BG67386B1 - Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity - Google Patents
Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity Download PDFInfo
- Publication number
- BG67386B1 BG67386B1 BG113014A BG11301419A BG67386B1 BG 67386 B1 BG67386 B1 BG 67386B1 BG 113014 A BG113014 A BG 113014A BG 11301419 A BG11301419 A BG 11301419A BG 67386 B1 BG67386 B1 BG 67386B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- contacts
- contact
- pad
- wafer
- parallel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
(54) ИНТЕГРАЛЕН СЕНЗОР НА ХОЛ С РАВНИННА ЧУВСТВИТЕЛНОСТ(54) INTEGRAL HALL SENSOR WITH PLANE SENSITIVITY
Област на техникатаField of technique
Изобретението се отнася до интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност, приложимо в областта на сензориката; роботиката и мехатрониката включително роботизираната и минимално инвазивната хирургия; биомедицината; квантовата комуникация; системите за сигурност с изкуствен интелект и военното дело; електромобилите и хибридните превозни средства; безпилотните летателни апарати; машиностроенето и автоматизацията на производството; безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания; слабополевата магнитометрия; енергетиката; контратероризма включително подводно, наземно и въздушно наблюдение и превенция; навигацията и др.The invention relates to an integral Hall sensor with planar sensitivity, applicable in the field of sensors; robotics and mechatronics including robotic and minimally invasive surgery; biomedicine; quantum communication; artificial intelligence security systems and military affairs; electric cars and hybrid vehicles; unmanned aerial vehicles; mechanical engineering and production automation; non-contact measurement of angular and linear displacements; weak-field magnetometry; energy; counter-terrorism including underwater, land and air surveillance and prevention; navigation etc.
Предшестващо състояние на техникатаPrior art
Известен е интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност, съдържащ две еднакви полупроводникови подложки с n-тип примесна проводимост - първа и втора, разположени успоредно и токоизточник. Върху едната страна на всяка от подложките последователно от ляво на дясно и на равни разстояния са формирани по пет правоъгълни омични контакти, успоредни на дългите си страни - първи, втори, трети, четвърти и пети. Първите и петите, и съответно вторите и четвъртите контакти са симетрични спрямо третите. Първите и петите контакти са свързани помежду си. Вторият контакт на първата подложка е съединен с четвъртия на втората, а четвъртият контакт на първата подложка - с втория контакт на втората. Двата извода на токоизточника са свързани с втория и четвъртия контакт на първата подложка. Диференциалният изход на сензора на Хол са двата централни контакта, като измерваното магнитно поле е успоредно, както на равнините на подложките, така и на дългите страни на контактите, [1-7].An integral Hall sensor with planar sensitivity is known, containing two identical semiconductor substrates with n-type impurity conductivity - first and second, located in parallel and a current source. Five rectangular ohmic contacts parallel to their long sides - first, second, third, fourth and fifth - are formed on one side of each of the pads successively from left to right and at equal distances. The first and fifth, and respectively the second and fourth contacts are symmetrical with respect to the third. The first and fifth contacts are interconnected. The second contact of the first pad is connected to the fourth of the second, and the fourth contact of the first pad to the second contact of the second. The two terminals of the current source are connected to the second and fourth contacts of the first pad. The differential output of the Hall sensor is the two central contacts, and the measured magnetic field is parallel, both to the planes of the pads and to the long sides of the contacts, [1-7].
Недостатък на този интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност е ниската преобразувателна ефективност (магниточувствителност) поради планарно разположените върху една и съща повърхност на подложките на входните и изходните контакти, като захранващият ток протича в по-голямата си част хоризонтално. Действието на магнитното поле чрез отклоняващата сила на Лоренц върху хоризонталния ток е несъществено и чувствителността се генерира от вертикалната компонента на тока.A disadvantage of this integral Hall sensor with planar sensitivity is the low conversion efficiency (magnetosensitivity) due to the input and output contact pads being planar on the same surface, with the supply current flowing mostly horizontally. The action of the magnetic field through the deflecting Lorentz force on the horizontal current is negligible and the sensitivity is generated by the vertical component of the current.
Недостатък е също усложнената конструкция на сензора, съдържаща десет контакта с общо четири връзки между тях, които ограничават технологичната реализация чрез интегралните микроелектронни процеси.A disadvantage is also the complicated construction of the sensor, containing ten contacts with a total of four connections between them, which limit the technological implementation through integral microelectronic processes.
