BG66640B1 - Semiconductor three-component magnetometer - Google Patents
Semiconductor three-component magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- BG66640B1 BG66640B1 BG111329A BG11132912A BG66640B1 BG 66640 B1 BG66640 B1 BG 66640B1 BG 111329 A BG111329 A BG 111329A BG 11132912 A BG11132912 A BG 11132912A BG 66640 B1 BG66640 B1 BG 66640B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- contacts
- magnetic field
- orthogonal component
- component
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВ ТРИКОМПОНЕНТЕН МАГНИТОМЕТЪР(54) SEMICONDUCTOR THREE-COMPONENT MAGNETOMETER
Област на техникатаField of technology
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, non-contact 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 магнитното поле, съдържащ п-тип полупроводникова подложка с правоъгълна форма, върху едната страна на която откъм късите й страни, са формирани по 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 четвъртият 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 магнитното поле първият и вторият, и съответно третият и четвъртият р-колектори 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/.A semiconductor three-component magnetometer is known, measuring successively the three mutually perpendicular components of the magnetic field vector, containing a rectangular p-type semiconductor substrate, on one side of which on its short sides are formed one elongated ohmic base contact - 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-substrate 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 a 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 magnetic field, the first and second, and respectively the third and fourth 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 pairs of collectors are connected in the opposite direction to the second basic 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 by 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/шум 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 същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде полупроводников трикомпонентен магнитометър с опростена конструкция, висока резолюция и отношение сигнал/шум.It is an object of the invention to provide a semiconductor three-component magnetometer with a simplified 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 вътрешната зона има още четири еднакви продълговати омични контакти - първи, втори, трети и четвърти. Първият е разположен срещу втория, а третият е срещу четвъртия като всички омични контакти са симетрични спрямо центъра на оградената от р-ринга вътрешна зона. Захранващите контакти са свързани през източник на постоянен ток. Магнитното поле е с произволна посока в пространството спрямо полупроводниковата п-тип подложка. За измерване на първата ортогонална компонента на магнитно полеThis 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 the inner zone there are four more identical elongated ohmic contacts - first, second, third and fourth. The first is located opposite the second, and the third is opposite the fourth, as all ohmic contacts are symmetrical with respect to the center of the inner zone enclosed by the ring. The power contacts are connected via a DC power source. The magnetic field has an arbitrary direction in space relative to the semiconductor n-type substrate. To measure the first orthogonal component of a magnetic field
Описания на издадени патенти за изобретения № 03.1/15.03.2018 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 ортотонална 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 двойките контакти. За измерване на третата ортогонална компонента на вектора на магнитното поле четирите омични контакта, 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.Descriptions of issued patents for inventions № 03.1 / 15.03.2018 the first and fourth, and respectively the second and third contacts located along the long sides of the inner zone are interconnected as the second and fourth contacts are the output for the first orthotonal 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 connected to each other, the output for the second orthogonal component being the two contact pairs. 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 power 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.
Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures
По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложените фигури:The invention is illustrated in more detail by an exemplary embodiment thereof, given in the accompanying figures:
фигура 1 представлява неговата принципна конструкция;Figure 1 represents its basic construction;
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.Figure 2 (a), (b) and (c) show the three consecutive connections of the four elongated contacts along the long sides of the inner rectangular n-type zone of the substrate for sequentially measuring the three orthogonal components of the magnetic field vector.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention
Полупроводниковият трикомпонентен магнитометър съдържа п-тип полупроводникова подложка 1, върху едната страна на която е формиран дълбок правоъгълен р-ринг 2. На повърхността на оградената от този ринг 2 вътрешна зона и в близост до късите й страни има два продълговати омични контакта - първи 3 и втори 4, а по дължината на дългите страни на вътрешната зона има още четири еднакви продълговати омични контакта - първи 5, втори 6, трети 7 и четвърти 8, като 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 р-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 п-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 11 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 контакт 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, при което първият 3 и вторият 4 захранващ контакт 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 contains a n-type semiconductor pad 1, on one side of which a deep rectangular p-ring 2 is