JPH0262952B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の分野〕 本発明は、一般的には磁気センサーに関するも
のであり、特に、磁気的に感心する半導体トラン
ジスタの構造に関する。

〔先行技術〕

種々の磁気的に感応するトランジスタの構造
が、当分野では今まで議論されてきた。例えば、
米国特許第3389230号、第3533159号又は第
3692595号、並びにIEEE in CH1616−２／80／
000−0669、1980、pp.669−672のV.Zierenによる
論文がある。この論文は、上記米国特許に示され
た一般的な構成を本質的には踏襲する新しい構造
を詳述している。ここでは横方向に離間させられ
た長尺の２つのコレクタの間の中央に長尺のエミ
ツタが配されており、これらコレクタはエミツタ
の両側に対抗するように設けられ、かつこのエミ
ツタに平行するようになつている。

公知の先行技術における主要な問題は、これら
の装置が、電子または注入キヤリアの磁界による
偏向によつて磁気変換が起こるということを想定
しているという点にある。これらの装置において
は、エミツタから一方のまたは他方のコレクタへ
の偏向を向上させようとする試みがなされた。一
般的な構造体は、細長いエミツタ及び各々の側の
エミツタをまたぐ２つの平行に離されたコレクタ
を用いていた。これらの装置におけるエミツタ及
びコレクタの長軸は、装置が感応する磁界ベクト
ルに平行である。

本出願人は先にこのような従来の構成と全く別
異の磁気感応トランジスタを提案している（特願
昭57−38250号）。これは磁気変換機構についての
十分な考察に裏付けられたものである。この磁気
感応トランジスタの幾何学的形状は、コレクタが
エミツタ表面における注入の主領域を２等分する
仮想面の一側に存在するような、またはコレクタ
が２つ存在する場合にはこれら２つのコレクタが
その仮想面の左右にそれぞれ存在するようなもの
となつている。このような構成による作用効果は
後に理解されるであろう。また、この磁気感応ト
ランジスタにおいては、イオン注入技術によりエ
ミツタからの不必要な少数キヤリアの注入を抑圧
してＳ／Ｎ比を向上させることが示されている。
この点についても後に十分理解されるであろう。

ただし、上述のイオン注入技術によるキヤリア
の注入では十分にＳ／Ｎ比を向上させることが困
難であつた。この発明はこの点に着目してなされ
たものである。

〔理論的な解析〕

ここでは本発明は理解を助けるために、本出願
人が先に提案した磁気感応トランジスタについて
説明を加える。

上記のように、種々の磁気的トランジスタの磁
気的感応性を確実にする新規な主要変換機構が認
識された。この機構は、種々の構成及び動作パラ
メータを研究しているときに発見された。この新
規な変換機構は、エミツタにおける注入の言わゆ
るローレンツ場誘導される変調、即ち簡単には、
注入のローレンツ変調である。変換機構は、ここ
で述べられるように、アバランシエ・コレクタ磁
気的センサー及び非アバランシエ・コレクタ磁気
的センサーの両方で実施される。センサーは、本
発明の教示に従つて構成され、そして固体装置に
より達成可能な理論的限界に近い感応性を示す。

変換機構の基本的性質を表わす、特別の研究用
の構造及び一連の臨界的実験が、ここでは述べら
れる。提起された注入変調原理に関して変換機構
の効果を述べるために、理論的な分析もまた与え
られる。

基本的な磁気的に感応するトランジスタの構造
は、アバランシエ・モードで動作される、３端
子、オープン即ち開かれたベース、横型トランジ
スタの実施例に関係して最初は述べられることに
なる。このトランジスタは第１図及び第２図に示
され、そして衝撃イオン化促進領域とともに、２
つのコレクタ、１つのベース及び１つのエミツタ
を含む。２つの分離コレクタ端子に接続された等
しい負加の抵抗体Ｒにおいて、異なる出力電圧が
感知される。コレクタ端子の間において、応答信
号が測定される。所定電流レベルに対する出力信
号の振幅及び極性は、エミツタ・ベースのPN接
合付近における装置に導入された磁界の強度及び
方向に比例する。装置は、キヤリア速度の軸に対
して垂直に、そして放出面、即ち主注入が生じる
表面に平行に方法付けられた成分を有する磁界に
対して、最も強く応答する。

第１図には、上記に従つて構成されたトランジ
スタの動作部分の平面図が示されている。エミツ
タ接続をも形成する、上部被覆シールド電極は、
第１図では示されていないことを理解すべきだ。
さらに、コレクタ及びエミツタは、トランジスタ
のベースを形成する基板中に埋められる即ち注入
されることを理解されたい。２つの分離した大量
にドープされたＮ型コレクタの拡散領域３は、互
いに、ほぼ2.5μの距離だけ離されて示されてい
る。大量にドープされたＮ型のエミツタ拡散領域
１は、ベース２を形成する半導体物質の基体中、
示されているように長さＷを有するＰ型ベース領
域により、横方向に離されている。長さＷは、コ
レクタの面３Ａ及びエミツタの面１Ａの間で測定
される。この実施例では、両方のコレクタ３と
も、放出表面１Ａに間するエミツタ１の放出面１
Ａと同じ側に存在することがわかる。

ベース領域２は、浮動的である。即ち、それは
電気的には接続されていない。しかし、エミツ
タ・ベース接合は注入を行ない。そして、アバラ
ンシエ・プロセスで生成された正孔によつて順方
向にバイアスされる。従つて、エミツタ・ベース
接合を注入状態の方へバイアスするのに適した極
性及び大きさを電気的に供給することになる。ベ
ース電流が供給されないなら、無視できる程のベ
ース特性が予期される。しかしながら、衝撃イオ
ン化促進手段５により、エミツタから注入されそ
して幸運にも距離Ｗを横切るキヤリヤは、アバラ
ンシエ現象によつて増加されることになるので、
それで、トランジスタの全ての効果は、ベース接
点がベース電流を供給するように動作する非アバ
ランシエ・モードの装置とほぼ同じである。

上に存在する金属のシールド６は接地され、接
点７を通してエミツタ電位をエミツタ１に供給す
る。それはまた、二酸化シリコンの絶縁層４中の
薄い領域５のに存在する金属領域を通して、シー
ルドとコレクタ３との間に増加した電界の領域を
も提供する。これらは、ベースとコレクタ３との
接合付近のベース領域２を横切る電子を加速する
ように働らく。この結果、キヤリヤの速度は、植
衝撃イオン化並びに過剰の少数及び多数キヤリヤ
のアバランシエ発生に起こさせるのに十分であ
る。

示された構成例では、１Ａと印されコレクタの
方へ向けられたエミツタ・ベース接合領域は、そ
れと向い合つたベース・コレクタ接合領域は、そ
れと向い合つたベース・コレクタ接合３Ａと平行
に方向付けられている。一般に、コレクタPN接
合は、エミツタ１の主要な放出表面から等距離で
あるべきである。平行な形状が示されているが、
円形形状のエミツタ領域及び弓形状の同中心的な
コレクタ成分も、さらに使用され得ることは、明
らかである。その終端の回りにＶ形状のコレクタ
を有する短形エミツタもまた、弓形状の構成とほ
ぼ同じである。これらは、代わりの構成例として
より詳細に述べられる。また、後で示されるよう
に、エミツタのある部分で変調するローレンツ・
ポテンシヤルを生じ、そしてそのポテンシヤルを
主要な領域へ提供することも可能である。

先に示したように、第１図に示された装置は、
キヤリヤの注入方向（第１図に示されているよう
にＸ軸に沿つた方向）に垂直であり、しかも第１
図に示されているようにエミツタの主要な放出表
面１Ａに平行なベクトル成分を有する磁界に対し
て最も強く応答する。さらに制約としては、主ロ
ーレンツが現われる放出表面１Ａの主要な寸法
は、放出面１Ａに垂直に構成される想像上の面に
よつて２分されるのが好ましいことである。この
場合Ｙ軸方向であるが、この面は主要な寸法を２
分し、そして放出表面上のローレンツ・ポテンシ
ヤルの零地点を通過する。最も大きな効果の磁気
的ベクトル成分は、（そしてこの場合には、また
主要な放出領域）放出表面１Ａを向上させる主ロ
ーレンツに平行に、即ち、２分する想像上の面
（本質的にはＸ軸に沿つて存在し、そして放出表
面１ＡのＹ軸における主要な寸法を２分する）に
平行に存在するものでなり、そして放出表面１Ａ
により注入される少数キヤリヤのＸ軸方向のベク
トルに垂直である。ローレンツが現われる領域が
主放出領域でないその他の構成では、想像上の面
の配置に関する幾何学的制約はさらにローレンツ
場へ適用されるが、しかし、注入において変調さ
れるべき主要な放出領域へは適用されない。

オフセツト電圧の出現を防ぐために、必ずしも
必要ではないが、個々のコレクタ３は、先に述べ
た想像上の面のそれぞれ反対側に対称的に位置す
ることが、また好ましい。即ち、２つのコレクタ
３の間の分離は、エミツタ１の面１Ａにおける主
要な放出表面の寸法を２等分するのと同じ想像上
の面により２分されるべきである。もしこの制約
が完全に満足されなければ、他方よりも一方のコ
レクタにおけるより多くの電流の収集により、わ
ずかなオフセツト電圧が生じるであろう。これ
は、第１図に示された負荷抵抗体R_Lのうち一方
をわずかに変えることにより容易にバランスされ
得る。実際、後で明らかになるように、単一コレ
クタの装置も全く良く動作するように構成され得
るし、そしてさらにバランス動作も容易に達成さ
れ得る。

適当な電位が負荷抵抗体R_Lを通して大地とコ
レクタ接点８との間に印加される。そしてアバラ
ンシエ装置においては、アバランシエ条件によ
り、エミツタ・ベース接合を少数キヤリヤの注入
の方へ順方向にバイアスし、そしてベース・コレ
クタ接合を少数キヤリヤを収集するように逆方向
にバイアスする。加速電極６の作用によりコレク
タ・ベース接合付近の領域において起こるような
アバランシエ条件により生成される過剰キヤリヤ
もまた収集される。アバランシエでないバイポー
ラ装置は後で述べられるようにベース接点及び電
源を必要とする。

第１図でP₁及びP₂と印された領域は、衝撃イ
オン化促進領域である。それらは、この横型の実
施例においてトランジスタ構造体のベースを構成
する基板２の表面の上に存在する酸化物層４中の
より薄い領域から本質的に成る。

さて第２図には、第１図のラインＡ−Ａに沿つ
た断面図が示されている。エミツタ拡散領域１及
びコレクタ拡散領域３は、距離Ｗだけ離され、そ
して示されているように互いに向い合う方向にさ
れた表面１Ａ及び３Ａを有している。もちろん、
第２図に示されているように、エミツタ及びコレ
クタの拡散領域の他の表面も存在する。これらの
表面は、第２図に示された底又は互いに遠くで向
い合う背後の表面、及びもちろん第２図には示さ
れていないが終端表面である。後で述べられるよ
うに、この構成例では、エミツタにおける主要な
注入をその向い合う面の一方のみ、即ち１つの面
の領域にのみ制御即ち制限することが、最も望ま
しいことがわかつた。ローレンツ・ポテンシヤル
は、そこに現われそして注入を変調するように適
用される。又は、それは、他の注入領域でも現わ
れ、そして示されるように主要な領域に適用され
得る。ベース接点を適当に位置づけることによ
り、又は、エミツタから好ましい領域即ちそれら
の面への少数キヤリヤの注入の主表面領域を制限
するための、若しくは全エミツタ・ベース接合領
域の好ましい領域にのみ有利にする手段を付加す
ることにより、ベースを変更するための種々の手
段が述べられる。

第２図には、第１図の断面の位置のために、コ
レクタ接点８は示されていない。しかしそれらが
エミツタ接点について示された接点７と類似する
ことは、理解される。酸化物層４中の薄い領域５
は、第２図では見える。接地された電極６の作用
を通して、コレクタ・ベース接合面領域近くのベ
ース領域２を横切るキヤリヤは、ベース物質の衝
撃イオン化並びに過剰少数及び多数キヤリヤの付
随的発生を起こさせるように、加速される。少数
キヤリヤは、コレクタ３により収集され、そして
コレクタ出力電流として現われる。以下述べられ
るように、他方に対する一方のコレクタで受け取
られる電流量の間のバランスは、主放出表面１Ａ
で起きる独特の現象により変調され得る。