Недостатък е още понижената измервателна точност поради ниската чувствителност и повишеното ниво на собствения 1/f (фликер) шум от преминаването на хоризонталната компонента на захранващия ток през изходните Холови контакти.A disadvantage is the reduced measurement accuracy due to the low sensitivity and the increased level of the own 1/f (flicker) noise from the passage of the horizontal component of the supply current through the output Hall contacts.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност, който да е с висока преобразувателна ефективност (магниточувствителност), опростена конструкция чрез намаляване на броя на контактите и връзките между тях и повишена измервателна точност чрез редуциране на собствения 1/f шум.The task of the invention is to create an integral Hall sensor with planar sensitivity, which has high conversion efficiency (magnetosensitivity), simplified construction by reducing the number of contacts and connections between them, and increased measurement accuracy by reducing the inherent 1/f noise .
Тази задача се решава с интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност, съдържащ две полупроводникови подложки с n-тип примесна проводимост, разположени успоредно - първа и втора, и токоизточник. Върху едната страна на всяка подложка са формирани последователно от ляво надясно пет и съответно три омични правоъгълни контакти, успоредно на дългите си страни - първи, втори, трети, четвърти и пети на първата подложка, и първи, втори и трети на втората. Третият контакт на първата и вторият контакт на втората подложка са централни, като спрямо тях първият и петият, и съответно вторият и четвъртият контакт на първата подложка, както първият и третият контакт на втората са разположени симетрично. В близост до двете дълги страни на централните контакти, успоредно и на равни разстояния от тях има по една дълбока зона с р-тип примесна проводимост, чиято дължина е равна на тази на третите контакти. Двата извода на токоизточника са свързани с централните контакти. Първият контакт на първата подложка е съединен с първия контакт на втората, а петият контакт на първата е свързан с третия контакт на втората подложка. Първият и четвъртият и съответно вторият и петият контакт на първата подложка са съединени. Диференциалният изход на сензора на Хол са първият и третият контакт на втората подложка, а измерваното магнитно поле е успоредно, както на равнините на подложките, така и на дългите страни на контактите.This task is solved with an integral Hall sensor with planar sensitivity, containing two semiconductor substrates with n-type impurity conductivity, located in parallel - first and second, and a current source. On one side of each pad, five and three ohmic rectangular contacts are formed sequentially from left to right, parallel to their long sides - first, second, third, fourth and fifth on the first pad, and first, second and third on the second. The third contact of the first and the second contact of the second pad are central, and relative to them the first and fifth, and respectively the second and fourth contacts of the first pad, as well as the first and third contact of the second are located symmetrically. Near the two long sides of the central contacts, parallel and equidistant from them, there is a deep zone of p-type impurity conductivity, the length of which is equal to that of the third contacts. The two terminals of the current source are connected to the central contacts. The first contact of the first pad is connected to the first contact of the second, and the fifth contact of the first is connected to the third contact of the second pad. The first and fourth and second and fifth contacts of the first pad, respectively, are connected. The differential output of the Hall sensor is the first and third contacts of the second pad, and the measured magnetic field is parallel to both the planes of the pads and the long sides of the contacts.
Предимство на изобретението е повишената магниточувствителност в резултат на: 1. силно редуцираните хоризонтални компоненти на захранващия ток в двете подложки от формираните дълбоки р-тип зони откъм дългите страни на централните контакти, определящи проникването на захранващия ток дълбоко в обема на структурите и способстващи за доминиране на магнитноуправляемите вертикални компонети; 2. близко разположените първи и втори, и съответно четвърти и пети контакт на първата подложка чрез свързването си обединяват значителните съпосочни изменения в магнитно поле на вертикалните токови компоненти, генерирани от Лоренцовото им отклонение.An advantage of the invention is the increased magnetosensitivity as a result of: 1. the greatly reduced horizontal components of the supply current in both pads from the formed deep p-type zones on the long sides of the central contacts, determining the penetration of the supply current deep into the volume of the structures and contributing to dominance of the magnetically controlled vertical components; 2. the closely located first and second, and respectively the fourth and fifth contacts of the first pad through their connection unite the significant co-directional changes in the magnetic field of the vertical current components generated by their Lorentz deviation.
