BG66404B1 - Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity - Google Patents
Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity Download PDFInfo
- Publication number
- BG66404B1 BG66404B1 BG10110505A BG11050509A BG66404B1 BG 66404 B1 BG66404 B1 BG 66404B1 BG 10110505 A BG10110505 A BG 10110505A BG 11050509 A BG11050509 A BG 11050509A BG 66404 B1 BG66404 B1 BG 66404B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- contacts
- contact
- sensitivity
- parallel
- hall
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005404 magnetometry Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретението се отнася до полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, приложимо в областта на контролноизмервателната технология, слабополевата магнитометрия, навигацията, микро- и наносензориката, автомобилостроенето, безжичните комуникации, безконтактната автоматика и управление, енергетиката, позиционирането на обекти в пространството, уредостроенето, медицината, военното дело и сигурността и др.The invention relates to a Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity, applicable in the field of measurement technology, low-field magnetometry, navigation, micro- and nanosensors, automotive, wireless communications, contactless automation and control, energy, positioning, positioning , medicine, military and security, and more.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известен е полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно и на равни разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни. Първият и третият контакт са крайни и са съединени както със захранващ източник в режим генератор на ток, така и с два последователно свързани помежду си резистори. Вторият контакт е вътрешен и е изходен (Холов). Външното магнитно поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата подложка и е успоредно на дългите страни на правоъгълните омични контакти, а изходът са Холовия контакт и общата точка на свързване на двата резистора [1].A Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity is known, comprising a semiconductor substrate of impurity type, on one side of which three rectangular ohmic contacts, first, second and third, parallel to each other, are formed at regular intervals. countries. The first and third contacts are terminal and are connected to both a power source in current generator mode and to two series resistors connected in series. The second contact is internal and output (Hall). The external magnetic field is applied perpendicular to the cross-section of the semiconductor substrate and is parallel to the long sides of the rectangular ohmic contacts, the output being the Hall contact and the common point of connection of the two resistors [1].
Недостатък на този полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност е ниската магниточувствителност, тъй като от изхода може да се снеме само половината от цялото напрежение на Хол, генерирано в този преобразувателен елемент.The disadvantage of this Hall semiconductor element with the parallel axis of sensitivity is the low magnetic sensitivity, since only half of the total Hall voltage generated in this converter element can be removed from the output.
Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION
Задача на изобретението е да се създаде полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност с висока стойност на магниточувствителността.It is an object of the invention to provide a Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity with a high value of magnetic sensitivity.
Тази задача се решава с полупроводников елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно и на разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни. Първият и третият контакт са крайни, а вторият е вътрешен. Вторият контакт и един от крайните контакти през съответни товарни резистори и източник на напрежение са съединени с другия краен контакт. Външното магнитно поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата подложка и успоредно на дългите страни на правоъгълните омични контакти, а изходът са вторият и третият краен контакт, свързан с товарния резистор.This problem is solved by a Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity containing a semiconductor substrate of impurity type mixed on one side of which three rectangular ohmic contacts, first, second and third, parallel to each other, are formed on one side its long sides. The first and third contacts are terminal and the second is internal. The second contact and one of the end contacts through the respective load resistors and a voltage source are connected to the other end contact. The external magnetic field is applied perpendicular to the cross-section of the semiconductor substrate and parallel to the long sides of the rectangular ohmic contacts, and the output is the second and third terminal contacts connected to the load resistor.
Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure
По-подробно изобретението се пояснява с приложената фигура, представляваща напречното сечение на едно негово примерно изпълнение.The invention is illustrated in more detail with the accompanying figure, which is a cross-section of an embodiment thereof.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention
Полупроводниковият елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност съдържа полупроводникова подложка 1 с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно и на разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти първи 2, втори 3 и трети 4, разположени успоредно на дългите си страни. Първият 2 и третият 4 контакти са крайни, а вторият 3 е вътрешен. Вторият контакт 3 и един от крайните контакти 4 през съответни товарни резистори 5 и 6 и източник на напрежение Ί са съединени с другия краен контакт 2. Външното магнитно поле 8 е приложено перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата подложка 1 и успоредно на дългите страни на правоъгълните омични контакти 2,3 и 4, а изходът 9 са вторият контакт 3 и крайният контакт 4, свързан с товарния резистор 6.The Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity comprises a semiconductor substrate 1 with impurity type, on one side of which three rectangular ohmic contacts are formed, first two, second 3 and third 4, arranged parallel to their long countries. The first 2 and third 4 contacts are terminal and the second 3 is internal. The second contact 3 and one of the end contacts 4 through the respective load resistors 5 and 6 and a voltage source Ί are connected to the other terminal contact 2. The external magnetic field 8 is applied perpendicular to the cross section of the semiconductor substrate 1 and parallel to the long sides of the rectangles ohmic contacts 2,3 and 4 and output 9 is the second contact 3 and the terminal 4 connected to the load resistor 6.
Действието на полупроводниковия елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, съгласно изобретението, е следното.The action of a Hall semiconductor element with a parallel axis of sensitivity according to the invention is as follows.
