BG112827A

BG112827A - Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity

Info

Publication number: BG112827A
Application number: BG112827A
Authority: BG
Inventors: Сия ЛОЗАНОВА; Вълчева Лозанова Сия
Original assignee: Институт По Роботика - Бан
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2020-05-29
Also published as: BG67249B1

Abstract

The integrated Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity comprises two current sources (1 and 2), and a rectangular semiconductor wafer (3) with an n-type hopping conduction. On one side of the wafer (3) consecutively and at distances from each other, from left to right, are formed five rectangular ohmic contacts - first (4), second (5), third (6), fourth (7) and fifth (8), located parallel to their long sides. The third contact (6) is central, as the first contact (4) and the fifth contact (8), respectively the second contact(5) and the fourth contact (7) are symmetrical to it. In the plane of the wafer (3), outside the first (4) and the fifth (8) contact, there is another external ohmic contact with a rectangular shape, respectively sixth (9) and seventh (10), also parallel with their long sides to the other five contact (4, 5, 6, 7 and 8), and symmetrically located relative to the central (6) one. The current sources (1 and 2) are in the mode of current generators, as one of their terminals with the same polarity is connected to the first (4) and the fifth (8) contact, and the other two terminals are connected to the central contact (6). The second (5) and the fourth (7) contacts are directly connected. The differential output (11) of the Hall microsensor are the sixth (9) and seventh (10) contact, as the measured magnetic field (12) is parallel both to the plane of the wafer (3) and to the long sides of the contacts (4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10).

Description

ИНТЕГРАЛЕН МИКРОСЕНЗОР НА ХОЛ С РАВНИННА ЧУВСТВИТЕЛНОСТINTEGRATED LIVING ROOM SENSITIVITY MICROSENSOR

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАFIELD OF THE INVENTION

Изобретението се отнася до интегрален микросензор на Хол с равнинна чувствителност, приложимо в областта на роботиката, роботизираните и мехатронните системи с изкуствен интелкт; сензориката; квантовата комуникация и управлението на риска; 3D роботизираната медицина и минимално инвазивната хирургия; безпилотните летателни апарати; автоматиката; слабополевата магнитометрия и контролноизмервателната технология; електромобилите и хибридните превозни средства; безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания в равнината и пространството; позиционирането на движещи се обекти; навигацията; енергетиката; контратероризма; военното дело и сигурността включително подводно, наземно и въздушно наблюдение и превенция.The invention relates to an integrated Hall microsensor with plane sensitivity, applicable in the field of robotics, robotic and mechatronic systems with artificial intelligence; sensors; quantum communication and risk management; 3D robotic medicine and minimally invasive surgery; unmanned aerial vehicles; automation; low-field magnetometry and control and measurement technology; electric cars and hybrid vehicles; non-contact measurement of angular and linear displacements in the plane and space; the positioning of moving objects; navigation; energy; counterterrorism; military and security, including underwater, ground and air surveillance and prevention.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е интегрален микросензор на Хол е равнинна чувствителност, съдържащ токоизточник и правоъгълна полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост. Върху едната страна на подложката последователно и на разстояния един от друг са формирани от ляво на дясно пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, разположени успоредно на дългите си страни. Третият контакт е централен като първият и петият, и съответно вторият и четвъртият са симетрични спрямо него. Първият и петият контакт през токоизточника са свързани с централния. Диференциалният изход на микросензора на Хол са вторият и четвъртият контакт като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на контактите, [1 - 6].An integrated Hall microsensor is known to be a plane sensitivity containing a current source and a rectangular semiconductor substrate with p-type impurity conductivity. On one side of the pad, five rectangular ohmic contacts are formed sequentially and at distances from each other from left to right - first, second, third, fourth and fifth, located parallel to their long sides. The third contact is central as the first and fifth, and the second and fourth are symmetrical to it, respectively. The first and fifth contacts through the power source are connected to the central one. The differential output of the Hall microsensor is the second and fourth contacts, as the measured magnetic field is parallel to both the plane of the substrate and the long sides of the contacts, [1 - 6].