Предимство е също опростената конструкция на сензора на Хол, съдържаща общо осем, вместо десет омични контакта, което спомага за технологичната реализация.An advantage is also the simplified structure of the Hall sensor, containing a total of eight instead of ten ohmic contacts, which helps the technological implementation.
Предимство е още редуцираният 1/f фликер шум чрез сензорната конструкция, съдържаща дълбоки p-тип ограждащи зони, равни по дължина на централните контакти, което драстично редуцира хоризонталните токови компоненти, за да не преминават те през изходните контакти.An advantage is the further reduced 1/f flicker noise due to the sensor design containing deep p-type gate regions equal in length to the center contacts, which drastically reduces the horizontal current components so that they do not pass through the output contacts.
Предимство освен това е повишената резолюция при измерване на минималната магнитна индукция в резултат на увеличеното отношение сигнал/шум посредством високата чувствителност и редуцирания фликер шум.An additional advantage is the increased resolution when measuring the minimum magnetic induction as a result of the increased signal-to-noise ratio through high sensitivity and reduced flicker noise.
Предимство е и високата измервателна точност в резултат на нарастналата чувствителност и редуцирания 1/f шум от отстраненото преминаване на хоризонталните компоненти на захранващия ток през контактите.An advantage is also the high measurement accuracy as a result of the increased sensitivity and the reduced 1/f noise from the removed passage of the horizontal components of the supply current through the contacts.
Предимство е и минимизираният паразитен офсет на изхода чрез непосредствените връзки на двойките контакти на първата подложка, компенсиращи неминуеми паразитни потенциали и подобряващи електрическата симетрия спрямо изхода.An advantage is also the minimized parasitic offset of the output through the immediate connections of the pairs of contacts on the first pad, compensating inevitable parasitic potentials and improving electrical symmetry with respect to the output.
Предимство е също така повишената стабилност на изходното напрежение към температурни флуктуации поради функционирането на сензора на Хол в режим генератор на ток, формиран от вътрешните съпротивления на подложките.An advantage is also the increased stability of the output voltage to temperature fluctuations due to the operation of the Hall sensor in the current generator mode formed by the internal resistances of the pads.
Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure
По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената Фигура 1, представляваща напречното сечение на интегралния сензор на Хол.The invention is explained in more detail with an exemplary embodiment given in the attached Figure 1, representing the cross-section of the integral Hall sensor.
Пример за изпълнение на изобретениетоExample of implementation of the invention
Интегралният сензор на Хол с равнинна чувствителност съдържа две полупроводникови подложки с n-тип примесна проводимост, разположени успоредно - първа 1 и втора 2, и токоизточник 3. Върху едната страна на подложките 1 и 2 са формирани последователно от ляво надясно пет и съответно три омични правоъгълни контакти, успоредни на дългите си страни - първи 4, втори 5, трети 6, четвърти 7 и пети 8 на първата подложка 1, и първи 9, втори 10 и трети 11 на втората 2. Третият контакт 6 на първата 1 и вторият контакт 10 на втората подложка 2 са централни като спрямо тях първият 4 и петият 8, и съответно вторият 5 и четвъртият 7 контакт на първата подложка 1 както първият 9 и третият 11 контакт на втората 2 са разположени симетрично. В близост до двете дълги страни на централните контакти 6 и 10, успоредно и на равни разстояния от тях има по една дълбока зона 12 с р -тип примесна проводимост, чиято дължина е равна на тази на контакти 6 и 10. Двата извода на токоизточника 3 са свързани с централните контакти 6 и 10. Първият контакт 4 на първата подложка 1 е съединен с първия контакт 9 на втората 2, а петият контакт 8 на първата 1 е свързан с третия контакт 11 на втората подложка 2. Първият 4 и четвъртият 7 контакт, и съответно вторият 5 и петият 8 контакт на първата подложка 1 са съединени. Диференциалният изход 13 на сензора на Хол са първият 9 и третият 11 контакт на втората подложка 2, а измерваното магнитно поле 14 е успоредно, както на равнините на подложките 1 и 2, така и на дългите страни на контактите 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11.The integral Hall sensor with planar sensitivity contains two semiconductor pads with n-type impurity conductivity located in parallel - the first 1 and the second 2, and a current source 3. On one side of the pads 1 and 2, five and three ohmic resistors are formed sequentially from left to right rectangular contacts parallel to their long sides - first 4, second 5, third 6, fourth 7 and fifth 8 on the first pad 1, and first 9, second 10 and third 11 on the second 2. The third contact 6 on the first 1 and the second contact 10 of the second pad 2 are central and relative to them the first 4 and the fifth 8, and respectively the second 5 and the fourth 7 contact of the first pad 1 as well as the first 9 and the third 11 contact of the second 2 are located symmetrically. Near the two long sides of the central contacts 6 and 10, parallel and at equal distances from them, there is one deep zone 12 with p-type impurity conductivity, the length of which is equal to that of contacts 6 and 10. The two terminals of the current source 3 are connected to the central contacts 6 and 10. The first contact 4 of the first pad 1 is connected to the first contact 9 of the second 2, and the fifth contact 8 of the first 1 is connected to the third contact 11 of the second pad 2. The first 4 and the fourth 7 contact , and respectively the second 5 and fifth 8 contacts of the first pad 1 are connected. The differential output 13 of the Hall sensor is the first 9 and the third 11 contact of the second pad 2, and the measured magnetic field 14 is parallel, both to the planes of the pads 1 and 2, and to the long sides of the contacts 4, 5, 6, 7 , 8, 9, 10 and 11.
