[科普中国]-磁敏晶体管

具有双极型长基区晶体管结构的磁电转换器件。磁敏晶体管又称磁敏三极管或磁三极管，是70年代发展起来的新型半导体磁电转换器件，主要用于磁检测、无触点开关和近接开关等。

结构在锗磁敏晶体管的发射极一侧用喷砂方法损伤一层晶格，设置载流子复合速率很大的高复合区r，而在硅磁敏晶体管中未设置高复合区。锗磁敏晶体管具有板条状结构，集电区和发射区分别设置在板条的两面，而基极设置在另一侧面上。硅磁敏晶体管具有平面结构，基极均设置在硅片表面。磁敏晶体管的一个主要特点是基区宽度W大于载流扩散长度，因此它的共发射极电流放大系数小于1，无电流增益能力。另外，发射极－基区－基极是NPP 型或P NN 型长二极管，即NPP 型或PNN 型磁敏二极管。因此，磁敏晶体管是在磁敏二极管的基础上设计的长基区晶体管。

原理按照磁敏晶体管的基区中载流子输运情况，基区可分成两部分，即从发射结注入的载流子输运到集电极的输运基区部分和注入载流子被复合的复合基区部分。磁敏晶体管加正向磁场时，由于载流子受洛伦兹力作用向复合区r一侧偏转，使集电极收集载流子的数量减少，同时在复合基区由于复合区r的调制作用，载流子的有效寿命减小。这会引起两种结果:

1、在发射极－基极偏压恒定的条件下，发射结注入量减少；

2、载流子扩散长度缩小，相当于基区宽度增加。因此，磁敏晶体管的集电极电流进一步减小。在磁敏晶体管上加反向磁场B-时，载流子背离复合区向它的反方向偏转，使集电极收集载流子的数量增加，同时在复合基区由于复合区的调制作用，载流子有效寿命增加，进一步促使集电极电流增大。因此，磁敏晶体管虽然无电流增益能力，但它的集电极电流随外加磁场增加或减少，具有正向或负向磁灵敏度。

在磁感应强度为0.1特的磁场中，在规定基极电流下，磁敏晶体管集电极电流的相对变化量即为集电极电流相对磁灵敏度，单位为%/0.1特。锗磁敏晶体管的集电极电流相对磁灵敏度为20%/0.1特左右，而硅磁敏晶体管的集电极电流相对磁灵敏度为5%～15%/0.1特。1

晶体管的判别磁敏三极管由锗材料或硅材料制成。它是在高阻半导体材料上制成P-N结构，在发射区的一侧用喷砂等方法破坏一层晶格，形成载流子高复合区。元件采用平板结构，发射区和集电区设置在它的上、下表面。

选用欧姆档的R*100（或R*1K）档，先用红表笔接一个管脚，黑表笔接另一个管脚，可测出两个电阻值，然后再用红表笔接另一个管脚，重复上述步骤，又测得一组电阻值，这样测3次，其中有一组两个阻值都很小的，对应测得这组值的红表笔接的为基极，且管子是PNP型的；反之，若用黑表笔接一个管脚，重复上述做法，若测得两个阻值都小，对应黑表笔为基极，且管子是NPN型的。

因为三极管发射极和集电极正确连接时β大（表针摆动幅度大），反接时β就小得多。因此，先假设一个集电极，用欧姆档连接，（对NPN型管，发射极接黑表笔，集电极接红表笔）。测量时，用手捏住基极和假设的集电极，两极不能接触，若指针摆动幅度大，而把两极对调后指针摆动小，则说明假设是正确的，从而确定集电极和发射极。2

分类简介1、磁敏晶体管集电极电流随磁场按指数律变化，在磁感应强度0.1～0.2特范围内，集电极电流随磁场的变化近似线性关系。

2、锗磁敏晶体管集电极电流的温度系数很大，在环境温度50℃以上时，集电极电流急剧增加。硅磁敏晶体管集电极电流的温度特性较好，具有负的温度系数，在-50～100℃范围内。

3、锗磁敏晶体管用合金烧结和喷砂等工艺制成。硅磁敏晶体管用硅平面工艺制成，容易集成化，可以采用差分式集成温度补偿电路。这种差分电路的集电极电流相对磁灵敏度为单个硅磁敏晶体管正向和负向磁灵敏度之和。

4、磁敏晶体管集电极电流相对磁灵敏度比霍尔器件高1～2个数量级。但是，磁敏晶体管的输出电压线性度不如霍尔器件。

磁敏三极管的特性1、伏安特性

和普通晶体管的伏安特性曲线类似。由图可知，磁敏三极管的电流放大倍数小于1。

2、 磁电特性

华文中宋磁敏三极管的磁电特性是应用的基础，右图为国产NPN型3BCM(锗)磁敏三极管的磁电特性，在弱磁场作用下，曲线接近一条直线。

3、温度特性及其补偿

华文中宋磁敏三极管对温度比较敏感，使用时必须进行温度补偿。对于锗磁敏三极管如3ACM、3BCM，其磁灵敏度的温度系数为0.8%/0C；硅磁敏三极管(3CCM)磁灵敏度的温度系数为-0.6%/0C 。因此，实际使用时必须对磁敏三极管进行温度补偿。1

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所