Физический и геометрический эффекты магнитосопротивления

Магниторезисторы – материалы (элементы) электронной техники, использование которых обусловлено наличием в них ярко выраженного магниторезистивного эффекта.

Итак, как было показано, магниторезистивный эффект, кроме всего прочего, непосредственно зависит от формы образца элемента, используемого в качестве магниторезистора, так как от формы образца зависит поле Холла (4.1). Такая зависимость в литературе широко известна как «геометрический эффект магнитосопротивления». Более того, если сравнивать «физический» и «геометрический» магниторезистивные эффекты по их величине, то обнаруживается, что бó льшая доля увеличения сопротивления приходится именно геометрический эффект.

На рис. 4.2 схематически приведены траектории движения двумерного электронного газа в полупроводнике n -типа (металле) различных геометрических конфигураций, в условии воздействия поперечного магнитного поля B. Очевидно, что при увеличении отношения b / a траектория носителей заряда существенно искривляется, вследствие чего, несмотря на увеличение поля Холла за счет преобладания геометрического эффекта магнитосопротивления над физическим, относительное изменение сопротивления элемента в целом увеличивается.

Рис. 4.2. Варианты геометрических конфигураций магниторезистора

Так, к примеру, у образца антимонида индия InSb продолговатой формы с подвижностью носителей тока 4·10⁴ [см²/В·с] сопротивление в магнитном поле с индукцией 1 Тл увеличивается в 1.5 раза, а при выборе оптимальной формы образца в 10–20 раз.

В случае плоской прямоугольной полупроводниковой (металлической) пластины, размером a × b (рис. 4.2), относительное изменение сопротивления (в слабых магнитных полях) определяется согласно выражению (4.11).

(4.11)

где – постоянная формы магниторезистивного элемента, определяемая выражением:

∆ μ – изменение подвижности носителей в магнитном поле; μ ₀ – подвижность носителей при отсутствии магнитного поля.

Из выражения (4.11) и рис. 4.2 следует, что у продольно вытянутых образцов физический эффект сопротивления является единственной причиной увеличения сопротивления в магнитном поле. Таким образом, для определения проводимости материала, как функции магнитного поля, воздействующего на него, необходимо применять именно продольно вытянутые образцы с отношением a: b от 3: 1 до 20: 1 (см. рис. 4.2, а).