Недостатък на този интегрален микросензор на Хол с равнинна чувствителност е ниската магниточувствителност (преобразувателна ефективност), тъй като в такива полупроводникови микросензори на Хол с планарна топология на захранващите контакти чувствителността се генерира основно от две (хоризонтални) от всичките четири компоненти, формирани от захранващия ток, което е ограничаващ фактор на сензорната преобразувателна ефективност.The disadvantage of this integrated Hall microsensor with plane sensitivity is the low magnetic sensitivity (conversion efficiency), because in such semiconductor Hall microsensors with planar topology of power contacts the sensitivity is generated mainly by two (horizontal) of all four components formed by the power supply. , which is a limiting factor of sensor conversion efficiency.

Недостатък е също понижената метрологична точност при определяне на минимално регистрируемата магнитна индукция (резолюцията), поради редуцираното отношение сигнал/шум в резултат на: високо ниво на собствения вътрешен шум (фликер шума), създаден от протичащия по повърхността захранващ ток през зоните, където са разположени изходните (втория и четвъртия) контакти; ниска магниточувствителност и непредсказуемо хаотично изменение на дрейфа на офсета на изхода в отсъствие на магнитно поле е течение на времето от процесите на стареене и миграция на легиращите примеси по повърхността на подложката с контактите.Another disadvantage is the reduced metrological accuracy in determining the minimum detectable magnetic induction (resolution), due to the reduced signal-to-noise ratio as a result of: high level of intrinsic internal noise (flicker noise) created by the surface current flowing through the areas where located the output (second and fourth) contacts; low magnetosensitivity and unpredictable chaotic change of the drift of the offset of the outlet in the absence of a magnetic field is over time from the processes of aging and migration of alloying impurities on the surface of the substrate with the contacts.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL ESSENCE

Задача на изобретението е да се създаде интегрален микросензор на Хол с равнинна чувствителност, притежаващ висока преобразувателна ефективност (магниточувствителност) и висока точност при определяне на минималната магнитна индукция (резолюцията).The object of the invention is to provide an integrated Hall microsensor with plane sensitivity, having high conversion efficiency (magnetosensitivity) and high accuracy in determining the minimum magnetic induction (resolution).

Тази задача се решава с интегрален микросензор на Хол е равнинна чувствителност, съдържащ два токоизточника и правоъгълна полупроводникова подложка с и-тип примесна проводимост. Върху едната страна на подложката последователно и на разстояния един от друг са формирани от ляво на дясно пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, разположени успоредно на дългите си страни. Третият контакт е централен като първият и петият, и съответно вторият и четвъртият са симетрични спрямо него. В равнината на подложката, извън първия и петия контакт има още по един външен омичен контакт с правоъгълна форма, съответно шести и седми, също успоредни с дългите си страни на останалите пет и симетрично разположени спрямо централния. Двата токоизточника са в режим генератори на ток като изводите им с една и съща полярност са свързани съответно с първия и с петия контакт, а другите два извода са съединени с централния контакт. Вторият и четвъртият контакт са непосредствено свързани помежду си. Диференциалният изход на микросензора на Хол са шестият и седмият контакт като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на контактите.This problem is solved with an integrated Hall microsensor is a plane sensitivity, containing two current sources and a rectangular semiconductor substrate with i-type impurity conductivity. On one side of the pad, five rectangular ohmic contacts are formed sequentially and at distances from each other from left to right - first, second, third, fourth and fifth, located parallel to their long sides. The third contact is central as the first and fifth, and the second and fourth are symmetrical to it, respectively. In the plane of the pad, outside the first and fifth contacts, there is another external ohmic contact with a rectangular shape, respectively sixth and seventh, also parallel to their long sides of the other five and symmetrically located relative to the central one. The two current sources are in the mode of current generators and their terminals with the same polarity are connected to the first and fifth contacts, respectively, and the other two terminals are connected to the central contact. The second and fourth contacts are directly connected. The differential output of the Hall microsensor is the sixth and seventh contacts, as the measured magnetic field is parallel to both the plane of the substrate and the long sides of the contacts.

Предимство на изобретението е високата магниточувствителност в резултат на използване на всички генерирани напрежения на Хол от компонентите на захранващите токове като чрез свързването на втория и четвъртия контакт тези напрежения са сумирани.An advantage of the invention is the high magnetic sensitivity as a result of using all generated Hall voltages from the components of the supply currents and by connecting the second and fourth contacts these voltages are summed.