Действието на интегралния сензор на Хол с равнинна чувствителност, съгласно изобретението, е следното. При включване на централните контакти 6 и 10 към токоизточника 3, и свързването на електроди 4 с 9, 8 с 11, 4 със 7, и 5 с 8 съгласно Фигура 1, в обемите на двете подложки 1 и 2 протичат токовете I6,4, Ie,5 и -I6,7, -I6,8, и съответно 1ю,9 и -Ιιο,ιι. Поради симетрията на структури 1 и 2 спрямо контакти 6 и 10, и способът на свързване, тези токови компоненти са равни и противоположно насочени. Траекториите на електроните в подложки 1 и 2 са криволинейни, тъй като в отсъствие на магнитно поле В 14 омичните планарни контакти 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11, през които протичат захранващите токови компоненти са еквипотенциални равнини. Ето защо токовите линии първоначално са перпендикулярни на горните повърхности на подложки 1 и 2, след което променят посоката си и в определен участък в обемите им са успоредни на горните равнини. Освен това дълбоките p-тип ограждащи зони 12, равни по дължина на правоъгълните централни контакти 6 и 10 не позволяват наличие на хоризонтални токови компоненти по повърхността на структурите 1 и 2. Обикновено, съобразно използваната силициева технология, дълбочината на р-зоните 12 варира до около 12-15 μm. В резултат дълбочината на проникване w на токовите линии при фиксирана концентрация на легиращата донорна примес ND в n-тип Si подложки 1 и 2 зависи и от съотношението М между ширината 11 на контакти 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11, и разстоянията 12 между тях, М = 11/12, [1, 2, 5 - 7]. Максималната дълбочина w при най-често използваната в микроелектрониката концентрация на легиращи донорни примеси ND ~ 1015 cm3 в Si и ширина на контактите до около 5-10 μm съставлява около w ~ 30-40 μm. Същевременно подложка 2 с контакти 9, 10 и 11 представлява първият равнинно-чувствителен микросензор на Хол с три омични контакти. Този клас елементи са създадени и развити от Руменин и Лозанова, [5, 8 - 10]. Товарните резистори, които се включват в крайните електроди 9 и 11 на тези микросензори, [8], в новото решение от Фигура 1 са заменени с вътрешните съпротивления R9,10, R10,n, R4,6 и R6,8 на двете подложки 1 и 2. Тези резистори обуславят работен режим генератор на ток. Съпротивленията R9,10, = R10,n, и R4,6 = R6,8 са еднакви поради структурната симетрия на подложките 1 и 2 спрямо контакти 10 и 6. Обикновено на диференциалния изход VH(В) = V9,11(B) 13, формиран от контакти 9 и 11, в отсъствие на външно магнитно поле В 14, В = 0, присъства несвързано с магнитната индукция паразитно напрежение или офсет. Неговото минимизиране в нашия случай се постига чрез иновативното решение от Фигура 1. Непосредствените връзки на двойките контакти 4 - 7 и 5 - 8 окъсяват паразитните офсет-потенциали в структури 1 и 2 спрямо потенциалите на изходни контакти 9 и 11 чрез протичането на изравняващи токове. Такава възможност отсъства в известното решение.The operation of the integral Hall sensor with planar sensitivity according to the invention is as follows. When connecting the central contacts 6 and 10 to the current source 3, and connecting electrodes 4 with 9, 8 with 11, 4 with 7, and 5 with 8 according to Figure 1, the currents I 6 , 4 flow in the volumes of the two pads 1 and 2 , Ie,5 and -I 6 , 7 , -I 6 , 8 , and respectively 1ю,9 and -Ιιο,ιι. Due to the symmetry of structures 1 and 2 with