BG66848B1 - Hall effect device with a in-plane sensitivity - Google Patents
Hall effect device with a in-plane sensitivity Download PDFInfo
- Publication number
- BG66848B1 BG66848B1 BG111899A BG11189914A BG66848B1 BG 66848 B1 BG66848 B1 BG 66848B1 BG 111899 A BG111899 A BG 111899A BG 11189914 A BG11189914 A BG 11189914A BG 66848 B1 BG66848 B1 BG 66848B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- contact
- hall
- contacts
- rectangular
- central
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до устройство на Хол с равнинна чувствителност, приложимо в областта на микро- и нанотехнологиите, контролно-измервателната техника, слабополевата магнитометрия, роботиката и мехатрониката, сензориката, електромобилите и хибридните превозни средства, безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания в равнината и пространството, биомедицината, енергетиката, военното дело и сигурността.The invention relates to a Hall device with plane sensitivity, applicable in the field of micro- and nanotechnologies, control and measuring equipment, low-field magnetometry, robotics and mechatronics, sensors, electric vehicles and hybrid vehicles, non-contact measurement of angular and linear displacements in space, biomedicine, energy, military and security.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известно е устройство на Хол с равнинна (тангенциална) чувствителност, съдържащо правоъгълна полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която на равни разстояния един от друг са формирани последователно отляво надясно три правоъгълни омични контакта - първи, втори и трети, всичките успоредни на дългите си страни. Вторият контакт е централен и е отделен от другите с две дълбоки р-тип зони, успоредни на дългите му страни. Първият и третият контакт са съединени с единия извод на токоизточник, другият извод на който е свързан с централния контакт. На равни разстояния и в близост до късите страни на централния правоъгълен контакт са формирани още по един омичен Холов контакт, които са диференциалният изход на устройството на Хол. Измерваното магнитно поле е успоредно на равнината на подложката и е перпендикулярно на дългите страни на трите правоъгълни контакти [1,2,3].There is a Hall device with planar (tangential) sensitivity, containing a rectangular semiconductor substrate with p-type impurity conductivity, on one side of which at equal distances from each other are formed sequentially from left to right three rectangular ohmic contacts - first, second and third, all parallel to their long sides. The second contact is central and is separated from the others by two deep p-type zones parallel to its long sides. The first and third contacts are connected to one terminal of a power source, the other terminal of which is connected to the central contact. At equal distances and close to the short sides of the central rectangular contact, another ohmic Hall contact is formed, which are the differential output of the Hall device. The measured magnetic field is parallel to the plane of the substrate and is perpendicular to the long sides of the three rectangular contacts [1,2,3].
Недостатък на това устройство на Хол с равнинна чувствителност е понижената метрологична точност в резултат на високата стойност на паразитното напрежение на изхода в отсъствие на магнитно поле (офсет), основно поради неминуема геометрична асиметрия при технологичната реализация на първия и третия правоъгълен контакт по отношение на централния и/или на Холовите контакти спрямо централния.The disadvantage of this Hall device with plane sensitivity is the reduced metrological accuracy as a result of the high value of the parasitic voltage at the output in the absence of magnetic field (offset), mainly due to inevitable geometric asymmetry in the technological implementation of the first and third rectangular contact and / or the Hall contacts relative to the central one.
Недостатък, който допълнително понижава метрологичната точност е също температурният дрейф на офсета по причини на: остатъчни термични деформации на чипа с полупроводниковата подложка при капсулирането, неминуемите технологични несъвършенства при производството и нееднородната дисипация на топлината, когато функционира устройството на Хол.A disadvantage that further reduces the metrological accuracy is also the temperature drift of the offset due to: residual thermal deformations of the chip with the semiconductor substrate during encapsulation, inevitable technological imperfections in production and inhomogeneous heat dissipation when operating the Hall device.
