BG110505A - Полупроводников елемент на хол с паралелна ос на чувствителност - Google Patents

Abstract

Полупроводниковият елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност съдържа полупроводникова подложка (1) с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно три правоъгълни омични контакта - първи (2), втори (3) и трети (4), разположени успоредно на дългите си страни. Първият (2) и третият (4) контакт са крайни, а вторият (3) е вътрешен. Магнитното поле (8) е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката (1). Вторият контакт (3) и един от крайните контакти (4) през съответни товарни резистори (5 и 6) и източник на напрежение (7) са съединени с другия краен контакт (2). Изходът (9) е вторият (3) и крайният контакт (4), който е свързан с товарен резистор (6).

Description

РЕФЕРАТ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ ЕЛЕМЕНТ НА ХОЛ С ПАРАЛЕЛНА

ОС НА ЧУВСТВИТЕЛНОСТ

Сия Вълчева Лозанова

Чавдар Станоев Руменин

Полупроводниковият елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност съдържа полупроводникова подложка (1) с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно три правоъгълни омични контакти първи (2), втори (3) и трети (4), разположени успоредно на дългите си страни. Първият (2) и третият (4) контакти са крайни, а вторият (3) е вътрешен. Магнитното поле (8) е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката (1). Вторият контакт (3) и един от крайните контакти (4) през съответни товарни резистори (5) и (6) и източник на напрежение (7) са съединени с другия краен контакт (2). Изходът (9) са вторият (3) и крайният контакт (4), който е свързан с товарен резистор (6).

Сия Вълчева Лозанова

Чавдар Станоев Руменин

София

ПОЛУПРОВОДНИКОВ ЕЛЕМЕНТ НА ХОЛ С ПАРАЛЕЛНА ОС НА ЧУВСТВИТЕЛНОСТ ©

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Изобретението се отнася до полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, приложимо в областта на контролноизмервателната технология, слабополевата магнитометрия, навигацията, микро- и нано-сензориката, автомобилостроенето, безжичните комуникации, безконтактната автоматика и управление, енергетиката, позиционирането на обекти в пространството, уредостроенето, медицината, военното дело и сигурността и др.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Известен е полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно и • · • · • · ···· · • · · • ··· • ♦ на равни разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни. Първият и третият контакти са крайни и са съединени както със захранващ източник в режим генератор на ток, така и с два последователно свързани помежду си резистори. Вторият контакт е вътрешен и е изходен (Холов). Външното магнитно поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата подложка и е успоредно на дългите страни на правоъгълните омични контакти, а изходът са Холовият контакт и общата точка на свързване на двата резистора, [1].

Недостатък на този полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност е ниската магниточувствителността тъй като от изхода може да се снеме само половината от цялото напрежение на Хол, генерирано в този преобразувателен елемент.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задача на изобретението е да се създаде полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност с висока стойност на магниточувствителността.

Тази задача се решава с полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно и на разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни. Първият и третият конткти са крайни, а вторият е вътрешен. Вторият контакт и един от крайните контакти през съответни товарни резистори и източник на напрежение са съединени с другия краен контакт. Външното магнитно поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата подложка и успоредно на дългите страни на правоъгълните омични контакти, а изходът са вторият и този краен контакт, свързан с товарен резистор.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНАТА ФИГУРА

По-подробно изобретението се пояснява с приложената Фигура, представляваща напречното сечение на едно негово примерно изпълнение.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Полупроводниковият елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност съдържа полупроводникова подложка 1 с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно и на разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти първи 2, втори 3 и трети 4, разположени успоредно на дългите си страни. Първият 2 и третият 4 контакти са крайни, а вторият 3 е вътрешен. Вторият контакт 3 и един от крайните контакти 4 през съответни товарни резистори 5 и 6 и източник на напрежение 7 са съединени с другия краен контакт 2. Външното магнитно поле 8 е приложено перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата • · · ··. : · · ···· • · · ········· • * · · · · · a ···· * ··· ·· ·· «· подложка 1 и успоредно на дългите страни на правоъгълните омични контакти 2, 3 и 4, а изходът 9 са вторият 3 и този краен контакт 4, свързан с товарен резистор 6.

Действието на полупроводниковия елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, съгласно изобретението, е следното.