formed. On the surface of the inner zone enclosed by this ring 2 and near its short sides there are two elongated ohmic contacts - first 3 and a second 4, and 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, all ohmic contacts 3, 4, 5, 6, 7 and 8 being symmetrical about the center of the inner zone enclosed by the p-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 the semiconductor n-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, the second 6 and fourth 8 contacts being the output 11 for the first orthogonal component. To measure the second orthogonal component of the magnetic field, the first 5 and third 7, and the second 6 and fourth 8 contacts, respectively, are interconnected, the output 12 for the second orthogonal component being the two connection points of the contact pairs 5 and 7, and 6 respectively. and 8. To measure the third orthogonal component of the magnetic field vector, the four ohmic contacts 5, 6, 7 and 8 are connected, the first 3 and second 4 supply contacts being connected via a high-resistance trimmer 13, the midpoint of which and the point of connecting 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 I3 = 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 № 03.1/15.03.2018The 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 I 3 = const flows between them, the effective trajectory of which is curvilinear. It starts and ends on the low-impedance planar contacts 3 and 4, as in the areas below them the trajectory is initially № 03.1 / 15.03.2018
Описания на издадени патенти за изобретения перпендикулярна на горната повърхност на п-подложката 1. Нискоомните захранващи контакти 3 и 4 представляват еквипотенциални равнини, към които в отсъствие на външно магнитно поле В 10 токовите линии 13 са винаги перпендикулярни. Ефективната траектория на тока 13 в останалата част от обема на п-подложката 1 е успоредна на горната й страна. Важна особеност е, че посоките на тока 13 под контактите 3 и 4 са противоположни, I3 = |-11 = 13 4. Дълбокият р-ринг 2, ограждащ достатъчно близко омичните контакти 3,4, 5, 6, 7 и 8 драстично редуцира разтичането на тока 13 по повърхността на подложката 1. Предвид избраната структурна симетрия на всичките омични контакти 3, 4, 5, 6, 7 и 8 по отношение на центъра на вътрешната правоъгълна п-тип зона (точката на пресичане на диагоналите на тази област), траекторията на захранващия ток 13 е също симетрична спрямо този център в равнината х-у (фигура 1).Descriptions of patents for inventions perpendicular to the upper surface of the n-substrate 1. The low-resistance supply contacts 3 and 4 are equipotential planes to which in the absence of an external magnetic field B 10 the current lines 1 3 are always perpendicular. The effective current trajectory 1 3 in the rest of the volume of the n-substrate 1 is parallel to its upper side. An important feature is that the directions of current 1 3 under contacts 3 and 4 are opposite, I 3 = | -11 = 1 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 1 3 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 1 3 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 взаимно перпендикулярни компоненти Βχ, Ву и Βζ води до възникване на три латерално отклоняващи движещите се електрони 13 сили на Лоренц, FL = qV|r х В, където q е елементарният товар на електрона, a Vdi 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 контактите 5, 6, 7 и 8 се генерират допълнителни електрически товари от ефекта на Хол (фигура 1). Това води до поява на съответни потенциали на Хол върху тези контакти от трите взаимно ортогонални компоненти на вектора на магнитното поле В 10 Βχ, Ву и Βζ както следва: V5 6(Βχ) и |- V7g(Bx)|; V57(By) и |- V6g(B )|, h±V5 678(Bz). Последователното във времето свързване по определен начин на Холовите контакти 5, 6, 7 и 8 цели селективно извличане на метрологична информация за трите отделни ортогонални компоненти Βχ, Ву и Βζ на магнитния вектор В 10.The external magnetic field B 10, which has an arbitrary orientation in space relative to the substrate 1, through its three mutually perpendicular components Β χ , B y and Β ζ leads to the emergence of three laterally deflecting moving electrons 1 3 Lorentz forces, F L = qV | r x B, where q is the elementary charge of the electron, and V di 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 the contacts 5, 6, 7 and 8 are located, additional electrical loads are generated from the Hall effect (Figure 1). This leads to the appearance of corresponding Hall potentials on these contacts from the three mutually orthogonal components of the magnetic field vector B 10 Β χ , B y and Β ζ as follows: V 5 6 (Β χ ) and | - V 7g (B x ) |; V 57 (B y ) and | - V 6g (B) |, h ± V 5 678 (B z ). The sequential connection in a certain way of the Hall contacts 5, 6, 7 and 8 aims at selective extraction of metrological information for the three separate orthogonal components Β χ , B y and Β ζ of the magnetic vector B 10.
В поле Βχ силата на Лоренц FL = q\'dl y х Βχ въздейства върху вертикалните компоненти на дрейфовата скорост v||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 потенциали, генерирани в магнитно поле Βχ от ефекта на Хол са с един и същ знак и са равни по стойност, V5 (Βχ) =|- V67(В )|. В този случай диференциалният изход V6 8(В ) 11 между контактите 6 и 8 дава метрологична информация за ортотоналната магнитна компонента Βχ.In the field Β χ the Lorentz force F L = q \ ' dl y x Β χ affects the vertical components of the drift velocity v || y of the electrons (Figure 1). When the four identical contacts 5, 6, 7 and 8 are connected crosswise (figure 2 (a)), a connection is made of contacts whose potentials generated in the magnetic field Β χ by the Hall effect have the same sign and are equal in value, V 5 (Β χ ) = | - V 67 (B) |. In this case, the differential output V 6 8 (B) 11 between contacts 6 and 8 gives metrological information about the orthotonic magnetic component Β χ .