Недостатък е още непредсказуемото изменение стойността на офсета с течение на времето (дрейфът) в резултат от процесите на стареене и миграция на легиращите примеси в подложката, което отново понижава точността на измерване.Another disadvantage is the unpredictable change in the value of the offset over time (drift) as a result of the aging and migration of alloying impurities in the substrate, which again reduces the accuracy of measurement.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде устройство на Хол с равнинна чувствителност с повишена метрологична точност чрез редуциране стойността на паразитния офсет на изхода, температурния му дрейф и неговите времеви флуктуации.It is an object of the invention to provide a Hall device with planar sensitivity with increased metrological accuracy by reducing the value of the parasitic offset at the output, its temperature drift and its time fluctuations.
Тази задача се решава с устройство на Хол с равнинна чувствителност, съдържащо правоъгълна полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която на равни разстояния един от друг са формирани последователно отляво надясно три правоъгълни омични контакта - първи, втори и трети, всичките успоредни на дългите си страни. Вторият контакт е централен и е отделен от другите с две еднакви и дълбоки р-тип зони, успоредни на дългите му страни. Първият и третият контакт са съединени с единия извод на токоизточник, другият извод на който е свързан с втория контакт. На равни разстояния и в близост до късите страни на трите правоъгълни контакти са формирани още по един омичен Холов контакт - първи и втори при централния контакт, трети и четвърти при първия, и пети и шести при третия правоъгълен контакт. Четните Холови контакти са разположени откъм едната дълга страна на подложката, а нечетните - откъм срещуположната дълга страна на подложката. Третият Холов контакт е съединен с шестия Холов контакт. Първият и вторият, и съответно четвъртият и петият Холови контакти са свързани с входовете на два измервателни усилвателя - първи и съответно втори. Първият и четвъртият Холови контакти са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата измервателниThis problem is solved with a Hall device with plane sensitivity, containing a rectangular semiconductor substrate with p-type impurity conductivity, on one side of which at equal distances from each other are formed successively from left to right three rectangular ohmic contacts - first, second and third, all parallel to their long sides. The second contact is central and is separated from the others by two identical and deep p-type zones parallel to its long sides. The first and third contacts are connected to one terminal of a power source, the other terminal of which is connected to the second contact. At equal distances and near the short sides of the three rectangular contacts are formed another ohmic Hall contact - first and second at the central contact, third and fourth at the first, and fifth and sixth at the third rectangular contact. Even Hall contacts are located on one long side of the pad, and odd - on the opposite long side of the pad. The third Hall contact is connected to the sixth Hall contact. The first and the second, and respectively the fourth and the fifth Hall contacts are connected to the inputs of two measuring amplifiers - the first and the second, respectively. The first and fourth Hall contacts are connected simultaneously only to the non-inverting or respectively only to the inverting inputs of the two measuring
Описания на издадени патенти за изобретения № 04.1/15.04.2019 усилватели. Изходите на тези усилватели са свързани с входа на диференциален усилвател, чийто изход е изходът на устройството на Хол като измерваното магнитно поле е успоредно на равнината на подложката и перпендикулярно на дългите страни на трите правоъгълни контакти.Descriptions of issued patents for inventions № 04.1 / 15.04.2019 amplifiers. The outputs of these amplifiers are connected to the input of a differential amplifier, the output of which is the output of the Hall device as the measured magnetic field is parallel to the plane of the substrate and perpendicular to the long sides of the three rectangular contacts.
