BG66764B1 - Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity - Google Patents

Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity Download PDF

Info

Publication number
BG66764B1
BG66764B1 BG111607A BG11160713A BG66764B1 BG 66764 B1 BG66764 B1 BG 66764B1 BG 111607 A BG111607 A BG 111607A BG 11160713 A BG11160713 A BG 11160713A BG 66764 B1 BG66764 B1 BG 66764B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
output
inputs
contacts
parallel axis
input
Prior art date
Application number
BG111607A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG111607A (en
Inventor
Чавдар РУМЕНИН
Вълчева Лозанова Сия
Светослав НОЙКОВ
Атанасов Нойков Светослав
Сия ЛОЗАНОВА
Станоев Руменин Чавдар
Original Assignee
Институт По Системно Инженерство И Роботика - 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 Системно Инженерство И Роботика - Бан filed Critical Институт По Системно Инженерство И Роботика - Бан
Priority to BG111607A priority Critical patent/BG66764B1/en
Publication of BG111607A publication Critical patent/BG111607A/en
Publication of BG66764B1 publication Critical patent/BG66764B1/en

Links

Landscapes

  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

The Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity comprises an n- type semiconductor wafer (1) on one side of which are formed five identical rectangular ohmic contacts at an equal distance from each other - first (2), second (3), third (4), fourth (5) and fifth (6), as the third one is central and a current source (7). There are two more differential analog multiplexers (8 and 9) with two inputs and one output, a rectangular pulse generator (10), two differential amplifiers - the first (11) and the second (12), and a duel-channel tracking-memory circuit ( 13). The first (2) and second (3), as well as the fourth (5) and fifth (6) contacts are connected respectively to the inputs of the multiplexers (8 and 9), whose control inputs are connected to the rectangular pulse generator (10). The output of one of the multiplexer (8) is connected to one output of the current source (7), whose second output is connected to the third ohmic contact (4), the output of the other multiplexer (9) is connected to the input of the first amplifier (11), the output of which is coupled to the inputs of the tracking-memory circuit (13) whose control inputs are coupled to the pulse generator (10). The outputs of the tracking-memory circuit (13) are connected to the input of the second amplifier (12) in such a way that the signals supplied to its input are subtracted. The measured magnetic field (14) is applied perpendicular to the cross section of the wafer (1) as the output (15) of the Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity is the is the output of the second amplifier (12).

Description

(54) ИНТЕГРАЛЕН ЕЛЕМЕНТ НА ХОЛ С ПАРАЛЕЛНА ОС НА МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛНОСТ(54) INTEGRATED ELEMENT OF A LIVING ROOM WITH A PARALLEL AXIS OF MAGNETIC SENSITIVITY

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася до интегрален елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност, приложимо в областта на контролно-измервателната техника, слабополевата магнитометрия, сензориката, роботиката, мехатрониката и когнитивните интелигентни системи, микро- и нано-технологиите, космическите изследвания, системното инженерство, биомедицината, безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания, енергетиката, военното дело, сигурността и др.The invention relates to an integral Hall element with a parallel axis of magnetosensitivity, applicable in the field of control and measurement technology, low-field magnetometry, sensors, robotics, mechatronics and cognitive intelligent systems, micro- and nano-technologies, space research, systems engineering, bioengineering , non-contact measurement of angular and linear displacements, energy, military affairs, security, etc.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е интегрален елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност, съдържащ п-тип полупроводникова подложка, върху едната страна на която са формирани на разстояния един от друг пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, третият контакт е централен, като първият и петият, и съответно вторият и четвъртият контакт са симетрични спрямо него и токоизточник, единият извод на който е свързан с централния, а другият - с първия и петия контакт. Изходът на елемента на Хол са вторият и четвъртият контакт, като измерваното магнитно поле е перпендикулярно на напречното сечение на подложката [1].An integral Hall element with a parallel axis of magnetic sensitivity is known, containing a n-type semiconductor substrate, on one side of which five rectangular ohmic contacts are formed at distances from each other - first, second, third, fourth and fifth, the third contact is central , as the first and the fifth, and respectively the second and the fourth contact are symmetrical in relation to it and the current source, one terminal of which is connected to the central and the other to the first and the fifth contact. The outputs of the Hall element are the second and fourth contacts, the measured magnetic field being perpendicular to the cross section of the substrate [1].

