BG67425B1 - Integrated hall effect sensor - Google Patents

Integrated hall effect sensor Download PDF

Info

Publication number
BG67425B1
BG67425B1 BG113056A BG11305620A BG67425B1 BG 67425 B1 BG67425 B1 BG 67425B1 BG 113056 A BG113056 A BG 113056A BG 11305620 A BG11305620 A BG 11305620A BG 67425 B1 BG67425 B1 BG 67425B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
contacts
contact
substrate
wafer
pads
Prior art date
Application number
BG113056A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG113056A (en
Inventor
Сия ЛОЗАНОВА
Вълчева Лозанова Сия
Original Assignee
Институт По 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 Роботика - Бан filed Critical Институт По Роботика - Бан
Priority to BG113056A priority Critical patent/BG67425B1/en
Publication of BG113056A publication Critical patent/BG113056A/en
Publication of BG67425B1 publication Critical patent/BG67425B1/en

Links

Landscapes

  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

The integrated Hall effect sensor contains four identical semiconductor wafers with n-type hopping conduction and a rectangular shape - first (1), second (2), third (3) and fourth (4). On one of the sides of each wafer (1, 2, 3 and 4) are formed successively at equal distances from left to right three rectangular ohmic contacts - first (5, 6, 7 and 8), second (9, 10, 11 and 12) and third (13, 14, 15 and 16), as the first (5, 6, 7 and 8) and the third contacts (13, 14, 15 and 16) are terminal and the second contacts (9, 10, 11 and 12) are central. The wafers (1, 2, 3 and 4) lie in one plane, as the contacts (6, 7, 8, 10, 11, 12, 14, 15 and 16) are parallel to both their long sides and the long sides of the the contacts (5, 9 and 13) of the first wafer (1). All contacts (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16) are located either only on the upper or only on the lower surface of the wafers (1, 2, 3 and 4). The contacts (9 and 11) of the first (1) and third (3) wafer are connected to a current source (17). The contact (5) of the wafer(1) is connected to the contact (14) of the second wafer (2), the contact (13) of the wafer (1) is connected to the contact (8) of the fourth wafer (4), the contact (6) of the wafer (2) is connected to the contact (15) of the third wafer (3), and the contact (7) of the wafer (3) is connected to the contact (16) of the fourth wafer (4). The differential output (18) of the sensor are the contacts (10 and 12), as the measured magnetic field is parallel to the plane of the wafers (1, 2, 3 and 4) and to the long sides of the contacts (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16).

Description

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася до интегрален сензор на Хол, приложимо в областта на роботиката, включително роботизираната, минимално инвазивната хирургия и телемедицината; квантовата комуникация; сензориката; системите за сигурност с изкуствен интелект; безконтактното измерване на линейни и ъглови премествания; слабополевата магнитометрия; електромобилите и хибридните превозни средства; безконтактната автоматика; навигацията; мултироторните безпилотни системи, космическите изследвания и военното дело; контратероризма, в това число подводно, наземно и въздушно наблюдение и превенция, и др.The invention relates to an integrated Hall sensor applicable in the field of robotics, including robotic, minimally invasive surgery and telemedicine; quantum communication; sensors; security systems with artificial intelligence; non-contact measurement of linear and angular displacements; low-field magnetometry; electric cars and hybrid vehicles; contactless automation; navigation; multi-rotor unmanned systems, space research and military; counter-terrorism, including underwater, ground and air surveillance and prevention, etc.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е интегрален сензор на Хол, съдържащ полупроводникова подложка с правоъгълна форма и n-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния три правоъгълни омични контакти, успоредни на дългите си страни - един централен и два крайни. Крайните контакти са симетрични спрямо централния. С по един товарен резистор крайните контакти са свързани с единия извод на токоизточник, другият извод на който е съединен с централния контакт. Диференциалният изход на сензора на Хол са крайните контакти, като измерваното магнитно поле е успоредно на равнината на подложката и на дългите страни на контактите, [1-12].An integrated Hall sensor is known, containing a semiconductor substrate with a rectangular shape and n-type impurity conductivity, on one side of which are formed at equal distances three rectangular ohmic contacts parallel to their long sides - one central and two end. The end contacts are symmetrical to the central one. With one load resistor the end contacts are connected to one terminal of the current source, the other terminal of which is connected to the central contact. The differential output of the Hall sensor is the end contacts, as the measured magnetic field is parallel to the plane of the substrate and the long sides of the contacts, [1-12].