P₁及びP₂と第１図では示されている衝撃イオ
ン化促進領域はまたエミツタ１の方を向いている
コレクタ・ベース接合近くでの濃いＰ型のドーピ
ングにより構成され得る。これにより、一般的な
Ｐ型ベース領域よりもより大きな少数キヤリヤの
アクセプタア濃度を生じ、そして衝撃イオン化が
これらのベース・コレクタPN接合面領域におい
てより容易に起こるようにさせることになる。

第１図に示されているように、２つの同じ負荷
抵抗体R_Lが、コレクタ接点８を通してコレクタ
拡散領域３に接続される。臨界値より大きな電圧
V_CCが、第１図に示されているような領域P₁及び
P₂内のコレクタ・ベース接合で衝撃イオン化を
起こさせるために、印加されなければならない。
イオン化プロセスは、ベース幅Ｗを横切りそして
エミツタ・ベース接合において自発的に注入され
た過剰の少数キヤリヤの電子と再結合する多数キ
ヤリヤ（正孔）を生成する。ベース２内でこのよ
うに起きる過剰キヤリヤの再結合電流は、エミツ
タ電流の主要な隣因となる。エミツタ電流は、
個々のコレクタ電流の合計から成ることがわか
る。もし装置が第１図に示されているように対称
的なレイアウトで構成されるならば、本質的に同
じ静止した電流動作条件が印加される磁界の存在
なしで起こることになる。即ち、もし２つの個々
のコレクタ３が、互いにそしてエミツタ１の放出
表面に対して対称的に配置されるなら、それらは
ほぼ同じコレクタ電流を生じることになる。

さてこの装置で起きる動作的な変換現象につい
て述べることになるが、多少手の込んだことが必
要である。多分直感的に、第１図又は第２図のベ
ース領域の表面に垂直に方向付けられた磁界の適
用により、ベース領域を横切る電子のローレンツ
力偏向を生じ、そして電流をアンバランスにする
ことに気づくであろう。これは、さらに、個々の
コレクタ３により結局は収集される。P₁及びP₂
の領域における過剰キヤリヤのアバランシエ発生
により増幅される。また直感的に、２つのコレク
タ電流の合計は本質的に一定のままであるよう
に、このような偏向が起こることに気づくであろ
う。続いて示されるように、実質的な電流不均衡
が上記支持された直感的機構とは全く異なる方法
によつてのみコレクタで生じる。実際の変換機構
はより精妙であり、そして直感的なローレンツ偏
向モデルよりもさらにもつと効果的であり、また
新規で今まで全体的に未知の効果であることがわ
かることになる。

動作的な変換機構を確認しそして定まるため
に、第１図の類似の多くの構造体が製造された。
構成された装置中で、種々のパラメータが変えら
れた。このようなパラメータは、基板の抵抗率を
変え、衝撃イオン化のための促進領域を変え、そ
してベースの幅及び長さを変えるものであつた。
全ての装置は磁気的に感心する構造体として動作
したが、あるものは他のものよりも良かつた。こ
れらの装置の最適化を妨げる根本的な問題は、磁
気的変換機構並びに構造体のアバランシエ電流及
び電圧の特性に対する変換機構の関係についての
理解の欠如から生じている。

その特性をより十分に研究するために、テスト
の目的で独特な実験的磁気感応性トランジスタ構
造体が製造された。この構造体は、第１図のそれ
に類似する平面図で第３図に示されている。第３
Ａ図には、第３図のラインＡ−Ａに沿つた断面が
示されている。

第３図及び第３Ａ図を参照するに、２つのベー
ス接点領域B₁及びB₂が加わつたことを除けば、
第１図及び第２図に示された構造体と本質的に同
じである。これらの図における他の成分は、第１
図及び第２図のものと同じである。第３図に示さ
れた装置については、ベース長、即ちエミツタ及
びベースの接点間の距離は、ほぼ25μに選ばれて
いる。この基本的な長さは、第４図に示されたの
と類似のアバランシエでは垂直（vertical）VI特
性を生じた。

一連の臨界的な実験が、２つの部分において行
なわれた。最初の部分では、外部可変抵抗が、大
地電位とベース接点B₁との間に接続された。

実験のこの部分の間では、ベース接点B₂は浮
動のままにされていた。実験の第２部分では、可
変抵抗が、大地とベース接点B₂との間に接続さ
れ、ベース接点B₁は浮動のままにされた。実験
両方の部分では、400sin（120πt）ガウス即ち4.0
×10^-2sin（120πt）テスラのシヌソイド磁界が、
トランジスタのベース領域の表面に垂直なＺ軸に
平行に導入された。この時間の間、抵抗体を通し
ての大地への抵抗接続の値は、変えられた。

この実験の第１段階の間に、驚くべき結果が得
られた。特に、２つのコレクタ間で測定された磁
気応答信号の振幅は、零地点を通過したし、そし
てそれから大地とベース接点B₁との間に接続さ
れた抵抗体の値が変えられたときには、信号出力
は位相を変えた。この結果は、第５図に示されて
いる。

得られた信号の零は、絶対的であつた。観測さ
れた唯一の信号は、この地点でのランダム・ノイ
ズのものであつた。この実験的観測は、装置中で
動作する磁気的変換機構が、実験的な分離ベース
領域の近接のため、エミツタの空乏領域近く又は
その中のどこかに位置しなければならない示唆を
導びいた。出力信号におけるこの観測された位相
及び振幅の変化も説明する仮説が、以下のように
展開された。

エミツタからの注入は、エミツタ・ベース接合
１Ａ又は１Ｂの幅に沿つて定められた放出表面
（即ち主注入が起きるところ）の主軸に沿つて変
調されると仮定してみる。この変調は、エミツタ
のこれらの表面で注入された。少数キヤリヤのＸ
方向ベクトルと相互作用するＺ方向の磁界成分の
作用により、Ｙ軸において生成されるローレン
ツ・ポテンシヤルのためである。

第３図及び第３Ａ図では、軸座標が定義され、
そしてここでは以後次のように固定される。Ｘ軸
は、放出表面に垂直にされそしてコレクタの方へ
（最初もしキヤリヤがエミツタの背面で放出され
るなら、そこから遠ざかる方へ）移動する少数キ
ヤリヤの速度ベクトルの方向として選択される。
Ｙ軸は、少数キヤリヤの速度ベクトルを横切るよ
うに選択される。Ｚ軸は、Ｘ及びＹ軸の面に垂直
に、即ち、第１乃至第３図に示されたような横型
装置については基板表面に垂直に方向付けられ
る。

注入はエミツタ・ベースPN接合の全表面の回
りで起つていることになり、そして前の面１Ａ、
後の面１Ｂ、底の表面及び終端表面でも起こると
考えられる。しばらくは、説明を簡単にするため
に前及び後の面１Ａ及び１Ｂに沿つて注入が起る
ことだけを考えることにする。Ｚ軸方向の磁気ベ
クトルに対するベクトル積はゼロになり、従つて
エミツタの底の表面に関する方向のベクトルによ
つては、何もローレンツ場ポテンシヤルは発生さ
れないことになるので、底の表面からの注入は、
この比較に対しては無視され得る（しかしその他
のモデルにおいては重要である）。終端表面も、
長軸及び主放出領域の大きい方の長さに沿つた注
入の主領域に比べてそれらの小さなサイズのため
に無視される。

第３図及び第３Ａ図より、エミツタの表面１Ａ
及び１Ｂを離れるキヤリヤのＸ方向のベクトルは
反対方向になることがわかる。もしこれら注入さ
れたキヤリヤの相互作用及びＺ軸の磁界成分のた
めにＹ軸に沿つたエミツタ・ベース接合面領域で
ローレンツ場ポテンシヤルが生じるなら、エミツ
タ面の幅に沿つて現われたローレンツ・ポテンシ
ヤル電圧の極性は、前の面１Ａでは、後の面１Ｂ
に沿つて現われたものと反対になることになる。
これは、例えば表記V_L並びにエミツタ１の放出
面に沿つて位置する正及び負の記号により、第１
図では示されている。

ローレンツ場ポテンシヤルは、ローレンツ力と
は全く異なるものであることを、明確に理解すべ
きである。ローレンツ・ポテンシヤルは電流を含
まず、そしてキヤリヤの速度及び磁束の密度の大
きさにのみ関数である。一方、ローレンツ力は、
電流の関数である。

従つて、Ｚ軸方向の磁界成分と相互作用する少
数キヤリヤの注入により生成されるローレンツ場
は、電子、即ち実際に注入される少数キヤリヤの
数にもかかわらず、所与の値となることを理解さ
れたい。

さし当り、主注入領域若しくはその他の所で生
成されるこのローレンツ場ポテンシヤルは、主放
出表面に沿つた少数キヤリヤの注入を変調すると
仮定することにする。もし磁界がエミツタ・ベー
ス接合で起きる接合ポテンシヤルとともに又はさ
からつて作用するなら、ローレンツ・ポテンシヤ
ルがポジテイブの場合には、より高い割合の少数
キヤリヤの注入がエミツタの面の終端において起
こることがわかるであろうし、また、ローレンツ
場が接合ポテンシヤルとは反対に作用する場合に
は、同じ表面の反対の終端でそのより低い注入が
起きることになる。即ち、エミツタ表面の一方の
終端では、ローレンツ場ポテンシヤルは、順方向
バイアス・ポテンシヤルを向上させ、そして少数
キヤリヤのより大きな注入速度を生じる傾向を有
することになる。一方、同じ表面の反対の終端で
は、それは、接合ポテンシヤルを逆方向にバイア
スし、そしてそこで起きる注入の量を減少させる
傾向を有することになる。

もし、各々１Ａ及び１Ｂであるエミツタの前及
び後の両方の面が同じ電流密度でキヤリヤを注入
し、そして両方とも同じ磁界成分を受けるとする
と、コレクタ間で測定される正味の磁気応答信号
は存在しない。反対方向のローレンツ・ポテンシ
ヤルの注入変調効果がコレクタにおいて互いに相
殺する事になるので、その効果は観測可能であ
る。しかしながら、もし全注入が前又は後の放出
面に沿つて異なることが見出されるなら、とにか
くコレクタ間で磁気応答信号が測定される。出力
応答信号の極性即ち位相は、注入がエミツタの前
又は後の面のいずれに沿つて最も有力であるかに
依存していることがわかる。このことは、前又は
後から最も有力的に放出されるキヤリヤが、第１
図に正の記号で示されているように、左側又は右
側において最も強く放出され、そしてベース物質
を通つてコレクタまでの距離を横切ることになる
からである。コレクタの方へのそれらの移動は、
本質的には、後でわかるように相互作用即ち重要
なローレンツ力の偏向なしであり、そして本体同
じ速度で起きると仮定される多数キヤリヤとの再
結合を除けば、それらはコレクタ領域へ到達する
ことになる。

少数キヤリヤの主注入がコレクタに面するエミ
ツタ・ベース接合の表面が起きることになり、そ
して注入の割合のローレンツ場の変調が、ベース
接点B₁及びB₂を浮動にしたままで検出され得る
と仮定する。後の面に対する前の面からの注入の
優位が、結果として、コレクタ間で測定される任
意に示した位相Ａの磁気応答信号を生じることに
なる。接地された抵抗体にベース接点B₁を接続
することは、コレクタ近くのイオン化間隔内で始
まつた、ベース領域を横切る正孔の幾くつかを終
結させることになる。局部的な再結合の速度は、
接点B₁とこのように接続されたエミツタ・ベー
ス接合の前の面に沿つての注入を下げることにな
る。これは、後の面１Ｂでの注入を本質的には不
変のままにすることになる。

以上の仮定及び説明した実験結果からわかるよ
うに、第４図の零出力信号は、エミツタ・ベース
接合の前及び後の両方の面における同じ注入及び
変調のレベルに対応することになる。もし後の面
で起きそしてコレクタ間で測定される信号の動き
を左右するようなことが起きるなら、エミツタ・
ベース接合の後の面をものに比べて前の面からの
注入レベルにおける減少は、注入の変調を生じる
ことになる。従つて、実験で測定された出力信号
の応答に関する観測された位相の反転は、仮設モ
デル及び提案された物理的な説明と一致してい
る。