Известен е още интегрален елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност, съдържащ п-тип полупроводникова подложка, върху едната страна на която са формирани на разстояния един от друг пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, третият контакт е централен, като първият и петият, и съответно вторият и четвъртият контакт са симетрични спрямо него и токоизточник, единият извод на който е свързан с централния, а другият - с втория и четвъртия контакт. Изходът на елемента на Хол са първият и петият контакт, като измерваното магнитно поле е перпендикулярно на напречното сечение на подложката [2].There is also an integral Hall element with a parallel axis of magnetic sensitivity, containing a p-type semiconductor substrate, on one side of which are formed at distances from each other five rectangular ohmic contacts - first, second, third, fourth and fifth, the third contact is central, as the first and fifth, and respectively the second and fourth contacts are symmetrical to it and the current source, one terminal of which is connected to the central and the other to the second and fourth contact. The outputs of the Hall element are the first and the fifth contact, as the measured magnetic field is perpendicular to the cross section of the substrate [2].

Недостатък на тези два интегрални елемента на Хол с паралелна ос на магниточувствителност са високите стойности на паразитните напрежения на изходите в отсъствие на магнитно поле (офсетите) в резултат на неминуема геометрична асиметрия при технологичната реализация на омичните контакти по отношение на централния.The disadvantage of these two integral Hall elements with a parallel axis of magnetic sensitivity is the high values of parasitic voltages at the outputs in the absence of a magnetic field (offsets) as a result of inevitable geometric asymmetry in the technological implementation of ohmic contacts relative to the central one.

Недостатък е също собственият и температурният дрейф на офсета по причина на вътрешни в полупроводниковата подложка деформации при капсулирането на чипа, технологични несъвършенства, дисипацията на топлина при функционирането, процесите на стареене и др., което влошава метрологичната точност.Another disadvantage is the intrinsic and temperature drift of the offset due to internal deformations in the semiconductor substrate during chip encapsulation, technological imperfections, heat dissipation during operation, aging processes, etc., which worsens the metrological accuracy.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задача на изобретението е да се създаде интегрален елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност със силно редуцирана стойност на паразитния офсет на изхода и на неговия дрейф.It is an object of the invention to provide an integral Hall element with a parallel axis of magnetic sensitivity with a strongly reduced value of the parasitic offset at the output and its drift.

Тази задача се решава с интегрален елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност, съдържащ п-тип полупроводникова подложка, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг пет еднакви правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, като третият контакт е централен, токоизточник, два диференциални аналогови мултиплексора, с по два входа и по един изход, управляващ генератор на правоъгълни импулси, два диференциални усилвателя - първи и втори, и двуканална следящо-запомняща схема. Първият и вторият, както четвъртият и петият контакт са свързани съответно с входовете на мултиплексорите, чиито управляващи входове са съединени с генератора на правоъгълни импулси. Изходът на единия мултиплексор е свързан с единия извод на токоизточника, чийто втори извод е свързан с третия омичен контакт. Изходът на другия мултиплексор е свързан с входа на първия диференциален усилвател, изходът на който е съединен с входовете на следящо-запомнящата схема, чиито управляващи входове са съединени с генератора на импулси. Изходите на двуканалната следящо-запомняща схема са съединени с входа на втория диференциален усилвател, така че да се осъществи изваждане на сигналите, подадени на входа му. Измерваното магнитно поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката, като изход на интегралния елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност е изходът наThis problem is solved with an integral Hall element with a parallel axis of magnetic sensitivity, containing a n-type semiconductor substrate, on one side of which are formed at equal distances from each other five identical rectangular ohmic contacts - first, second, third, fourth and fifth. , as the third contact is central, current source, two differential analog multiplexers, with two inputs and one output, control generator of rectangular pulses, two differential amplifiers - first and second, and two-channel monitoring-memory circuit. The first and second contacts, as well as the fourth and fifth contacts, are connected respectively to the inputs of the multiplexers whose control inputs are connected to the rectangular pulse generator. The output of one multiplexer is connected to one terminal of the current source, the second terminal of which is connected to the third ohmic contact. The output of the other multiplexer is connected to the input of the first differential amplifier, the output of which is connected to the inputs of the tracking-memory circuit, whose control inputs are connected to the pulse generator. The outputs of the two-channel memory-monitoring circuit are connected to the input of the second differential amplifier, so that the signals supplied to its input are subtracted. The measured magnetic field is applied perpendicular to the cross section of the substrate, as the output of the integral Hall element with a parallel axis of magnetic sensitivity is the output of

Описания на издадени патенти за изобретения № 12.1/17.12.2018 втория диференциален усилвател.Descriptions of issued patents for inventions № 12.1 / 17.12.2018 the second differential amplifier.