При включване на източника на напрежение 7, между крайния (третия) контакт 4 с включен към него товарен резистор 6 и другият краен (първи) контакт 2, и съответно между втория (вътрешния) контакт 3 и крайния (първия) контакт 2 без товарен резистор протичат два съпосочни тока Z_4>2 и /₃,₂. Понеже омични контакти 2, 3 и 4 са планарни и представляват еквипотенциални равнини, токовете през тях /₂, /₃ и Ц първоначално са перпендикулярни на горната повърхност на подложката 1 и проникват навътре в обема й. След това токовите траектории стават успоредни на повърхността на подложката 1. Например, когато съществува различна по повърхността на полупроводниковата подложка 1 температура Т от протичането на токове Z_4;2 и /₃₂; наличие на механични напрежения от корпусирането на чипа с елемента на Хол; нанасяне на изолиращи диелектрични покрития, проводящи тънки слоеве или шини върху подложката 1 при технологичните процеси; неминуеми геометрични литографски грешки или толеранси в разположението на омичните контакти 2, 3 и 4; нееднородности в легирането на подложката 1; различната дължина на токовите траектории между контакти 4 и 2, и съответно 2 и 3 и др. двата тока Д₂ и /₃,₂ неминуемо генерират офсет. Това означава, че между втория 3 и крайния (третия) контакт 4, който е свързан с товарния резистор 6 в отсъствие на магнитно поле В 8, В = 0, на изхода 9 възниква паразитно изходно напрежение Р_3;4(В = 0) ± 0. Неговото компенсиране (включително нулиране) лесно се постига чрез вариране стойността на един от двата товарни резистори 5 или 6. Фактически променяйки стойностите на двата тока /_4>2 и /_{3 2} се постига еквипотенциалност на изходните контакти 3 и 4. Резисторите 5 и 6 следва да превишават най-малко с един порядък входното съпротивление на полупроводниковия елемент на Хол. Резисторите 5 и 6 съвместно с източника на напрежение 7 формират фиксираните стойности на двата захранващи тока /_4;2 и /_{3 2}.

Прилагането на външно магнитно поле В 8 перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата подложка 1 и успоредно на дългите страни на правоъгълните контакти 2, 3 и 4 чрез силата на Лоренц F_L = gРа_г х В води до отклонение и деформиране като цяло на двата съпосочни тока /_4;2 и /_3>2, Kdr е дрейфовата скорост на движение на носителите, q е товарът на електрона. Например, двете траектории на токове /_4>2 и /_3>2, в зависимост от посоката на магнитното поле В 8 или едновременно се „свиват” към горната повърхност на подложката 1, или едновременно се „разширяват” навътре в обема. В резултат върху горната повърхност на подложката 1, където са разположени вътрешния омичен контакти 3 и третия (външния) 4, магнитното поле В и токовете /₃ и Ц генерират едновременно два с противоположен знак Холови потенциали. Освен това токът /_4;2, в частта от траекторията си, когато е успореден на повърхността на подложката 1 индуцира в зоната с втория (вътрешния) 3 контакт допълнителен Холов потенциал. Следователно на • · • · • ♦· •· ·· · ·· • · • · · · • · · · • · · · · · • · · ”” · ··· ·· ·· ·* изхода 9 се развива и се измерва пълното Холово напрежение

гнерирано в сензора, а не само половината от него както е в известното техническо решение. Ето защо магниточувствителността нарства два пъти.

Неочакваният положителен ефект от новия елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, повишаващ двойно магниточувствителността му в сравнение с известния е, че върху всеки от контактите 3 и 4 на диференциалния изход 9 се формират в магнитно поле В 8 едновременно Холови потенциали с противоположен знак. В известния сензор на Хол, обаче само един контакт реално действа като Холов. В новото решение те са два - 3 и 4. Също необичайно е, че изходните Холовите контакти 3 и 4 са един до друг, противно на общоутвърдената практика сензорните и захранващите контакти да се редуват. Това обстоятелство също подпомага развиването на пълното Холово напрежение на изхода 9.

Проведените експерименти с и-тип силициеви елементи на Хол с паралелна ос на чувствителност, съгласно изобретението, доказват нарастването на магниточувствителността 2 пъти в сравнения с известното решение.

Предпочитаната технология за реализиране на новия микропреобразувател на Хол е CMOS. С успех може да се използва и н-GaAs епитаксиална технология, което драстично повишава чувствителността на микросензора, особено за целите на сигурността и военното дело.

ПРИЛОЖЕНИЕ: една фигура

ЛИТЕРАТУРА [1] Ч.С. Руменин, С.В. Лозанова, Полупроводников сензор на Хол, Заявка за патент на изобретение per. № 109663/07.09.2006 г.

Claims (1)

1. ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

   1. Полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно и на разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни, първият и третият контакти са крайни, а вторият е вътрешен като магнитното поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката и успоредно на дългите страни на правоъгълните омични контакти, ХАРАКТЕРИЗИРАЩ СЕ с това, че вторият контакт (3) и един от крайните контакти (4) през съответни товарни резистори (5) и (6) и източник на напрежение (7) са съединени с другия краен контакт (2), а изходът (9) са вътрешният (3) и този краен контакт (4), който е свързан с товарен резистор (6).