させ、もしベース接点B₁が浮動状態のままに
されて、ベース接点B₂が可変抵抗体を通して接
地されるなら、実験的にどのようなことが観測さ
れるかを考えてみる。ベースの開いた構成が、エ
ミツタの注入及び変調を、もしあるなら、エミツ
タ・ベース接合の一方の面又は他方の面に沿つて
もつぱら起こるようにさせると、以前のように仮
定すると、後の表面で起きる注入を減少させるこ
とは、前の表面で起きる注入による磁気信号を向
上させることになるべきである。このような結果
は、実験的に確認された、後の表面１Ｂ近くのべ
ース接点が接地されるときは、位相Ａの信号応答
は２倍以上にされる。従つて、もし位相Ｂの信号
が除去されるなら、位相Ａの信号が増加されるこ
とがわかる。まさに明らかに述べられた実験は、
エミツタ注入のローレンツ・ポテンシヤル変調に
ついて磁気的変換機構の一般的な位置及び性質を
説明するものであると信ずる。後でわかるよう
に、エミツタに対するベース接点の位置は、主注
入がエミツタから起きるところの面領域を制御即
ち制するための重要な手段である。

残る問題は、エミツタ注入のローレンツ変調が
どこで起きるか、即ちそれがエミツタ空乏領域内
であるか又はその領域のすぐ外であるかというこ
とを発見することが望ましいということである。

エミツタ注入のローレンツ場の変調を述べるた
めに第１図を参照するに、左側及び右側のコレク
タ３に対するコレクタ電流は、簡単にI_c1及びI_c2
として述べられている。これらは、表示１及び２
により同等の漏れの電流に関係付けられて示され
ている。

ここで、I_p1は、左側のコレクタにおける同等
の漏れ電流である。

I_p2は、右側のコレクタにおける同等の漏れ電
流である。

V_be ^*は、V_fb＋V_L（ｙ）の合計より成るベー
ス・エミツタ電圧であり、V_fbはアバランシエ条
件によるベース・エミツタの順方向バイアス電位
であり、V_L（ｙ）はローレンツ・ポテンシヤルで
ある。

注入変調のために利用されるローレンツ・ポテ
ンシヤルは、第１図のＹ軸に沿つた方向のローレ
ンツ電圧V_Lである。それは、コレクタ表面方向
を向いて面している表面上のエミツタ・ベース接
合の幅に対応する外形に従つて分配される。Ｚ方
向の磁界及びＸ方向のキヤリヤの速度ベクトルが
与えられると、ローレンツ・ポテンシヤルの輪郭
は、エミツタ１の面１Ａを横切つてＹ座標に平行
に生じることになる。

第１図に示された座標系の原点は、コレクタの
方を向いているエミツタ・ベース接合面領域の中
心に選ばれる。ローレンツ・ポテンシヤルは、対
称性を考慮することにより座標原点ではゼロであ
る。最大のローレンツ・ポテンシヤルを生じる放
出表面１Ａを２等分しそして表面１Ａに垂直な想
像上の面が、好実施例において互いに対称的に２
つのコレクタ３を分割するように、コレクタ及び
エミツタが互いに関して方向付けられていること
を、思い出していただきたい。この面は、おわか
りのように、また、放出面１Ａに沿つたローレン
ツ・ポテンシヤルがゼロの地点を通過することに
なる。このローレンツ・ポテンシヤルは、主要な
注入領域である同じ領域を横切つて生成されるこ
とは、ここでは強調されるべきである。しかし、
それは他の所でも生成され、そして主要な注入領
域へ適用され得る。

ローレンツ場の大きさΣ（ｙ）は、Ｙ軸（放出
表面１Ａに垂直な軸）のキヤリヤ速度並びにベー
ス領域の表面に垂直な方向の磁界成分V_zのベク
トル外積に依存する。この磁界ベクトルは、放出
表面１Ａに交差する想像上の面で平行であり、そ
して放出表面自体にも平行であることがわかる。
ローレンツ場の大きさは、領域の幅及び平均のキ
ヤリヤ速度に依存し、キヤリヤの数には依存しな
い。前に指摘したように、ローレンツ力はそうで
あるが、ローレンツ場ポテンシヤルが電流に依存
しないことを注意深く観測することが必要であ
る。

イオン化促進器Ｐ２を有するコレクタの方へ向
いている。エミツタPN接合表面の右側半分に沿
つて生じるローレンツ・ポテンシヤルV_L2は、以
下のように表現され得る。

V_L2＝∫_p ^Yo/2（V_x×Ｂ）dy＝μ^y・
（V_x×B_z）Y_p／２(3) イオン化促進器Ｐ１を有するコレクタの方へ向
いている、エミツタPN接合表面の左側半分に沿
つて生じるローレンツ・ポテンシヤルV_L1は、次
のように表わされ得る。

V_L1＝∫_p ^-Yo/2（V_x×B_z）・dy＝μ^y
・（V_x×B_z）Y_p／２(4) ここで、μ^yは、単位ベクトルとｙの積である。

これらの式から、ローレンツ場ポテンシヤル
が、放出表面のＹ軸方向の大きさの増加とともに
直線的に増加することは、明らかである。注入し
ているエミツタ表面のいずれか半分に沿つて生じ
る、平均的なローレンツ場ポテンシヤルは、±
Y_p/2のＹ座標に沿つて測定された場所において生
じた値の半分になるであろう。従つて、これらの
平均値なローレンツ場ポテンシヤルは、式(5)及び
(6)に示されるように表現され得る。

_L2＝V_xB_zY_p／４ (5) _L1＝V_xB_zY_p／４ (6) ここで、Y_pは、エミツタの最大の全幅である。
キヤリヤ速度のベクトルに垂直なエミツタ表面の
最大の大きさを横切つて最大となるような、キヤ
リヤ速度ベクトル及び磁束磁界の方向のいかなる
配置に対しても、ある最大のローレンツ・ポテン
シヤルが生じることになることは、明らかであ
る。

先に与えられた式(1)及び(2)は、もはや、ベース
からエミツタへのポテンシヤル電圧について、所
与の定義を考慮して展開される。この新しい電圧
は、式(7)及び(8)により示されるように、ベース・
エミツタ順方向バイアス電圧にローレンツ場ポテ
ンシヤルを加えたものに等しくなる。

式中の最初の指数関数項を掛けた係数I_p1は簡
単には静止状態のコレクタ電流I_c0であることを
認識することにより、式(7)及び(8)は、さらに簡略
化される。従つて、 ここで、 式(9)及び(10)の間の差をとることにより、式(11)に
より示されるような差電流を得る。

△I_c＝2I_cSinh（qV_L／KT） (11) ここで_Lは、平均のローレンツ・ポテンシヤ
ルである。

式(11)では、因子2I_cは、ベースの開いた構成に
おいて与えられるエミツタ電流I_eに等しいことに
注意されたい。しかしながら、エミツタ電流では
なくてコレクタ電流の項で差電流を表わすのが適
している。２つの電流は、ベース電流I_bの値だけ
異なつている。式(5)を式(11)に代入することによ
り、式(12)を得る。

△I_c＝2I_cSinh（qV_xB_zY_p／4KT） (12) 以上の式から、エミツタ注入のローレンツ・ポ
テンシヤル変調が、実際、非常に効果的な変換機
構であることは明らかである。応答に関する感応
性の軸を最適にすることは、エミツタ注入、又は
少なくともエミツタ注入の最も有力な部分の位置
を制御することに依存する。

ローレンツ・ポテンシヤルの差は、電流変換の
最大効率が式（13）により示されているように定
義される電流差へ指数関数的に変換されることに
なる。

最大変換効率△Ｉ／2I_c＝Sinh（qV_xB_zY_p／4KT） （13） 式(12)から明らかなように、第１図に示されてい
るような装置において誘導される差電流は、Ｚ軸
における所与の磁界強度及び所与のエミツタ幅y_p
に対しては、キヤリヤ速度は依存することにな
る。注入されるキヤリヤは、通常、エミツタ・ベ
ース接合により形成される表面に対して垂直に注
入される。これ故に、それらの速度ベクトルは、
その表面に垂直に向くことになる。ローレンツ・
ポテンシヤルがKT／ｑよりも小さいとすると、差 電流はローレンツ・ポテンシヤルに関して直線的
に変化することになることは、式(11)から明らかで
ある。

第１図のコレクタ端子Ａ及びＢの間で測定され
る差の磁気的信号電圧は、式(12)に示された信号電
流と第１図の負荷抵抗体R_Lの値との単なる積で
はない。第１図に示されているような横型トラン
ジスタがアバランシエ・モードで動作するので、
コレクタ間には比較的低いインピーダンスが現わ
れる。インピーダンスは、アバランシエ抵抗R_A
として定義され、２乃至３ミリアンペアの公称コ
レクタ電流では500Ω程度である。アバランシエ
抵抗は、第４図に示されているような垂直のVI
特性を本質的に表わす装置に典型的である。

所与の装置についてのアバランシエ抵抗は、外
部から印加されたベース電流に応じてコレクタ電
流の関数としてアバランシエ・コレクタ・ポテン
シヤルの偏差を観測することにより、実験室にお
いて容易に測定され得る。外部ベース電流を導入
することは、エミツタ注入を変調することに応答
してコレクタ電圧の変化を装うことになる。アバ
ランシエ抵抗が比較的低い値であるという事実
は、寄生容量の効果を最小にし、そしてそれ故
に、この型の装置の高周波数能力を部分的に説明
することになる。

アバランシエ抵抗R_Aについての500Ωという数
字は、分析の部分ではずつと用いられることにな
る。その導出は、将来の論文の要旨となるであろ
うが、しかし、実際に観測された抵抗が分析に対
して使用され得るので、ここでは上記導出は必要
でない。

観測された現象に対する仮定の説明、並びに、
磁気的変換機構がエミツタ・ベースPN接合に位
置づけられるらしいことを示すのに役立つ仮定を
実証すると思われる実験的説明が与えられた。上
記式(12)は、問題にされている領域における磁界の
印加により誘導されるコレクタの差電流を表わし
ている。本発明の説明のこの部分により答えられ
るべき疑問は、このキヤリヤがローレンツ・ポテ
ンシヤルに関係し、そして正確にどこにそれらが
位置しているかということである。

式(12)では、Ｘ軸方向のキヤリヤ速度を除いて、
パラメータの全てはわかつている。本発明の説明
のこの部分の目的は、エミツタ空間電荷荷領域を
キヤリヤが横切るのは、エミツタ注入のローレン
ツ・ポテンシヤル変調が原因であつて、エミツタ
から拡散しそしてエミツタ空乏領域外のベースで
再結合するキヤリヤが原因ではないということを
示すことである。この仮定を証明するために、過
剰のキヤリヤの拡散及び再結合の効果による、エ
ミツタ空乏領域のすぐ外のキヤリヤの平均拡散速
度が計算されることになる。それから速度のこの
式は、式(12)に代入されることになる。差の出力電
圧についての式が明らかにされ、そして実際の実
験結果と比較されることになる。

この比較に続いて、もしエミツタ空乏領域の一
部分を横切るキヤリヤがほぼ10⁷cm／秒の最大熱
飽和速度に達するなら、結果として生じるであろ
うところと同じ出力信号ポテンシヤルについて計
算が行なわれることになる。

この提案された分析の最初の部分では、エミツ
タ空乏領域を横切るキヤリヤの平均速度は、ベー
ス領域のエミツタ縁部における拡散電流によるも
のと仮定する。このような状況に対しては、エミ
ツタ空乏領域中を流れる電流はエミツタ空乏領域
の縁部における拡散電流と同じであるので、強い
空乏電界はこの分析においては無視されることに
なる。従つて、 I_e＝N_b′（ｏ）A_eq＝A_eqD^*（∂P_b′（ｘ）／
∂x／_x=0−∂N_b′（ｘ）／∂x／_x=0）（14） 平均速度について（14）を解くことにより、 ＝D^*／N_b′（ｏ）（∂P_b′（ｘ）
／∂x／_x=0−∂N_b′（ｘ）／∂x／_x=0）（15） ここで、 N_bp＝N_i ²／NA D^*＝KT／ｑμ^* μ^*は、コレクタのアバランシエ条件によりベ
ース領域内で生成される過剰の正孔及び電子の実
効移動度である。