При включване на източника на напрежениеWhen the power source is turned on
7, между крайния (трети) контакт 4 с включен към него товарен резистор 6 и другият краен (първи) контакт 2, и съответно между втория (вътрешния)7, between the end (third) contact 4 with the load resistor 6 connected thereto and the other end (first) contact 2, and respectively between the second (internal)
66404 Bl контакт 3 и крайния (първия) контакт 2 без товарен резистор протичат два съпосочни тока 142 и 13,. Понеже омични контакти 2, 3 и 4 са планарни и представляват еквипотенциални равнини, токовете през тях I,, 13 и 14 първоначално са перпендикулярни на горната повърхност на подложката 1 и проникват навътре в обема й. След това токовите траектории стават успоредни на повърхността на подложката 1. Например, когато съществува различна по повърхността на полупроводниковата подложка 1 температура Т от протичането на токове 1 и 1 ; наличие на механични напрежения от корпусирането на чипа с елемента на Хол; нанасяне на изолиращи диелектрични покрития, проводящи тънки слоеве или шини върху подложката 1 при технологичните процеси; неминуеми геометрични литографски грешки или толеранси в разположението на омичните контакти 2, 3 и 4; нееднородности в легирането на подложката 1; различната дължина на токовите траектории между контактите 4 и 2, и съответно 2 и 3 и др. двата тока 14, и 1,Ί неминуемо генерират офсет. Това означава, че между вторият 3 и крайният (третият) контакт 4, който е свързан с товарния резистор 6 в отсъствие на магнитно поле В 8, В = 0, на изхода 9 възниква паразитно изходно напрежение V34(B = 0) / 0. Неговото компенсиране (включително нулиране) лесно се постига чрез вариране стойността на един от двата товарни резистори 5 или 6. Фактически променяйки стойностите на двата тока 14Л и 13, се постига еквипотенциалност на изходните контакти 3 и 4. Резисторите 5 и 6 следва да превишават най-малко с един порядък входното съпротивление на полупроводниковия елемент на Хол. Резисторите 5 и 6 съвместно с източника на напрежение 7 формират фиксираните стойности на двата захранващи тока 14 2 и 13 2.66404 Bl contact 3 and end (first) contact 2 without load resistor two direct currents 1 42 and 1 3 flow,. Because the ohmic contacts 2, 3 and 4 are planar and represent equipotential planes, the currents through them I ,, 1 3 and 1 4 are initially perpendicular to the upper surface of the substrate 1 and penetrate into its volume. Then the current trajectories become parallel to the surface. 1. For example, when there is a temperature T different from the surface of the semiconductor substrate 1 from currents 1 and 1; the presence of mechanical stresses from the enclosure of the chip with the Hall element; applying insulating dielectric coatings, conductive thin layers or rails to the substrate 1 in the process; inevitable geometric lithographic errors or tolerances in the arrangement of ohmic contacts 2, 3 and 4; heterogeneities in the alloy of the pad 1; the different length of current paths between contacts 4 and 2, and respectively 2 and 3, etc. both currents 1 4 , and 1 Ί inevitably generate offset. This means that a parasitic output voltage V 34 (B = 0) / 0 occurs at the output 9 between the second 3 and the terminal (third) contact 4, which is connected to the load resistor 6 in the absence of a magnetic field B 8, B = 0. Its compensation (including zeroing) is easily achieved by varying the value of one of the two load resistors 5 or 6. By virtually changing the values of the two currents 1 4L and 1 3 , the equipotential of the output contacts 3 and 4 is achieved. exceed the input impedance of semiconductors by at least one order Hall's element. Resistors 5 and 6 together with the voltage source 7 form the fixed values of the two supply currents 1 4 2 and 1 3 2 .
Прилагането на външно магнитно поле В 8 перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата подложка 1 и успоредно на дългите страни на правоъгълните контакти 2,3 и 4 чрез силата на Лоренц FL= qVdr х В води до отклонение и деформиране като цяло на двата съпосочни тока 14, и 13,, Vdr е дрейфовата скорост на движение на носителите, q е товарът на електрона. Например, двете траектории на токове 142 и 13,, в зависимост от посоката на магнитното поле В 8 или едновременно се “свиват” към горната повърхност на подложката 1, или едновременно се “разширяват” навътре в обема. В резултат върху горната повърхност на подложката 1, където са разположени вътрешния омичен контакти 3 и третия (външния) 4, магнитното поле В и токовете 13 и 14 генерират едновременно два с противоположен знак Холови потенциали. Освен това токът 14 2, в часпа от траекторията си, когато е успореден на повърхността на подложката 1 индуцира в зоната с втория (вътрешния) 3 контакт допълнителен Холов потенциал. Следователно, на изхода 9 се развива и се измерва пълното Холово напрежение V34(B), генерирано в сензора, а не само половината от него както е в известното техническо решение. Ето защо магниточувствителността нараства два пъти.The application of an external magnetic field B 8 perpendicular to the cross-section of the semiconductor substrate 1 and parallel to the long sides of the rectangular contacts 2,3 and 4 by the Lorentz force F L = qV dr x B leads to deflection and deformation of both directions in general. 1 4 , and 1 3 ,, V dr is the drift velocity of the carriers, q is the electron load. For example, the two current trajectories 1 42 and 1 3 , depending on the direction of the magnetic field B 8, either "shrink" to the upper surface of the substrate 1, or simultaneously "expand" inward in volume. As a result, on the upper surface of the substrate 1, where the inner ohmic contacts 3 and the third (outer) 4 are located, the magnetic field B and the currents 1 3 and 1 4 generate simultaneously two opposite Hall potentials. Furthermore, the current 1 4 2 , in the heap of its trajectory, when parallel to the surface of the substrate 1, induces an additional Hall potential in the area with the second (internal) 3 contact. Therefore, the full Hall voltage V 34 (B) generated in the sensor, and not only half of it as in the known technical solution, is developed and measured at the output 9. Therefore, the magnetic sensitivity increases twice.
