BG111329A - Semiconducting three component magnetometer - Google Patents

Semiconducting three component magnetometer Download PDF

Info

Publication number
BG111329A
BG111329A BG111329A BG11132912A BG111329A BG 111329 A BG111329 A BG 111329A BG 111329 A BG111329 A BG 111329A BG 11132912 A BG11132912 A BG 11132912A BG 111329 A BG111329 A BG 111329A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
contacts
magnetic field
component
orthogonal
orthogonal component
Prior art date
Application number
BG111329A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG66640B1 (en
Inventor
Чавдар РУМЕНИН
Сия ЛОЗАНОВА
Original Assignee
Институт По Системно Инженерство И Роботика-Бан
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт По Системно Инженерство И Роботика-Бан filed Critical Институт По Системно Инженерство И Роботика-Бан
Priority to BG111329A priority Critical patent/BG66640B1/en
Publication of BG111329A publication Critical patent/BG111329A/en
Publication of BG66640B1 publication Critical patent/BG66640B1/en

Links

Landscapes

  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

Semiconducting three component magnetometer contains n-type solid-state pad (1) with a rectangular shape, as on its surface there are two oblong ohmic contacts (3 and 4), which are connected through a source of direct current (9). The magnetic field (10) is in any direction relative to the pad (1), and the orthogonal n-pad (1) is surrounded by deep p-ring (2). Along the long sides of the inner zone has four more identical oblong ohmic contacts-first (5), second (6), third (7) and fourth (8), as the first (5) is located on the second (6) and the third (7) against the fourth (8). All ohmic contacts (3, 4, 5, 6, 7 and 8) are symmetrical to the center of the fenced from p-ring (2) inner zone. To measure the first orthogonal components of the magnetic field first (5) and the fourth (8), and accordingly the second (6) and the third (7) contacts are connected to each other, the second one (6) and fourth (8) contact are the output (11) for the first orthogonal components. For the measurement of the second component first orthogonal (5) and third (7), and accordingly the second (6) and fourth (8) contact are interconnected, as the exit (12) for the second component are both points of connection. For the measurement of the third orthogonal components of the magnetic field the four ohmic contacts (5, 6, 7 and 8) are related, such as contacts (3 and 4) are joined in a high ohm trimmer (13), the midpoint of the connecting contacts (5, 6, 7 and 8) are output (14) for the third orthogonal components.

Description

ПОЛУПРОВОДНИКОВ ТРИКОМПОНЕНТЕН МАГНИТОМЕТЪРSEMICONDUCTOR THREE-COMPONENT MAGNETOMETER

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАFIELD OF THE INVENTION

Изобретението се отнася до полупроводников трикомпонентен магнитометър, приложимо в областта на сензориката, системното инженерство, роботиката и мехатрониката, микро- и нано-технологиите, включително биоинженерството, безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания, позиционирането на обекти в пространството, безконтактната автоматика, биомедицинските изследвания, енергетиката и енергийната ефективност, контролно-измервателната технология и слабополевата магнитометрия, военното дело и сигурността, и др.The invention relates to a semiconductor three-component magnetometer applicable in the field of sensorics, systems engineering, robotics and mechatronics, micro- and nano-technologies, including bioengineering, non-contact measurement of angular and linear displacements, positioning of objects in space, contactless automation , energy and energy efficiency, control and measurement technology and low-field magnetometry, military affairs and security, etc.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е полупроводников трикомпонентен магнитометър, измерващ последователно трите взаимноперпендикулярни компоненти на вектора на тт/члтгтлаA semiconductor three-component magnetometer is known, which measures the three mutually perpendicular components of the vector of the m / m.