Предимство на изобретението е силно редуцираната стойност на паразитния офсет на изхода на интегралния елемент на Хол, тъй като в изходните сигнали на последователно формираните конфигурации интегрални елементи, Холовите напрежения са с противоположен знак и равни по стойност, а офсетите са с еднакъв знак и са приблизително равни и при изваждане на сигналите с втория диференциален усилвател двата офсета се изваждат, а напреженията на Хол се сумират.An advantage of the invention is the strongly reduced value of the parasitic offset at the output of the Hall integral element, because in the output signals of the sequentially formed configurations of integral elements, the Hall voltages are of opposite sign and equal in value, and the offsets are of equal sign and are approximately equal and when subtracting the signals with the second differential amplifier, the two offsets are subtracted and the Hall voltages are summed.

Предимство е също компенсираният дрейф (собствен и температурен) на офсета поради общите за двата елемента на Хол подложка и контакти, като при динамичното конфигуриране на сензорите стойността и поведението на дрейфа са едни и същи, и при изваждане на сигналите той се компенсира.The compensated drift (own and temperature) of the offset is also an advantage due to the common for both elements of Hall pad and contacts, as in the dynamic configuration of the sensors the value and behavior of the drift are the same, and when the signals are extracted it is compensated.

Предимство е още повишената два пъти магниточувствителност в резултат на удвоения сигнал на изхода на интегралния елемент на Хол.Another advantage is the doubled magnetosensitivity as a result of the doubled signal at the output of the Hall integral element.

Предимство е и подобреното отношение сигнал/шум, т.е. резолюцията на елемента на Хол при детектиране на минимално магнитно поле в резултат на силно редуцирания паразитен офсет и неговия дрейф, както и удвоената чувствителност.An advantage is the improved signal-to-noise ratio, ie. the resolution of the Hall element when detecting a minimal magnetic field as a result of the strongly reduced parasitic offset and its drift, as well as the doubled sensitivity.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената фигура 1.The invention is illustrated in more detail by one of its embodiments given in the attached figure 1.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention

Интегралният елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност съдържа п-тип полупроводникова подложка 1, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг пет еднакви правоъгълни омични контакти - първи 2, втори 3, трети 4, четвърти 5 и пети 6, като третият 4 е централен, токоизточник 7, два диференциални аналогови мултиплексора 8 и 9 с по два входа и по един изход, управляващ генератор на правоъгълни импулси 10, два диференциални усилвателя - първи 11 и втори 12, и двуканална следящо-запомняща схема 13. Първият 2 и вторият 3, както четвъртият 5 и петият 6 контакт са свързани съответно с входовете на мултиплексорите 8 и 9, чиито управляващи входове са съединени с генератора на правоъгълни импулси 10. Изходът на единия мултиплексор 8 е свързан с единия извод на токоизточника 7, чийто втори извод е свързан с третия омичен контакт 4. Изходът на другия мултиплексор 9 е свързан с входа на първия диференциален усилвател 11, изходът на който е съединен с входовете на следящо-запомнящата схема 13, чиито управляващи входове са съединени с генератора на импулси 10. Изходите на двуканалната следящо-запомняща схема 13 са съединени с входа на втория диференциален усилвател 12, така че да се осъществи изваждане на сигналите, подадени на входа му. Измерваното магнитно поле 14 е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката 1, като изход 15 на интегралния елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност е изходът на втория диференциален усилвател 12.The Hall integral with a parallel axis of magnetic sensitivity contains a n-type semiconductor substrate 1, on one side of which are formed at equal distances from each other five identical rectangular ohmic contacts - first 2, second 3, third 4, fourth 5 and fifth 6 , the third 4 being a central current source 7, two differential analog multiplexers 8 and 9 with two inputs and one output, a rectangular pulse generator 10, two differential amplifiers - first 11 and second 12, and a two-channel memory-memory circuit 13 The first 2 and the second 3, as well as the fourth 5 and the fifth 6 contacts are connected respectively to the inputs of the multiplexers 8 and 9, whose control inputs are connected to the rectangular pulse generator 10. The output of one multiplexer 8 is connected to one terminal of the current source 7. , the second terminal of which is connected to the third ohmic contact 4. The output of the second multiplexer 9 is connected to the input of the first differential amplifier 11, the output of which is connected to inputs of the tracking circuit 13, the control inputs of which are connected to the pulse generator 10. The outputs of the two-channel tracking circuit 13 are connected to the input of the second differential amplifier 12, so as to subtract the signals supplied to its input. . The measured magnetic field 14 is applied perpendicular to the cross section of the substrate 1, the output 15 of the Hall integral with a parallel axis of magnetic sensitivity is the output of the second differential amplifier 12.