respect to contacts 6 and 10, and the method of connection, these current components are equal and oppositely directed. The trajectories of the electrons in pads 1 and 2 are curvilinear, since in the absence of a magnetic field B 14 the ohmic planar contacts 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 through which the supply current components flow are equipotential planes. That is why the current lines are initially perpendicular to the upper surfaces of pads 1 and 2, then change their direction and in a certain section in their volumes are parallel to the upper planes. In addition, the deep p-type enclosure zones 12, equal in length to the rectangular central contacts 6 and 10, do not allow the presence of horizontal current components on the surface of the structures 1 and 2. Typically, according to the silicon technology used, the depth of the p-zones 12 varies up to about 12-15 μm. As a result, the penetration depth w of the current lines at a fixed concentration of the doping donor impurity ND in n-type Si substrates 1 and 2 also depends on the ratio M between the width 11 of contacts 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11, and the distances 1 2 between them, M = 11/1 2 , [1, 2, 5 - 7]. The maximum depth w at the most commonly used in microelectronics concentration of doping donor impurities N D ~ 10 15 cm 3 in Si and contact width up to about 5-10 μm constitutes about w ~ 30-40 μm. At the same time, pad 2 with contacts 9, 10 and 11 represents the first planar-sensitive Hall microsensor with three ohmic contacts. This class of elements was created and developed by Rumenin and Lozanova, [5, 8 - 10]. The load resistors that are included in the end electrodes 9 and 11 of these microsensors, [8], in the new solution of Figure 1 are replaced by the internal resistances R 9 , 10 , R 10 ,n, R4, 6 and R 6 , 8 of the two pads 1 and 2. These resistors determine the operating mode of the current generator. The resistances R 9 , 10 , = R 10 ,n, and R4, 6 = R 6 , 8 are the same due to the structural symmetry of pads 1 and 2 with respect to contacts 10 and 6. Usually at the differential output V H (B) = V 9 , 11 (B) 13, formed by contacts 9 and 11, in the absence of an external magnetic field B 14, B = 0, there is a parasitic voltage or offset unrelated to the magnetic induction. Its minimization in our case is achieved by the innovative solution from Figure 1. The direct connections of the pairs of contacts 4 - 7 and 5 - 8 shorten the parasitic offset potentials in structures 1 and 2 relative to the potentials of output contacts 9 and 11 by the flow of equalizing currents. Such possibility is absent in the known decision.
Режимът генератор на ток, който се осъществява едновременно за двете структури 1 и 2 стабилизира температурния дрейф на изхода 13 на сензора от въздействието на температурата Т. Това се дължи на ясно регламентираното влияние при такъв работен режим на температурата Т върху кинетичните и галваномагнитните процеси в полупроводниковите структури, [5].The current generator mode, which occurs simultaneously for both structures 1 and 2, stabilizes the temperature drift at the output 13 of the sensor from the influence of the temperature T. This is due to the clearly regulated influence of the temperature T in such an operating mode on the kinetic and galvanomagnetic processes in semiconductors structures, [5].