N_b′（ｘ）は、位置の関数である。ベース領域
内の過剰少数キヤリヤの濃度である。

P_b′（ｘ）は、位置の関数である、ベース領域
内の過剰多数キヤリヤの濃度である。

過剰キヤリヤについての多項式が他の論文にお
いて既に明らかにされており、以下のように要約
される。それらの導出は、ここでは本質的ではな
く、それ故に省略される。

N_b ⁷（ｘ）＝N_b′（ｏ）（１−ａｘ／ｗ）ⁿ （16a） P_b′（ｘ）＝N_b′（ｏ）｛１＋ａ（ｘ−ｗ／ｗ）｝ⁿ （16b） ここで、 ａ＝１−α_t α_tは、キヤリヤの輸送因子 ｗは、横方向のベース領域の長さ 式（16a）及び（16b）の導関数を計算して、
ｘが０であるｘ軸上の所与の位置に対する式の数
値を求めると、以下のようになる。

−∂N_b′（ｘ）／ｘ／_x=0＝nN_b′（ｏ）ａ／ｗ （17a） ∂P_b′（ｘ）／ｘ／_x=0＝nN_b′（ｏ）ａ／ｗα^n-1 _t（17
b） 典型的なアバランシエ条件に対しては、電流輸
送因子α^n-1 _t≪１は、１よりもずつと小さく、従つ
て、方程式（17a）で表わされる式が、最も有力
な因子となる。

式（17a）を式（15）に代入することにより、
平均拡散若しくは再結合速度についての式を得
る。即ち、 ＝nD^*／_a／ｗnD^*／ｗ （18） ａ＝１−α_t 式（18）の数値を求めると、２×10⁴cm／秒の
平均拡散速度は、エミツタ空乏領域の縁部を離れ
る少数キヤリヤについて妥当であることがわか
る。しばらく、指数ｎが電流に依存するという事
実を無視すると、式（18）により与えられる拡散
速度は、本質的にコレクタ電流に独立である。

式（18）を式（12）に代入し、そしてD^*を
（KT／ｑ）μ^*で置き換えると、コレクタの差電
流に対する次の式を得る。

△I_c＝2I_pSinh（ny_p／4wBμ^*） （19） 式中（19）にアバランシエ抵抗因子R_Aを掛け
ることにより、信号出力電圧に対する次の式を得
る。

△Ｅ＝2R_AI_pSinh（ｎ／４ y_p／ｗBμ^*） （20） 式（20）は、次の公称の条件に対して以下のよ
うに数値を求められる。

R_A＝500Ω I_p＝３×10^-3A ｎ＝４ Y_p／Ｗ＝１ Ｂ＝10^-8V・秒／cm²／ガウス μ^*＝500cm²／Ｖ・秒 △Ｅ＝1.5×10^-5V／ガウス＝0.15V／テスラ
（21） 出力信号電圧△Ｅは、実験室で実際に測定され
た値よりも２桁小さい。それ故に、再結合速度
が余りにも小さいので測定された装置の感応性を
説明できないと結論される。

もしエミツタ空乏領域の一部分を横切るキヤリ
ヤが、ほぼ10⁷cm／秒の熱飽和速度（半導体物質
について存在すると知られている、電界強度に対
する典型的なキヤリヤ速度に関する第６図を参照
されたい）に又は近くに維持されるなら、第１図
に示されたようなこの装置について予期される出
力電圧について考えることにする。

この場合には、式（12）は次のようになる。

△Ｅ＝2R_AI_pSinh（ｑ／4KTV_sB_zY_p） （22） 式（22）の数値を求めると、 △Ｅ＝3.5×10^-3V／ガウス＝35V／テスラ （23） ここで、 R_A＝500Ω I_p＝３×10^-3A KT／ｑ＝0.026e.V. V_s＝10⁷cm／秒 B_z＝10^-8V・秒／cm² Y_p＝1.2×10^-3cm 式（23）により予想される磁気信号電圧差は、
ほぼ３ミリボルト／ガウスである実際に測定され
た値に非常に近い。

実験証拠及び上記の計算に基づき、磁気的変換
機構は、エミツタ・ベース空乏領域内そして特に
空乏領域の電界及びキヤリヤ速度の両方が最大値
に達する確率的（stochastic）PN接合近くに存
在すると、結論される。

キヤリヤ速度が、エミツタの注入表面に垂直に
方向づけられていることを認識することも、また
重要である。

次にエミツタ空乏領域内のキヤリヤ速度が検討
される。第６図は、シリコン及びヒ化ガリウム両
方における電子及び正孔に関する電界に対するキ
ヤリヤ速度の典型的なグラフである。このグラフ
は、当分野の一般的な参考文献である
“Semiconductor Physics）”by Szeの59頁から
得たものである。この参照文献から、電子は１×
10⁴V／cmと同じ位の低い電界に対して熱飽和速
度に維持されることは全く明らかである。しかし
ながら、シリコン中の正孔は、同じ熱飽和速度を
達するのにほぼ10⁵V／cmの電界を必要とする。
この観測並びに、NPN及びPNP両方のシリコン
磁気トランジスタ構造体に関する経験に基づいて
考えると、本発明によるアバランシエ若しくは非
アバランシエのどちらの装置についての使用に対
しても、ヒ化ガリウムは高速度及び電界の特性に
関し最も有望であると思われる。ヒ化ガリウムに
おいては、ほぼ４×10³V／cmの電界では、電子
について２×10⁷cm／秒の飽和速度が予想される。
この物質は、10³V／cmと同じ位い低い所与の電
界では10⁷cm／秒の速度を続いて示すものである。

さて、順方向バイアスされたエミツタ・ベース
接合ポテンシヤルが、アバランシエ条件により又
はベース電流によりどのような影響を受けるかと
いうこと、そして空乏領域内の電界が正味のバイ
アス・ポテンシヤルでどのように作用するかとい
うことについて考えることにする。従つて、バイ
ポーラ及びアバランシエの型の装置が両方とも含
まれる。

アバランシエ装置中を流れるコレクタ電流は、
本質的には衝撃イオン化により生成される過剰キ
ヤリヤの再結合による。過剰キヤリヤの再結合電
流は、ベース領域の一番端即ち、Ｘ＝０及びＸ＝
Ｗの位置における拡散電流間の差に等しい。Ｘ＝
Ｗにおける拡散電流は、輸送因子α^n-1 _tだけ注入電
流から減らされる。完全な破壊より下の公称アバ
ランシエ電流レベルに対して、輸送因子がベース
領域のコレクタ端部において１よりもずつと小さ
いので、Ｘ＝Ｗでの拡散電流は、Ｘ＝０の位置で
あるエミツタPN接合におけるものに比べて、取
るに足らない。この結果、ベースの開いたアバラ
ンシエ・トランジスタ装置中を流れるコレクタ電
流は、Ｘ＝０の位置における拡散電流を試験する
ことにより、きちんと近似され得る。それ故に、 I_p＝qA_eD^*∂N_b′（ｘ）／∂x／_x=0 （24） 式（24）は、式（17a）を考慮して次のように
なる。

I_p＝NA_eqD^*N_b′（ｏ）ａ／ｗ （25） N_b′（ｏ）について式（25）を解くと、 そして、順方向バイアス・ポテンシヤルV_fbに
ついて式（26）を解くと、 V_fb＝KT／ｑL_o（１＋N_AN_b′（ｏ）
／N_i ²）KT／ｑL_o（N_AN_b′（ｏ）／N_i ²）（27） ベース・エミツタ接触ポテンシヤルΨは、知ら
れており、そして次のように与えられる。

Ψ＝KT／ｑL_o（N_AN_D／N_i ²） （28） ΨとV_fbの差をとると、エミツタ・ベース接合
を横切つて生じる正味のポテンシヤルについての
次の式を得る。

Ψ−V_fb＝KT／ｑL_o（N_D／N_b′（ｏ）） （29） N_i ²≪N_AN_b′（ｏ）に対して この式は、アバランシエ及び非アバランシエの
磁気トランジスタ装置について、本質的に同じで
ある。所与のコレクタ電流I_cに対しては、高い空
乏領域電界及び高いキヤリヤ速度を維持するため
に、実際と同じ位い大きな正味の接合ポテンシヤ
ルを装置が維持することが望ましい。各々イオン
化したアクセプタN_A ^-及びドナーN_D ⁺により確率
的エミツタ・ベース接合で生成した電界ε_pは、正
味の接合ポテンシヤル（Ψ−V_fb）の項で以下の
ように与えられる。

ε_p＝｛2q／e_s（Ψ−V_fb）N_DN_A／N_D＋N_A｝^1/2 （30） ここで、 N_Dは、エミツタのドナー濃度、 N_Aは、ベースのアクセプタ濃度、 式（29）を式（30）に代入し、N_DはN_Aよりも
非常に大きいと仮定すると、次のようになる。

ε_p＝｛2q／e_s KT／ｑL_o（N_D／N_b′（ｏ））N_A｝^1/2（
31） 典型的なコレクタ電流の条件を与えることによ
り、10⁴V／cmと同じ位の強さの電界が認識され
得る。式（29）及び（31）から比較的強い接合電
界を維持するためには、エミツタ領域を非常にド
ープすることが望ましいことは、明らかである。

また式（29）から、もし少数キヤリヤ濃度
N_b′（ｏ）がドナー濃度N_Dに等しいなら、エミ
ツタは電子の注入を止めることになることも明ら
かである。さらに、式（26）で与えられる少数キ
ヤリヤ濃度がドナー濃度N_Dに近づくと、エミツ
タ空乏領域内の電界はキヤリヤ速度とともに減少
することになる。このために、10¹⁹cm^-3よりも大
きなエミツタ・ドーパント・レベルを有すること
が望ましい。

以上の全ての分析から、他の領域からの低下を
受けずに変調された信号が達成されるように、最
も有用な装置は、少数キヤリヤの最も有力なエミ
ツタ注入が起こる領域を制御する何らかの手段を
使用することになることは、明らかである。エミ
ツタ・ベース接合領域の注入の主領域を全領域よ
りも小さなある部分に制限するような制御乃至は
傾向を有するある手段が作り出されなければなら
ない。簡単にわかるように、幾くつかのこのよう
な手段が見出された。しかしながら、所望の出力
に寄与しないような、エミツタの他の領域からの
注入の効果をさらに十分考えることが、まず必要
である。

しばらく式（12）を参照するに、磁気的信号の
差電流は、少なくとも次の因子に比例すること
は、明らかである。即ち、コレクタ電流、キヤリ
ヤ速度、及びローレンツ電圧を生じる放出表面に
ついてのローレンツ外形部分の幅Y_pである。式
（12）を展開した分析は、エミツタ・ベース接合
における全ての退化した（degenerate）注入を
無視した。

退化した注入は、コレクタにおける信号電流を
導びかない。即ち実際にはもしあるなら反対方向
を向く信号成分を導びくことになる。反対を向い
ていない（non−opposing）退化したエミツタ注
入は、次の式により定義される全領域の一部分と
して放出領域に関係づけられた因子だけ、式
（13）により与えられる電流変換効果を減らすこ
とが、示され得る。即ち、 △Ｉ／2I_p＝A_e ^*／A_eSinh（qV_L／KT） （32） ここで、 A_e ^*は、注入についてのローレンツ電圧変調が
起こり、そして位相Ａの型の応答を導くエミツタ
領域の面積である。

A_eは、注入の起きるエミツタの全領域の面積
である注入エミツタ領域の部分は、所望の磁界に
垂直ではないかも知れない。

第３図に示された装置に関する上記した実験
は、コレクタへ向いている好ましい領域へエミツ
タ注入を制御すること即ちほぼ制限することは、
行なわれるべきであること、そして、エミツタ・
ベース接合のその他のところでの注入は、制御を
行なうローレンツ・ポテンシヤルを生じる目的を
除いて、制御される即ち妨げられるべきであるこ
とを、証明した。差電流△Ｉは、変調可能なコレ
クタ電流に直接比例することは、式（12）より示
される。

先に与えられた式（25）は、Ｘ＝ｏの位置での
ベースに注入される少数キヤリヤ濃度の項におけ
るエミツタ電流を表わしている。所与のエミツ
タ・ベース順方向バイアス・ポテンシヤルに対し
て、少数キヤリヤの注入速度は、その接合におけ
るアクセプタ濃度N_Aにより逆比例に制御される。
このことは、式（33）により要約されている。