Действието на интегралния елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност, съгласно изобретението, е следното. Чрез формиране върху повърхността на п-тип полупроводниковата подложка 1 на еднакви по размери и разположени на равни разстояния правоъгълни омични контакти 2, 3, 4, 5 и 6 се постига максимална симетрия на транспортните процеси в структурата 1 спрямо централния контакт 4 при включване на токоизточника 7. Чрез съответно комутиране (превключване) с двата мултиплексора 8 и 9 на четирите контакти 2, 3, 5 и 6 се реализират последователно две конфигурации на елемента на Хол както следва: първата съдържа като входни (захранващи) контакти централният 4 и двата крайни 2 и 6, а изходни са вторият 3 и четвъртият 5 контакт; при втората конфигурация захранващите са централният 4, вторият 3 и четвъртият 5 контакт, а изходните са първият 2 и петият 6. Тези две редуващи се конфигурации на Хол елементите се осъществяват чрез генератора на правоъгълни импулси 10, който синхронизира цялостната работа на устройството, управлявайки фазите на превключване на мултиплексорите 8 и 9, и на токоизточника 7 към съответните планарни контакти 2,3, 5 и 6. Така реализираните два микросензора на Хол са с паралелна ос на чувствителност - те са чувствителни към магнитното поле В 14, приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката 1, т.е. успоредно на дългите страни на правоъгълните контакти 2,3,4,5 и 6. Траекториите на движениеThe operation of the Hall integral with a parallel axis of magnetic sensitivity according to the invention is as follows. By forming on the surface of the p-type the semiconductor substrate 1 of rectangular ohmic contacts 2, 3, 4, 5 and 6 of equal size and located at equal distances, maximum symmetry of the transport processes in the structure 1 is achieved with respect to the central contact 4 when the current source is switched on. 7. By corresponding switching (switching) with the two multiplexers 8 and 9 of the four contacts 2, 3, 5 and 6, two configurations of the Hall element are realized in succession as follows: the first contains as input (supply) contacts the central 4 and the two end 2 and 6, and the outputs are the second 3 and the fourth 5 contacts; in the second configuration, the power supplies are the central 4, the second 3 and the fourth 5 contacts, and the outputs are the first 2 and the fifth 6. These two alternating configurations of Hall elements are realized by the rectangular pulse generator 10, which synchronizes the overall operation of the device. of switching the multiplexers 8 and 9, and the current source 7 to the respective planar contacts 2,3, 5 and 6. The two Hall microsensors realized in this way have a parallel axis of sensitivity - they are sensitive to the magnetic field B 14 applied perpendicular to the transverse cross section of the pad 1, i.e. parallel to the long sides of the rectangular contacts 2,3,4,5 and 6. The trajectories of motion

Описания на издадени патенти за изобретения № 12.1/17.12.2018 на токоносителите в подложката 1 при отсъствие на магнитно поле В 14, В = 0, са криволинейни - те стартират и завършват на съответните за дадената конфигурация захранващи омични контакти 2-4-6 или 3-4-5, представляващи еквипотенциални равнини. Под тези контакти 2-4-6 или 3-4-5 токовите линии са вертикални към горната повърхност (фигура 1), след което стават успоредни на нея.Descriptions of issued patents for inventions № 12.1 / 17.12.2018 of the current carriers in the substrate 1 in the absence of magnetic field B 14, B = 0, are curvilinear - they start and end at the corresponding for the given configuration supply ohmic contacts 2-4-6 or 3-4-5, representing equipotential planes. Below these contacts 2-4-6 or 3-4-5 the current lines are vertical to the upper surface (figure 1), after which they become parallel to it.

