BG65750B1 - Двукомпонентен магнитометър - Google Patents
Двукомпонентен магнитометър Download PDFInfo
- Publication number
- BG65750B1 BG65750B1 BG109750A BG10975006A BG65750B1 BG 65750 B1 BG65750 B1 BG 65750B1 BG 109750 A BG109750 A BG 109750A BG 10975006 A BG10975006 A BG 10975006A BG 65750 B1 BG65750 B1 BG 65750B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- contacts
- mutually perpendicular
- epitaxial layer
- magnetic field
- hall
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 239000013638 trimer Substances 0.000 claims description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000005404 magnetometry Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Двукомпонентният магнитометър съдържа полупроводникова подложка (1) с p-тип проводимост, върху едната страна на която е формиран n-тип епитаксиален слой (2), токоизточник (7), като измерваното външно магнитно поле лежи в равнината на полупроводниковата подложка. Сензорът се характеризира с това, че n-тип eпитаксиалният слой (2) е съставен от две равни и взаимноперпендикулярни части, в близост додвата края на n-тип слоя (2) и върху него са формирани по един захранващ омичен контакт (3 и 4), а по средите на взаимноперпендикулярните части има по един Холов контакт (5 и 6), двата захранващи контакта (3 и 4) са съединени с токоизточника (7) и към него са свързани още два тримера (8 и 9), а изходите (11 и 12) за двете взаимноперпендикулярни компоненти на измерваното магнитно поле (10) са по една от средните точки на тримерите (8 и 9), и съответно по един от Холовите контакти (5 и 6).
Description
Изобретението се отнася до двукомпонентен магнитометър, приложимо в областта на безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания, автоматиката, контролно-измервателната технология, сензориката, микросистемите, слабополеватамагнитометрия, позиционирането на обекти, военното дело и др.
Предшестващо състояние на техниката
Известен е двукомпонентен магнитометър, съдържащ полупроводникова подложка с р-тип проводимост, като на едната й повърхност е образуван п-тип епитаксиален слой с форма на равностранен кръст. Върху п-тип слоя са реализирани един централен омичен контакт, на разстояния и симетрично спрямо централния контакт на четирите страни на кръстовидния п-слой са разположени последователно по един Холов контакт и още по един краен омичен контакт. Четирите крайни омични контакти са свързани и през токоизточник са съединени с централния омичен контакт. Измерваното външно магнитно поле лежи в равнината на полупроводниковата подложка, а изходите за двете му взаимно перпендикулярни компоненти са съответно срещуположните спрямо централния омичен контакт Холови контакти [1-3].
Недостатъци на този двукомпонентен магнитометър са усложнената конструкция, съдържаща девет на брой контакти и оттук понижената разделителна способност, свързана с необходимостта от значителен размер на кръстовидната сензорна област, и наличие на начални паразитни напрежения (офсети) на двата изхода в отсъствие на външно магнитно поле, понижаващи точността на измерваните магнитни компоненти.
Техническа същност на изобретението
Задача на изобретението е да се създаде двукомпонентен магнитометър с опростена конструкция и отсъствие на начални паразитни напрежения (офсети) на двата изхода.
Тази задача се решава с двукомпонентен магнитометър, съдържащ полупроводникова подложка с р-тип проводимост, върху едната страна на която е формиран п-тип епитаксиален слой, съставен от две равни и взаимно перпендикулярни части. В близост до двата края на птип слоя и върху него са формирани по един захранващ омичен контакт, а по средите на взаимно перпендикулярните части по един Холов контакт. Двата захранващи контакта са съединени с генератор на постоянен ток, към който са свързани още и два тримера. Измерваното външно магнитно поле лежи в равнината на полупроводниковата подложка, а изходите за двете му взаимно перпендикулярни компоненти са по една от средните точки на тримерите и съответно по един Холов контакт.
Предимства на изобретението са опростената конструкция, съдържаща само четири контакта, а оттук и повишената разделителна способност, както и отсъствието на офсети на двата изхода в отсъствие на магнитно поле, които се нулират с помощта на двата тримера.
Пояснение на приложените фигури
По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената фигура 1.
Примери за изпълнение на изобретението
Двукомпонентният магнитометър съдържа полупроводникова подложка 1 с р-тип проводимост, върху едната страна на която е формиран п-тип епитаксиален слой 2, съставен от две равни и взаимно перпендикулярни части. В близост до двата края на п-тип слоя 2 и върху него са формирани по един захранващ омичен контакт 3 и 4, а по средите на взаимно перпендикулярните части по един Холов контакт 5 и 6. Двата захранващи контакта 3 и 4 са съединени с генератор на постоянен ток 7, към който са свързани още и два тримера 8 и 9. Измерваното външно магнитно поле 10 лежи в равнината на полупроводниковата подложка 1, а изходите 11 и 12 за двете му взаимно перпендикулярни компоненти са по една от средните точки на тримерите 8 и 9, и съответно по един Холов контакт 5 и 6.