コレクタの方を向いていないエミツタ接合領域
における注入から起こる。即ちローレンツの注入
変調効果に応答しない退化した磁気信号成分は、
抑制され得るしまたされるべきである。接合面に
沿つて高注入及びローレンツ注入変調が所望され
ることを除いて、エミツタ拡散領域の回り及びそ
の真下にP⁺型の非常にドープされたアクセプタ
領域を提供することにより、実際には、それを囲
むことにより、抑制は達成される。局所化された
注入制限手段についての技術は、第７Ａ図に示さ
れている。主要注入領域からの注入を変調するた
めに用いられるべきローレンツ・ポテンシヤルを
発生するためには、高いレベルの注入を有するこ
とは必要ないことは、明確に理解されるべきであ
る。主要注入領域への適用のために非常に効果的
な変調するポテンシヤルを生じるためには、ロー
レンツ・ポテンシヤル領域においては、比較的低
いレベルの高速度キヤリヤ注入のみが必要であ
る。

第７Ａ図は、第１図乃至第３図に示されたもの
と類似する装置の平面図であり、この図では、エ
ミツタ１の面１Ａ以外の全てを囲むような、P⁺
注入抑制ポケツト・ゾーン９を含むことが、示さ
れている。第７Ａ図に示された装置の断面は、
P⁺ポケツトの性質がより良く理解され得る第７
Ｂ図に明らかにされている。コレクタ３の方へ向
いているエミツタ・ベース接合領域の部分がP⁺
ポケツトの外側になるように、エミツタ拡散領域
１はP⁺ポケツト９に対して位置付けられている。
これにより面１Ａは露出されたままで、そしてエ
ミツタ拡散領域の他の全ての表面は、ポケツト内
に存在する。エミツタP⁺ポケツト領域は、注入
が所望される通常のP⁺型ベース領域２よりも、
少なくとも１桁大きなアクセプタ濃度を有するべ
きである。

エミツタ・ベースPN接合の選択された領域に
おいて最も有力に起こるように注入を局所化する
ための代りの手段は、第８Ａ図及び第８Ｂの両図
に示されている。第８Ａ図に示された構成では、
コレクタ・ベース接合の方へ向いているエミツタ
１の前の面１Ａを分離するベース領域中を除い
て、基板２内の至る所で連続的に濃度を上げられ
たアクセプタ・ポケツトを形成するために、ベー
ス材料をなすシリコン基板２は、全面的なアクセ
プタ・イオン量が提供されている。第８Ｂ図で
は、P⁺ポケツトは、またエミツタ拡散領域の底
の面において重要な少数キヤリヤの注入を防ぐの
に、十分な深さを有する。

局所化されるエミツタ注入をある程度制御乃至
は影響を与えるために用いられる他の方法も存在
する。この制御手段は、アバランシエ条件下で動
作する装置のベース領域へ作られた接点の位置に
依存している。例えば、第１図に示された横型バ
イポーラ・トランジスタを考える。ベースについ
ての接点（図示されず）は、コレクタの後でコレ
クタ拡散領域の近くに作られる。ベース接点領域
の長さは、エミツタ拡散領域の長さに本質的に等
しい。ベース接点は、コレクタ及びエミツタに平
行であり、コレクタからよりもエミツタから遠く
なつている。このようにベース接点を位置決めす
ることは、コレクタに向いているエミツタ・ベー
ス接合領域における注入を有利にする傾向があ
る。また直観的に、エミツタ及びコレクタの間に
ベース接点を設けることは、所望されるようにエ
ミツタの前面での注入に有利となることがわか
る。しかしながら、この技術は、非常に高いレベ
ルの注入ノイズを導くことが、実験的に明らかに
なつた。

第１図の同じ横型バイポーラ・トランジスタ
は、垂直な注入特性、即ち、エミツタ拡散の底の
表面における最も有力な注入を現わすようにされ
得ることは、また実験的にわかつた。この作用
は、前に述べたように、コレクタ（即ち、ベース
とエミツタとの間にコレクタが存在する）の後に
ベース接点を設けることにより達成された。しか
しながらら、接点の位置は、エミツタからかなり
の距離、典型的には基板（substitute）の厚さ程
度の距離、離れていなければならない。同様の結
果は、エミツタの直ぐ下の基板の背面にベース接
点を作ることにより達成され得る。ベース接点を
コレクタからよりもエミツタから遠く離して設け
ること、そして好ましくは、ベース接点とエミツ
タとの間にコレクタを有することが、望ましい。

このベース接点制御技術は、主注入表面に平行
に方向付けられた磁界に対して感応する使用可能
バイポーラ・トランジスタ装置を導く。しかしな
がら、この技術のみを用いる場合の結果は、注入
を地域的に制御することにより達成されるものよ
りも劣つている。初めに示したように、これは、
その他では注入を禁止すること、即ち、エミツタ
拡散領域と接触して選択表面を囲むベース領域内
でドーピング・レベルを増加することにより、又
は選択的ドーピングにより注入を向上させること
により、いずれによつても行なわれ得る。

両方の注入制御技術は、優れた結果を伴なつて
同時に実施され得るし、そして後で述べられる好
ましい実施例では、両方の技術が用いられる。

エミツタからの少数キヤリヤの注入についての
主領域を全エミツタ・ベース接合のうちの特定さ
れたより小さな部分に限定する以上の手段は、次
のような式（32）中で与えられる比を最大にする
方法を提供する。即ち、 A_e ^*／A_e この比の最適化は、最も感応する単軸性の磁気
感応装置を導く。

まさに述べられた基本的な変換機構には、ある
含蓄が存在する。基本的な機械は、エミツタ注入
のローレンツ場の変調として示されている。それ
は、種々のアバランシエ型磁気トランジスタ構成
を検討することにより発見された。発見を導びく
に至つた詳細が、以上与えられた。しかしなが
ら、根本的な機構の使用は、アバランシエ装置又
はアバランシエ装置の作用に限定されない。

２重若しくは単一のコレクタを有する多くの最
適なバイポーラ・トランジスタ構造が、この機構
を使用する本発明により構成された。これらのセ
ンサーの構造は、基本的には、３端子に対するも
のとして４端子（単一コレクタを有するものは３
端子）の装置であり、ベース接点は電流が供給さ
れなければならないので、２つのコレクタを有す
る典型的なアバランシエ・トランジスタ構造の装
置である。

横型又は縦型即ちエピタキシヤルの両構造形式
の２つの基本的な非アバランシエ・トランジスタ
構造は、すぐに示され得る。両方の構造について
は、ベース長W_bは、アバランシエ・トランジス
タ装置に必要とされるものよりもずつと短くある
べきである。電流利得因子β１を実現するため
には、短いベース長が必要とされる。これに対し
て、衝撃イオン化促進領域におけるアバランシエ
効果は、ほとんどのキヤリヤが領域に実際には達
しないのを本質的に単位転送特性まで増加させる
ことになるので、アバランシエ・トランジスタ装
置ではβは１よりもずつと小さくなる。

ベースにおける注入の主領域をエミツタ・ベー
ス接合の１部分にのみ限定する地域的手段は、以
上述べたものと似ており、そしてまた、非アバラ
ンシエ装置の最適化に対しても本質的である。第
９Ａ図は、基本的な横型非アバランシエ磁気トラ
ンジスタ装置を示している。ベース長W_bがほぼ
3μ乃至はそれよりも小さくそしてベース接点領
域１０が付加されたことを除いて、構造は、第７
Ａ図及び第７Ｂの両図に示されたものと非常に類
似している。

第９Ｂ図に示された第９Ａ図の装置の断面図か
らわかるように、P⁺ポケツトよりもより低いＰ
型濃度の実効ベース“窓”が存在する領域１１と
して第９Ａ図で認識される領域を除いて、P⁺抑
制ポケツトは、エミツタ及びコレクタの両方を完
全に囲んでいる。

装置は、アバランシエ・コレクタ・ポテンシヤ
ルよりも下で動作するので、イオン化促進領域若
しくは手段は何も、コレクタ・ベース接合には必
要とされない。示された構成では、例えば、エミ
ツタ１は、矩形形状であり、そして注入制御P⁺
ポケツト領域９中へ拡散される。装置の構造は、
ベースの表面に垂直に印加される、即ち第９Ｂ図
に示されたような垂直な方向における磁界に感応
するものである。コレクタ電流I_pは、ベース接点
１０を通つてベース端子に印加されるベース電流
I〓に比例する。前記のような方法でコレクタを向
いている局所化されたエミツタ・ベース接合領域
の最大の大きさに沿つて、少数キヤリヤの注入の
ローレンツ変調により、コレクタの差電流が誘導
される。差電流の大きさは、次の式により与えら
れる。

△Ｉ＝2βI_bA_e ^*／A_eSinh（qV_L／KT） （34） ここで、 βI_bは、コレクタ電流である。

βは、電流利得I_c／I_bである。

電流変換機構の効率は、等しい静止状態の電流
条件に対して、アバランシエ・トランジスタ装置
について導出されるものに類似している。即ち、
βI_b＝I_pに対してである。エミツタ注入の同じ局
所レベル即ち抑制がまた仮定される。複数のコレ
クタ又は単一のコレクタの方へ向いているエミツ
タ・ベース接合表面の部分のような表面領域のあ
る１範囲からの放出により、エミツタ電流が占め
られるときには、磁気変換効率は最大にされる。

ローレンツ・ポテンシヤルを生じるために用い
られる注入エミツタ表面における速度ベクトル
は、最も感心する磁気軸を決定することになる。

例えば、もし注入がエミツタ１の底の表面にお
いて優先的に起こるように制御されるなら、装置
は、Ｚ軸よりもむしろＸ軸方向の磁気成分に最も
感応することになる。このような装置は、第１４
Ａ及び第１４Ｂ並びに第１５Ａ及び第１５Ｂの各
図により示される。他の領域における注入を変調
するために、底の表面の注入により生じるローレ
ンツ・ポテンシヤルを用いる装置は、第１６乃至
第１９の図において示されている。

コレクタ端子に現われる差電圧に対する式は、
式（34）に負荷抵抗R_Lを掛けることにより得ら
れる。それは、次のようになる。即ち、 △Ｖ＝2R_LβI_bA_c ^*／A_cSinh（qV_L／KT） （35） もし負荷抵抗R_Lが前記のアバランシエ抵抗R_A
に値が等しく設定されるなら、この横型非アバラ
ンシエ・トランジスタ装置の磁気的変換差電圧
は、アバランシエ装置のそれと類似する。これら
の装置の上限カツト・オフ周波数は、アバランシ
エ・トランジスタ装置については、100メガヘル
ツ乃至はそれ以の範囲になることが、分配された
容量性効果が基づきそして遷移時間弐考え
（transit time considerations）には基づかない
非アバランシエ装置については、多少小さいこと
が予想される。非アバランシエ型の装置の周波数
応答を向上させるためには、600Ωのような低抵
抗値が負荷抵抗体R_Lに対して用いられなければ
ならない。

初めに言及したように、これらの装置の縦型即
ちエピタキシヤルの構造体もまた使用可能であ
り、そして以下に示されるように構成された。

第１０Ａ及び第１０Ｂ並びに第１１Ａ及び第１
１Ｂの各図は、垂直に集積された非アバランシエ
磁気センサー装置についての平面図及び断面図を
概略的に示す。主要な注入エミツタ表面は、コレ
クタを向いており、そしてほぼ2μの厚さのエピ
タキシヤル成長したP^-型のベースにより、矩形
形状のコレクタの下乃至は上に配置される。

装置は、基板表面に対しては平行に、そしてキ
ヤリヤ注入ベクトルに垂直な矩形エミツタ拡散領
域の最大の大きさに対しては垂直に印加される磁
界に感応する。第１０Ａ図及び第１０Ｂ図の両図
では、キヤリヤ速度ベクトルはＺ軸に平行に方向
付けられる。そして差の電流及び応答信号は、式
（34）及び（35）各々により与えられる磁気変換
機構から導びかれる。

P⁺ポケツト領域９は、第１０Ｂ図に示された
ような注入をエミツタ１の底の表面である表面１
Ａに限定するために、エミツタ１の側面を囲んで
いる。

第１１Ａ及び第１１Ｂの両図は、コレクタ３が
エミツタ領域１の上に存在する構造である逆の型
を示している。この構造では、ベース即ち基板自
体は、第１１Ｂ図に示されているようにコレクタ
３を向いている注入の向上をはかる窓領域を提供
するP^-物質のエピタキシヤル層における頂上表
面１Ａを除いて、全ての表面でエミツタを囲む
P⁺物質であり得る。