В поле В силата на Лоренц FL = qvdrx х Βχ въздейства върху вертикалните компоненти на дрейфовата скорост vdrx на електроните (фигура 1). Паралелното свързване на контактите 5 и 7, и съответно 6 и 8 осъществява връзка на контактите, чиито потенциали, генерирани в магнитно поле Ву от ефекта на Хол са с един и същ знак и са равни по стойност, V5 7(В ) = |- 76 g(B )|, (фигура 2(6)). Диференциалният изход V5g(By) 12 между контактите 5 и 8 дава метрологична информация за ортогоналната магнитна компонента В.In the B field, the Lorentz force F L = qv drx x Β χ affects the vertical components of the drift velocity v drx of the electrons (Figure 1). The parallel connection of contacts 5 and 7, and respectively 6 and 8 connects the contacts whose potentials generated in the magnetic field B y by the Hall effect have the same sign and are equal in value, V 5 7 (B) = | - 7 6 g (B) |, (Figure 2 (6)). The differential output V 5g (B y ) 12 between contacts 5 and 8 gives metrological information about the orthogonal magnetic component B.
уy
Магнитно поле Bz въздейства върху латералната дрейфова скорост vdrx и вертикалната компонента на скоростта v^. (фигура 1).Така съответната сила на Лоренц FL премества траекторията 13 4 в средната област на подложката 1 в равнината х-у или към горната й повърхност или към обема й (в зависимост от посоките на тока I и магнитното поле Bz), т.е. силата на Лоренц FL “свива” или “удължава” ефективната токова траектория 13 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(b)). 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 ± V5 6 7 g(Bz) и квадратичен и четен от магнитното поле Bz магниторезистивен сигнал MR ~ B2z. Пълното компенсиране на паразитното, в този случай, квадратично магнитосъпротивление (квадратичното напрежение върху тези Холови контакти 5, 6, 7 и 8 от магнитната индукция Βζ 10) се осъществява с включения към захранващи контакти 3 и 4 и токоизточника 9 високоомен тример 13. Тъй като захранването на магнитометъра е в режим на постоянен ток I34 = const, квадратичното магниторезистивно напрежение V3 4(В ) ~ B2z върху захранващите контакти 3 и 4 се разпределя в средната точка на делителя (тримера 13) съобразно стойностите на съпротивленията на двете части на тримера 13. Така потенциалът върху средната точка на тримера 13 съвпада с генерирания в поле Bz квадратичен потенциал V5 6 7 върху непосредствено свързаните контакти 5, 6, 7 и 8, върхуMagnetic field B z affects the lateral drift velocity v drx and the vertical velocity component v ^. (Figure 1). Thus the corresponding Lorentz force F L moves the trajectory 1 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 I and the magnetic field B z ), i.e. the Lorentz force F L “shrinks” or “lengthens” the effective current trajectory 1 3 in the x-y plane. The connection of all Hall contacts 5, 6, 7 and 8 summarizes equal potentials generated by the orthogonal magnetic component B z (figure 2 (b)). 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 ± V 5 6 7 g (B z ) and quadratic and even from the magnetic field B z are generated. magnetoresistive signal MR ~ B 2 z. The full compensation of the parasitic, in this case, quadratic magnetoresistance (the quadratic voltage on these Hall contacts 5, 6, 7 and 8 of the magnetic induction осъщест 10) is carried out by connecting to power contacts 3 and 4 and the current source 9 a high-impedance trimmer 13. the supply of the magnetometer is in DC mode I34 = const, the square magnetoresistive voltage V3 4 (B) ~ B 2 z on the supply contacts 3 and 4 is distributed at the midpoint of the divider (trimmer 13) according to the values of the resistances of the two parts of trimmer 13. Thus the potential on the midpoint of trimmer 13 coincides with the square potential V 5 6 7 generated in field B z on the directly connected contacts 5, 6, 7 and 8, on
Описания на издадени патенти за изобретения № 03.1/15.03.2018 които също възниква квадратично напрежение от ефекта на магнитосъпротивление (фигура 2(b)). 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 g(Bz) ~ Bz, носител на информацията за третата ортогонална магнитна компонента Bz.Descriptions of issued patents for inventions № 03.1 / 15.03.2018 which also arise quadratic voltage from the effect of magnetoresistance (figure 2 (b)). 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 V 5 6 7 g (B z ) ~ B z , carrier of information on the third orthogonal magnetic component B z .