Предимство на изобретението е повишената метрологична точност в резултат на редуцираната стойност на паразитния офсет на устройство на Хол, тъй като в изходните сигнали на конфигурираните три архитектури на Хол (каквито представляват подложката с формираните върху нея три правоъгълни контакти и съответните три двойки Холови контакти, осъществени в единен технологичен цикъл) напреженията на Хол са равни по стойност и са с противоположен знак, а паразитните офсети са с еднакъв знак и са приблизително равни, и при изваждане на сигналите с диференциалния усилвател остатъчният офсет е компенсиран (нулиран), а „чистите” напрежения на Хол са алгебрически сумирани.An advantage of the invention is the increased metrological accuracy as a result of the reduced value of the parasitic offset of a Hall device, because in the output signals of the configured three Hall architectures (such as the substrate with three rectangular contacts formed on it and the corresponding three pairs of Hall contacts in a single technological cycle) Hall voltages are equal in value and have the opposite sign, and the parasitic offsets have the same sign and are approximately equal, and when subtracting the signals with the differential amplifier the residual offset is compensated (reset) and "pure" Hall stresses are algebraically summed.
Предимство е също допълнителното увеличаване на измервателната точност от компенсираните собствен (от времевите флуктуации и стареенето) и температурен дрейфове на остатъчния офсет поради практически едно и също поведение на индивидуални изходни дрейфове на конфигурациите на Хол, като при изваждане на тези паразитни сигнали с диференциалния усилвател дрейфът на остатъчния офсет се компенсира съществено.Another advantage is the additional increase in measurement accuracy from the compensated natural (from time fluctuations and aging) and temperature drifts of the residual offset due to practically the same behavior of individual output drifts of Hall configurations, as when subtracting these parasitic signals with the differential amplifier the residual offset is substantially offset.
Предимство е още повишената магниточувствителност на устройството на Хол в резултат на така конфигурираните три Холови архитектури, при което напреженията на Хол върху третия и четвъртия, и съответно върху петия и шестия контакт на Хол се сумират и полученият сигнал е равен по стойност и противоположен по знак на този, генериран върху първия и втория Холов контакт, като при изваждане на тези две напрежения на Хол с диференциалния усилвател магниточувствителността се удвоява в сравнение с известното решение.Another advantage is the increased magnetic sensitivity of the Hall device as a result of the three Hall architectures thus configured, whereby the Hall voltages on the third and fourth and on the fifth and sixth Hall contacts are summed and the received signal is equal in value and opposite in sign. of the one generated on the first and second Hall contact, and when subtracting these two Hall voltages with the differential amplifier, the magnetic sensitivity is doubled compared to the known solution.
Предимство е и подобреното отношение сигнал/шум, т.е. резолюцията на устройството на Хол при детектиране на минимално магнитно поле в резултат на драстично редуцираните паразитен офсет и дрейф, и повишената магниточувствителност.An advantage is the improved signal-to-noise ratio, ie. the resolution of the Hall device in detecting a minimal magnetic field as a result of drastically reduced parasitic offset and drift, and increased magnetic 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 an exemplary embodiment thereof, given in the attached Figure 1.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention
Устройството на Хол с равнинна чувствителност съдържа правоъгълна полупроводникова подложка 1 с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която на равни разстояния един от друг са формирани последователно отляво надясно три правоъгълни омични контакта - първи 2, втори 3 и трети 4, всичките успоредни на дългите си страни. Вторият контакт 3 е централен и е отделен от другите с две еднакви и дълбоки р-тип зони 5, успоредни на дългите му страни. Първият 2 и третият 4 контакт са съединени с единия извод на токоизточник 6, другият извод на който е свързан с централния контакт 3. На равни разстояния и в близост до късите страни на трите правоъгълни контакта 2,3 и 4 са формирани още по един омичен Холов контакт - първи 7 и втори 8 при централния контакт 3, трети 9 и четвърти 10 при първия 2, и пети 11 и шести 12 при третия правоъгълен контакт 4. Четните Холови контакти 8, 10 и 12 са разположени откъм едната дълга страна на подложката 1, а нечетните 7, 9 и 11 откъм срещуположната дълга страна на подложката 1. Третият Холов контакт 9 е съединен с шестия Холов контакт 12. Първият 7 и вторият 8, и съответно четвъртият 10 и петият 11 Холови контакти са свързани с входовете на два измервателни усилвателя - първи 13 и съответно втори 14. Вторият 8 и петият 11 Холови контакти са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата измервателни усилвателя 13 и 14. Изходите на усилвателите 13 и 14 са свързани с входа на диференциален усилвател 15, чийто изход е изходът 16 на устройството на Хол, като измерваното магнитно поле 17 е успоредно на равнината на подложката 1 и перпендикулярно на дългите страни на трите правоъгълни контакта 2, 3 и 4.The Hall device with plane sensitivity contains a rectangular semiconductor substrate 1 with p-type impurity conductivity, on one side of which at right distances from each other are formed successively from left to right three rectangular ohmic contacts - first 2, second 3 and third 4, all parallel on its long sides. The second contact 3 is central and is separated from the others by two identical and deep p-type zones 5, parallel to its long sides. The first 2 and third 4 contacts are connected to one terminal of the current source 6, the other terminal of which is connected to the central contact 3. At equal distances and near the short sides of the three rectangular contacts 2,3 and 4 are formed another ohmic Hall contact - first 7 and second 8 at the central contact 3, third 9 and fourth 10 at the first 2, and fifth 11 and sixth 12 at the third rectangular contact 4. The even living room contacts 8, 10 and 12 are located on one long side of the pad 1, and the odd 7, 9 and 11 on the opposite long side of the pad 1. The third Hall contact 9 is connected to the sixth Hall contact 12. The first 7 and the second 8, and respectively the fourth 10 and the fifth 11 Hall contacts are connected to the inputs of two measuring amplifiers - first 13 and second 14 respectively. The second 8 and the fifth 11 Hall contacts are connected simultaneously only with the non-inverting or only with the inverting inputs of the two measuring amplifiers 13 and 14. The outputs of the amplifiers 13 and 1 4 are connected to the input of a differential amplifier 15, the output of which is the output 16 of the Hall device, the measured magnetic field 17 being parallel to the plane of the pad 1 and perpendicular to the long sides of the three rectangular contacts 2, 3 and 4.
Действието на устройството на Хол с равнинна чувствителност, съгласно изобретението, е следното.The operation of the planar Hall device according to the invention is as follows.
При включване на контактите 2, 3 и 4 към изводите на токоизточника 6, съгласно Фигура 1, в конструктивно конфигурираните архитектури на Хол, съдържащи още подложката 1 с дълбокитеWhen connecting contacts 2, 3 and 4 to the terminals of the current source 6, according to Figure 1, in the structurally configured Hall architectures, further containing the substrate 1 with the deep