Действието на двукомпонентния магнитометър, съгласно изобретението, е следното.
При включването на омични контакти 3 и 4 към генератора 7, протича захранващият ток ξ 4 през взаимно перпендикулярните части на сен
65750 Bl зора като 13 4 ~ Ул, където V* е средната дрейфова скорост на електроните в п-тип епитаксиалния слой 2. При това посоката на токовите линии 13 4 е строго регламентирана в двете части на сензора от добре дефинираната преобразувателна област в п-тип епитаксиалния слой 2, т.е. в двете равни части на п-слоя 2 посоките на тока 13 4 са взаимно перпендикулярни и преминават под съответните Холови контакти 5 Н( и 6 Н2. Токът 13 4 генерира върху омичните Холови контакти 5 Н] и 6 Н2 паразитни напрежения (офсети), нямащи отношение към метрологичното предназначение на сензора. Произходът им е от резистивния пад на захранващото напрежение V3 4 върху контактите 5 Н; и 6 Н2. Чрез вариране на двата тримера 8 и 9 се постига нулиране (компенсиране) на тези две паразитни напрежения на изходите 11 и 12. Такава възможност в известното до сега решение не съществува и паразитните офсети редуцират точността на двата изходни канала.
Когато се приложи външно магнитно поле 10 В, лежащо в равнината на полупроводниковата подложка 1, двете му ортогонални компоненти Вх и Ву (В = Вх + Ву) чрез съответните сили на Лоренц FLх и FLy отклоняват движещите се със скорост електрони в двете взаимно перпендикулярни части на епитаксиалния слой 2. Тези отклонения са или нагоре, където са формирани Холови контакти 5 Ht и 6 Н2, или в противоположна посока - към подложката 1. В резултат върху Ходовите контакти 5 Н; и 6 Н2 едновременно се генерират както напрежения на Хол VH1 (В) и съответно Ут (В), които са линейни и нечетни от посоката на магнитни компоненти 10 В
X и Ву, така и квадратично и четно от посоката на компоненти 10 Вх и Ву геометрично магниторезистивно напрежение Уш ~ В2. Магниторезистивният сигнал влошава метрологичното качество на изходи 11 и 12, тъй като е квадратичен и не се влияе от посоката на полето 10. За да останат само линейните Холови напрежения е наложително напрежението VMR да бъде напълно компенсирано. В нашия случай това се постига автоматично, и е в резултат на подходящо включените тримери 8 и 9 и използваното захранване с генератор на постоянен ток 7. Ако офсетите на изходи 11 и 12 са предварително (в отсъствие на магнитно поле 10) нулирани чрез включените към захранващи контакти 3 и 4 тримери и 9, магниторезистивните потенциали, генерирани едновременно както върху Холовите контакти 5 и 6, така и върху средните точки на тримери 8 и 9 са еднакви по стойност. Ето защо на двата диференциални изхода 11 и 12 се постига пълно компенсиране на квадратичното магнитосъпротивление. Този положителен ефект ' е неочакван в рамките на поставената иновативна задача. Тъй като Холовите контакти 5 и 6 в двете части на епитаксиалния слой 2 са симетрично разположени, магниточувствителността на двата канала е една и съща, което е допълнително предимство на решението. Намаляването на броя на контактите повече от два пъти в новия 2D магнитометър е резултат от необичайната му геометрична форма. Абсолютната стойност на вектора на магнитното поле 10 В и ъгъла О на полето 10 В в х-у равнината на полупроводниковата подложка 1 се дават с изразите: |В| - (Вх 2 + в;)1'2 и О = tan4 (V(By)/V(Bx)).
Проведените експерименти с образци на новия двукомпонентен магнитометър, реализирани на основата на стандартна силициева биполярна технология, съгласно изобретението, и сравняването на резултатите с тези за известното решение показват, че една и съща стойност на магниточувствителността се постига с новото техническо решение само с 4 контакта, докато за нивото тя е с 9. В резултат разделителната способност в нашия случай нараства многократно от силно редуцираните размери на сензорната област. Геометричната форма на 2D сензора и технологичната му реализация драстично подобряват перпендикулярността на двата канала, което влияе положително върху точността на измерване на двете компоненти В и В на магнитния вектор 10 В. Също така офсетите в новия преобразувател лесно и стабилно се нулират с тримери 8 и 9.2D магнитометърът може да се осъществи също с CMOS или микромашининг технологии.