Предимство е също увеличената точност при определяне на минималната магнитна индукция (резолюция), в резултат на едновременно високите нива на магниточувствителността (изходния сигнал) и отношението сигнал/шум, включително редуцирания собствен шум върху двата изходни контакта, през зоните на които не преминава захранващ ток.Another advantage is the increased accuracy in determining the minimum magnetic induction (resolution), as a result of both high levels of magnetic sensitivity (output signal) and signal-to-noise ratio, including reduced intrinsic noise on the two output contacts, through areas where no supply current passes. .

Предимство е още минимизираният паразитен офсет на изхода в отсъствие на външно магнитно поле чрез непосредствената връзка на втория и четвъртия контакт, окъсяваща офсет-потенциалите в подложката от двете страни на централния контакт.Another advantage is the minimized parasitic offset of the output in the absence of an external magnetic field through the direct connection of the second and fourth contact, shortening the offset potentials in the substrate on both sides of the central contact.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE ATTACHED FIGURES

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената Фигура 1, представляваща напречното му сечение.The invention is illustrated in more detail by an exemplary embodiment thereof, given in the attached Figure 1, representing its cross section.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕEXAMPLES OF IMPLEMENTATION

Интегралният микросензор на Хол с равнинна чувствителност съдържа два токоизточника 1 и 2, и правоъгълна полупроводникова подложка 3 с н-тип примесна проводимост. Върху едната страна на подложката 3 последователно и на разстояния един от друг са формирани от ляво на дясно пет правоъгълни омични контакти - първи 4, втори 5, трети 6, четвърти 7 и пети 8, разположени успоредно на дългите си страни. Третият контакт 6 е централен като първият 4 и петият 8, и съответно вторият 5 и четвъртият 7 са симетрични спрямо него. В равнината на подложката 3, извън първия 4 и петия 8 контакт има още по един външен омичен контакт с правоъгълна форма, съответно шести 9 и седми 10, също успоредни с дългите си страни на останалите пет 4, 5, 6, 7 и 8, и симетрично разположени спрямо централния 6. Двата токоизточника 1 и 2 са в режим генератори на ток като по един от изводите им с една и съща полярност са свързани с първия 4 и с петия 8 контакт, а другите два извода са съединени с централния контакт 6. Вторият 5 и четвъртият 7 контакт са непосредствено свързани. Диференциалният изход 11 на микросензора на Хол са шестият 9 и седмият 10 контакт като измерваното магнитно поле 12 е успоредно както на равнината на подложката 3, така и на дългите страни на контактите 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10.The integrated Hall microsensor with plane sensitivity contains two current sources 1 and 2, and a rectangular semiconductor pad 3 with n-type impurity conductivity. On one side of the pad 3 in series and at a distance from each other are formed from left to right five rectangular ohmic contacts - first 4, second 5, third 6, fourth 7 and fifth 8, located parallel to their long sides. The third contact 6 is central as the first 4 and the fifth 8, and respectively the second 5 and the fourth 7 are symmetrical with respect to it. In the plane of the pad 3, outside the first 4 and fifth 8 contacts, there is another external ohmic contact with a rectangular shape, respectively sixth 9 and seventh 10, also parallel to their long sides of the other five 4, 5, 6, 7 and 8, and symmetrically located relative to the central 6. The two current sources 1 and 2 are in the mode of current generators as one of their terminals with the same polarity are connected to the first 4 and the fifth 8 contact, and the other two terminals are connected to the central contact 6 The second 5 and fourth 7 contacts are directly connected. The differential output 11 of the Hall microsensor is the sixth 9 and the seventh 10 contact as the measured magnetic field 12 is parallel both to the plane of the pad 3 and to the long sides of the contacts 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10.