Важна особеност е, че всяка една от трите последователни конфигурации 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| = (Βχ 2 + By2+Bz2)1/2 [3].An important feature is that each of the three consecutive connection configurations of contacts 5, 6, 7 and 8 (figure 2) corresponding to a particular orthogonal magnetic component performs suppression of the output voltages from the other two components of the vector B 10. These signals are are in-phase additions in the corresponding differential output and are compensated there. The 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 vector of the magnetic field B 10 is given by the expression: | = (Β χ 2 + By 2 + Bz 2 ) 1/2 [3].
Неочакваният положителен ефект на магнитометъра се заключава във възможността само с шест омични контакти, един и същ захранващ ток 13 (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 конвертиране на магнитното поле В 10 в електрически сигнал е стабилният и еднозначен като действие ефект на Хол, отношението сигнал/шум и резолюцията на новия З-D магнитометър са високи. Дълбокият р-ринг 2 минимизира повърхностното разтичане на тока 13 и подобрява ортогоналността на токове 13 и I през двата захранващи контакта 3 и 4 спрямо горната равнина на подложката 1 в отсъствие на магнитното поле В 10. Така токовите линии 13 проникват дълбоко в обема на η-полупроводниковата подложка 1 и върху тях по-ефективно действат латералните отклоняващи сили на Лоренц. Следователно, въздействието на компонентите Βχ и Βζ на магнитното поле В 10 чрез силите на Лоренц FL върху токове 13 и I е значително повишено, и чувствителността на тези канали също.The unexpected positive effect of the magnetometer lies in the possibility of only six ohmic contacts, the same supply current 1 3 (one current source 9) and three different ways of switching on 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 signal-to-noise ratio and the resolutions of the new 3-D magnetometer are high. The deep p-ring 2 minimizes the surface current flow 1 3 and improves the orthogonality of currents 1 3 and I through the two supply contacts 3 and 4 to the upper plane of the pad 1 in the absence of the magnetic field B 10. Thus the current lines 1 3 penetrate deep into the volume of the η-semiconductor substrate 1 and the lateral Lorentz deflection forces act more effectively on them. Therefore, the effect of the components Β χ and Β ζ on the magnetic field B 10 by the Lorentz forces F L on currents 1 3 and I is significantly increased, and the sensitivity of these channels as well.
Магнитометърът може да се реализира със 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 контактите 5, 6, 7 и 8 (фигура 2 (а), (б) и (в)) се осъществява чрез мултиплексор.The magnetometer can be implemented with standard CMOS technology or micromachining and can be integrated together with the signal processing peripheral electronics. The sequential realization of the three connection configurations of contacts 5, 6, 7 and 8 (figure 2 (a), (b) and (c)) is carried out by means of a multiplexer.
Claims (1)
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 BG111329A (en) | 2014-04-30 |
BG66640B1 true 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) |
-
2012
- 2012-10-29 BG BG111329A patent/BG66640B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BG111329A (en) | 2014-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2624001B1 (en) | Hall sensor and sensor arrangement | |
BG66640B1 (en) | Semiconductor three-component magnetometer | |
BG66954B1 (en) | A 2d semiconductor magnetometer | |
BG66714B1 (en) | Three-component magnetic field microsensor | |
BG112804A (en) | 2d hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG67134B1 (en) | Hall effect microsensor | |
BG67039B1 (en) | Two-axis magnetic field microsensor | |
BG67380B1 (en) | Two-dimensional magnetic field microsensor | |
BG111199A (en) | Two-dimensional magnetometer | |
BG67038B1 (en) | A plane magneto-sensitive microsystem of hall effect sensor | |
BG66790B1 (en) | X-, Y-, and Z-COMPONENT MAGNETOMETER | |
BG66660B1 (en) | Integral hall sensor with parallel axis of magneto sensitivity | |
BG67071B1 (en) | In-plane magnetosensitive hall effect device | |
BG66829B1 (en) | Integral 3-d magnetic field microsensor | |
BG67250B1 (en) | Hall effect semiconductor device | |
BG65750B1 (en) | Two-component magnetometer | |
BG67010B1 (en) | Integral magnetometer | |
BG67210B1 (en) | Integrated two-axis magnetic field sensor | |
BG67551B1 (en) | Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements | |
BG66704B1 (en) | Two-dimensional semiconductor magnetometer | |
BG66433B1 (en) | Two-dimensional vector magnetometer | |
BG65970B1 (en) | Microsystem for measuring the three magnetic field components | |
BG66884B1 (en) | Combined microsensor | |
BG112827A (en) | Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG112687A (en) | Magneto-sensitive element |