ΤΤΤΛ Q D ηΤ.Γ'Κ TTU Λ _ /То Ά • · · * · ’ · · форма, върху едната страна на която откъм късите й сфайи са формиранй пл един продълговат омичен базов контакт - първи и втори. В близост до първия базов контакт и симетрично на него е разположен р-тип емитер. По дължините на дългите страни на правоъгълната п-подложка са формирани по два продълговати с еднакви размери р-тип колектори - първият и вторият са от едната страна, а третият и четвъртаят от другата. Двата базови контакта са свързани през първи токоизточник, емитерът е включен в права посока през втори токоизточник спрямо втория базов контакт. Магнитното поле е с произволна посока спрямо полупроводниковата п-тип подложка. За измерване на първата ортогонална компонента на магнитното поле първият и четвъртият, и съответно вторият и третият р-колектори са свързани помежду си като двете точки на свързване са съединени с по един товарен резистор и през трети токоизточник двойките колектори са включени в обратна посока спрямо втория базов контакт. Изходът за първата ортогонална компонента са двете точки на свързване на колекторите. За измерване на втората ортогонална компонента на ς магнитното поле първият и вторият, и съответно третият и четвъртият рколектори са свързани помежду си като двете точки на свързване са съединени с по един товарен резистор и през третия токоизточник двойките колектори са включени в обратна посока спрямо втория базов контакт. Изходът за втората ортогонална компонента са двете точки на свързване на колекторите. За измерване на третата ортогонална компонента на вектора на магнитното поле първият и третият, и респективно вторият и четвъртият р-колектори са свързани помежду си като точките на свързване са съединени с по един товарен резистор и през третия токоизточник двойките колектори са включени в обратна посока спрямо втория базов контакт. Изходът за третата ортогонална компонента са двете точки на свързване на колекторите, [1-3].ΤΤΤΛ Q D ηΤ.Γ'Κ TTU Λ _ / То Ά • · · * · ’· · form, on one side of which a longitudinal ohmic base contact is formed on the side of its short spheres - first and second. Near the first basic contact and symmetrically on it is located a p-type emitter. Along the lengths of the long sides of the rectangular p-pad are formed two elongated p-type collectors of equal size - the first and second are on one side, and the third and fourth on the other. The two base contacts are connected through a first current source, the emitter is connected in a forward direction through a second current source relative to the second base contact. The magnetic field has an arbitrary direction with respect to the semiconductor n-type substrate. To measure the first orthogonal component of the magnetic field, the first and fourth, and respectively the second and third p-collectors are connected to each other as the two connection points are connected by one load resistor and through the third current source the collector pairs are connected in the opposite direction to the second. basic contact. The output for the first orthogonal component are the two connection points of the collectors. To measure the second orthogonal component of the ς magnetic field, the first and second, and respectively the third and fourth collectors are connected to each other as the two connection points are connected by one load resistor and through the third current source the collector pairs are connected in the opposite direction to the second base. contact. The output for the second orthogonal component are the two connection points of the collectors. To measure the third orthogonal component of the magnetic field vector, the first and third, and respectively the second and fourth p-collectors are connected to each other as the connection points are connected to one load resistor and through the third current source the collector pairs are connected in the opposite direction. the second base contact. The output for the third orthogonal component are the two connection points of the collectors, [1-3].

Недостатък на този полупроводников трикомпонентен магнитометър е твърде усложнената конструкция, изискваща три отделни токоизточника и товарни резистори.The disadvantage of this semiconductor three-component magnetometer is the very complicated construction, which requires three separate current sources and load resistors.

Недостатък е също редуцираното отношение сигнал/щум и резолюцията на отделните изходни канали при измерване на магнитната индукция в резултат на повишения собствен шум от биполярното транзисторно действие на този магнитометър.Another disadvantage is the reduced signal-to-noise ratio and the resolution of the individual output channels when measuring the magnetic induction as a result of the increased intrinsic noise from the bipolar transistor action of this magnetometer.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL ESSENCE

Задача на изобретението е да се създаде полупроводников трикомпонентен магнитометър с опростена конструкция, високи резолюция и отношение сигнал/шум.It is an object of the invention to provide a semiconductor three-component magnetometer with a simple construction, high resolution and signal-to-noise ratio.