Действието на интегралния микросензор на Хол с равнинна чувствителност, съгласно изобретението, е следното. При включване на контакти 4 и 8 към токоизточниците 1 и 2, функциониращи в режим генератори на ток (постоянен ток), в обема на подложката 3 протича захранващ ток Ц = Дд + -^6,8, Фигура 1. Траекториите на тези токови компоненти са криволинейни, [6]. Дълбочината на проникване на токовите линии при фиксирана концентрация на легиращите донорни примеси N_D в подложката 3 зависи от съотношението М между ширината f на захранващите контакти 4, 6 и 8, и ефективното разстояние /2 между тях, М = Z1/Z2- При оптимизирано отношение М, максималната стойност на дълбочината на проникване при типична в микроелектрониката концентрация в подложка 3 на донорните примеси N_D ~ 10 cm съставлява около 30 - 40 pm, [5, 6]. Планарните омични контакти 4, 6 и 8 представляват еквипотенциални равнини, към които в отсъствие на външно магнитно поле В 12, В = 0, токовете през тях Ц, 1₆ и Ig са винаги перпендикулярни спрямо горните страни на подложката 3, прониквайки дълбоко в обема й на около 30 - 40 pm. Токовите линии /4,6 и Ig# в останалите части на подложка 3 са успоредни на горната повърхност. Ето защо траектории Ц# и Ig# на токоносителите са криволинейни. Ако в резултат на технологични несъвършенства, механични напрежения при корпусирането на чиповете, температурни градиенти и т.н. [5, 6], на изхода 11 на микросензора в отсъствие ва магнитно поле В 12 съществува офсет Еп(5 = 0) # 0 (паразитно изходно напрежение, не носещо метрологична информация). Фактически това паразитно изходно напрежение Уц(В = 0) означава, че в симетричните части спрямо централния контакт 6 на подложката 3 съществува електрическа асиметрия. В предложеното решение, Фигура 1, преодоляването на този сериозен сензорен недостатък се постига с директното свързване на контакти 5-7. При такова окъсяване протичат компенсиращи (изравняващи) токове между двете части на подложката 3, изравняващи електрическите условия (потенциали) в тях. Ето защо в зоните на двата изходни контакти 9 и 10 в отсъствие на магнитно поле В 12, В = 0, офсетът е драстично редуциран или компенсиран (нулиран), Vn(B = 0) = Vg.ioC^ = 0) ~ 0. Този подход в сравнение със сложната динамична компенсация на офсета или т.н. токов спининг [5, 6], е опростен и е иманентен на самото техническо решение като крайните резултати и в двата случая са близки.The operation of the integral Hall microsensor with plane sensitivity according to the invention is as follows. When contacts 4 and 8 are connected to the current sources 1 and 2, operating in the mode of current generators (direct current), a supply current C = Dd + - ^ 6,8 flows in the volume of the substrate 3, Figure 1. The trajectories of these current components are curvilinear, [6]. The depth of penetration of the current lines at a fixed concentration of doping donor impurities N _D in the substrate 3 depends on the ratio M between the width f of the supply contacts 4, 6 and 8, and the effective distance / 2 between them, M = Z1 / Z2- When optimized ratio M, the maximum value of the penetration depth at a typical concentration in microelectronics in substrate 3 of the donor impurities N _D ~ 10 cm is about 30 - 40 pm, [5, 6]. The planar ohmic contacts 4, 6 and 8 are equipotential planes to which, in the absence of an external magnetic field B 12, B = 0, the currents through them C, 1 ₆ and Ig are always perpendicular to the upper sides of the substrate 3, penetrating deep into the volume. at about 30 - 40 pm. The current lines / 4,6 and Ig # in the other parts of pad 3 are parallel to the upper surface. Therefore, the trajectories C # and Ig # of the current carriers are curvilinear. If as a result of technological imperfections, mechanical stresses in the housing of the chips, temperature gradients, etc. [5, 6], at the output 11 of the microsensor in the absence of a magnetic field B 12 there is an offset Ep (5 = 0) # 0 (parasitic output voltage, not carrying metrological information). In fact, this parasitic output voltage Uc (B = 0) means that in the symmetrical parts with respect to the central contact 6 of the substrate 3 there is an electrical asymmetry. In the proposed solution, Figure 1, overcoming this serious sensory defect is achieved by directly connecting contacts 5-7. In such a shortening, compensating (equalizing) currents flow between the two parts of the substrate 3, equalizing the electrical conditions (potentials) in them. Therefore, in the zones of the two output contacts 9 and 10 in the absence of a magnetic field B 12, B = 0, the offset is drastically reduced or compensated (reset), Vn (B = 0) = Vg.ioC ^ = 0) ~ 0. This approach compared to the complex dynamic offset compensation or so on. current spinning [5, 6], is simplified and is immanent to the technical solution itself as the final results in both cases are close.

