, dont la conductivité est proche de la sienne, et la longueur de la base d est plusieurs fois supérieure à la longueur de déviation de le porteur diffus L .Alors que dans les diodes ordinaires d est inférieur à L.

A noter que les magnétodiodes se caractérisent par une chute de tension directe plus importante, contrairement aux diodes classiques, ce qui est précisément dû à la résistance accrue de la base. En d'autres termes, une magnétodiode est un dispositif semi-conducteur avec une jonction pn et des contacts non redresseurs entre lesquels se trouve une région semi-conductrice à haute résistance.

Les diodes magnétiques sont constituées de semi-conducteurs non seulement à haute résistance, mais également avec la plus grande mobilité possible des porteurs de charge. Souvent, la structure de la magnétodiode p-i-n, alors que la région i est allongée et présente une résistance importante, c'est précisément en cela que l'on observe un effet magnétorésistif prononcé. Dans ce cas, la sensibilité des diodes magnétiques aux variations de l'induction magnétique est supérieure à celle des capteurs Hall constitués du même matériau.

Par exemple, pour les magnétodiodes KD301V à B = 0 et I = 3 mA, la chute de tension aux bornes de la diode est de 10 V, et à B = 0,4 T et I = 3 mA - environ 32 V. Dans le sens direct à des niveaux d'injection élevés , la conduction de la magnétodiode est déterminée par des porteurs hors d'équilibre injectés dans la base.

La chute de tension ne se produit principalement pas au niveau de la jonction p-n, comme dans une diode conventionnelle, mais au niveau d'une base à haute résistance. Si la diode magnétique conductrice de courant est placée dans un champ magnétique transversal B, la résistance de base augmentera. Cela entraînera une diminution du courant traversant la diode magnétique.

Dans les diodes «longues» (d / L> 1, où d est la longueur de la base, L est la longueur effective de la polarisation de diffusion), la répartition des porteurs et donc la résistance de la diode (base) est précisément déterminée par la longueur L

Une diminution de L entraîne une diminution de la concentration de porteurs hors d'équilibre dans la base, c'est-à-dire une augmentation de sa résistance. Ceci, comme indiqué ci-dessus, entraîne une augmentation de la chute de tension de base et une diminution de la jonction pn (à U = const).La diminution de la chute de tension aux bornes de la jonction pn entraîne une diminution du courant d'injection et donc une augmentation supplémentaire de la résistance de base.

La longueur L peut être modifiée en appliquant un champ magnétique à la diode. Un tel effet conduit pratiquement à une torsion des porteurs mobiles et leur mobilité diminue, donc L diminue également tel quel, simultanément, les lignes de courant s'allongent, c'est-à-dire que l'épaisseur effective de la base augmente. C'est l'effet de diode magnétique en vrac.

Les diodes magnétiques sont largement et diversement utilisées : boutons et touches sans contact, capteurs de position de corps en mouvement, lecture magnétique d'informations, contrôle et mesure de grandeurs non électriques, transducteurs de champ magnétique et transducteurs d'angle.

Les magnétodiodes se retrouvent dans les relais sans contact, les magnétodiodes dans les circuits remplacent les collecteurs des moteurs à courant continu. Il existe des amplificateurs à diode magnétique AC et DC où l'entrée est une bobine électromagnétique qui pilote la diode magnétique et la sortie est le circuit de diode lui-même. A des courants jusqu'à 10 A, des gains de l'ordre de 100 peuvent être obtenus.

L'industrie nationale produit plusieurs types de magnétodiodes. Leur sensibilité varie de 10-9 à 10-2 A/m. Il existe également des magnétodiodes capables de déterminer non seulement l'intensité du champ magnétique, mais également sa direction.

De ce qui précède, il est clair que l'utilisation de diodes magnétiques nécessite une source de champ magnétique constant ou variable. Des aimants permanents ou des électroaimants peuvent être utilisés comme une telle source. Les diodes magnétiques doivent être installées de manière à ce que les lignes de champ magnétique soient perpendiculaires aux surfaces latérales de la structure semi-conductrice.

Le fonctionnement des diodes magnétiques est autorisé lorsqu'elles sont connectées en série. S'il est nécessaire de faire fonctionner les diodes magnétiques dans des conditions d'humidité relative de l'environnement jusqu'à 98% et à une température de 40 ° C, une étanchéité supplémentaire à l'aide de composés à base de résines époxy est recommandée.