Допълнително намаляване на размерите на двукомпонентния магнитометър може да се осъществи, ако се разменят местата на токовите 3 и 4 контакти с тези на Холовите 5 и 6, и под тях се формира «вкопан» (buried) п+ слой. Схемотехниката е същата както на вече описаното ново решение. Тогава магниточувствителността на X- и Y-каналите се определя от вертикалността на тока 15 и 16 в двете взаимно перпендикулярни
65750 Bl части на п-тип епитаксиалния слой 2. Вкопаната п+ област окъсява съпротивлението на п-тип епитаксиалния слой 2 поради по-високата си проводимост. Това е причината за вертикалността на тока 15 и 16, който вече не минава под Ходовите 5 контакти 3 и 4, а е разположен странично спрямо тях. Магнитни компоненти Вх и Ву действат чрез силите на Лоренц именно върху двата вертикални участъка на протичащия ток 15 6. Така върху контакти 3 и 4 се генерира едновременно 10 напрежение на Хол и магниторезистивно напрежение. Чрез тримери 8 и 9 и генераторът на постоянен ток 7 се постига пълно компенсиране както на офсетите, така и на квадратичното магнитосъпротивление. Описаното алтернативно реше- 15 ние, обаче изисква по-сложни технологични процеси за реализация на допълнителния п+ вкопан слой.
Claims (1)
- Патентни претенции 2θ1. Двукомпонентен магнитометър, съдържащ полупроводникова подложка с р-тип проводимост, върху едната страна на която е формиран п-тип епитаксиален слой, токоизточник като измерваното външно магнитно поле лежи в 25 равнината на полупроводниковата подложка, характеризиращ се с това, че п-тип епитаксиалният слой (2) е съставен от две равни и взаимно пер пендикулярни части, в близост до двата края на п-тип слоя (2) и върху него са формирани по един захранващ омичен контакт (3 и 4), а по средите на взаимно перпендикулярните части има по един Холов контакт (5 и 6), двата захранващи контакта (3 и 4) са съединени с токоизточника (7), който е генератор на постоянен ток и към него са свързани още два тримера (8 и 9), а изходи (11 и 12) за двете взаимно перпендикулярни компоненти на измерваното магнитно поле (10) са по една от средните точки на тримерите (8 и 9), и съответно по един Холов контакт (5 и 6).Приложение: 1 фигура
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG109750A BG65750B1 (bg) | 2006-11-23 | 2006-11-23 | Двукомпонентен магнитометър |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG109750A BG65750B1 (bg) | 2006-11-23 | 2006-11-23 | Двукомпонентен магнитометър |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG109750A BG109750A (bg) | 2008-05-30 |
BG65750B1 true BG65750B1 (bg) | 2009-09-30 |
Family
ID=39642926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG109750A BG65750B1 (bg) | 2006-11-23 | 2006-11-23 | Двукомпонентен магнитометър |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BG (1) | BG65750B1 (bg) |
-
2006
- 2006-11-23 BG BG109750A patent/BG65750B1/bg unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BG109750A (bg) | 2008-05-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9423471B2 (en) | Low offset vertical hall device and current spinning method | |
US9411023B2 (en) | Magnetic field sensing element combining a circular vertical hall magnetic field sensing element with a planar hall element | |
US6278271B1 (en) | Three dimensional magnetic field sensor | |
US7782050B2 (en) | Hall effect device and method | |
CN106164691B (zh) | 低偏移和高灵敏度垂直霍尔效应传感器 | |
BG65750B1 (bg) | Двукомпонентен магнитометър | |
Lozanova et al. | A novel three-axis hall magnetic sensor | |
RU2387046C1 (ru) | Интегральный токомагнитный датчик на основе биполярного магнитотранзистора | |
BG66234B1 (bg) | Двукомпонентен магниточувствителен сензор | |
BG67380B1 (bg) | Двумерен микросензор за магнитно поле | |
BG66954B1 (bg) | 2-d полупроводников магнитометър | |
BG66640B1 (bg) | Полупроводников трикомпонентен магнитометър | |
Lozanova et al. | A novel 2D magnetometer based on a parallel-field silicon hall sensor | |
BG66433B1 (bg) | Двумерен векторен магнитометър | |
Leepattarapongpan et al. | The magnetotransistor for 2-axis magnetic field measurement in CMOS technology | |
BG66281B1 (bg) | Биполярен магнитотранзистор | |
Roumenin et al. | Novel integrated 3-D silicon Hall magnetometer | |
BG113014A (bg) | Интегрален сензор на хол с равнинна чувствителност | |
BG67134B1 (bg) | Микросензор на хол | |
BG112804A (bg) | 2d микросензор на хол с равнинна чувствителност | |
Amelichev et al. | The three-collector Magnetotransistor: Variable sensitivity | |
BG67039B1 (bg) | Двуосен микросензор за магнитно поле | |
BG67071B1 (bg) | Равнинно-магниточувствително устройство на хол | |
BG66714B1 (bg) | Трикомпонентен микросензор за магнитно поле | |
BG66804B1 (bg) | Равнинно-магниточувствително устройство на хол |