Магнитодиодный эффект состоит в увеличении эффективной длины проводника (в данном эффекте проводником служит база полупроводника), а следовательно его сопротивления,  при воздействии на него магнитного поля. Этот эффект возникает при помещении полупроводника с неравновесной проводимостью в магнитное поле. Большой интерес представляет магнитодиодный эффект, проявляющейся при инжекции носителей из p-n - перехода при пропускании прямого тока в длинных диодах.

При высоких уровнях инжекции прямую ветвь вольт-амперной характеристики резкого несимметричного диода с омическим вторым контактом можно аппроксимировать соотношением:

,

где U-приложенное к диоду напряжение,

,

d-длина базы, L-эффективная длина диффузного смещения, l -длина диффузого смещения, μ_p, μ_n - проводимости положительных и отрицательных носителей заряда.

В обычных диодах:

,

n_i - собственная концентарция носителей.

В этом случае прямой ток диода не зависит от L. В "длинных" диодах, то есть в диодах с большим расстоянием между p-n - переходом и неактивным контактом exp(d/L)>>1:

где ρ₀ - удельное сопротивление исходного полупроводника, в этом случае с ~ exp(d/L) /(b+1), т. е. сильно зависит от L. Следовательно, согласно любое незначительное изменение длины диффузионного смещения приведет к очень большому изменению прямого тока.
В «длинных» диодах распределение носителей, а следовательно, сопротивление толщи диода (базы) определяется длиной диффузионного смещения неравновесных носителей заряда. Уменьшение L приводит к понижению концентрации неравновесных носителей в базе, т. е. к повышению ее сопротивления. Это вызывает увеличение падения напряжения на базе и уменьшение на р-n - переходе (при условии постоянства приложенного напряжения). Уменьшение падения напряжения на р-n - переходе вызывает снижение инжекционного тока и, следовательно, дополнительное повышение сопротивления базы, а также новое уменьшение напряжения на р-n - переходе и так далее.
Таким образом, при exp(d/L)>>1 небольшое уменьшение длины диффузионного смещения вызывает очень сильное снижение проводимости базы диода. Следовательно, воздействуя внешними факторами кз длину диффузионного смещения, можно управлять проводимостью базы диода. Так как

,

то изменение L может быть вызвано воздействием либо на эффективное время жизни носителей, либо на отношение подвижностей электронов и дырок.
Длину диффузионного смещения носителей, наряду с другими методами, можно изменять и воздействием магнитного поля. Поскольку при высоких уровнях инжекции концентрации электронов и дырок примерно одинаковы, то ЭДС Холла практически равна нулю. При этом инжектированные из р-n - перехода носители будут двигаться под некоторым углом к направлению внешнего электрического поля. Этот угол называется углом Холла.
Магнитное поле приводит к закручиванию движущихся электронов и дырок. Их подвижность уменьшается, следовательно, уменьшается и длина диффузионного смещения. Одновременно удлиняются линии тока, т. е. эффективная толщина базы. Магнитное поле влияет не только на подвижность и направление линий тока, но и на время жизни носителей. Так же следует учитывать факт увеличение рекомбинации носителей на границах базы, что тоже приводит к снижению их концентрации. Перечисленные явления приводят к сильному изменению неравновесной проводимости диода. В магнитном поле малое начальное изменение длины диффузионного смещения и эффективной толщины базы приводит к сильному изменению сопротивления базы и соответственно прямого тока вследствие резкого изменения концентрации неравновесных носителей заряда. Это и есть магнитодиодный эффект.
Магнитодиодный эффект может наблюдаться в любой полупроводниковой структуре, в которой создана положительная или отрицательная неравновесная проводимость.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отечественной промышленностью выпускается несколько типов магнитодиодов. Их чувствительность лежит в пределах 10^-9 до 10^-2 А/м.
Существуют также магнитодиоды способные определять не только напряженность магнитного поля, но и его направление.
Магнитодиоды КД301А—КД301Ж:

Магнитодиоды КД301А—КД301Ж изготавливались методами ионного легирования и сплавной технологии. Ионное легирование проводилось на ускорителе типа «Везувий1». Пластины кремния КМД-20Б имели кристаллографическую ориентацию по плоскости и толщину 1 мм. Для создания n⁺-области применяли ионы фосфора, а для создания р⁺-области - ионы бора. Области n⁺ и р⁺ формировались на противоположных гранях пластины. Для активации внедренных ионов проводился отжиг при температуре      550-600 ⁰С в среде аргона в течение 30—60 мин. В качестве контактов к р⁺ и n⁺-областям использовались V, AI, Ni.
Для изготовления магнитодиодов КД301А—КД301Ж сплавной технологией использовались те же полупроводниковые пластины. Переходы р-n и р-р⁺ создавались на противоположных гранях пластины. Переход р-n формировался вакуумным напылением Au⁺Sb (1%) с последующим сплавлением при температуре 460°С. Затем методом вакуумного напыления осаждался Ni. Переход р-р⁺ создавался вплавлением алюминиевой шайбы при температуре 670°С. Омические контакты к переходам осуществлялись химическим осаждением Zn с последующим гальваническим осаждением Ni и Sn. Далее пластины разрезали на элементы размерами 1X0,5x0,5 мм. Электрические выводы осуществляли термопайкой предварительно облуженных серебряных выводов к контактным площадкам. Элементы защищали эпоксидной эмалью ЭП-91. Конструкция и ВАХ магнитодиодов приведены на рисунке 1. В магнитоднодах КД301А-КД301Ж конструкция исключает влияние поверхности полупроводника на их характеристики. Поэтому они обладают одинаковой чувствительностью к магнитной индукции независимо от ее направления.

На основе магнитодиодного эффекта был предложен новый гальваномагнитный прибор – магнитодиод. Магнитодиод представляет собой полупроводниковый прибор с р-n-переходом и невыпрямляющим контактом (омическим или антизапирающим), между которыми находится область высокоомного полупроводника (рисунок 1,а). Отличие от обычных полупроводниковых диодов состоит только в том, что магнитодиод изготавливается из высокоомного полупроводника с проводимостью, близкой к собственной, и длина базы d в несколько раз больше длины диффузионного смешения носителей L, в то время как в обычных диодах d<L. В «длинных» диодах при прохождении электрического тока определяющими становится процессы, зависящие от рекомбинации и движения неравновесных носителей в базе и на поверхности.

В прямом направлении при высоких уровнях инжекции проводимость магнитодиода определяется инжектированными в базу неравновесными носителями. Падение напряжения происходит не на р-n - переходе, как в диоде, а на высокоомной базе. Если магнитодиод, через который протекает ток, поместить в поперечное магнитное поле, то произойдет увеличение сопротивления базы. Сопротивление базы увеличивается и за счет повышения роли поверхностной рекомбинации отклоняющихся к поверхности полупроводника носителей. Эквивалентную схему магннтодиода можно представить в виде магниторезистора с последовательно включенным усилителем. Типичная ВАХ «торцевого» магнитодиода приведена на рисунке 1, б. Свойства магнитодиодов характеризуются вольтовой и токовой магниточувствительностями.
Вольтовая магниточувствительность определяется изменением напряжения на магнитодиоде при изменении магнитного поля на 1 мТл и постоянном значении тока через магнитодиод.
Токовая магннточувствительность определяется изменением тока через магнитодиод при изменении магнитного поля на 1 мТл и постоянном напряжении на магнитодиоде.
Обычно при больших скоростях поверхностной рекомбинации наблюдается зависимость времени жизни носителей от магнитного поля. Если скорость поверхностной рекомбинации на двух гранях одинакова, то время жизни носителей с увеличением магнитного поля уменьшается. Если на одной грани скорость поверхностной рекомбинации больше, чем на другой, то при отклонении носителей к первой наблюдается уменьшение, а ко второй – увеличение времени жизни, В соответствии с этим меняется и длина диффузионного смещения. Если изменение эффективного времени жизни достаточно велико, то оно может превысить влияние изменения подвижности и искривления линий тока и будет определять магниточувствительность магнитодиода.