Недостатък на този интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност е наличието на паразитно напрежение на изхода в отсъствие на магнитно поле (офсет), поради геометрична и електрична асиметрия, възникваща от несъосност в разположението на крайните контакти спрямо централния, неизбежни технологични несъвършенства, механични напрежения при корпусирането на чипа, температурни изменения и др.The disadvantage of this integrated Hall sensor with plane sensitivity is the presence of parasitic output voltage in the absence of magnetic field (offset) due to geometric and electrical asymmetry arising from misalignment in the location of the end contacts relative to the central, unavoidable technological imperfections, mechanical stresses chip enclosure, temperature changes, etc.

Недостатък е също усложнената реализация чрез интегралните силициеви технологии, използвани в микроелектрониката, изискваща различни по своята същност физикохимични процеси в изграждането на силициевата подложка с планарните контакти и при формирането на товарните резистори.Another disadvantage is the complicated implementation through the integrated silicon technologies used in microelectronics, which requires different in nature physicochemical processes in the construction of the silicon substrate with planar contacts and in the formation of load resistors.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задача на изобретението е да се създаде интегрален сензор на Хол, който да е с редуциран офсет и опростена технологична реализация.The object of the invention is to create an integrated Hall sensor with reduced offset and simplified technological implementation.

Тази задача се решава с интегрален сензор на Хол, съдържащ четири еднакви полупроводникови подложки с n-тип примесна проводимост и правоъгълна форма - първа, втора, трета и четвърта. Върху една от страните на всяка подложка са формирани отляво надясно последователно и на равни разстояния по три правоъгълни омични контакти - първи, втори и трети, като първите и третите са крайни, а вторите са централни. Подложките лежат в една равнина, като контактите са успоредни на дългите си страни и са разположени или само на горната, или само на долната повърхност на подложките. Централните контакти на първата и третата подложка са свързани с токоизточник. Първият контакт на първата подложка е свързан с третия контакт на втората, третият контакт на първата подложка е съединен с първия контакт на четвъртата, първият контакт на втората подложка е свързан с третия контакт на третата, а първият контакт на третата подложка е съединен с третия контакт на четвъртата. Диференциалният изход на сензора на Хол са централните контакти на втората и четвъртата подложка, като измерваното магнитно поле е успоредно на равнината на подложките и на дългите страни на контактите.This problem is solved with an integrated Hall sensor containing four identical semiconductor substrates with n-type impurity conductivity and rectangular shape - first, second, third and fourth. On one of the sides of each pad are formed from left to right in series and at equal distances by three rectangular ohmic contacts - first, second and third, the first and third are end and the second are central. The pads lie in one plane, the contacts are parallel to their long sides and are located either on the upper or only on the lower surface of the pads. The central contacts of the first and third pads are connected to a power source. The first contact of the first pad is connected to the third contact of the second, the third contact of the first pad is connected to the first contact of the fourth, the first contact of the second pad is connected to the third contact of the third, and the first contact of the third pad is connected to the third pin. on the fourth. The differential output of the Hall sensor is the central contacts of the second and fourth pads, the measured magnetic field being parallel to the plane of the pads and the long sides of the pins.

Предимство на изобретението е силно редуцираното паразитно изходно напрежение (офсет) на сензора, поради оригиналното свързване на крайните контакти на четирите идентични подложки, водещо до окъсяване на неминуемите паразитни потенциали в структурите чрез протичане на компенсиращи токове, изравняващи електрическите условия в подложките в отсъствие на магнитно поле, включително в зоните на двата изходни контакта.An advantage of the invention is the strongly reduced parasitic output voltage (offset) of the sensor, due to the original connection of the end contacts of the four identical substrates, leading to shortening of the inevitable parasitic potentials in the structures by compensating currents. field, including in the areas of the two output contacts.