Тази задача се решава с полупроводников трикомпонентен магнитометър, съдържащ п-тип полупроводникова подложка, върху едната страна на която е формиран дълбок правоъгълен р-ринг; на повърхността на оградената от този ринг вътрешна зона и в близост до късите й страни има два продълговати омични контакти - първи и втори; по дължината на дългите страни на ηα^ατ,τ.,οτη п/лгто nun ΛΤΤΤ6» цртипи РППЯККИ ппопълговати омични контакти — срещу четвъртия като всички омични контакти са симетричйи’ едряла’ ценрьра ’ на оградената от /2-ринга вътрешна зона. Захранващите контакти са свързанУ* през източник на постоянен ток. Магнитното поле е с произволна посока в пространството спрямо полупроводниковата к-тип подложка. За измерване на първата ортогонална компонента на магнитно поле първият и четвъртият, и съответно вторият и третият контакти, разположени по дължината на дългите страни на вътрешната зона са свързани помежду си като вторият и четвъртият контакти са изходът за първата ортогонална компонента. За измерване на втората ортогонална компонента на магнитното поле първият и третият, и съответно вторият и четвъртият контакти, разположени по дължината на дългите страни на вътрешната зона са свързани помежду си като изходът за втората ортогонална компонента са двете точки на свързване на днойките контакти. За измерване на третата ортогонална компонента на вектора на магнитното поле четирите омични контакти, разположени по дължината на дългите страни на вътрешната зона са свързани като първият и вторият захранващи контакти са съединени през високоомен тример, средната точка на който и точката на свързване на четирите контакти са изходът за третата ортогонална компонента.This problem is solved with a semiconductor three-component magnetometer containing a n-type semiconductor substrate, on one side of which a deep rectangular p-ring is formed; on the surface of the inner zone enclosed by this ring and near its short sides there are two elongated ohmic contacts - first and second; along the long sides of ηα ^ ατ, τ., οτη п / лгто nun ΛΤΤΤ6 »цртипи РППЯККИ ппополговати омични contact - against the fourth as all ohmic contacts are symmetrical‘ large ’center’ of the inner zone surrounded by / 2-ring The power contacts are connected * via a DC power source. The magnetic field has an arbitrary direction in space relative to the semiconductor k-type substrate. To measure the first orthogonal component of a magnetic field, the first and fourth and the second and third contacts, respectively, located along the long sides of the inner zone are connected to each other, the second and fourth contacts being the output for the first orthogonal component. To measure the second orthogonal component of the magnetic field, the first and third and the second and fourth contacts, respectively, located along the long sides of the inner zone are interconnected, the output for the second orthogonal component being the two contact points of the contact plugs. To measure the third orthogonal component of the magnetic field vector, the four ohmic contacts located along the long sides of the inner zone are connected as the first and second supply contacts are connected via a high-resistance trimmer, the midpoint of which and the connection point of the four contacts are the output for the third orthogonal component.

Предимство на изобретението е опростената конструкция поради отпадането на два от трите захранващи токоизточника и на товарните резистори, а също така общият брой контакти е намален с един.An advantage of the invention is the simplified construction due to the failure of two of the three power supplies and the load resistors, and also the total number of contacts is reduced by one.

Предимство е също повишеното отношение сигнал/шум и резолюцията на отделните изходни канали при измерване на магнитната индукция поради отсъствието на биполярно транзисторно действие, заменено със стабилния и еднозначен като сензорен механизъм на функциониране ефект на Хол и за трите канала.Another advantage is the increased signal-to-noise ratio and the resolution of the individual output channels when measuring the magnetic induction due to the absence of bipolar transistor action, replaced by the stable and unambiguous as a sensory mechanism of operation Hall effect for all three channels.

Предимство е още редуцираното паразитно междуканално влияние при последователното измерване на магнитните компоненти в резултат на подобрената структурна и електрическа симетрия на магнитометъра.Another advantage is the reduced parasitic interchannel influence in the sequential measurement of the magnetic components as a result of the improved structural and electrical symmetry of the magnetometer.

ww

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE ATTACHED FIGURES

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложените фигури: Фигура 1 представлява неговата принципна конструкция и Фигура 2 (а), (б) и (в) - трите последователни свързвания на четирите продълговати контакти по дължината на дългите страни на вътрешната правоъгълна п-тип зона на подложката за последователното измерване на трите ортогонални компоненти на вектора на магнитното поле.The invention is illustrated in more detail by one of its exemplary embodiments, given in the attached figures: Figure 1 represents its basic construction and Figure 2 (a), (b) and (c) - the three consecutive connections of the four elongated contacts along the long sides. of the inner rectangular n-type zone of the substrate for sequential measurement of the three orthogonal components of the magnetic field vector.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕEXAMPLES OF IMPLEMENTATION