Описания на издадени патенти за изобретения № 04.1/15.04.2019 р-тип зони 5, и с двойките Ходови контакти 7 и 8, 9 и 10, и 11 и 12 протичат: два равни по стойност и съпосочни захранващи токове 12 и I под контактите 2 и 4,12 = I и компонента 13, която е два пъти по-голяма от другите две и е с противоположна на тях посока, I3 = |-(I + I )|. Омичните контакти 2, 3 и 4 представляват еквипотенциални равнини, към които в отсъствие на външното магнитно поле В 17, В = 0, токовите компоненти през тях 12,13 и I са перпендикулярни на горната страна на подложката 1 и проникват дълбоко в обема й. Ролята на дълбоките р-тип зони 5 е да ограничи влиянието на шунтиращите повърхностни токове и да спомогне за по-дълбоко вертикално проникване на токовите компоненти в обема на структурата 1 с цел по-ефективното им управление в магнитното поле В 17 от силата на Лоренц F В резултат на неминуема асиметрия (геометрични грешки на маските в процеса на производство) на контактите, например 2 и 4 спрямо контакта 3 и/или 7 и 8 по отношение на контакта 3; 9 и 10 по отношение на контакта 2; и 11 и 12 спрямо контакта 4 възникват в отсъствие на магнитното поле В 17, В = 0 паразитни изходни напрежения (офсети): V7g(0) / 0, V910(0) /Пи Vn 12(0) / 0. Тъй като отделните сензорни архитектури са реализирани в единен технологичен процес, трите паразитни офсета V7 g(0) φ 0, V,, (0) / 0 и V (0) # 0 се очаква да бъдат почти равни по стойност и да са с един и същ знак, V7 g(0) « v910(0) « Vn 12(0).Descriptions of issued patents for inventions № 04.1 / 15.04.2019 p-type zones 5, and with the pairs Running contacts 7 and 8, 9 and 10, and 11 and 12 take place: two equal in value and directional supply currents 1 2 and I under contacts 2 and 4,1 2 = I and component 1 3 , which is twice as large as the other two and has the opposite direction, I 3 = | - (I + I) |. The ohmic contacts 2, 3 and 4 are equipotential planes to which, in the absence of the external magnetic field B 17, B = 0, the current components through them 1 2 , 1 3 and I are perpendicular to the upper side of the substrate 1 and penetrate deep into the volume. j. The role of deep p-type zones 5 is to limit the influence of shunt surface currents and to help deeper vertical penetration of current components in the volume of structure 1 in order to more effectively control them in the magnetic field B 17 by the force of Lorentz F As a result of the inevitable asymmetry (geometrical errors of the masks in the manufacturing process) of the contacts, for example 2 and 4 with respect to contact 3 and / or 7 and 8 with respect to contact 3; 9 and 10 with respect to contact 2; and 11 and 12 with respect to contact 4 occur in the absence of the magnetic field B 17, B = 0 parasitic output voltages (offsets): V 7g (0) / 0, V 910 (0) / Pi V n 12 (0) / 0. Since the individual sensor architectures are implemented in a single technological process, the three parasitic offsets V 7 g (0) φ 0, V ,, (0) / 0 and V (0) # 0 are expected to be almost equal in value and to be with the same sign, V 7 g (0) «v 910 (0)« V n 12 (0).
Прилагането на измерваното магнитно поле В 17 успоредно на подложката и перпендикулярно на дългите страни на правоъгълните контакти 2, 3 и 4 води до възникване на странично (латерално) отклонение на токовите линии в трите архитектури от силите на Лоренц F FL = qV.|r х В, където q е елементарният товар на електрона, a е векторът на средната дрейфова скорост на електроните в подложката 1. В резултат на Лоренцовото отклонение от силите F траекториите на противоположно насочените токови компоненти под контактите 2 и 4, и съответно под 3 се отклоняват латерално в противоположни посоки. В резултат, например, ако отрицателният електрод на токоизточника е свързан с централния контакт 3, в областите на Холовите контакти 9 и 11 се генерират еднакви по стойност допълнителни отрицателни товари, върху контактите 10 и 12 - еднакви по стойност допълнителни положителни товари, като върху Холовите контакти 7 и 8 напрежението на Хол V7 g(B) е два пъти по-голямо и е с противоположна полярност спрямо останалите две V910(B) и Vn 12(В), т.