Предимство е също пълната технологична съвместимост чрез еднотипните физикохимични процеси на силициевите интегрални технологии, използвани в микроелектрониката за реализация изцяло на четирите структурни компоненти на сензора на Хол.Another advantage is the full technological compatibility through the same type of physicochemical processes of silicon integrated technologies used in microelectronics for the realization of all four structural components of the Hall sensor.

Предимство е още високата преобразувателна ефективност (чувствителност) в резултат на генериране в магнитно поле на допълнителни с различна полярност (знак) потенциали на Хол съответно върху втората и четвъртата подложка чрез крайните им контакти, свързващи ги с първата и третата подложка, което води до усилване на изходното напрежение на Хол.Another advantage is the high conversion efficiency (sensitivity) as a result of generating in a magnetic field additional Hall potentials with different polarity (sign) respectively on the second and fourth substrate through their end contacts connecting them to the first and third substrate, which leads to amplification of the Hall output voltage.

Предимство е и повишената измервателна точност на интегралния сензор на Хол, поради съществено минимизирания паразитен офсет и високата магниточувствителност.Another advantage is the increased measurement accuracy of the integrated Hall sensor, due to the significantly minimized parasitic offset and high 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 one embodiment thereof, given in the attached figure 1.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention

Интегралният сензор на Хол съдържа четири еднакви полупроводникови подложки с n-тип примесна проводимост и правоъгълна форма - първа 1, втора 2, трета 3 и четвърта 4. Върху една от страните на всяка подложка 1, 2, 3 и 4 са формирани отляво надясно последователно и на равни разстояния по три правоъгълни омични контакти - първи 5, 6, 7 и 8, втори 9, 10, 11 и 12, и трети 13, 14, 15 и 16, като първите 5, 6, 7 и 8 и третите 13, 14, 15 и 16 са крайни, а вторите 9, 10, 11 и 12 са централни. Подложките 1, 2, 3 и 4 лежат в една равнина, като контактите 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16 са успоредни на дългите си страни и са разположени или само на горната, или само на долната повърхност на подложките 1, 2, 3 и 4. Централните контакти 9 и 11 на първата 1 и третата 3 подложка са свързани с токоизточник 17. Първият контакт 5 на първата подложка 1 е свързан с третия контакт 14 на втората 2, третият контакт 13 на първата подложка 1 е съединен с първия контакт 8 на четвъртата 4, първият контакт 6 на втората подложка 2 е свързан с третия контакт 15 на третата 3, а първият контакт 7 на третата подложка 3 е съединен с третия контакт 16 на четвъртата 4. Диференциалният изход 18 на сензора на Хол са контактите 10 и 12 на втората 2 и четвъртата 4 подложка, като измерваното магнитно поле 19 е успоредно на равнината на подложките 1, 2, 3 и 4 и на дългите страни на контактите 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16.The integrated Hall sensor contains four identical semiconductor substrates with n-type impurity conductivity and rectangular shape - first 1, second 2, third 3 and fourth 4. On one of the sides of each substrate 1, 2, 3 and 4 are formed from left to right successively and at equal distances on three rectangular ohmic contacts - first 5, 6, 7 and 8, second 9, 10, 11 and 12, and third 13, 14, 15 and 16, as the first 5, 6, 7 and 8 and third 13 , 14, 15 and 16 are finite and the second 9, 10, 11 and 12 are central. Pads 1, 2, 3 and 4 lie in one plane, contacts 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16 are parallel to their long sides and are located or only on the upper, or only the lower surface of the pads 1, 2, 3 and 4. The central contacts 9 and 11 of the first 1 and third 3 pads are connected to a current source 17. The first pin 5 of the first pad 1 is connected to the third pin 14 of the second 2, the third contact 13 of the first pad 1 is connected to the first pin 8 of the fourth 4, the first pin 6 of the second pad 2 is connected to the third pin 15 of the third pad 3, and the first pin 7 of the third pad 3 is connected to the third pin 16. 4. The differential output 18 of the Hall sensor is contacts 10 and 12 of the second 2 and fourth 4 pads, the measured magnetic field 19 being parallel to the plane of pads 1, 2, 3 and 4 and the long sides of pins 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16.