Полупроводниковият трикомпонентен магнитометър съдържа п-тип полупооводникова подложка 1, върху едната страна на която е формиран /ЛШ.З вътрешна зона и в близост до късите й страни има два^проДълглратй όΜίτπφ* контакти - първи 3 и втори 4; по дължината на дългите страни на вътрешната’ зона има още четири еднакви продълговати омични контакти - първи 5, втори 6, трети 7 и четвърти 8, първият 5 е разположен срещу втория 6, а третият 7 е срещу четвъртия 8 като всички омични контакти 3, 4, 5, 6, 7 и 8 са симетрични спрямо центъра на оградената от /?-ринга 2 вътрешна зона. Захранващите контакти 3 и 4 са свързани през източник на постоянен ток 9. Магнитното поле 10 е с произволна посока в пространството спрямо полупроводниковата й-тип подложка 1. За измерване на първата ортогонална компонента на магнитно поле първият 5 и четвъртият 8, и съответно вторият 6 и третият 7 контакти са свързани помежду си като вторият 6 и четвъртият 8 контакти са изходът И за първата ортогонална компонента. За измерване на втората ортогонална компонента на магнитното поле първият 5 и третият 7, и съответно вторият 6 и четвъртият 8 контакти са свързани помежду си като изходът 12 за втората ортогонална компонента са двете точки на свързване на двойките контакти 5 и 7, и съответно 6 и 8. За измерване на третата ортогонална компонента на вектора на магнитното поле четирите омични контакти 5, 6, 7 и 8 са свързани като първият 3 и вторият 4 захранващи контакти са съединени през високоомен тример 13, средната точка на който и точката на свързване на четирите контакти 5,6, 7 и 8 са изходът 14 за третата ортогонална компонента.The semiconductor three-component magnetometer comprises a n-type semiconductor substrate 1, on one side of which is formed a LV. In the inner zone and near its short sides there are two longitudinal contacts - first 3 and second 4; along the long sides of the inner zone there are four more identical elongated ohmic contacts - first 5, second 6, third 7 and fourth 8, the first 5 is located opposite the second 6, and the third 7 is against the fourth 8 as all ohmic contacts 3, 4, 5, 6, 7 and 8 are symmetrical in relation to the center of the inner zone enclosed by the /? Ring 2. The supply contacts 3 and 4 are connected via a DC source 9. The magnetic field 10 has an arbitrary direction in space relative to its semiconductor-type substrate 1. To measure the first orthogonal component of the magnetic field, the first 5 and the fourth 8, and the second 6, respectively. and the third 7 contacts are interconnected as the second 6 and fourth 8 contacts are the output I for the first orthogonal component. To measure the second orthogonal component of the magnetic field, the first 5 and third 7, and respectively the second 6 and fourth 8 contacts are connected to each other and the output 12 for the second orthogonal component are the two connection points of the contact pairs 5 and 7, and 6 and 8. To measure the third orthogonal component of the magnetic field vector, the four ohmic contacts 5, 6, 7 and 8 are connected with the first 3 and the second 4 supply contacts connected via a high-resistance trimmer 13, the midpoint of which and the connection point of the four contacts 5, 6, 7 and 8 are the output 14 for the third orthogonal component.

Действието на полупроводниковия трикомпонентен магнитометър, съгласно изобретението, Фигура 1, е следното. При включване на двата контакта 3 и 4 към източника 9, между тях протича постоянен захранващ ток /34 = const, ефективната траектория на който е криволинейна. Тя стартира и завършва върху нискоомните планарни контакти 3 и 4 като в областите под тях траекторията първоначално е перпендикулярна на горната повърхност на пподложката 1. Нискоомните захранващи контакти 3 и 4 представляват еквипотенциални равнини, към които в отсъствие на външно магнитно поле В 10 токвите линии /314 са винаги перпендикулярни. Ефективната траектория на тока /314 в останалата част от обема на «-подложката 1 е успоредна на горната й страна. Важна особеност е, че посоките на тока /3;4 под контакти 3 и 4 са противоположни, 73 = |- /4| = /3>4. Дълбокият р-ринг 2, ограждащ достатъчно близко омичните контакти 3, 4, 5, 6, 7 и 8 драстично редуцира разтичането на тока Z3>4 по повърхността на подложката 1. Предвид избраната структурна симетрия на всички омични контакти 3,4, 5, 6, 7 и 8 по отншение на центъра на вътрешната правоъгълна п-тип зона (точката на пресичане на диагоналите на тази област), траекторията на захранващия ток /3,4 е също симетрична спрямо този център в равнината х-у, Фигура 1.The operation of the semiconductor three-component magnetometer according to the invention, Figure 1, is as follows. When the two contacts 3 and 4 are connected to the source 9, a constant supply current / 34 = const flows between them, the effective trajectory of which is curvilinear. It starts and ends on the low-impedance planar contacts 3 and 4 and in the areas below them the trajectory is initially perpendicular to the upper surface of the substrate 1. The low-impedance supply contacts 3 and 4 are equipotential planes to which in the absence of external magnetic field B 10 current lines / 314 are always perpendicular. The effective current trajectory / 31 4 in the rest of the volume of the "-substrate 1" is parallel to its upper side. An important feature is that the directions of current / 3; 4 under contacts 3 and 4 are opposite, 7 3 = | - / 4 | = / 3> 4 . The deep p-ring 2, surrounding the ohmic contacts 3, 4, 5, 6, 7 and 8 close enough, drastically reduces the current flow Z 3> 4 on the surface of the substrate 1. Given the chosen structural symmetry of all ohmic contacts 3,4, 5 , 6, 7 and 8 with respect to the center of the inner rectangular n-type zone (the point of intersection of the diagonals of this region), the trajectory of the supply current / 3 , 4 is also symmetrical with respect to this center in the x-y plane, Figure 1 .