е. |-V7g(B)| = |V910(B) + Vn 12(В)|. Така генерираните напрежения на Хол са в резултат от съпосочните Лоренцови отклонения на токовете 12 и I под контактите 2 и 4, и противоположната на тях дефлекция на компонента 13 под средния (втория) контакт 3, I3 = |-(I + I )|. Свързването на контактите 9 и 12 осъществява сумиране на напреженията на Хол V910(В) и Vn 12(В), V910(В) + Vn 12(В), т.е. тези две Холови конфигурации се свързват последователно. Схемното решение, Фигура 1, осъществява на Холовите изходи 10 и 11, и съответно на 7 и 8 две еднакви по стойност, но противоположни по знак напрежения на Хол, V (В) = V10 П(В) = |-VH2(B) ξ -V7g(B)|. Към тези изходни сигнали се добавят алгебрично паразитните офсети Vw п(0)« v7 g(0) на двата изхода. Подаването на напреженията - V7 lg(B) + V7 g(0) и съответно V10 П(В) + V (0) на двата измервателни усилвателя 13 и 14 осъществява схемотехнично развързване на изходите на сензорните архитектури, минимизирайки драстично взаимното им влияние. Също така с усилвателите 13 и 14 е възможно предварително усилване/изравняване на напреженията V П(В) и - V7g(B). Чрез диференциалния усилвател 15 напреженията V пиУ се изваждат:The application of the measured magnetic field B 17 parallel to the substrate and perpendicular to the long sides of the rectangular contacts 2, 3 and 4 leads to a lateral deviation of the current lines in the three architectures from the Lorentz forces FF L = qV. | r x B, where q is the elementary load of the electron, a is the vector of the average drift velocity of the electrons in the substrate 1. As a result of the Lorentz deviation from the forces F the trajectories of the oppositely directed current components below contacts 2 and 4, and respectively below 3 deviate laterally in opposite directions. As a result, for example, if the negative electrode of the current source is connected to the central contact 3, in the areas of Hall contacts 9 and 11 are generated equal in value additional negative loads, on contacts 10 and 12 - equal in value additional positive loads, as on Hall contacts 7 and 8 Hall voltage V 7 g (B) is twice as large and has opposite polarity to the other two V 910 (B) and V n 12 (B), ie. | -V 7g (B) | = | V 910 (B) + V n 12 (B) |. The Hall voltages thus generated are the result of the directional Lorentz deviations of the currents 1 2 and I under contacts 2 and 4, and the opposite deflection of component 1 3 below the middle (second) contact 3, I 3 = | - (I + I ) |. The connection of contacts 9 and 12 summarizes the voltages of Hall V 910 (B) and V n 12 (B), V 910 (B) + V n 12 (B), ie. these two Hall configurations are connected in series. The circuit solution, Figure 1, implements on Hall outputs 10 and 11, and respectively on 7 and 8 two identical in value, but opposite in sign Hall voltages, V (B) = V 10 P (B) = | -V H2 B) ξ -B 7g (B) |. To these output signals are added the algebraically parasitic offsets V w n (0) «v 7 g (0) at both outputs. The supply of voltages - V 7 lg (B) + V 7 g (0) and respectively V 10 P (B) + V (0) of the two measuring amplifiers 13 and 14 performs circuit disconnection of the outputs of the sensor architectures, drastically minimizing their mutual influence. Also with the amplifiers 13 and 14 it is possible to pre-amplify / equalize the voltages V П (В) and - V 7g (B). Through the differential amplifier 15 the voltages V n and Y are subtracted:
V10,u - νλ8 = [V10 „(0) + V10 П(В)] - [V78(0) - V7g(B)] = 2Vffl 2(B) + [V10 „(0) - V7g(0)].V 10 , u - ν λ8 = [V 10 „(0) + V 10 П (В)] - [V 78 (0) - V 7g (B)] = 2V ffl 2 (B) + [V 10 „ ( 0) - V 7g (0)].