第１０Ａ図乃至第１１Ｂ図に示されている装置
については、エミツタ注入をＸ−Ｙ平面に垂直な
Ｚ軸に存在するように抑制することにより、高い
磁気感応性が達成される。例えば、エミツタ拡散
領域１を囲み、そしてエミツタ拡散領域の深さと
同じ深さを有するようなP⁺ポケツトの使用によ
り、第１０Ｂ図のエミツタの周辺あたりで注入が
抑制される。

第１１Ｂ図では、エミツタ拡散領域１の後の表
面及び縁部における注入は、エミツタ自体が拡散
されているP⁺基板の大量のドーパント・レベル
により抑制される。

これらの手段により、エミツタ注入及び結果と
して生じるその注入のローレンツ・ポテンシヤル
変調は、コレクタの方へ向いているエミツタの全
PN接合領域の表面に、本質的に限定されること
になる。垂直に集積化された構造体の両方とも、
10以上の電流利得因子をβを表わし、そして高い
磁界感応性を示す。

第１２Ａ及び第１２Ｂの両図は、一般的に示し
たもので、他の公知の磁気的感応装置から今迄説
明した装置を区別するための根拠を提供すること
を意味するものである。これらの図及び以下の説
明からわかるように、物理的な方位、及びエミツ
タに対する単一若しくは複数のコレクタの位置、
並びに磁界に対する感応軸は、当該の装置のすべ
てにおいて公知の装置と異なつている。

第１２Ａ図は、ここで構成された典型的な装置
の部分的な平面図を示す。P⁺ポケツト９は、コ
レクタの面即ちコレクタ３の面３Ａを向いて方向
付けられた表面１Ａを除いて、全ての側面でエミ
ツタ１を囲む。注入表面１Ａの最大の大きさは、
長さＷであり、そして対応する最大のローレン
ツ・ポテンシヤルV_Lは、第１２Ａ図に示されて
いるように、その幅を横切つて現われる。想像上
の面Ｚが、エミツタ領域即ち主エミツタ領域の最
大幅を垂直に２等分して示されている。それはま
た、定義により、ポテンシヤルの等値面が
（contour potential）、ローレンツ・ポテンシヤ
ルが横切つて現われる幅の中間地点で０となるの
で、ローレンツ・ポテンシヤルの等値面
（Lorentz potential contour）を２等分する。平
面Ｚは、また第１２Ａ図に示されているように２
つのコレクタ３を分離する。これらの図におい
て、ローレンツ・ポテンシヤルが現われる領域と
主要な注入領域は同じである。後で明らかになる
が、これは必ずしも必要ではない。

第１２図に示されているように、面１Ａとして
定義されたエミツタ１の面は、主にＸ方向にキヤ
リヤを放出し、そして最大の大きさＷを有してい
る。ローレンツ・ポテンシヤルの等値面はこの最
大の大きさを横切つて現われる。この装置は、
XY平面に垂直に方向付けられたＺ軸の磁気ベク
トル成分に最も感応する。放出表面即ち注入の主
領域１Ａに対して、両方のコレクタ３はその表面
の同じ側に存在し、そして横に各コレクタ３を有
し、また２つのコレクタはそれぞれＺ平面の反対
側にある。好実施例では、２つのコレクタ３は、
主要な放出表面１Ａから等距離にある。これは、
第１２Ａ図の類似性、並びに第１３Ａ図及び第１
３Ｂ図の円形の又は同中心の構造により、示され
る。

第１３Ａ図では、より深く拡散された円形P⁺
ポケツト９よりも浅い以外は直径がわずかに大き
な円形の拡散されたエミツタ１は、注入の主要領
域を円形注入表面１Ａの周囲に限定する。第１３
Ｃ図の断面は、この点を示している。弓形の形状
にされたコレクタは、全ての地点で垂直な方向
に、対応して向い合う放出表面１Ａから等距離に
あり、それぞれ想像上のＺ平面の反対側に存在し
ている。そして、この平面は、それに垂直な放出
表面を通過しており、またその円周として測定さ
れるこの場合には、その最大の長さに沿つてその
上で、ローレンツ・ポテンシヤルの等値面（その
零地点を通過する）を２等分する。外側の同中心
の弓形ベース接点がまた示されており、そして矩
形構成について先に述べたような働きをする。

第１４Ａ及び第１４Ｂの両図では、垂直に注入
する、横型のバイポーラ、非アバランシエ、磁気
的感応トランジスタ構造体がまた、示されてい
る。この構造では、第１４Ａ図のラインＡ−Ａに
沿つた断面図である第１４Ｂ図から、装置は最も
良く理解される。P⁺の制限ポケツト９が、主注
入のために底の表面１Ａのみを残して、そこでの
注入を大きく減少させるために、エミツタ１の
前、後及び端部の表面を効果的に遮蔽しているこ
とを除けば、成分は、先に述べられたものと本質
的に同じである。よのような装置は、第１４Ｂ図
に示されているように磁界ベクトルに感応するこ
とになる。これらは、表面１Ａを垂直に横切る想
像上のＺ平面に平行に通つている。それらは、先
に述べたように主要な注入表面１Ａに平行であ
る。

第１４Ａ及び第１４Ｂの両面に示された装置の
アバランシエ型のものは、第１５Ａ及び第１５Ｂ
の両面に示されている。衝撃イオン化促進領域Ｐ
１及びＰ２（番号５）は、第１５Ａ図の平面図に
示されており、そして第１５Ｂ図からわかるよう
に、薄い酸化物の電界向上型（thin oxide field
enhancement type）である。もちろん、衝撃イ
オン化を促進するために、コレクタの近くにP⁺
ドーパントのベース拡散がまた用いられ得ること
は、理解されたい。

さて、構成例の幾くつかの特定した例、それら
のパラメータ並びに製造ステツプが与えられる。
第９Ａ及び第９Ｂの両図を参照して、横型のバイ
ポーラ磁気トランジスターが以下のようにして構
成される。最初のステツプは、５ΩcmのＰ型基板
の表面上に約6500Åの厚さの最初の酸化物層を成
長することである。次のステツプは、第９Ａ図に
１１と印されたP^-ベース窓内を除き、至る所で
基板全体にホウ素イオンを注入することである。
このステツプを行なうために、第９Ａ図の領域１
１のようなホウ素を注入することを所望しないよ
うな領域を除いて、シリコン基板の表面から最初
の酸化物層を条去するために、マスクが用いられ
る。それから、ほぼ100K_eＶのエネルキー、及び
ほぼ6.8×10¹³イオン／cm²の注入量で、ホウ素は
イオン注入される。そして、ほぼ0.2Ω−cm及び
ほぼ4μの深さのP⁺層を獲得するのに十分な長さ
の時間、ほぼ1150℃でドライブ・インが達成され
る。プロセスの次のステツプは、コレクタ及びエ
ミツタの両方の領域を拡散することである。エミ
ツタ領域は、ほぼ1.8×10^-3cmの長さで、そして
3.8×10^-4cmの高さである。コレクタ領域は、長
さは同じで、高さはほぼ4.5×10^-4cmである。エ
ミツタ及びコレクタの両方の拡散は、ほぼ2μの
深さであり、そして約10Ω／□のシート抵抗を示
す。コレクタは、ほぼ2.54×10^-4cmの距離だけ互
いに離されている。典型的な装置のベース幅W_b
は、１×10^-4cm乃至４×10^-4cmの範囲である。最
後に、コレクタ及びエミツタの拡散領域、並びに
ベース接点を形成するためにコレクタの後の基板
に、各々接点が作られる。

第８Ａ及び第８Ｂの両図のアバランシエ構造体
は、同様の方法で製造される。この磁気トランジ
スタはアバランシエ・モードで動作するので、２
つの主要な構造上の相異が存在する。第１の相異
は、ベース幅W_bであり、典型的には、2.7×10^-3
cmの長さである。第２の相異は、イオン化促進領
域P₁及びP₂の使用である。これらの領域は、コ
レクタ拡散領域及びシールドの間に絶縁体を形成
するために、1000Aの厚さの薄い酸化物層を成長
させることにより、形成される。この薄い酸化物
層は、促進領域P₁及びP₂の下にのみ存在する。
その他の所での酸化物の厚さは、典型的には7000
Åである。

第７Ａ図の構造体は、第８Ａ図のアバランシエ
構造体と全く類似する。主要な相異は、この図に
おける注入抑制領域９の位置である。この大量に
ドープされたP⁺領域は、第９Ａ及び第９Ｂの両
図に関して述べたのと類似の方法で、注入され
る。ベース幅W_b、イオン化促進領域、並びに拡
散領域は、第８Ａ及び第８Ｂの両図の構造体を製
造するのに用いられるものと同じである。

第１１Ａ及び第１１Ｂの両図は、エピタキシヤ
ル・バイポーラ磁気センサーを示している。この
装置は、以下の方法で作られる。N⁺型エミツタ
は、ヒ素を0.1ΩcmのＰ型の基板中へ拡散させる
ことにより形成される。エミツタは、次の大きさ
を有する矩形である。長さが2.0×10^-3cm高さが
2.5×10^-4cm、そして深さがほぼ2μである。エミ
ツタは、ほぼ10Ω／□のシート抵抗を示す。0.5
乃至２Ωcmの範囲で4μの厚さのＰ型層が、それ
からエミツタ拡散領域１を含むＰ型基板の表面上
にエピタキシヤル的に成長される。P^-エピタキ
シヤル層を成長後、エミツタ接点のリン拡散が行
なわれ、そしてほぼ4μの深さまでドライブ・イ
ンされる。この拡散領域は、エピタキシヤル層の
下にあるヒ素のエミツタ領域と接触をなさなけれ
ばならない。それからコレクタ領域は、P^-エピ
タキシヤル層中に拡散され、そして約2μの深さ
まで熱的にドライブ・インされる。コレクタをエ
ミツタから分離するベース領域は、結果としてほ
ぼ2μの深さを生じる。それから、コレクタ、エ
ミツタ及びベースの領域へ各々接点が作られる。

第１４Ａ及び第１４Ｂの両図を参照するに、こ
の構造体は、垂直な注入の横型バイポーラ磁気ト
ランジスタである。P⁺ポケツト領域９は、垂直
な注入が起きることになつている、第１４Ａ図の
エミツタ領域１内の狭くて細長い部分を除いて、
５Ωcmの基板中へ注入される。この細長い部分
は、次の大きさを有している。長さが２×10^-3cm
で、高さが２×10^-4cmであり、そして深さがほぼ
3μである。2μの深さのエミツタと1μの深さのコ
レクタを分離するベース幅W_bは、典型的には、
１×10^-4乃至５×10^-4cmの範囲である。コレクタ
及びエミツタの拡散領域は、10Ω／□の典型的な
シート抵抗を有している。酸化物の厚さは、約
7000Åであり、そしてコレクタ拡散領域間の間隔
は、典型的には２×10^-4cmである。エミツタ、コ
レクタ及びベースへの接点が、周知のように作ら
れる。

上述構成例による幾くつかの型の新規な磁気ト
ランジスタが述べられ、そして構成に関する動作
及びモードの理論についての完全な説明が与えら
れたが、これらの装置の幾くつかの変更は予期さ
れ得る。ある領域又は他の最も有力な注入を行な
う領域において用いるために、ある領域にローレ
ンツ・ポテンシヤルを生成するという広い概念を
使用する。装置の一般化された説明が、まもなく
与えられることになる。幾くつかの一般的な結果
を以下に示す。

例えば、示された幾くつかの装置は、基本的に
はアバランシエ・ブレークダウンのの条件より上
で動作するアバランシエ・トランジスタ装置であ
る。これに対して、幾くつかの装置は、ベース・
コレクタ接合のアバランシエ・ブレークダウンよ
り下で動作する、横型バイポーラ・トランジスタ
又は縦型バイポーラ・トランジスタである。変換
機構は全ての装置について同じであり、そしてエ
ミツタ注入のローレンツ場変調として述べられ
た。ローレンツ変調ポテンシヤルは、固体装置に
ついての理論的限界に達し、そしてこの類のトラ
ンジスタにより指数的に差電流に変形される。

装置の特定の選択即ちその形状は、特定の適用
についての必要条件により支配される。種々の装
置の磁気感応性は、約５ミリボルト／ガウス（50
ボルト／テスラ）よりも小さな所望のレベルに固
定され得る。ガウム当り５乃至10の信号対ノイズ
比が与えられると、１メガヘルツのバンド幅がこ
の時には、両方の型の装置に対して確実に達成で
きるように思われる。この信号対ノイズ比を認識
するために、バイポーラ装置は、ほぼ10以上のβ
利得を必要とする。その低いコレクタ・インピー
ダンスのために、アバランシエ装置は、より高い
周波数性能を有し、そして100メガヘルツ以上の
範囲まで感応する。しかしながら、両方の型の装
置は、非常に小さな感応領域を有し、そして、高
い分解能性能を示す。