Външното магнитно поле В 10, което е с произволна ориентация в пространството спрямо подложката 1, чрез трите си взаимноперпендикулярни компоненти Вх, Ву и В2 води до възникване на три латерално отклоняващи движещите се електрони /3;4 сили на Лоренц, Fl = gVdr х където q е елементарният товар на електрона, a Vdr е векторът на средната дрейфова скорост на носителите по оста у [3]. В резултат на тази Лоренцова дефлекция в равнината, в повърхностните зони, там където са разположени контакти 5,6,7 и q ™ ТТЛТТТ.ГГПГТТАТШ14 рпектпически товаои от ефекта на Хол, Фигура 1.The external magnetic field B 10, which has an arbitrary orientation in space relative to the substrate 1, through its three mutually perpendicular components B x , B y and B 2 leads to the emergence of three laterally deflecting moving electrons / 3; 4 Lorentz forces, Fl = gVdr x where q is the elementary load of the electron, and V dr is the vector of the average drift velocity of the carriers along the y-axis [3]. As a result of this Lorentz deflection in the plane, in the surface zones, where contacts 5,6,7 and q ™ ТТЛТТТ.ГГПГТТАТШ14 are located, this is practically the result of the Hall effect, Figure 1.

трите взаимно ортогонални компоненти на вектора на магнийютд дод& 8 10 4; В, и Вг както следва: V^BJ и |- V7,1'57('В,) и |- V6.8(By)|, и Последователното във времето свързване по определен начин на Ходовите контакти 5, 6, 7 и 8 цели селективно извличане на метрологична информация за трите отделни ортогонални компоненти Вх, Ву и Bz на магнитния вектор В 10.the three mutually orthogonal components of the magnesium vector add & 8 10 4; B, and B d as follows: V ^ BJ and | - V 7 , 1 '57 (' B,) and | - V 6 . 8 (B y ) |, and The sequential connection of the Travel contacts 5, 6, 7 and 8 in a certain way aims at selective extraction of metrological information for the three separate orthogonal components B x , B y and B z of the magnetic vector B 10.

В поле Вх силата на Лоренц FL = gvdr>y х Вх въздейства върху вертикалните компоненти на дрейфовата скорост vdr>y на електроните, Фигура 1. При съединяване на четирите еднакви контакти 5, 6, 7 и 8 накръстно, Фигура 2(a), се осъществява връзка на контакти, чиито потенцали, генерирани в магнитно поле Вх от ефекта на Хол са с един и същ знак и са равни по стойност, VsX^x) = I ^6,7(^χ)|· В този случай диференциалният изход V6>8(BX) 11 между контакти 6 и 8 дава метрологична информация за ортогоналната магнитна компонента Вх.In field B x the Lorentz force F L = gv dr> y x B x affects the vertical components of the electron drift velocity v dr> y , Figure 1. When joining the four identical contacts 5, 6, 7 and 8 crosswise, Figure 2 (a), a connection is made of contacts whose potentials generated in the magnetic field B x by the Hall effect have the same sign and are equal in value, VsX ^ x) = I ^ 6,7 (^ χ) In this case the differential output V 6> 8 (B X ) 11 between contacts 6 and 8 gives metrological information about the orthogonal magnetic component B x .

В поле В у силата на Лоренц FL = 6/vdr,x х Вх въздейства върху вертикалните компоненти на дрейфовата скорост vdr>x на електроните, Фигура 1 .Паралелното свързване на контакти 5 и 7, и съответно 6 и 8 осъществява връзка на контакти, чиито потенцали, генерирани в магнитно поле Ву от ефекта на Хол са с един и същ знак и са равни по стойност, /5,7(^) = V^By)], Фигура 2(6).In the field B y the Lorentz force F L = 6 / v d r, x x B x affects the vertical components of the drift velocity v dr> x of the electrons, Figure 1. The parallel connection of contacts 5 and 7, and 6 and 8, respectively connects contacts whose potentials generated in the magnetic field B y of the Hall effect have the same sign and are equal in value, / 5,7 (^) = V ^ By)], Figure 2 (6).

Диференциалният изход V5>8(By) 12 между контакти 5 и 8 дава метрологична информация за ортогоналната магнитна компонента Ву.The differential output V 5> 8 (By) 12 between contacts 5 and 8 gives metrological information about the orthogonal magnetic component B y .