Съгласно този израз, в резултат на изваждане на генерираните сигнали V п и V7 напрежението на Хол на изхода 16 на диференциалния усилвател 15, т.е. на изхода на устройството на Хол с равнинна чувствителност е удвоено 2VH12(В), а остатъчният офсет Vofi(0) = V16(0) = V10 п(0) - V7 g(0) е драстично редуциран. Следователно, магниточувствителността на устройството на Хол е удвоена в сравнение с известното решение и остатъчният паразитен офсет (собствен и температурен) е практически компенсиран (нулиран), Vff(0) « 0. Така се повишава значително измервателната точност. Предвид силно редуцираният офсет на изхода 16, собственият Ι/f (фликер) шум от двата канала V и V се намалява и се повишава отношението сигнал/шум. Така резолюцията за детектиране на минимална магнитна индукция нараства. Собственият и температурният дрейф на офсета се генерират най-вече от вътрешни в полупроводниковата подложка 1 деформации при капсулирането на чипа, реализацията на метал изпраните шини, тънкослойните проводящи и диелектрични слоеве по повърхността, техно48According to this expression, as a result of subtracting the generated signals V n and V 7, the Hall voltage at the output 16 of the differential amplifier 15, i. at the output of the Hall device with plane sensitivity is doubled 2V H12 (B), and the residual offset V ofi (0) = V 16 (0) = V 10 n (0) - V 7 g (0) is drastically reduced. Therefore, the magnetic sensitivity of the Hall device is doubled compared to the known solution and the residual parasitic offset (natural and temperature) is practically compensated (reset), V ff (0) «0. This significantly increases the measurement accuracy. Given the strongly reduced offset of the output 16, the intrinsic Ι / f (flicker) noise of the two channels V and V decreases and the signal-to-noise ratio increases. Thus, the resolution for detecting minimal magnetic induction increases. The intrinsic and temperature drift of the offset is generated mainly by internal deformations in the semiconductor substrate 1 during the encapsulation of the chip, the realization of the metal washed busbars, the thin-layer conductive and dielectric layers on the surface, techno48
Описания на издадени патенти за изобретения № 04.1/15.04.2019 логични несъвършенства, дисипацията на топлина при функциониране, процесите на стареене, миграцията на примесни атоми и йони, и др. В общия случай тези дрейфови паразитни напрежения имат хаотично поведение, променяйки се с течение на времето, което прави „твърдото” им компенсиране чрез тримиране, термостатиране и др. неефективно за дълъг период от време. Посочените причини са неотстраними, но са едни и същи за конфигурациите на Хол, Фигура 1, реализирани в единен технологичен цикъл, което е удачно използвано в новото решение като средство за отстраняването им. Освен това температурният коефициент на двете офсет-напрежения V (В=0,Т) и V7 (В=0,Т) е един и същ, тъй като произходът им е от една и съща активна преобразувателна област на подложката 1. Това обстоятелство съществено опростява температурната офсет-компенсация в широк температурен интервал ΔΤ.Descriptions of issued patents for inventions № 04.1 / 15.04.2019 logical imperfections, heat dissipation during operation, aging processes, migration of impurity atoms and ions, etc. In the general case, these drift parasitic stresses have a chaotic behavior, changing over time, which makes their "hard" compensation by trimming, thermostating and others. ineffective for a long time. These reasons are irreversible, but are the same for the Hall configurations, Figure 1, implemented in a single technological cycle, which is aptly used in the new solution as a means to eliminate them. In addition, the temperature coefficient of the two offset voltages V (B = 0, T) and V 7 (B = 0, T) is the same, since they originate from the same active conversion region of the substrate 1. This circumstance significantly simplifies the temperature offset compensation in a wide temperature range ΔΤ.
Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава в иновативната конструкция на устройството на Хол и свързването на формираните триконтактни елемента на Хол с равнинна магниточувствителност, реализирайки функционално интегрирани в общ чип архитектури на Хол, от съвместното действие на които се постигат нови положителни свойства. Така офсетът, температурният му дрейф и отношението сигнал/шум са редуцирани съществено, резолюцията и магниточувствителността са повишени - качества, отсъстващи в известното решение. В резултат метрологичната точност на новото устройство на Хол от Фигура 1 е значително повишена.The unexpected positive effect of the new technical solution lies in the innovative design of the Hall device and the connection of the formed three-contact Hall elements with plane magnetic sensitivity, realizing functionally integrated in a common chip Hall architectures, from the joint action of which new positive properties are achieved. Thus, the offset, its temperature drift and the signal-to-noise ratio are significantly reduced, the resolution and the magnetic sensitivity are increased - qualities that are absent in the known solution. As a result, the metrological accuracy of the new Hall device of Figure 1 is significantly increased.