Действието на интегралния сензор на Хол, съгласно изобретението, се основава на генериране на напрежение на Хол с магнитно поле В 19, приложено успоредно на равнината на полупроводниковите структури 1, 2, 3 и 4 (противно на общоприетото активизиране на явлението на Хол с перпендикулярно на повърхността на полупроводниците поле В (19). Тази закономерност е открита и използвана за първи път от Ч. Руменин и П. Костов, [1-8] и е доразвита от С. Лозанова, [10-12]. Сензорната конфигурация функционира чрез равнинно-магниточувствителния ефект на Хол, като с нея се надгражда разнообразието от елементи и конструкции в микроелектронната сензорика, Фигура 1. На тази фигура четирите подложки 1, 2, 3 и 4 схематично са разположени в четири успоредни равнини, но при микроелектронната реализация на сензора те се формират в една равнина, тази на силициевия чип. Действието на новото решение е следното. Предвид планарността на омичните контакти 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15 и 16, Фигура 1, при включване на източника E s 17 и в отсъствие на магнитно поле 19, В = 0, те представляват еквипотенциални равнини за токовите линии. Токовите траектории през тези десет контактни повърхности 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15 и 16 първоначално са насочени вертикално надолу в обема на подложките 1, 2, 3 и 4, след това стават успоредни на горните им повърхности, и накрая отново са перпендикулярни към планарните омични контакти 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15 и 16. Следователно токовите линии в подложките 1, 2, 3 и 4 са криволинейни. Съгласно иновативното свързване на двойките контакти 5-14, 6-15, 7-16 и 8-13, през тях протичат токови компоненти I17/2 c една и съща стойност (в резултат на симетрията и еднаквите размери на еднотипните подложки 1, 2, 3 и 4), равни на половината от общия захранващ ток I17 = I9.11 през централните контакти 9 и 11. Посоките на двата тока I17/2 = I9,11/2 обаче са противоположни. В резултат на неминуема геометрична асиметрия - несъосност на маските в разположението на крайните контакти 5, 13, 6, 14, 7, 15, 8 и 16 спрямо централните 9, 10, 11 и 12, неизбежни технологични несъвършенства и структурни дефекти, механични напрежения при корпусирането на чипа и метализацията на шините, температурни флуктуации и др., на изхода Vis = V10, 12, 18, на конфигурацията от Фигура 1 в отсъствие на магнитно поле В 19, В = 0, възниква офсет V1s(B = 0) ^ 0. Фактически наличието на такова паразитно изходно напрежение V18 означава, че в идентичните симетрични структури 1, 2, 3 и 4 съществува електрическа асиметрия. В новото решение преодоляването на този съществен сензорен недостатък (офсет) се постига с директното свързване на контактите 5-14, 6-15, 7-16 и 8-13 на подложките 1, 2, 3 и 4. При това нестандартно окъсяване протичат компенсиращи (изравняващи) токове между самите подложки 1, 2, 3 и 4, уеднаквяващи електрическите условия (потенциали) в тях. Ето защо в зоните на двата изходни контакта 10 и 12, в отсъствие на магнитно поле В 19, В = 0, офсетът е драстично редуциран или компенсиран (нулиран), V18(B = 0) = V10,12(B = 0) ~ 0. Този подход в сравнение със сложната динамична компенсация на офсета чрез т.нар. токов спининг е съществено опростен и е иманентен на самото техническо решение, като крайните резултати и в двата случая са твърде близки.The operation of the integrated Hall sensor according to the invention is based on the generation of a Hall voltage with magnetic field B 19 applied parallel to the plane of the semiconductor structures 1, 2, 3 and 4 (contrary to the conventional activation of the Hall phenomenon perpendicular to The surface of semiconductors is field B. (19) This pattern was first discovered and used by Ch. Rumenin and P. Kostov, [1-8] and was further developed by S. Lozanova, [10-12]. the plane-magnetosensitive Hall effect, which builds on the variety of elements and structures in the microelectronic sensor, Figure 1. In this figure the four pads 1, 2, 3 and 4 are schematically located in four parallel planes, but in the microelectronic implementation of the sensor they are formed in one plane, that of the silicon chip.The action of the new solution is as follows: Given the planarity of the ohmic contacts 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15 and 16, Figure 1, when and the source E s 17 and in the absence of a magnetic field 19, B = 0, they represent equipotential planes for the current lines. The current trajectories through these ten contact surfaces 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15 and 16 are initially directed vertically downwards in the volume of pads 1, 2, 3 and 4, then become parallel to their upper surfaces, and finally again perpendicular to the planar ohmic contacts 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15 and 16. Therefore, the current lines in pads 1, 2, 3 and 4 are curvilinear. According to the innovative connection of the contact pairs 5-14, 6-15, 7-16 and 8-13, current components I17 / 2 with the same value flow through them (as a result of the symmetry and the same dimensions of the same type of pads 1, 2, 3 and 4), equal to half of the total supply current I17 = I9.11 through the central contacts 9 and 11. However, the directions of the two currents I17 / 2 = I 9 , 11/2 are opposite. As a result of inevitable geometric asymmetry - misalignment of the masks in the location of the end contacts 5, 13, 6, 14, 7, 15, 8 and 16 relative to the central 9, 10, 11 and 12, inevitable technological imperfections and structural defects, mechanical stresses at chip housing and bus metallization, temperature fluctuations, etc., at the output Vis = V 10 , 12, 18, the configuration of Figure 1 in the absence of magnetic field B 19, B = 0, offset V1s occurs (B = 0) ^ 0. In fact, the presence of such a parasitic output voltage V18 means that in the identical symmetrical structures 1, 2, 3 and 4 there is an electrical asymmetry. In the new solution the overcoming of this significant sensory defect (offset) is achieved by the direct connection of contacts 5-14, 6-15, 7-16 and 8-13 of the pads 1, 2, 3 and 4. In this non-standard shortening compensating (equalizing) currents between the pads 1, 2, 3 and 4, equalizing the electrical conditions (potentials) in them. Therefore, in the zones of the two output contacts 10 and 12, in the absence of magnetic field B 19, B = 0, the offset is drastically reduced or compensated (reset), V 18 (B = 0) = V 10 , 12 (B = 0). ) ~ 0. This approach compared to the complex dynamic offset compensation through the so-called. current spinning is significantly simplified and is immanent to the technical solution itself, and the end results in both cases are very close.