В резултат на неминуема асиметрия (геометрични грешки) на контактите 2 и 6, и съответно 3 и 5 спрямо централния електрод 4 при технологичната реализация, възникват паразитни изходни напрежения (офсети) в отсъствие на магнитното поле 14 В = 0, V3 5(0) 7 0 и V; 6(0) ψ 0. Тъй като полупроводниковата подложка 1 е обща за двете конфигурации на елементите на Хол и петте планарни контакта 2, 3, 4, 5 и 6 са едни и същи за двата микросензора, така формираните елементи на Хол фактически се „сливат” и притежават обща преобразувателна зона. Следователно, двата офсета V, 5(0) и V2 (0) се очаква да бъдат почти равни по стойност и да са с един и същ знак, V3 5(0)« V2 6(0).As a result of inevitable asymmetry (geometric errors) of the contacts 2 and 6, and respectively 3 and 5 relative to the central electrode 4 in the technological implementation, parasitic output voltages (offsets) occur in the absence of the magnetic field 14 V = 0, V 3 5 (0 ) 0 0 and V ; 6 (0) ψ 0. Since the semiconductor substrate 1 is common to the two configurations of the Hall elements and the five planar contacts 2, 3, 4, 5 and 6 are the same for the two microsensors, the Hall elements thus formed are in fact “ merge ”and have a common conversion zone. Therefore, the two offsets V, 5 (0) and V 2 (0) are expected to be almost equal in value and to have the same sign, V 3 5 (0) «V 2 6 (0).

Прилагането на магнитното поле В перпендикулярно на напречното сечение на подложката 1, т.е. успоредно на дългите страни на правоъгълните омични контакти 2, 3, 4, 5 и 6 води до възникване на странично отклонение на токовите линии от силата на Лоренц FL за дадената Холова конфигурация, FL = q Vdi х В, където q е елементарният товар на електрона, a Vdi е векторът на средната дрейфова скорост на електроните. В резултат на тази Лоренцова дефлекция F траекториите на противоположно насочените спрямо централния контакт 4 токове се “свиват” и съответно “разширяват”. Това води, чрез ефекта на Хол, до възникване върху повърхността на подложката 1 при съответните контакти 3 - 5 за едната и 2 - 6 за другата, конфигурация на напрежения на Хол V3 5(В) и - V2 6(В). Ключов резултат от така осъществените конфигурации на елементите е, че съответните Холови напрежения V3 5(В) и - V2 6(В) са равни по стойност, но са с противоположен знак, V35(B) = - V26(B). Това е постигнато чрез общия за Холовите конфигурации централен контакт 4 и непроменената в двата случая посока на захранващия ток I Симетричните спрямо контакта 4 електроди 3 и 5, и съответно 2 и 6 са или изходни, или захранващи. Тези техни функционални предназначения се определят с двата диференциални аналогови мултиплексора 8 и 9, управлявани от генератора на импулси 10. С помощта на двуканалната следящо-запомняща схема 9, усилените преди това от първия диференциален усилвател 11 диференциални напрежения V3 и V; 6 от двете Холови конфигурации се запомнят. В тези два сигнала V35 и V26 влизат съответно „чистите” напрежения на Хол V3 5(В) и - V2 6(В) плюс офсетите V3 5(0) и V2 6(0), които са неотличими от магниточувствителните сигнали. Чрез втория диференциален усилвател 12 сигналите V3 и V2 6 се изваждат:The application of the magnetic field B perpendicular to the cross section of the substrate 1, i. parallel to the long sides of the rectangular ohmic contacts 2, 3, 4, 5 and 6 leads to a lateral deviation of the current lines from the Lorentz force F L for the given Hall configuration, F L = q V di x B, where q is the elementary electron load, and V di is the vector of the average drift velocity of the electrons. As a result of this Lorentz deflection F, the trajectories of the 4 currents opposite to the central contact "shrink" and "expand" accordingly. This leads, through the Hall effect, to the appearance on the surface of the substrate 1 at the respective contacts 3 - 5 for one and 2 - 6 for the other, a configuration of Hall voltages V 3 5 (B) and - V 2 6 (B). A key result of the implemented configurations of the elements is that the respective Hall voltages V 3 5 (B) and - V 2 6 (B) are equal in value, but have the opposite sign, V 35 (B) = - V 26 ). This is achieved by the common for the Hall configurations central contact 4 and the unchanged in both cases direction of the supply current I Symmetrical to the contact 4 electrodes 3 and 5, and respectively 2 and 6 are either output or supply. These functional purposes are determined by the two differential analog multiplexers 8 and 9 controlled by the pulse generator 10. By means of the two-channel tracking-memory circuit 9, the differential voltages V 3 and V previously amplified by the first differential amplifier 11 ; 6 of the two Hall configurations are stored. These two signals V 35 and V 26 include the "pure" Hall voltages V 3 5 (B) and - V 2 6 (B), respectively, the offsets V 3 5 (0) and V 2 6 (0), which are indistinguishable. from the magnetosensitive signals. Through the second differential amplifier 12 the signals V 3 and V 2 6 are output:

V3,5 - V2 6 = [V3 5(0) + V3 5(В)] - [V2 6(0) - V2 6(В)] = 2VH(B) + [V3 5(0) - v2 6(0)]V 3 , 5 - V 2 6 = [V 3 5 (0) + V 3 5 (B)] - [V 2 6 (0) - V 2 6 (B)] = 2V H (B) + [V 3 5 (0) - v 2 6 (0)]

Съгласно този израз, в резултат на изваждането на двете генерирани от Холовите конфигурации напрежения V3 и V; 6, сигналът на изхода 15 на втория диференциален усилвател 12 е удвоен 2VH(B), а остатъчният офсет Voff(0) ξ V3 5(0) - V2 6(0) е драстично редуциран. Его защо магниточувствителността на интегралния елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност е удвоена, а остатъчният паразитен офсет е почти напълно компенсиран Vff(0)« 0. Предвид силно редуцирания офсет на изхода 15 на елемента на Хол, собственият Ι/f (фликер) шум от структурата 1 се намалява и се повишава отношението сигнал/шум. Така резолюцията за детектиране на минимална магнитна индукция В се подобрява. Собственият и температурният дрейф на офсета се генерират най-вече от вътрешни в подложката 1 деформации при капсулирането на чипа, реализацията на метализираните шини, тънкослойните проводящи и диелектрични слоеве по повърхността, технологични несъвършенства, дисипацията на топлина при функциониране, процесите на стареене и др. В общия случай тези дрейфови напрежения имат хаотично поведение, променяйки се с течение на времето, което прави компенсирането им чрез тримиране, термостатиране и др. неефективно. Посочените причини са неотстраними, но са едни и същи и за двата интегрални елемента на Хол. Честотата на превключване на двете фази от генератора на импулси 10, обуславящи Холовите конфигурации се подбира така, че за два последователни такта да отсъства промяна в дрейфа. Изваждането на изходните сигнали на двата сензора с диференциалния усилвател 12 осъществява също и компенсация на дрейфа в изхода 15. Това подобрява значително метрологичната точност.According to this expression, as a result of the subtraction of the two voltages generated by the Hall configurations V 3 and V ; 6 , the output signal 15 of the second differential amplifier 12 is doubled to 2V H (B), and the residual offset V off (0) ξ V 3 5 (0) - V 2 6 (0) is drastically reduced. Ego why the magnetosensitivity of the integral Hall element with a parallel axis of sensitivity is doubled and the residual parasitic offset is almost completely compensated V ff (0) «0. Given the strongly reduced offset at the output 15 of the Hall element, its own Ι / f (flicker) ) noise from structure 1 decreases and the signal-to-noise ratio increases. Thus, the resolution for detecting minimal magnetic induction B is improved. The intrinsic and temperature drift of the offset is generated mainly by internal deformations in the substrate 1 during the encapsulation of the chip, the realization of the metallized busbars, the thin-layer conductive and dielectric layers on the surface, technological imperfections, heat dissipation during operation and other processes. In the general case, these drift stresses have a chaotic behavior, changing over time, which makes them compensated by trimming, thermostating and more. inefficient. The stated reasons are irreversible, but are the same for both integral Hall elements. The switching frequency of the two phases of the pulse generator 10, determining the Hall configurations, is selected so that for two consecutive cycles there is no change in the drift. The output of the output signals of the two sensors with the differential amplifier 12 also compensates for the drift in the output 15. This significantly improves the metrological accuracy.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава във възможността само с пет омични контакта 2, 3, 4, 5 и 6 и промяна на предназначението им - входни/изходни да сеThe unexpected positive effect of the new technical solution lies in the possibility with only five ohmic contacts 2, 3, 4, 5 and 6 and change of their purpose - input / output to be