Устройството на Хол може да се реализира с CMOS, BiCMOS или микромашининг технологии. С цел повишаване на чувствителността, върху срещуположната страна на подложката може да се формира силно проводящ слой с п+-тип проводимост, разположен под трите правоъгълни контакти 2, 3 и 4. Постига се по-дълбоко проникване в подложката на захранващите токове, подложени на Лоренцова дефлекция. Интегралната микроелектронна технология позволява всички елементи и компоненти, свързани с новото устройство на Хол, включително усилвателите 13,14и15дасе реализират върху общ силициев чип, формирайки интелигентна микросистема (MEMS). Функционирането на предложеното сензорно устройство е осъществимо в широк температурен интервал, включително при криогенни температури. За още по-висока чувствителност за целите на слабополевата магнитометрия, геофизиката и сигурността, чипът с конфигурациите на Хол се разполага между два еднакви продълговати концентратора на магнитното поле В 17 от ферит или μ-метал.The Hall device can be realized with CMOS, BiCMOS or micromachining technologies. In order to increase the sensitivity, a strongly conductive layer with n + -type conductivity can be formed on the opposite side of the substrate, located under the three rectangular contacts 2, 3 and 4. Deeper penetration into the substrate of the supply currents subjected to Lorentz deflection. Integrated microelectronic technology allows all elements and components associated with the new Hall device, including amplifiers 13,14 and 15 to be implemented on a common silicon chip, forming an intelligent microsystem (MEMS). The operation of the proposed sensor device is feasible in a wide temperature range, including at cryogenic temperatures. For even higher sensitivity for low-field magnetometry, geophysics and security, the Hall configuration chip is positioned between two identical elongated concentrators of magnetic field B 17 made of ferrite or μ-metal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111899A BG66848B1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Hall effect device with a in-plane sensitivity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111899A BG66848B1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Hall effect device with a in-plane sensitivity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG111899A BG111899A (en) | 2016-06-30 |
| BG66848B1 true BG66848B1 (en) | 2019-03-15 |
Family
ID=74105577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG111899A BG66848B1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Hall effect device with a in-plane sensitivity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66848B1 (en) |
-
2014
- 2014-12-29 BG BG111899A patent/BG66848B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG111899A (en) | 2016-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105652220B (en) | Hall sensor and compensation method for offset caused by temperature distribution of Hall sensor | |
| BG66848B1 (en) | Hall effect device with a in-plane sensitivity | |
| 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 | |
| BG112991A (en) | Electronic device with planar magnetic sensitivity | |
| BG66985B1 (en) | A surface-magnetically sensitive hall transformer | |
| BG113625A (en) | INTEGRAL HALL SENSOR WITH PLANE SENSITIVITY | |
| BG113056A (en) | Integrated hall effect sensor | |
| BG112808A (en) | Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
| BG112771A (en) | Hall sensor configuration with planar magnetic sensitivity | |
| BG66844B1 (en) | Micro-hall effect sensor with an in-plane sensitivity | |
| BG66840B1 (en) | Hall effect sensor with a planar magnetic sensitivity | |
| BG67386B1 (en) | Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity | |
| BG66764B1 (en) | Hall effect integral element with a parallel axis of magnetic sensitivity | |
| BG67509B1 (en) | Magnetic field sensing device | |
| BG67384B1 (en) | Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
| BG113275A (en) | Planar magnetically sensitive element | |
| BG67551B1 (en) | Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements | |
| BG66885B1 (en) | A plain magnetically sensitive hall’s effect sensor | |
| BG112676A (en) | Magnetic field sensor | |
| BG67249B1 (en) | Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
| BG66711B1 (en) | Hall effect sensor with a tangential axis of magnetosensitivity | |
| BG112442A (en) | Hall effect microsensor | |
| BG67248B1 (en) | Semiconductor configuration with planar magnetic sensitivity |