Магнитно поле Вг въздейства върху латералната дрейфова скорост vdrA и вертикалната компонента на скоростта vdr>y, Фигура 1. Така съответната сила на Лоренц FL премества траекторията /3)4 в средната област на подложкага 1 в равнината х-у или към горната й повърхност или към обема й (в зависимост от посоките на тока /3;4 и магнитното поле Bz), т.е. силата на Лоренц FL “свива” или “удължава” ефективната токова траектория /3)4 в равнината х-у. Свързването на всички Холови контакти 5, 6, 7 и 8 осъществява сумиране на равни по стойност потенциали, генерирани от ортогоналната магнитна компонента Bz, Фигура 2(в). Така върху всички контакти 5, 6, 7 и 8, в зависимост от посоката на полето Bz се генерира едновременно линеен и полярен (нечетен) Холов потенциал ± %,6,7,8(^z) и квадратичен и четен от магнитното поле Bz магниторезистивен сигнал MR ~ В г. Пълното компенсиране на паразитното, в нашия случай, квадратично магнитосъпротивление (квадратичното напрежение върху тези Холови контакти 5, 6, 7 и 8 от магнитната индукция В7 10) се осъществява с включения към захранващи контакти 3 и 4 и токоизточника 9 високоомен тример г 13. Тъй като захранването на магнитометъра е в режим на постоянен ток Тз>4 = const, квадратичното магниторезистивно напрежение Узд^х) ~ В Ί върху захранващите контакти 3 и 4 се разпределя в средната точка на делителя (тримера г 13) съобразно стойностите на съпротивленията на двете части на тримера г 13. Така потенциалът върху средната точка на тримера г 13 съвпада с генерирания в поле Βζ квадратичен потенциал ^5,6,7,8 върху непосредствено свързаните контакти 5, 6, 7 и 8, върху които също възниква квадратично напрежение от ефекта на магнитосъпротивление, Фигура 2(в). Пълната компенсация на това паразитно квадратично напрежение се постига с нулиране на изхода 14 в отсъствие на магнитно поле Bz = 0. Тогава на изход 14 остава линейното и полярно напрежение на Хол V5,6,7,8(BZ) ~ Bz, носител на инбоомапията за тпетата оотогонална магнитна компонента В7.Magnetic field B d acts on the lateral drift velocity v drA and the vertical component of the velocity v dr> y , Figure 1. Thus the corresponding Lorentz force F L moves the trajectory / 3) 4 in the middle region of the substrate 1 in the plane x-y or to its upper surface or to its volume (depending on the directions of current / 3; 4 and the magnetic field B z ), i.e. the Lorentz force F L “shrinks” or “lengthens” the effective current trajectory / 3) 4 in the x-y plane. The connection of all Hall contacts 5, 6, 7 and 8 performs summation of equal potentials generated by the orthogonal magnetic component B z , Figure 2 (c). Thus, on all contacts 5, 6, 7 and 8, depending on the direction of the field B z , both linear and polar (odd) Hall potential ±%, 6,7,8 (^ z) and square and even from the magnetic field are generated. B z magnetoresistive signal MR ~ B d . The full compensation of the parasitic, in our case, quadratic magnetic resistance (the quadratic voltage on these Hall contacts 5, 6, 7 and 8 of the magnetic induction B 7 10) is carried out by connecting to power contacts 3 and 4 and the current source 9 high-resistance trimmer d 13. Since the supply of the magnetometer is in DC mode T3 > 4 = const, the square magnetoresistive voltage Uzd ^ x) ~ B Ί on the supply contacts 3 and 4 is distributed at the midpoint of the divider (trimmer d 13) according to the values of the resistances the two parts of the trimmer r 13. Thus the potential on the midpoint of the trimmer r 13 coincides with the generated in the field Β ζ square potential ^ 5,6,7,8 on the directly connected contacts 5, 6, 7 and 8, on which also occurs quadratically voltage from the effect of magnetoresistance, Figure 2 (c). The full compensation of this parasitic quadratic voltage is achieved by resetting the output 14 in the absence of a magnetic field B z = 0. Then the output 14 remains the linear and polar Hall voltage V5,6,7,8 (B Z ) ~ Bz, carrier of inboomapia for the third ootogonal magnetic component B 7 .

