Способ измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫМ ДАТЧИКОМ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Лукашевич Михаил Григорьевич Скрипка Дмитрий Алексеевич Миклиц Ганс Рубин Стефан Холденрид Мирко(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком, в котором датчик охлаждают, прикладывают к нему периодическое напряжение и измеряют относительные изменения сопротивления датчика, по сумме которых определяют величину магнитного поля, отличающийся тем, что датчик охлаждают до температуры ниже 100 К, а измерение относительных изменений его сопротивления проводят при периодическом напряжении, величина которого меньше и больше критического напряжения, при котором выделяемая в датчике электрическая мощность приводит к его нагреву и переводу датчика из состояния с отрицательным в состояние с положительным магниторезистивным эффектом. 5306 1 Настоящее изобретение относится к области магнитных измерений и может использоваться в магнитокриоэлектронике и радиопромышленности при изготовлении магнитометров. Известен способ 1 измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком при рабочих температурах ниже 10 К, в котором датчик охлаждают до температуры ниже 10 и поочередно запитывают напряжением с меньшим значением на 30-90 меньше и с большим значением на 10-50 больше напряжения примесного пробоя материала датчика, а величину магнитного поля определяют по сумме относительных изменений сопротивления датчика в магнитном поле при меньшем и большем значениях напряжения запитки. Недостатком известного способа является узкий температурный диапазон измерений магнитного поля до 10 К, а также невысокая электрическая стабильность измерений. Узкий температурный интервал измерений магнитного поля обусловлен тем, что магниторезистивный датчик переводится из состояния с отрицательным в состояние с положительным магниторезистивным эффектом благодаря низкотемпературному примесному пробою в датчике, который наблюдается только при температурах до 10 К. Низкая электрическая стабильность обусловлена тем, что на магниторезистивный датчик подается напряжение, большее напряжения примесного пробоя, приводящее к неравномерному распределению тока (шнурованию тока) по датчику при неравновесном фазовом переходе,обусловленном генерационно-рекомбинационными процессами 1. Кроме того, вследствие того, что неравновесный фазовый переход наблюдается только в узком интервале концентраций примеси в магниточувствительном датчике при реализации способа существенно ограничена возможность варьирования материала датчика. Задачей предлагаемого способа является расширение температурного диапазона измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком, в котором величина поля определяется по сумме уменьшения и увеличения сопротивления датчика в магнитном поле и увеличение электрической стабильности измерений. Решение поставленной задачи расширения температурного диапазона измерений до 100 К достигается тем, что в способе измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком, в котором величина магнитного поля определяется по сумме относительных изменений сопротивления, датчик охлаждают до температуры ниже 100 К, а измерение относительных изменений его сопротивления проводят при периодическом напряжении, величина которого меньше и больше критического напряжения, при котором выделяемая в датчике электрическая мощность приводит к его нагреву и переводу датчика из состояния с отрицательным в состояние с положительным магниторезистивным эффектом. Это позволяет управлять характером магниторезистивного эффекта (отрицательный или положительный) вплоть до 100 К. Использование магниточувствительного датчика,в котором отсутствует эффект низкотемпературного примесного пробоя, а также работа,при температурах выше 10 К позволяет получать равномерное распределение тока при увеличении приложенного к датчику напряжения и исключает возможность появления электрической нестабильности из-за отсутствия генерационно-рекомбинационных процессов и влияния на них магнитного поля. В предлагаемом способе магниточувствительный датчик охлаждают до температуры ниже 100 К и запитывают периодическим напряжением с величиной меньшей и большей критического напряжения, при котором выделяемая в датчике электрическая мощность приводит к его нагреву и переходу датчика из состояния с отрицательным в состояние с положительным магниторезистивным эффектом, а величину магнитного поля определяют по сумме относительных изменений сопротивления датчика в магнитном поле. Примером практической реализации способа может служить измерение магнитного поля датчиком из арсенида галлия с концентрацией электронов 1017 см-3, при которой неравновесный фазовый переход не наблюдается и реализация способа по 1 в принципе 2 5306 1 невозможна. При размерах датчика 100150,24 мкм и температуре Т 4 К критическая электрическая мощность, при которой происходит переход от отрицательного к положительному магниторезистивному эффекту составляет 710-3 Вт, что при концентрации электронов 1017 см-3 соответствует приложенному к датчику критическому напряжению 1 В. При реализации способа датчик охлаждают до 4 К и запитывают периодическим напряжением с величиной меньшей, а именно 0,2 В, и большей - 4 В критического напряжения, при котором выделяемая в датчике электрическая мощность приводит к его нагреву и переводу датчика из состояния с отрицательным в состояние с положительным магниторезистивным эффектом, а величину магнитного поля определяют по сумме относительных изменений сопротивления датчика в магнитном поле. На фигуре приведен градуировочный график суммы отрицательного и положительного магнитосопротивлений для датчика из арсенида галлия размерами 100150,24 мкм при Т 4 К, измеренных при напряжении на датчике 0,2 В и 4 В. Источники информации 1. А.с. СССР 1081576, МПК 01 33/02, 1982. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.