Прилагане на измерваното магнитно поле В 12 успоредно на подложка 3 и на дългите страни на контакти 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 води до странично (латерално) отклонение на нелинейните токови линии на захранващите компоненти по цялата им дължина. Това е в резултат на действието на силите на Лоренц F^i, - qV^ х В, където q е елементарният товар на електрона, a Кг е векторът на средната дрейфова скорост на носителите в обема на подложката 3. (На Фигура 1 магнитният вектор В 12 е перпендикулярен на напречното сечение на структурата 3). В резултат на Лоренцовото отклонение от силите F^, в зависимост от посоките на захранващите токови компоненти в подложка 3 и на магнитното поле 1? 12, нелинейните траектории “се свиват” и/или съответно “разширяват”. По тази причина върху планарните контакти 9 - 5 и съответно 7 - 10 се генерират едновременно Холови потенциали, еднакви по стойност и с противоположен знак, например: Ун9(^) и - V_H5(B), и съответно V^tB} и - КноФ)· Фактически измерваното магнитно поле В 12 нарушава цялостната електрическа симетрия на токовите траектории спрямо централния контакт 6 в подложка 3. Същевременно върху диференциалния изход 11 на микросензора на Хол с равнинна чувствителност възниква напрежение на Хол, Vu(B). То се генерира от противоположно протичащите захранващи токове /_6>4 и - /₆,8 ^и действащите в противоположни посоки сили на Лоренц F_L,i.Application of the measured magnetic field B 12 parallel to the pad 3 and to the long sides of contacts 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10 leads to lateral (lateral) deviation of the nonlinear current lines of the power supply components along their entire length. This is due to the action of Lorentz forces F ^ i, - qV ^ x B, where q is the elementary load of the electron, and Kg is the vector of the average drift velocity of the carriers in the volume of the substrate 3. (In Figure 1 the magnetic vector In 12 is perpendicular to the cross section of the structure 3). As a result of the Lorentz deviation from the forces F ^, depending on the directions of the supply current components in the substrate 3 and the magnetic field 1? 12, the nonlinear trajectories “shrink” and / or “expand” respectively. For this reason, on the planar contacts 9 - 5 and 7 - 10, respectively, Hall potentials are generated, equal in value and with opposite sign, for example: Un9 (^) and - V _H5 (B), and respectively V ^ tB} and - KnoF) · The actually measured magnetic field B 12 violates the overall electrical symmetry of the current trajectories with respect to the central contact 6 in substrate 3. At the same time, a Hall voltage, Vu (B), arises on the differential output 11 of the Hall microsensor with plane sensitivity. It is generated by the opposing supply currents / _{6> 4} and - / ₆ , 8 ^and the Lorentz forces acting in opposite directions F _L , i.

Ключова особеност на новото решение е непосредственото електрическо свързване на контакти 5 и 7. По този начин се осъществява сумиране на двете напрежения на Хол, генерирани от токовите компоненти наляво и надясно спрямо централния контакт 6. Следва експлицитно да се подчертае режимът на функциониране генератор на ток на токоизточниците 1 и 2. Чрез този режим на работа се реализират две независими напрежения на Хол КХ#) и генерирани от токовете /_6>4 и - /б,8· Освен това тези токови компоненти следва да са равни по стойност /б,4 = 4,8, ^за Д^{а се} постигнат еднакви по абсолютна стойност напрежения на Хол. Също така поляритетът на изводитие на токоизточниците 1 и 2, свързани с контакти 4 и 8 следва да е един и същ с цел посоките на двете основни компоненти 76,4 и - /6,8 Д^а са противоположни спрямо контакт 6. Следователно чрез генераторите на ток 1 и 2 се осъществяват два независими елементи на Хол с обща сензорна зона. Непосредсвената връзка 5-7 изпълнява сумиране на две напрежения на Хол, което двойно усилва изходното напрежение 11 Vn(B) на микросензора. Сигналът V_n(B) е линейна и нечетна функция от силата и посоката на общия захранващ ток Ig и полярността на магнитното поле ВA key feature of the new solution is the direct electrical connection of contacts 5 and 7. In this way the summation of the two Hall voltages generated by the current components to the left and right of the central contact 6 is performed. The operating mode of the current generator should be explicitly emphasized. of the current sources 1 and 2. Through this mode of operation two independent voltages of Hall KH #) are realized and generated by the currents / _{6> 4} and - / b, 8 · In addition, these current components should be equal in value / b, 4 = 4.8, ^for D ^a the same in absolute value voltages of Hall are achieved. Also, the polarity of the power source izvoditie 1 and 2 associated with the contacts 4 and 8 should be the same for the purpose of the directions of the two main components 76.4 and - / 6.8 D ^and are opposite relative to the contact 6. Therefore, by the generators on currents 1 and 2, two independent Hall elements with a common sensor area are realized. The direct connection 5-7 performs summation of two Hall voltages, which doubly amplifies the output voltage 11 Vn (B) of the microsensor. The signal V _n (B) is a linear and odd function of the strength and direction of the total supply current Ig and the polarity of the magnetic field B

