BG65750B1 - Двукомпонентен магнитометър - Google Patents

Двукомпонентен магнитометър Download PDF

Info

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
Application number
BG109750A
Other languages
English (en)
Other versions
BG109750A (bg
Inventor
Original Assignee
Институт По Управление И Системни Изследвания При 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 Управление И Системни Изследвания При Бан filed Critical Институт По Управление И Системни Изследвания При Бан
Priority to BG109750A priority Critical patent/BG65750B1/bg
Publication of BG109750A publication Critical patent/BG109750A/bg
Publication of BG65750B1 publication Critical patent/BG65750B1/bg

Links

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 F 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)

  1. Патентни претенции 2θ
    1. 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
BG109750A 2006-11-23 2006-11-23 Двукомпонентен магнитометър BG65750B1 (bg)

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)

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