Важна особеност е че, всяка една от трите после^©вада1ни,ко11([шгур^ции· на свързване на контактите 5, 6, 7 и 8, Фигура 2, съответстваща за конкретна ортогонална магнитна компонента осъществява потискане на изхода напреженията от другите две компоненти на вектора В 10. Тези сигнали се явяват синфазни добавки в съответния диференциален изход и там се компенсират. Структурната симетрия на новия З-D магнитометър минимизира съществено паразитното междуканално влияние - един от основните проблеми на векторната магнитометрия. Абсолютната стойност на вектора на магнитното поле В 10 се дава с израза: |В| = (Вх 2 + Ву2 + BZ2)1/2 [3],An important feature is that each of the three subsequent couplings of the connection of contacts 5, 6, 7 and 8, Figure 2, corresponding to a specific orthogonal magnetic component, suppresses the output voltages from the other two. components of the vector B 10. These signals are in-phase additions in the corresponding differential output and are compensated there.Structural symmetry of the new 3-D magnetometer significantly minimizes the parasitic interchannel influence - one of the main problems of vector magnetometry.The absolute value of the magnetic field vector B 10 is given by the expression: | B | = (B x 2 + Vu 2 + BZ 2 ) 1/2 [3],

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава във възможността само с шест омични контакти, един и същ захранващ ток /3 4 (един токоизточник 9) и три различни способа на включване на четирите контакти 5, 6, 7 и 8, осъществени последователно, Фигура 2 (а), (б) и (в), да се извлече информация за пълния магнитен вектор В 10. Понеже сензорният механизъм за конвертране на магнитното поле В 10 в електрически сигнал е стабилният и еднозначен като действие ефект на Хол, отношението С сигнал/шум и резолюцията на новия З-D магнитометър са високи. Дълбокият рринг 2 минимизира повърхностното разтичане на тока /3>4 и подобрява ортогоналността на токове 73 и /4 през двата захранващи контакта 3 и 4 спрямо горната равнина на подложката 1 в отсъствие на магнитно поле В 10. Така токовите линии /3;4 проникват дълбоко в обема на «-полупроводниковата подложка 1 и върху тях по-ефективно действат латералните отклоняващи сили на Лоренц. Следователно въздействието на компоненти Вх и В7 на магнитното поле В 10 чрез силите на Лоренц FL върху токове /3 и Ц е значително повишено, и чувствителността на тези канали също.The unexpected positive effect of the new technical solution lies in the possibility of only six ohmic contacts, the same supply current / 3 4 (one current source 9) and three different ways of connecting the four contacts 5, 6, 7 and 8, implemented in series, Figure 2 (a), (b) and (c), to extract information about the total magnetic vector B 10. Since the sensor mechanism for converting the magnetic field B 10 into an electric signal is the stable and unambiguous Hall effect, the ratio C signal / noise and the resolution of the new Z-D magnetometer are high. The deep ring 2 minimizes the surface current flow / 3> 4 and improves the orthogonality of currents 7 3 and / 4 through the two supply contacts 3 and 4 to the upper plane of the substrate 1 in the absence of magnetic field B 10. Thus the current lines / 3; 4 penetrate deep into the volume of the β-semiconductor substrate 1 and are more effectively acted upon by the lateral Lorentz deflection forces. Therefore, the effect of components B x and B 7 on the magnetic field B 10 by Lorentz forces F L on currents / 3 and C is significantly increased, and the sensitivity of these channels as well.

З-D магнитометърът може да се реализира с стандартна CMOS технология или микромашининг и може да се интегрира заедно с обработващата сигналите от него периферна електроника. Последователното реализиране на трите конфигурации на свързване на контакти 5, 6, 7 и 8, Фигура 2 (а), (б) и (в), се осъществява чрез мултиплексор.The 3-D magnetometer can be implemented with standard CMOS technology or micromachining and can be integrated together with the signal processing peripheral electronics. The sequential implementation of the three connection configurations of contacts 5, 6, 7 and 8, Figure 2 (a), (b) and (c) is performed by a multiplexer.

сs

ПРИЛОЖЕНИЕ, две фигуриAPPENDIX, two figures

Claims (1)