12. В резултат от симетрията на микросензора спрямо централния електрод 6, Фигура 1, възможно е и еквивалентно решение - изходът да са контакти 5 и 7, а външните 9 и 10 да са електрически свързани. Следва да се отбележи и ролята на повърхностния магнитноуправляем ток в структурата 3, допълнително повишаващ изходното напрежение V_n(B), [7].12. As a result of the symmetry of the microsensor with respect to the central electrode 6, Figure 1, an equivalent solution is possible - the output is contacts 5 and 7, and the external 9 and 10 are electrically connected. It should be noted the role of the surface magnetically controlled current in the structure 3, further increasing the output voltage V _n (B), [7].

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава в оригиналната конструкция, нестандартното свързване на контактите 5 - 7 и двата генератори на ток 1 и 2. Постигната е повишена магниточувствителност и подобрена точност (резолюция) за детектиране на минималната магнитна индукция В_т;_п чрез повишеното отношение сигнал/шум.The unexpected positive effect of the new technical solution lies in the original design, the non-standard connection of contacts 5 - 7 and the two current generators 1 and 2. Increased magnetic sensitivity and improved accuracy (resolution) for detecting the minimum magnetic induction In _t ; _n through the increased signal-to-noise ratio.

Генераторите на ток 1 и 2 на Фигура 1, освен схемотехнически, могат да се реализират еквивалентно само чрез два товарни резистори Rj и R2, включени в контакти 4 и 8, другите изводи на които сае свързани с генератор на напрежение, съединен с централния контакт 6. Съпротивленията на резистори Ri и R₂ следва да са на порядък по-големи от вътрешното съпротивление R_int на сензора, R_b R₂» RintМикросензорът на Хол може да се реализира с CMOS или BiCMOS интегрални технологии. Преобразувателната зона 3 е дълбок и-тип силициев джоб. Чрез формиране на ограничитен /?-тип ринг около контакти 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 се постига по-дълбоко проникване на токовете в обема на подложката 3, респективно по-ефективно е въздействието на силите на Лоренц F_L,i върху траекториите на електроните. Функционирането на интагралния микросензор на Хол е в широк температурен интервал, включително в криогенна среда, например, температурата на кипене на течния азот Т = 77 К. За още по-висока чувствителност за целите на слабополевата магнитометрия, контратероризма и навигацията, подложката 3 може да се разположи между два еднакви концентратори на магнитното поле В 12 от ферит или μ-метал.The current generators 1 and 2 of Figure 1, except schematically, can be realized equivalently only by two load resistors Rj and R2 included in contacts 4 and 8, the other terminals of which are connected to a voltage generator connected to the central contact 6. The resistances of resistors Ri and R ₂ should be an order of magnitude greater than the internal resistance R _int of the sensor, R _b R ₂ »Rint The Hall microsensor can be realized with CMOS or BiCMOS integrated technologies. The conversion zone 3 is a deep i-type silicon pocket. By forming a limited /? - type ring around contacts 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10, a deeper penetration of the currents in the volume of the substrate 3 is achieved, respectively the effect of the Lorentz forces F _{L is more effective.} , i on the trajectories of the electrons. The operation of the integrated Hall microsensor is in a wide temperature range, including in a cryogenic environment, for example, the boiling point of liquid nitrogen T = 77 K. For even higher sensitivity for the purposes of low-field magnetometry, counterterrorism and navigation, the pad 3 can is located between two identical concentrators of the magnetic field B 12 of ferrite or μ-metal.

