BG110505A - Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity - Google Patents
Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity Download PDFInfo
- Publication number
- BG110505A BG110505A BG10110505A BG11050509A BG110505A BG 110505 A BG110505 A BG 110505A BG 10110505 A BG10110505 A BG 10110505A BG 11050509 A BG11050509 A BG 11050509A BG 110505 A BG110505 A BG 110505A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- contacts
- contact
- parallel
- sensitivity
- hall
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005404 magnetometry Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
РЕФЕРАТABSTRACT
ПОЛУПРОВОДНИКОВ ЕЛЕМЕНТ НА ХОЛ С ПАРАЛЕЛНАHALF SEMICONDUCTOR ELEMENT WITH PARALLEL
ОС НА ЧУВСТВИТЕЛНОСТSENSITIVITY AXIS
Сия Вълчева ЛозановаSia Valcheva Lozanova
Чавдар Станоев РуменинChavdar Stanoev Rumenin
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).The Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity comprises a semiconductor substrate (1) with impurity conductivity, on one side of which three rectangular ohmic contacts are formed, first (2), second (3) and third (4), parallel to each other. its long sides. The first (2) and third (4) contacts are terminal, and the second (3) is internal. The magnetic field (8) is applied perpendicular to the cross-section of the support (1). The second contact (3) and one of the end contacts (4) through the respective load resistors (5) and (6) and the voltage source (7) are connected to the other end contact (2). The output (9) is the second (3) and end contact (4) that is connected to the load resistor (6).
Сия Вълчева ЛозановаSia Valcheva Lozanova
Чавдар Станоев РуменинChavdar Stanoev Rumenin
СофияSofia
ПОЛУПРОВОДНИКОВ ЕЛЕМЕНТ НА ХОЛ С ПАРАЛЕЛНА ОС НА ЧУВСТВИТЕЛНОСТ ©HALF SEMICONDUCTOR ELEMENT WITH PARALLEL SENSITIVITY ©
ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD
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.The invention relates to a Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity, applicable in the field of control measurement technology, low-field magnetometry, navigation, micro- and nano-sensors, automotive engineering, wireless communications, contactless automation and control, energy, positioning , regulation, medicine, military and security, and more.
ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION
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].A Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity is known, comprising a semiconductor substrate with a mixed type of conductivity, on one side of which is formed in series and is formed on one side. equal distances from each other three rectangular ohmic contacts, first, second and third, parallel to their long sides. The first and third contacts are terminals and are connected to both a power source in the current generator mode and to two resistors in series. The second contact is internal and output (Hall). The external magnetic field is applied perpendicular to the cross section of the semiconductor substrate and is parallel to the long sides of the rectangular ohmic contacts, the output being the Hall contact and the common point of connection of the two resistors, [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.The disadvantage of this Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity is the low magnetosensitivity, since only half of the total Hall voltage generated in this converter element can be removed from the output.
ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОSUMMARY OF THE INVENTION
Задача на изобретението е да се създаде полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност с висока стойност на магниточувствителността.It is an object of the invention to provide a Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity with a high value of magnetic sensitivity.
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.This problem is solved by a Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity containing a semiconductor substrate of impurity type mixed on one side of which three rectangular ohmic contacts, first, second and third, parallel to each other, are formed on one side its long sides. The first and third contacts are terminal and the second is internal. The second contact and one of the end contacts through the respective load resistors and a voltage source are connected to the other end contact. The external magnetic field is applied perpendicular to the cross-section of the semiconductor substrate and parallel to the long sides of the rectangular ohmic contacts, the output being the second and this terminal contact connected to the load resistor.
ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНАТА ФИГУРАDESCRIPTION OF THE ATTACHED FIGURE
По-подробно изобретението се пояснява с приложената Фигура, представляваща напречното сечение на едно негово примерно изпълнение.The invention is explained in more detail with the accompanying Figure, which is a cross-section of an embodiment thereof.
ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОEXAMPLES FOR THE IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
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.The Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity comprises a semiconductor substrate 1 with impurity type, on one side of which three rectangular ohmic contacts are formed, first two, second 3 and third 4, arranged parallel to their long countries. The first 2 and third 4 contacts are terminal and the second 3 is internal. The second contact 3 and one of the terminal contacts 4 through the respective load resistors 5 and 6 and the voltage source 7 are connected to the other terminal contact 2. The external magnetic field 8 is applied perpendicular to the cross section of the semiconductor. : · · · · · · · · ········· • · · · · · · · · · · · · · Substrate 1 and parallel to the long sides of the rectangles ohmic contacts 2, 3, and 4, and output 9 is the second 3 and that terminal contact 4 connected to the load resistor 6.
Действието на полупроводниковия елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, съгласно изобретението, е следното.The action of a Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity according to the invention is as follows.