Неочакваният положителен ефект от новия елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност, повишаващ двойно магниточувствителността му в сравнение с известния е, че върху всеки от контактите 3 и 4 на диференциалния изход 9 се формират в магнитно поле В 8 едновременно Холови потенциали с противоположен знак. В известния сензор на Хол, обаче само един контакт реално действа като Холов. В новото решение те са два - 3 и 4. Също така изходните Холови контакти 3 и 4 са един до друг, противно на общо утвърдената практика сензорните и захранващите контакти да се редуват. Това обстоятелство също подпомага получаването на пълното Холово напрежение на изхода 9.The unexpected positive effect of the new Hall element with a parallel axis of sensitivity, which doubles its magnetic sensitivity in comparison with the known one, is that at each of contacts 3 and 4 of the differential output 9 are formed in the magnetic field B 8 simultaneously by Hall potentials with opposite sign. In Hall's famous sensor, however, only one contact actually acts as Hall. In the new solution, they are two - 3 and 4. Also, the outgoing Hall contacts 3 and 4 are next to each other, contrary to the generally accepted practice of alternating sensor and power contacts. This circumstance also helps to obtain the full Hall voltage at the output 9.
Проведените експерименти с п-тип силициеви елементи на Хол с паралелна ос на чувствителност, съгласно изобретението, доказват нарастването на магниточувствителността два пъти в сравнение с известното решение.Experiments with the n-type silicon Hall elements with a parallel axis of sensitivity according to the invention demonstrate an increase in the magnetic sensitivity twice in comparison with the known solution.
Предпочитаната технология за реализиране на новия микропреобразувател на Хол е CMOS. С успех може да се използва и n-GaAs епитаксиална технология, което драстично повишава чувствителността на микросензора, особено за целите на сигурността и военното дело.The preferred technology for implementing the new Hall micro converter is CMOS. N-GaAs epitaxial technology can also be successfully used, which dramatically increases the sensitivity of the microsensor, especially for security and military purposes.
Патентни претенцииClaims
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG10110505A BG66404B1 (en) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG10110505A BG66404B1 (en) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG110505A BG110505A (en) | 2011-04-29 |
BG66404B1 true BG66404B1 (en) | 2013-12-31 |
Family
ID=45877009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG10110505A BG66404B1 (en) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BG (1) | BG66404B1 (en) |
-
2009
- 2009-10-27 BG BG10110505A patent/BG66404B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BG110505A (en) | 2011-04-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105652220B (en) | Hall sensor and compensation method for offset caused by temperature distribution of Hall sensor | |
BG66404B1 (en) | Semiconductor hall element with a parallel axis of sensitivity | |
BG67380B1 (en) | Two-dimensional magnetic field microsensor | |
BG67134B1 (en) | Hall effect microsensor | |
BG66567B1 (en) | A two-exit hall sensor | |
BG111414A (en) | Integral hall sensor with parallel axis of magneto sensitivity | |
BG67508B1 (en) | Planar magnetic field sensing element | |
BG66560B1 (en) | A duplex semiconductor hall sensor | |
BG67336B1 (en) | Hall effect sensor | |
BG66403B1 (en) | A hall micro-sensor with parallel axis of magnetic sensitivity | |
BG112804A (en) | 2d hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG112091A (en) | A surface-magnetically sensitive hall transformer | |
BG112694A (en) | Integrated two-axis magnetic field sensor | |
BG67557B1 (en) | Microsensor element for the measurement of magnetic fields | |
BG66885B1 (en) | A plain magnetically sensitive hall’s effect sensor | |
BG67039B1 (en) | Two-axis magnetic field microsensor | |
BG65935B1 (en) | Hall-effect micro converter | |
BG67249B1 (en) | Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG66848B1 (en) | Hall effect device with a in-plane sensitivity | |
BG66954B1 (en) | A 2d semiconductor magnetometer | |
BG67136B1 (en) | The hall effect magnetometer | |
BG66714B1 (en) | Three-component magnetic field microsensor | |
BG66839B1 (en) | Integral in-plane magnetic sensitive hall sensor | |
BG67038B1 (en) | A plane magneto-sensitive microsystem of hall effect sensor | |
BG65231B1 (en) | Magnetosensitive sensor |