ПРИЛОЖЕНИЕ: една фигураAPPENDIX: one figure

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

[1] Ч.С. Руменин, П.Т. Костов, Полупроводников елемент на Хол, Авт. свидетелство BG № 39283 с приоритет от 08.01.1985.[1] Ch.S. Rumenin, P.T. Kostov, Semiconductor element on Hall, Author. certificate BG № 39283 with priority from 08.01.1985.

[2] R. Popovic, “Integrated Hall element”, US Patent 4 782 375/01.11.1988.[2] R. Popovic, “Integrated Hall element”, U.S. Patent 4,782,375 / November 1, 1988.

[3] A.M.J. Huiser, H.P. Baltes, “Numerical modeling of vertical Hall-effect devices”, IEEE Electron Device Letters, 5(9) (1984) pp. 482-484.[3] A.M.J. Huiser, H.P. Baltes, “Numerical modeling of vertical Hall-effect devices”, IEEE Electron Device Letters, 5 (9) (1984) pp. 482-484.

[4] C.S. Roumenin, P.T. Kostov, „Silicon Hall-effect microsensor”, Compt. rendus Acad. Bulg. Sci., 39(5) (1986) 63-66.[4] C.S. Roumenin, P.T. Kostov, “Silicon Hall-effect microsensor”, Compt. rendus Acad. Bulg. Sci., 39 (5) (1986) 63-66.

[5] T. Kaufmann, “On the offset and sensitivity of CMOS-based five-contact vertical Hall devices”, in “MEMS Technology and Engineering”, v. 21, Der Andere Verlag, 2013, p. 147.[5] T. Kaufmann, “On the offset and sensitivity of CMOS-based five-contact vertical Hall devices”, in “MEMS Technology and Engineering”, v. 21, Der Andere Verlag, 2013, p. 147.

[6] Ch. Roumenin, “Microsensors for magnetic field”, Ch. 9, in „MEMS - a practical guide to design, analysis and applications”, ed. by J. Korvink and O. Paul, William Andrew Publ., USA, 2006, pp. 453-523; ISBN: 0-8155-1497-2.[6] Ch. Roumenin, “Microsensors for magnetic field”, Ch. 9, in “MEMS - a practical guide to design, analysis and applications”, ed. by J. Korvink and O. Paul, William Andrew Publ., USA, 2006, pp. 453-523; ISBN: 0-8155-1497-2.

[7] C. Roumenin, S. Lozanova, S. Noykov, Experimental evidence of magnetically controlled surface current in Hall devices, Sensors and Actuators, A 175, (2012) 45-52.[7] C. Roumenin, S. Lozanova, S. Noykov, Experimental evidence of magnetically controlled surface current in Hall devices, Sensors and Actuators, A 175, (2012) 45-52.

Claims

PATENT CLAIMS

Integral Hall microsensor with plane sensitivity, containing a current source and a rectangular semiconductor substrate with p-type impurity conductivity, on one side of which five rectangular ohmic contacts are formed sequentially and at distances from each other from left to right - first, second, third, fourth and fifth, located parallel to their long sides, the third contact is central as the first and fifth, and the second and fourth respectively are symmetrical to it, and the measured magnetic field is parallel to both the plane of the pad and the long sides of the contacts, CHARACTERIZED in that there is a second current source (2), the two current sources (1) and (2) are in the mode of current generators and one of their terminals with the same polarity are connected to the first (4) and the fifth 8) contact, and the other two terminals are connected to the central contact (6), in the plane of the pad (3), outside the first (4) and fifth (8) contact there is another external ohmic contact with a rectangular shape, respectively. six (9) and seventh (10), also parallel to their long sides of the other five (4), (5), (6), (7) and (8), and symmetrically located relative to the central (6), the second (5) and the fourth (7) contact are directly connected, and the differential output (11) of the Hall microsensor are the sixth (9) and seventh (10) contacts.