Описания на издадени патенти за изобретения № 12.1/17.12.2018 осъществят два функционално интегрирани в обща преобразувателна зона елемента на Хол, от съвместното действие на които се постигат нови свойства. В резултат на това офсетът се редуцира драстично, неговият дрейф е минимизиран съществено, магниточувствителността е удвоена и е повишена резолюцията - качества, отсъстващи в известните елементи на Хол. Новото техническо решение е принос и към метода на токов спининг в сензориката на магнитното поле.Descriptions of issued patents for inventions № 12.1 / 17.12.2018 implement two functionally integrated in a common conversion zone Hall element, from the joint action of which new properties are achieved. As a result, the offset is drastically reduced, its drift is significantly minimized, the magnetic sensitivity is doubled and the resolution is increased - qualities that are absent in the famous Hall elements. The new technical solution is also a contribution to the method of current spinning in the magnetic field sensors.

Интегралният елемент на Хол може да се реализира с CMOS технология, като преобразувателната зона представлява дълбок п-тип джоб 1. Изборът на п-тип полупроводниковата подложка 1 е продиктуван от факта, че в п-тип полупроводниците подвижността на токоносителите, обуславяща скоростта на движение на токоносителите, т.е. на магниточувствителността, е съществено по-висока, в сравнение с р-тип материалите. По-дълбоко проникване на тока I под централния контакт 4, респективно по-ефективно въздействие на силата на Лоренц FL върху токовите линии, може да се постигне чрез формиране около този правоъгълен електрод 4 на ограничителен р-ринг. При необходимост всички компоненти на интегралния елемент на Хол с паралелна ос на чувствителност могат да се реализират върху общ силициев чип, формирайки интелигентна микросистема. Действието на новия сензор е осъществимо в широк температурен диапазон. За още по-висока чувствителност, подложката 1 с контактите 2, 3, 4, 5 и 6 се разполага между два еднакви продълговати концентратори на магнитното поле В 14 от ферит или μ-метал.The integral Hall element can be realized with CMOS technology, as the conversion zone is a deep p-type pocket 1. The choice of p-type semiconductor pad 1 is dictated by the fact that in p-type semiconductors the mobility of current carriers, determining the speed of movement of current carriers, i.e. of magnetic sensitivity is significantly higher compared to p-type materials. Deeper penetration of the current I under the central contact 4, respectively more effective influence of the Lorentz force F L on the current lines, can be achieved by forming around this rectangular electrode 4 a limiting p-ring. If necessary, all components of the Hall integral with a parallel axis of sensitivity can be realized on a common silicon chip, forming an intelligent microsystem. The operation of the new sensor is feasible in a wide temperature range. For even higher sensitivity, the pad 1 with contacts 2, 3, 4, 5 and 6 is located between two identical elongated concentrators of the magnetic field B 14 of ferrite or μ-metal.