以上の説明からわかるように、放出表面の同じ
関係の“側”に両方のコレクタを設けることによ
り、即ち、幾くつかの先行技術の装置のように、
それぞれエミツタ表面の反対側にコレクタを設け
る代わりに、同じ放出表面を両方とも向くように
することにより、装置は、エミツタ注入に関する
独特なローレンツ・ポテンシヤル変調を効果的に
使用することができる。もし各コレクタに対して
別々のエミツタ表面が用いられるなら、それらは
可能であるが、コレクタは各々それらの専用の放
出表面を向くことになる。先行技術の装置では、
最も有力な注入の領域の最大の大きさに沿つて現
われるローレンツ・ポテンシヤルの等値面を使用
するようには、コレクタは配置されなかつた。さ
らに、本発明の特別な制限手段は、注入の主要な
領域を、それらの全体よりも小さなエミツタ・ベ
ースPN接合の１部分に限定即ち制御するよう
に、組込まれた。

以上の装置は、最大のローレンツ・ポテンシヤ
ルがそれに沿つて生じ得るような主要エミツタ注
入表面を達成する手段が提供された。このポテン
シヤルは、その注入表面には平行に印加され、そ
して名目的にはその表面の長さに対して垂直に方
向付けられた磁界により作られる。注入領域の長
さに沿つて現われるローレンツ・ポテンシヤル
は、また、その領域の長さに沿つて生じる少数キ
ヤリヤの注入のレベルを変調するものとして述べ
られた。２つのコレクタが平行に配置され、そし
てその注入表面に垂直に引かれその表面を２等分
し、さらにローレンツ・ポテンシヤルの零地点を
通過している。相像上の平面のそれぞれ反対側で
その注入表面から等距離にあるときには、磁界の
印加により、コレクタの最大差電流が生じる。

第１６図並びに第１８Ａ及び第１８Ｂの図は、
異なる磁気センサーの構成を示す。エミツタ注入
のローレンツ変調についての基本的概念は、これ
らの構造体において、最適化されている。これら
の装置では、主要な変調される注入領域から分離
された第１の注入領域に沿つて、ローレンツ・ポ
テンシヤルは生成される。従つて生じたローレン
ツ・ポテンシヤルは、そこでの注入を変調するた
めに、主要な変調される注入領域に適用される。

第１の注入領域は、主要な即ち変調される注入
領域に対するものとして、ローレンツ生成領域と
呼ばれる。ローレンツ生成領域は、主要な変調さ
れる注入領域に連続している即ち電気的に接続さ
れていて、そしてそこで少数キヤリヤの注入が起
きる強さを変調するのに役立つている。

第１６図並びに第１８Ａ及び第１８Ｂの図の装
置は、基板表面に平行な方向の磁界に対して感応
する。それらは、その他の方向の磁界成分にも感
応する。第１６図を参照するに、エミツタ拡散領
域は、それが文字Ｈの左側半分に似ているように
形成される。この形状は、垂直なＨの成分を有す
る一方の端で、エミツタ拡散領域の水平なＨの成
分（ローレンツ・ポテンシヤル生成領域）を終結
させた結果生じたのであり、従つて、文字Ｈの左
側半分を形成することになつた。エミツタの垂直
なＨの成分は、主要な注入領域として働らく。コ
レクタ拡散領域は、垂直な主要エミツタ注入領域
に平行かつそれとは反対側に位置している。コレ
クタがベース接点及び主要注入表面の間に位置す
るように、接点がベース即ち基板に作られる。従
つて、それは、コレクタ及びエミツタの両方に平
行で、エミツタよりもコレクタにより近く配置さ
れる。このようにベース接点を配置することは、
コレクタを向いている主要注入領域の表面からの
少数キヤリヤの注入を向上させる。このベース接
点配置はまた、エミツタ拡散領域のローレンツ生
成領域の下で注入が起こるように活発にする。こ
の垂直な注入成分は、装置にその磁気作用を与え
るのに必要である。磁気感応軸は、ローレンツ領
域の注入表面に平行である。磁界がその長さ（エ
ミツタ拡散領域の水平な部分）に垂直に方向付け
られたとき、応答は最大となる。従つて適用され
る磁界は、そこから注入される少数キヤリヤと相
互作用し、そしてエミツタＰ−Ｎ接合で生じた空
乏ゾーン内のローレンツ生成領域の底の表面に沿
つて、ローレンツ・ポテンシヤルを生じる。ロー
レンツ生成領域の中心とその端との間に現われる
ローレンツ・ポテンシヤルの全体の値は、エミツ
タにより主要注入領域に供給される。このローレ
ンツ・ポテンシヤルの強さは、ローレンツ生成領
域の長さに比例し、そしてコレクタを向いている
主要な変調される注入領域の面で起きる注入を確
実に変調する。ローレンツ生成領域及び主要注入
領域が同じ領域であるときは、このように生じた
ローレンツ・ポテンシヤルの全大きさが、計量的
に印加されるポテンシヤルの代わりに、主要な注
入領域の全体に印加されることに注意すること
は、重要である。

第１７Ａ及び第１７Ｂの図並びに第１８Ａ及び
第１８Ｂの図は、２つの部分から成るコレクタを
有する構成を示す。これらの構成は、第１６図の
単一のコレクタを有する構造と類似する。第２の
コレクタ及び主要注入領域が、ローレンツ生成領
域の他方の端部で第１の主要注入領域と正反対の
位置になるように配置されている。

第１７Ａ及び第１７Ｂの両図を参照するに、右
側コレクタを向いている領域でエミツタ注入を増
加させ、そして同時に、左側のコレクタを向いて
いる主注入表面からの少数キヤリヤの注入を減少
させる。磁界の方向が示されている。示されてい
るように磁界の極性は反対の方向にローレンツ・
ポテンシヤルを生じるので、反対の状況が第１８
図には示されている。

ローレンツ・ポテンシヤルの大きさが、キヤリ
ヤの速度に依存し、キヤリヤの数には依存しない
ことは、既に先に説明した。第１７Ａ及び第１７
Ｂの図並びに第１８Ａ及び第１８Ｂの図の構造の
目的は、ローレンツ変調ポテンシヤルが生じるエ
ミツタの水平な（ローレンツ生成）領域から注入
される全電流を最小にし、そして注入の変調が所
望されるエミツタの端部における少量キヤリヤの
注入を最大にすることである。Ｈ構造のローレン
ツ領域からの注入を抑制することが、第１７Ａ及
び第１７Ｂの図並びに第１８Ａ及び第１８Ｂの図
に示されている。

第１７Ａ及び第１７Ｂの両図を参照するに、注
入の抑制は、エミツタ・ベース接合領域付近のベ
ース領域のドーピング・レベルを増加することに
より、この接合領域の内側周辺の回りで達成され
ている。この局所的な注入抑制技術は、第１８Ａ
及び第１８Ｂの両図に示されている技術とは多少
異なつている。これら両図の装置では、また、さ
らにベース・エミツタ接合の内側の周辺に沿つて
注入を抑制するために、注入レベルは、エミツタ
のローレンツ生成領域の底に沿つて減少されてい
る。両方の構造では、最大のローレンツ・ポテン
シヤルは、電気的に、コレクタ近くの主要注入表
面に結合されている。

第１６図から第１８Ｂ図までの構造は、非常に
感応性の良い磁界検出装置であり、低い固有のノ
イズ・レベルを示す。１ｍＶ／ガウス（10V／テ
スラ）よりも大きな感度は、信号対ノイズ比がガ
ウス当り10（テスラ当り10⁵）よりも大きなこのよ
うな装置から、容易に達成され得る。

これら全ての構造は、注入表面に垂直で且つロ
ーレンツの零地点を通過する想像上の平面により
交差され得るローレンツ生成領域を示す。単一の
コレクタ若しくは複数のコレクタは、ローレンツ
生成領域並びに各コレクタが平面の一方の側に存
在するように参照された想像上の平面に対して位
置付けられる。コレクタは、どんな電流変化をも
検出するために、平面の一方の側にそれら全収集
領域の少なくとも半分を有しなければならない。。
Ｈの形状又は単一コレクタの構造においては、各
各の場合、コレクタ全体は、もつぱらこの平面の
一方の側又は他方の側にある。同じ条件は、示さ
れた他の実施例の全てについて言える。もし１つ
のコレクタの半分以上が一方の側若しくは他方の
側に存在しないなら、その他の部分が等しいエミ
ツタからの入力を受取ることになるので、そのコ
レクタで得られる注入変調の最も有力な効果は存
在し得ないことになることは、容易に理解され得
る。それ故に、参照された平面が全ての場合に単
一のコレクタ若しくは複数のコレクタの適当な配
置を定義するように構成され得、そしてこの配置
が先行技術では今までに示されなかつたとする
と、本発明により構成された装置を通常のトラン
ジスタ及び先行技術の類似の磁気トランジスタか
ら区別することは容易である。

第１９Ａ乃至第１９Ｃの各図を参照するに、こ
れらの図の主要な働らきは、単一及び２つのコレ
クタを有する磁気トランジスタを使用するために
バイアス・ポテンシヤル源に電気的に接続する手
段を示すことである。また、第１９Ｂ図において
それらの等価回路を示し、そして出力端子Ｃ及び
C₁の間で測定される。D.C.ポテンシヤルをバラ
ンスさせる手段を示すことも望ましい。第１９Ａ
図を参照するに、示された単一コレクタを有する
構造は、第１６図に示された構造と類似し、そし
て同じように働らく。そのバイアス動作及びバラ
ンス動作は第１９図において明らかである。第１
９Ａ図の２つのコレクタを有する構造は、第１７
図に示されたものと類似している。第１９Ｃ図に
示された２つのコレクタを有する構造は、第９Ａ
図に示された構造に類似する。第１９Ｃ図の単一
のコレクタを有する構造は、また、もし第９Ａ図
においてコレクタ拡散領域のうちの１つが除去さ
れるなら、その図に示された構造に類似してい
る。これらの参照した構造については、既に詳細
に説明された。第１９Ａ図乃至第１９Ｃ図の各図
に示された構造は全て、簡単にするため、エミツ
タ・ベース接合のある表面での注入を抑制するよ
うな参照構造において用いられている地域的なベ
ース・ドーパント手段を省略している。

〔発明の概要〕

本発明は以上詳述した磁気感応トランジスタに
おいてさらにＳ／Ｎ比を向上させようとするもの
である。この発明ではこのような目的を達成する
ために絶縁用Ｖ溝を用いてエミツタからの不必要
な少数キヤリヤの注入を阻止するようにしてい
る。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について第２０図、第
２１図、第２２図および第１９Ｄ図を参照しなが
ら説明しよう。なお、これらの図においては先に
参照した図面と対応する箇所に対応する符号を付
してそれぞれの詳細な説明は省略する。

第２０Ａ図および第２０Ｂ図において、エミツ
タ・ベース接合の周辺での注入を抑圧する手段が
模式的に示されている。この手法はエミツタ・ベ
ース接合の周辺にエツチングにより形成された溝
または後退した成長酸化絶縁体のなす堀を利用す
る。この手法を用いれば、注入がエミツタ１の底
部面１Ａのみに限定される。第２０Ａ図に示され
る構成では、注入は縦方向であり、またこの装置
は第２０Ａ図の紙面表裏方向すなわちそれに直角
方向でしかも放射面に平行な磁場に応答すること
となる。このような装置では、周片領域での注入
が感応態様で磁場から影響を受けないのでこの横
方向すなわち周辺での注入が発生しないようにさ
れており、このため変換効率およびＳ／Ｎ比が著
しく改善されている。