При наличие на външно магнитно поле В 14, в подложките 1 и 2, формиращи интегралния сензор и представляващи петконтактен и триконтактен елемент на Хол, токовите компоненти I6,4, 16,5 -I6,7, -I6,8 и съответно I10,9 и -1ю,ц са подложени на отклоняващото странично действие на силите на Лоренц FLj [1, 2, 5 - 10]. Топологията на токовите линии в резултат на оригинално видоизменената приборна конструкция 1 е основно вертикална в зоните на контакти 4 и 5, както 7 и 8. Същевременно двойките електроди 4 - 5 и 7 - 8 са разположени достатъчно близко един до друг. Ето защо Лоренцовото отклонение на токовите линии, в зависимост от полярностите на токоизточника Es 3 и на магнитното поле В 14, води до съществено изменение на токовете през контактите. Например, компоненти - ΔI4(В) и -ΔΙ7(Β) намаляват, а компоненти + ΔI5(В) и + ΔI8(В) нарастват. Промяната на тези токове е с една и съща стойност. Следователно чрез свързването на контакти 4 - 7 и 5 - 8 се обединяват съществените съпосочни изменения в магнитно поле В 14 на токовите компоненти през тях. Аналогична е ситуацията и за конфигурация 2 с токовете през контакти 9 и 11 в поле В 14. Чрез товарните резистори R9,10, R10,11, R4,6 и R6,8 измененията на токовете на Хол се трансформират в промяна на изходното напрежение Vh(B) = V9,11(В). Ето защо решението от Фигура 1 води до съществено нарастване на магниточувствителността на сензора. Новата конфигурация е с опростена конструкция. Тя съдържа осем контакта и намален брой връзки, което улеснява технологичната й реализация. Драстичното минимизиране на хоризонталните магнитнонеуправляеми токови компоненти в двете подложки 1 и 2 редуцира преминаването им през изходните контакти 4 и 5, и 7 и 8. По тази причина собственият 1/f шум е редуциран. Вече не се налага за намаляването му прилагане на метода токов спининг [1, 6, 7], изискващ допълнителни схемни ресурси, повишаване на ефективната площ на чипа и допълнителна консумация на захранваща мощност, като отделящата се топлина води до влошаване на метрологичното качество на изходния сигнал. Едновременно с увеличената магниточувствителност и повишеното отношение сигнал/шум нараства и резолюцията при детектиране на минималната магнитна индукция Bmin, което е ключова характеристика за целите на слабополевата магнитометрия. От друга страна точността нараства поради синергията на висока чувствителност, намален паразитен офсет, редуциран шум и температурна стабилизация на изхода 13.In the presence of an external magnetic field B 14, in pads 1 and 2 forming the integral sensor and representing a five-contact and three-contact Hall element, the current components I 6 , 4 , 16.5 -I 6 , 7 , -I6, 8 and respectively I 10 , 9 and -1ju,c are subjected to the deflecting lateral action of the Lorentz forces F L j [1, 2, 5 - 10]. The topology of the current lines as a result of the originally modified instrument structure 1 is mainly vertical in the areas of contacts 4 and 5 as well as 7 and 8. At the same time, the pairs of electrodes 4 - 5 and 7 - 8 are located sufficiently close to each other. That is why the Lorentz deviation of the current lines, depending on the polarities of the current source E s 3 and the magnetic field B 14, leads to a significant change in the currents through the contacts. For example, components - ΔI 4 (B) and -ΔΙ 7 (Β) decrease, and components + ΔI 5 (B) and + ΔI 8 (B) increase. The change in these currents is of the same value. Therefore, by connecting contacts 4 - 7 and 5 - 8, the significant co-directional changes in magnetic field B 14 of the current components through them are combined. The situation is similar for configuration 2 with the currents through contacts 9 and 11 in field B 14. Through the load resistors R 9 , 10 , R 10 , 11 , R4,6 and R6, 8 the changes in the Hall currents are transformed into a change in the output voltage Vh(B) = V 9 , 11 (V). Therefore, the solution of Figure 1 leads to a substantial increase in the magnetic sensitivity of the sensor. The new configuration has a simplified design. It contains eight contacts and a reduced number of connections, which facilitates its technological implementation. The drastic minimization of the horizontal magnetically uncontrolled current components in both pads 1 and 2 reduces their passage through the output contacts 4 and 5 and 7 and 8. Therefore, the inherent 1/f noise is reduced. To reduce it, it is no longer necessary to apply the current spinning method [1, 6, 7], which requires additional circuit resources, an increase in the effective area of the chip and additional consumption of power supply, and the released heat leads to a deterioration of the metrological quality of the output signal. Simultaneously with the increased magnetic sensitivity and increased signal-to-noise ratio, the resolution in detecting the minimum magnetic induction Bmin, which is a key feature for the purposes of weak-field magnetometry, also increases. On the other hand, accuracy increases due to the synergy of high sensitivity, reduced parasitic offset, reduced noise and output temperature stabilization 13.
Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава в оригиналната конструкция, нестандартното свързване на контактите 4 със 7, и 5 с 8, както и близкото им разположение. Само чрез модифициране на приборната конструкция и без използване на допълнителни схемни подходи са постигнати висока чувствителност и отношение сигнал/шум, офсетът и температурният дрейф са редуцирани и метрологичната точност е повишена.The unexpected positive effect of the new technical solution lies in the original design, the non-standard connection of contacts 4 with 7 and 5 with 8, as well as their close location. Only by modifying the instrument design and without using additional circuit approaches, high sensitivity and signal-to-noise ratio have been achieved, offset and temperature drift have been reduced, and metrological accuracy has been increased.
Интегралният сензор на Хол се реализира с CMOS, BiCMOS или микромашининг микроелектронни технологии, като двете преобразувателни зони на петконтактния и триконтактния елемент 1 и 2 представляват дълбоки n-тип силициеви джобове в р-тип подложки. Омичните контакти 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 представляват силно легирани n+ области, формирани най-често с епитаксия. Микросензорът на Хол може да функционира в широк температурен интервал, включително в криогенна среда, което драстично повишава чувствителността и редуцира шума, подобрявайки като цяло неговия перформанс в приложенията. За още по-висока преобразувателна ефективност за целите на слабополевата магнитометрия, контратероризма и навигацията, чипът с подложките (например n-тип силициевите джобове) 1 и 2 може да се разположи между два еднакви концентратори на полето В 14 от ферит или μметал. Новото сензорно решение е базово за изграждане на високочувствителни 2D и 3D магнитометри.The integrated Hall sensor is implemented with CMOS, BiCMOS or micromachining microelectronic technologies, with the two conversion areas of the five-pin and three-pin elements 1 and 2 being deep n-type silicon pockets in p-type pads. Ohmic contacts 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 represent heavily doped n + regions, formed most often by epitaxy. The Hall microsensor can operate over a wide temperature range, including cryogenic environments, which dramatically increases sensitivity and reduces noise, improving overall performance in applications. For even higher conversion efficiency for weak-field magnetometry, counter-terrorism and navigation purposes, the chip with pads (eg n-type silicon pockets) 1 and 2 can be located between two identical field concentrators B 14 of ferrite or μmetal. The new sensor solution is the basis for building highly sensitive 2D and 3D magnetometers.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG113014A BG67386B1 (en) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG113014A BG67386B1 (en) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG113014A BG113014A (en) | 2021-04-29 |
BG67386B1 true BG67386B1 (en) | 2021-11-15 |
Family
ID=77179782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG113014A BG67386B1 (en) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BG (1) | BG67386B1 (en) |
-
2019
- 2019-10-16 BG BG113014A patent/BG67386B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BG113014A (en) | 2021-04-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105810815A (en) | Hall element | |
BG67386B1 (en) | Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity | |
BG67250B1 (en) | Hall effect semiconductor device | |
BG113356A (en) | Hall effect microsensor with more than one output | |
BG67249B1 (en) | Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG112808A (en) | Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG113056A (en) | Integrated hall effect sensor | |
BG67509B1 (en) | Magnetic field sensing device | |
BG112991A (en) | Electronic device with planar magnetic sensitivity | |
BG67550B1 (en) | Planar magnetosensitive sensor | |
BG66985B1 (en) | A surface-magnetically sensitive hall transformer | |
BG67380B1 (en) | Two-dimensional magnetic field microsensor | |
BG67508B1 (en) | Planar magnetic field sensing element | |
BG67298B1 (en) | Hall effect sensor with an in-plane sensitivity | |
BG112935A (en) | Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
BG67414B1 (en) | Hall effect element | |
BG113488A (en) | Planar magnetic-sensitive hall sensor | |
BG67551B1 (en) | Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements | |
BG67038B1 (en) | A plane magneto-sensitive microsystem of hall effect sensor | |
BG67076B1 (en) | Magnetoresistive sensor | |
BG67039B1 (en) | Two-axis magnetic field microsensor | |
BG113589A (en) | PLANE-SENSITIVE HALL SENSOR | |
BG67383B1 (en) | In-plane magnetosensitive hall effect device | |
BG67450B1 (en) | Hall effect element with an in-plane sensitivity | |
BG66711B1 (en) | Hall effect sensor with a tangential axis of magnetosensitivity |