Claims (1)

Патентни претенцииPatent claims 1. Интегрален елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност, съдържащ п-тип полупроводникова подложка, върху едната страна на която са формирани на разстояния един от друг пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, като третият е централен, както и токоизточник, като измервано магнитно поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката, характеризиращ се с това, че всички контакти (2, 3, 4, 5 и 6) са еднакви и са разположени на равни разстояния един от друг, има още два диференциални аналогови мултиплексора (8 и 9) с по два входа и по един изход, управляващ генератор на правоъгълни импулси (10), два диференциални усилвателя - първи (11) и втори (12), и двуканална следящо-запомняща схема (13), като първият (2) и вторият (3), както и четвъртият (5) и петият (6) контакт са свързани съответно с входовете на мултиплексорите (8 и 9), чиито управляващи входове са съединени с генератора на правоъгълни импулси (10), при което изходът на единия мултиплексор (8) е свързан с единия извод на токоизточника (7), чийто втори извод е свързан с третия омичен контакт (4), изходът на другия мултиплексор (9) е свързан с входа на първия диференциален усилвател (11), изходът на който е съединен с входовете на следящозапомняща схема (13), чиито управляващи входове са съединени с генератора на правоъгълни импулси (10), като изходите на двуканалната следящо-запомняща схема (13) са съединени с входа на втория диференциален усилвател (12) така, че да се осъществи изваждане на сигналите, подадени на входа му, а изход (15) на интегралния елемент на Хол с паралелна ос на магниточувствителност е изходът на втория диференциален усилвател (12).1. Integral Hall element with a parallel axis of magnetic sensitivity, containing a n-type semiconductor substrate, on one side of which are formed at distances from each other five rectangular ohmic contacts - first, second, third, fourth and fifth, the third being central , as well as a current source, as the measured magnetic field is applied perpendicular to the cross section of the substrate, characterized in that all contacts (2, 3, 4, 5 and 6) are the same and are located at equal distances from each other, there is two more differential analog multiplexers (8 and 9) with two inputs and one output, a rectangular pulse control generator (10), two differential amplifiers - first (11) and second (12), and a two-channel tracking-memory circuit (13 ), the first (2) and second (3) as well as the fourth (5) and fifth (6) contacts being connected to the inputs of the multiplexers (8 and 9), respectively, whose control inputs are connected to the rectangular pulse generator (10). ), where the output of ed The multiplexer (8) is connected to one terminal of the current source (7), the second terminal of which is connected to the third ohmic contact (4), the output of the other multiplexer (9) is connected to the input of the first differential amplifier (11). which is connected to the inputs of a tracking memory circuit (13), the control inputs of which are connected to the rectangular pulse generator (10), the outputs of the two-channel tracking memory circuit (13) being connected to the input of the second differential amplifier (12), that to subtract the signals applied to its input, and the output (15) of the integral Hall element with a parallel axis of magnetic sensitivity is the output of the second differential amplifier (12).
BG111607A 2013-10-28 2013-10-28 Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity BG66764B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG111607A BG66764B1 (en) 2013-10-28 2013-10-28 Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG111607A BG66764B1 (en) 2013-10-28 2013-10-28 Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG111607A BG111607A (en) 2015-04-30
BG66764B1 true BG66764B1 (en) 2018-11-15

Family

ID=56847972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG111607A BG66764B1 (en) 2013-10-28 2013-10-28 Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG66764B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG111607A (en) 2015-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BG66764B1 (en) Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity
BG66848B1 (en) Hall effect device with a in-plane sensitivity
BG113272A (en) Planar magnetically sensitive sensor
BG66830B1 (en) In-plane magnetosensitive sensor device
BG67298B1 (en) Hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG66839B1 (en) Integral in-plane magnetic sensitive hall sensor
BG113625A (en) INTEGRAL HALL SENSOR WITH PLANE SENSITIVITY
BG112808A (en) Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG112771A (en) Hall sensor configuration with planar magnetic sensitivity
BG113275A (en) Planar magnetically sensitive element
BG67380B1 (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG112091A (en) A surface-magnetically sensitive hall transformer
BG112991A (en) Electronic device with planar magnetic sensitivity
BG112935A (en) Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG113056A (en) Integrated hall effect sensor
BG113589A (en) PLANE-SENSITIVE HALL SENSOR
BG66885B1 (en) A plain magnetically sensitive hall’s effect sensor
BG112676A (en) Magnetic field sensor
BG113284A (en) Magnetosensitive device
BG67134B1 (en) Hall effect microsensor
BG112827A (en) Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG67386B1 (en) Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG67136B1 (en) The hall effect magnetometer
BG66954B1 (en) A 2d semiconductor magnetometer
BG112442A (en) Hall effect microsensor