第２０Ａ図において、まず基体２が洗浄され、
そののち第２０Ｂの平面図でそれとして示される
領域にコレクタ３のN⁺拡散が深く実行される。
これに続いて、より広くまた若干浅いP⁺物質の
拡散が被着されてデユアル・コレクタ・トランジ
スタ構成のベースが形成される。この物質はN⁺
コレクタ物質中に拡散していくけれども、第２０
Ａ図に示されるようにその底面までは到らない。
これにより、基体２の中で２つのＮおよびＰ物質
が重なるあたりでＮ物質がP^-に変換される。次
に、第２０Ａ図に示されるようにエミツタ１自体
をなす浅い拡散がＰ物質の中央領域で行われる。
そして、エミツタ拡散領域１のエツジのおけるそ
のような領域および指定部分１１を除いて全表面
にわたつて酸化マスクが被着される。こののち部
分１１は高温水蒸気反応の下で酸化され、これに
より、エミツタ１が注入されているレベルより下
の深さまで酸化シリコンを形成する。これはエミ
ツタ１の周囲を完全にアイソレートし、この周囲
での横方向の注入を阻止する。次に、マスクが剥
離されて全表面にわたつて絶縁酸化物からなる表
面層が成長させられる。こののちエツチングが行
われて、第２０Ｂ図に示されるようにエミツタコ
ンタクト７、ベースコンタクト１０およびコレク
タコンタクト８用に酸化物層を通り抜けるコンタ
クトホールが開口させられる。

第２０Ｂ図の平面図では、第２０Ａ図で現われ
る断面AAが示され、そしてまたＰ＋ベース拡散
領域９の配置がコレクタ拡散領域３、後退酸化物
絶縁バリア１１および第２０Ａ図で示される他の
要素との関係において示される。

この装置を構成する代替的な方法は書きとめら
れたように注入入のステツプを行うことはなく、
第２０Ａ図で指定された領域でエミツタ１の周辺
に堀をエツチング形成してこのような領域から物
質を取り除き、そののちＶ溝を含む全表面にわた
つて薄い酸化物絶縁体を再成長させることであ
る。かわりに、コレクタ拡散領域に引き続いてＰ
層をエピタキシヤル被着してのち堀または溝のエ
ツチングまたは酸化をそのエピタキシになすよう
にすることもできる。

磁気感応トランジスタの周波数応答を改善し、
また変換効率を改善することが最も要望されるこ
とである。このためにコレクタがエミツタに近い
ことが必要とされることとなる。しかしながら、
コレクタがエミツタが接近して配されると、エミ
ツタの側部で生じるような周辺での注入からこれ
らコレクタが任意の寄与を優先的に受けることと
なる。それゆえ、多分に周辺での注入が出力信号
において支配的となる。したがつてエミツタ注入
のこの成分をできるかぎり除去または減少させる
ことが大変重要となる。磁場に関する注入キヤリ
アの向きのためにそれはいかなる磁場によつても
変調されないからである。第２０Ａ図および第２
０Ｂ図につき説明された手法は所望の結果を達成
し、またエミツタ面１Ａをコレクタ３に極めて接
近させることを可能とする。第２０Ａ図および第
２０Ｂ図で示されたデユアル・コレクタ磁気感応
トランジスタ用の縦構造は極めて高い周波数応答
および高変換効率をもたらし、またそれは簡素で
しかも既述の手法を用いて容易に構成される。

第２１Ａ図および第２１Ｂ図において、分離さ
れたエミツタ・ベース接合を備えその注入が単一
面に制限されているトランジスタについての代替
的な構成が示される。第２１Ａ図においては、そ
のような構成が平面図で示され、ここではのちに
洗浄のために除去される酸化物の上部被覆層が基
体２に形成させられたところである。ベースコン
タクト１０およびエミツタコンタクト７は図示の
ようにコレクタ３に対して、またエミツタ面上の
ローレンツ発現領域の長軸に直角に方向付けられ
た磁気ベクトルＢに対して位置付けられている。
酸化物バリア１１もまた図示のようにエミツタ１
を包囲する。第２１Ｂ図では、エミツタ１が注入
または拡散させられているレベルより下に酸化物
堀１１が深く入り込んでいることが了解できる。
これによりエミツタ・ベース接合の周辺面からの
いかなる周辺注入も完全に除去され、この結果、
第２１Ｂ図では縦方向のみに注入が起こり得、そ
してローレンツ発現面１Ａに平行に通過する磁束
ベクトルの最大の効果をこの注入が受けることと
なる。ここでのコレクタは図示のようにたとえば
第１７図または第１５図に示される他の横型構造
の場合に比しかなりエミツタ１に接近させて配置
できる。このことはより大きな全信号効率と同様
により高い周波数応答およびより大きな変換効率
がもたらされることを意味する。

第２２Ａ図および第２２Ｂ図において、磁気感
応装置用のデユアルコレクタ横型トランジスタ構
造についての代替的配列が示される。第２２Ａ図
の平面図は、コレクタ３が延在状エミツタ１の端
部に対抗して配置させられる点を除いて、先に述
べられたものと同一な要素を示す。この位置で、
エミツタ面１上のローレンツ発現領域の零点を通
り抜ける面の異なる側にこれらは依然存在する。
そしてこれらコレクタは最大電位の差動信号を受
ける。第２２Ａ図および第２２Ｂ図中の要素は他
の図のそれらと同一であるので類似の符号が付さ
れた。第２２Ｂ図でより明らかに示されるよう
に、分離酸化物バリア１１はエミツタ１の面より
下の深さまで伸びており、この結果、エミツタ・
ベース接合からの周辺注入が除去されるというこ
とは理解できる。それ故、発現されたローレンツ
電圧によるエミツタ注入変調に関し実現可能な最
大の効果をもたらす態様で磁気ベクトルＢがエミ
ツタ１の単一注入面からの注入キヤリアと鎖交す
ることとなる。

第１９Ｄ図は先に触れた第１９Ａ図〜第１９Ｃ
図とに対応するもので本発明の実施例のデユアル
コレクタの磁気感応トランジスタにバイアスポテ
ンシヤルを接続する態様を示している。この第１
９Ｄ図では、単純なポテンシヨメータがベース電
流駆動回路に共通接続されて、これにより定常時
コレクタの出力の間のいかなるオフセツト電圧を
もバランスさせるようになつている。

以上、本発明の幾くつかの好実施例を参照し
て、本発明は述べられてきたし、そして、本発明
の原理に基づいて構成された構造を使用して、基
本的な理論及び動作的な現象を教示してきたが、
多くの変更及び変形が可能なことは、当業者には
明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人が先に提案した磁気的トラン
ジスタの実施を概略的に示す平面図である。第２
図は第１図のラインＡ−Ａに沿つた縦方向の断面
図である。第３図は磁気的変換現象の原因を分離
するために使用された、第１図に示されたトラン
ジスタの実験形式を示す平面図である。第３Ａ図
は第３図のラインＡ−Ａに沿つた縦方向の断面図
である。第４図は先の提案に係るアバランシエ型
トランジスタに関する基本的な電圧及び電流の特
性を示す。第５図は可変抵抗を通してベース接点
の一方又は他方を接地する状況下における、第３
図に示されたような装置から得られる信号応答を
示す。第６図は種々の半導体物質についての電界
に対するキヤリア速度を示す。第７Ａ図はコレク
タの方を向いているエミツタの主に前面にエミツ
タにおけるキヤリアの注入をほぼ制限する手段を
ベース中に有する上述トランジスタの構成例を示
す。第７Ｂ図は第７Ａ図のラインＡ−Ａに沿つた
縦方向の断面図である。第８Ａ図はコレクタの方
を向いているエミツタの好ましい前面に注入をほ
ぼ制限する手段を使用している上述トランジスタ
の他の構成例を示す。第８Ｂ図は第８Ａ図のライ
ンＡ−Ａに沿つた断面図である。第９Ａ図はアバ
ランシエ・モードでは動作しない上述トランジス
タの他の構成例の平面図である。第９Ｂ図は第９
Ａ図のラインＡ−Ａに沿つた断面図でである。第
１０Ａ図は鉛直方向に集積化された（エピタキシ
ヤル）形式の上述トランジスタの他の構成例の平
面図である。第１０Ｂ図は第１０Ａ図のラインＡ
−Ａに沿つた断面図である。第１１Ａ図は鉛直方
向に集積化された上述トランジスタの他の構成例
の平面図である。第１１Ｂ図は第１１Ａ図のライ
ンＡ−Ａに沿つた断面図である。第１２Ａ図は上
述トランジスタの概略的な一般形式の平面図であ
る。第１２Ｂ図は第１２Ａ図に示された装置の等
角投影図である。第１３Ａ図は比較的円形のエミ
ツタ及び弓形のコレクタを有して構成された上述
トランジスタの他の形式の平面図である。第１３
Ｂ図は第１３Ａ図に示された装置の１部分の等角
投影図である。第１３Ｃ図は第１３Ａ図のライン
Ａ−Ａに沿つた断面図である。第１４Ａ図は非ア
バランシエ形式の磁気的に対応する上述トランジ
スタであつて鉛直方向から注入するエミツタ構造
をなすものの平面図である。第１４Ｂ図は第１４
Ａ図のラインＡ−Ａに沿つた断面図である。第１
５Ａ図はアバランシエ形式の磁気的に感応する上
述トランジスタであつて鉛直方向から注入するエ
ミツタ構造をなすものの平面図である。第１５Ｂ
図は第１５Ａ図のラインＡ−Ａに沿つた断面図で
ある。第１６図はコレクタに向つている主要な注
入領域に結合された分離注入のローレンツ・ポテ
ンシヤル領域を有する構造を示す、上述トランジ
スタの単一コレクタ構成を示す平面図である。第
１７Ａ図は注入抑制技術を使用している分離注入
のローレンツ・ポテンシヤル領域が、コレクタに
向つている主要な注入領域に結合された、上述ト
ランジスタの２部分から成るコレクタ構成を示す
平面図である。第１７Ｂ図は第１７Ａ図のライン
Ａ−Ａに沿つた断面図である。第１８Ａ図は注入
抑制技術を使用することにより、コレクタに向つ
ている主要な注入領域に結合された分離注入のロ
ーレンツ・ポテンシヤル領域が設けられた、磁気
的トランジスタの２部分から成るコレクタ構成を
示す平面図である。第１８Ｂ図は第１８Ａ図のラ
インＡ−Ａに沿つた断面図である。第１９Ａ図は
第１６図及び第１７図の構造体の電気的な接続を
示す。第１９Ｂ図は第１９Ａ図に示された単一及
び２部分から成るコレクタを有する磁気的トラン
ジスタの等価回路図である。第１９Ｃ図は横方向
の注入技術を使用する単一及び２部分から成るコ
レクタを有する磁気的トランジスタの電気的な接
続を示す。第１９Ｄ図は本発明の実施例の磁気的
トランジスタの電気的な接続を示す。第２０Ａ図
は本発明の一実施例であつて縦型構成のものを示
す縦断面図である。第２０Ｂ図は第２０Ａ図例の
平面図である。第２１Ａ図は本発明の他の実施例
であつて横型構成のものを示す平面図である。第
２１Ｂ図は第２１Ａ図例の縦断面図である。第２
２Ａ図は本発明のさらに他の実施例であつて横型
構成のものを示す平面図である。第２２Ｂ図は第
２２Ａ図例の縦断面図である。 １……エミツタ、２……ベース、３……コレク
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エミツタ、ベースおよびコレクタを有し、上
   記ベースが上記エミツタおよびコレクタとのそれ
   ぞれの間でPN接合を形成し、このエミツタ・ベ
   ース接合が少数キヤリアを注入するようバイアス
   されるとともにベース・コレクタ接合が少数キヤ
   リアを収集するようバイアスされ、さらに上記エ
   ミツタが少なくとも１個の少数キヤリアの注入領
   域を有するとともに、上記注入領域の一面を通じ
   て分布する正、負および零の値からなるローレン
   ツ・ポテンシヤルであつて上記注入された少数キ
   ヤリアおよび外部印加磁界の相互作用により形成
   されるものを上記外部印加磁界の存在下で発現さ
   せる磁気感応トランジスタにおいて、 上記エミツタが少なくとも１個の注入領域に上
   記ローレンツ・ポテンシヤルを印加してこのロー
   レンツ・ポテンシヤルが上記注入領域からの少数
   キヤリアの注入を変調するようになし、 上記変調の効率を増大させるように上記変調に
   関与することのない注入を抑圧するための絶縁用
   溝部を上記エミツタ・ベース接合の周辺に配し、 さらに上記コレクタが、上記注入領域の一面に
   垂直でかつ上記ローレンツ・ポテンシヤルの零の
   値の地点を通過する垂直面の一側に、上記コレク
   タの上記ベース・コレクタ接合の少なくとも半分
   以上が存在するように、上記エミツタに対して配
   置されることを特徴とする磁気感応トランジス
   タ。