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 Z4>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 Z4;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 Р3;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.When the voltage source 7 is switched on, between the end (third) contact 4 with the load resistor 6 connected thereto and the other end (first) contact 2, and respectively between the second (internal) contact 3 and the end (first) contact 2 without the load resistor two alternating currents Z 4> 2 and / 3 , 2 flow. Since the ohmic contacts 2, 3 and 4 are planar and represent equipotential planes, the currents through them / 2 , / 3 and C are initially perpendicular to the upper surface of the substrate 1 and penetrate into its volume. Then, the current trajectories become parallel to the surface of substrate 1. For example, when there is a temperature T different from the surface of the semiconductor substrate 1 from the flow of currents Z 4; 2 and / 32 ; the presence of mechanical stresses from the enclosure of the chip with the Hall element; applying insulating dielectric coatings, conductive thin layers or rails to the substrate 1 in the process; inevitable geometric lithographic errors or tolerances in the arrangement of ohmic contacts 2, 3 and 4; heterogeneities in the alloy of the pad 1; the different lengths of current paths between terminals 4 and 2, respectively 2 and 3, etc. both currents D 2 and / 3 , 2 inevitably generate offset. This means that a parasitic output voltage P 3 occurs at the output 9 between the second 3 and the terminal (third) contact 4, which is connected to the load resistor 6 in the absence of a magnetic field B 8, B = 0 ; 4 (B = 0) ± 0. Its compensation (including reset) is easily achieved by varying the value of one of the two load resistors 5 or 6. By virtually changing the values of the two currents / 4> 2 and / 3 2 the equipotential of the output contacts 3 and 4. is achieved. 5 and 6 should exceed the input impedance of semiconductors by at least one order I'm an element of Hall. Resistors 5 and 6 together with the voltage source 7 form the fixed values of the two supply currents / 4; 2 and / 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 FL = gРаг 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 напрежениеThe application of an external magnetic field B 8 perpendicular to the cross-section of the semiconductor substrate 1 and parallel to the long sides of the rectangular contacts 2, 3 and 4 by the Lorentz force F L = gPa r x B leads to deviation and deformation of the two directional currents in general. / 4; 2 and / 3> 2 , Kdr is the drift velocity of the carriers, q is the electron load. For example, the two current paths / 4> 2 and / 3> 2 , depending on the direction of the magnetic field B 8, either "shrink" to the upper surface of the substrate 1, or simultaneously "expand" inward in volume. As a result, on the upper surface of the substrate 1, where the inner ohmic contacts 3 and the third (outer) 4 are located, the magnetic field B and the currents / 3 and C generate simultaneously two opposite Hall potentials. Furthermore, the current / 4; 2 , in the part of its trajectory, when parallel to the surface of the substrate 1, induces an additional Hall potential in the area with the second (internal) 3 contact. Therefore, at • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · the total Hall voltage is developed and measured
гнерирано в сензора, а не само половината от него както е в известното техническо решение. Ето защо магниточувствителността нарства два пъти.generated in the sensor, not just half of it as in the known technical solution. That is why magnetosensitivity strikes twice.
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.The unexpected positive effect of the new Hall element with a parallel axis of sensitivity, which doubles its magnetic sensitivity in comparison with the known one, is that at each of contacts 3 and 4 of the differential output 9 are formed in the magnetic field B 8 simultaneously by Hall potentials with opposite sign. In Hall's famous sensor, however, only one contact actually acts as Hall. In the new solution, they are two - 3 and 4. It is also unusual for the outgoing Hall contacts 3 and 4 to be adjacent to each other, contrary to the conventional practice of sensory and power contacts alternating. This circumstance also helps to develop the full Hall voltage at the output 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.Experiments with Hall-type silicon elements with a parallel axis of sensitivity according to the invention have shown a 2-fold increase in magnetosensitivity compared to the known solution.
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.The preferred technology for implementing the new Hall micro converter is CMOS. The n-GaAs epitaxial technology can also be successfully used, which dramatically increases the sensitivity of the microsensor, especially for security and military purposes.
ПРИЛОЖЕНИЕ: една фигураAPPENDIX: one figure
ЛИТЕРАТУРА [1] Ч.С. Руменин, С.В. Лозанова, Полупроводников сензор на Хол, Заявка за патент на изобретение per. № 109663/07.09.2006 г.REFERENCES [1] Rumenin, SV Lozanova, Hall Semiconductor Sensor, Patent Application Per. No. 109663 / 07.09.2006
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG10110505A BG66404B1 (en) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG10110505A BG66404B1 (en) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG110505A true BG110505A (en) | 2011-04-29 |
BG66404B1 BG66404B1 (en) | 2013-12-31 |
Family
ID=45877009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG10110505A BG66404B1 (en) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BG (1) | BG66404B1 (en) |
-
2009
- 2009-10-27 BG BG10110505A patent/BG66404B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BG66404B1 (en) | 2013-12-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105652220B (en) | Hall sensor and compensation method for offset caused by temperature distribution of Hall sensor | |
BG110505A (en) | Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity | |
BG112091A (en) | A surface-magnetically sensitive hall transformer | |
BG110959A (en) | A duplex semiconductor hall sensor | |
BG67508B1 (en) | Planar magnetic field sensing element | |
BG67380B1 (en) | Two-dimensional magnetic field microsensor | |
BG109868A (en) | Hall-effect micro converter | |
BG113356A (en) | Hall effect microsensor with more than one output | |
BG66848B1 (en) | Hall effect device with a in-plane sensitivity | |
BG111414A (en) | Integral hall sensor with parallel axis of magneto sensitivity | |
BG113272A (en) | Planar magnetically sensitive sensor | |
BG67298B1 (en) | Hall effect sensor with an in-plane sensitivity | |
BG67134B1 (en) | Hall effect microsensor | |
BG113056A (en) | Integrated hall effect sensor | |
BG112804A (en) | 2d hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG112771A (en) | Hall sensor configuration with planar magnetic sensitivity | |
BG113014A (en) | Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity | |
BG67551B1 (en) | Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements | |
BG112991A (en) | Electronic device with planar magnetic sensitivity | |
BG66830B1 (en) | In-plane magnetosensitive sensor device | |
BG112808A (en) | Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG66403B1 (en) | A hall micro-sensor with parallel axis of magnetic sensitivity | |
BG66711B1 (en) | Hall effect sensor with a tangential axis of magnetosensitivity | |
BG66885B1 (en) | A plain magnetically sensitive hall’s effect sensor | |
BG112442A (en) | Hall effect microsensor |