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИPATENT CLAIMS Полупроводников трикомпонентен магнитометър, съдържащ л-тип полупроводникова подложка, на повърхността й има два продълговати омични контакти - първи и втори, които са захранващи и са свързани през източник на постоянен ток като магнитното поле е с произволна посока в пространството спрямо подложката, ХАРАКТЕРИЗИРАЩ СЕ с това, че върху едната страна на п-тип подложката (1), е формиран дълбок правоъгълен р-тип ринг (2), във вътрешната й зона в близост до късите страни са разположени двата захранващи контакта (3) и (4), по дължината на дългите страни на тази вътрешна зона има още четири еднакви продълговати омични контакти - първи (5), втори (6), трети (7) и четвърти (8), първият (5) е разположен срещу втория (6), а третият (7) е ς срещу четвъртия (8) като всички омични контакти (3), (4), (5), (6), (7) и (8) са симетрични спрямо центъра на оградената от р-ринга (2) вътрешна зона; за измерване на първата ортогонална компонента на магнитно поле първият (5) и четвъртият (8), и съответно вторият (6) и третият (7) контакти са свързани помежду си като вторият (6) и четвъртият (8) контакти са изходът (11) за първата ортогонална компонента; за измерване на втората ортогонална компонента на магнитно поле първият (5) и третият (7), и съответно вторият (6) и четвъртият (8) контакти са свързани помежду си като изходът (12) за втората ортогонална компонента са двете точки на свързване на двойките контакти (5) и (7), и съответно (6) и (8); за измерване на третата ортогонална компонента на вектора на магнитното поле четирите омични контакти (5), (6), (7) и (8) са свързани като първият (3) и вторият (4) захранващи контакти са съединени през високоомен тример (13), средната точка на който и точката на свързване на четирите контакти (5), (6), (7) и (8) са изходът (14) за третата ортогонална компонента.Semiconductor three-component magnetometer containing l-type semiconductor substrate, on its surface there are two elongated ohmic contacts - first and second, which are supply and are connected through a source of direct current as the magnetic field has an arbitrary direction in space relative to the substrate, CHARACTERIZED by the fact that on one side of the n-type pad (1) is formed a deep rectangular p-type ring (2), in its inner zone near the short sides are located the two power contacts (3) and (4), on the length of the long sides of this inner zone has four more identical elongated ohmic contacts - first (5), second (6), third (7) and fourth (8), the first (5) is located opposite the second (6) and the third (7) is ς against the fourth (8) as all ohmic contacts (3), (4), (5), (6), (7) and (8) are symmetrical with respect to the center of the ring-enclosed (2) inner area; for measuring the first orthogonal component of the magnetic field, the first (5) and fourth (8), and respectively the second (6) and third (7) contacts are interconnected as the second (6) and fourth (8) contacts are the output (11). ) for the first orthogonal component; for measuring the second orthogonal component of the magnetic field, the first (5) and third (7), and respectively the second (6) and fourth (8) contacts are connected to each other and the output (12) for the second orthogonal component are the two connection points of the contact pairs (5) and (7), and (6) and (8), respectively; for measuring the third orthogonal component of the magnetic field vector, the four ohmic contacts (5), (6), (7) and (8) are connected as the first (3) and second (4) supply contacts are connected via a high-resistance trimmer (13). ), the midpoint of which and the point of connection of the four contacts (5), (6), (7) and (8) are the output (14) for the third orthogonal component.
BG111329A 2012-10-29 2012-10-29 Semiconductor three-component magnetometer BG66640B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG111329A BG66640B1 (en) 2012-10-29 2012-10-29 Semiconductor three-component magnetometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG111329A BG66640B1 (en) 2012-10-29 2012-10-29 Semiconductor three-component magnetometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG111329A true BG111329A (en) 2014-04-30
BG66640B1 BG66640B1 (en) 2018-02-15

Family

ID=51454402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG111329A BG66640B1 (en) 2012-10-29 2012-10-29 Semiconductor three-component magnetometer

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG66640B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG66640B1 (en) 2018-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2624001B1 (en) Hall sensor and sensor arrangement
CN106164691B (en) Low offset and high sensitivity vertical hall effect sensor
BG111329A (en) Semiconducting three component magnetometer
BG66954B1 (en) A 2d semiconductor magnetometer
BG66714B1 (en) Three-component magnetic field microsensor
BG111840A (en) Integral 3d microsensor for magnetic field
BG112804A (en) 2d hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG66624B1 (en) Two-dimensional magnetometer
BG67038B1 (en) A plane magneto-sensitive microsystem of hall effect sensor
BG67134B1 (en) Hall effect microsensor
BG67380B1 (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG67039B1 (en) Two-axis magnetic field microsensor
BG67250B1 (en) Hall effect semiconductor device
BG112090A (en) A micro -hall sensor
BG66433B1 (en) Two-dimensional vector magnetometer
BG66704B1 (en) Two-dimensional semiconductor magnetometer
BG113014A (en) Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG66790B1 (en) X-, Y-, and Z-COMPONENT MAGNETOMETER
BG67210B1 (en) Integrated two-axis magnetic field sensor
BG67249B1 (en) Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG66884B1 (en) Combined microsensor
BG67010B1 (en) Integral magnetometer
BG66404B1 (en) Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity
BG66660B1 (en) Integral hall sensor with parallel axis of magneto sensitivity
BG112445A (en) Magnetoresistive sensor