Прилагане на измерваното магнитно поле В 19 успоредно на равнината на подложките 1, 2, 3 и 4 и на дългите страни на контактите 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16 води до странично (латерално) отклонение на нелинейните токови линии по цялата им дължина. Това въздействие е в резултат на силите на Лоренц FL,i, Fl = qVdr х В, където q е елементарният товар на електрона, a V* е векторът на средната дрейфова скорост на движещите се електрони в обемите на подложките 1, 2, 3 и 4, [6, 8, 10-12]. (На Фигура 1 магнитният вектор В 19 е перпендикулярен на напречните сечения на структури 1, 2, 3 и 4). В резултат на Лоренцовото отклонение от силите Fl,i, в зависимост от посоките на захранващите токове в подложките 1, 2, 3 и 4, и на магнитното поле В 19, нелинейните траектории се удължават и/или съответно скъсяват. По тази причина върху планарните контакти 5, 14, 6 и 15, както и върху изходния терминал 10 се генерират едновременно Холови потенциали с един и същ знак, например +VH5(B), +Vh14(B), +Vh6(B), +Vh15(B) и +VH10(B). Върху контакти 7, 16, 13 и 8, както и върху другия изходен терминал 12 се генерират едновременно също Холови потенциали, но с противоположен знак -VH7(B), -VH16(B), -VH1з(B), -VH8(B) и -VH12(B). Следователно на диференциалния изход 18 на сензора възниква напрежение на Хол, V18(B) = V10,12(B). То се генерира от противоположно протичащите захранващи токове I14,6 и I8,16 във втората 2 и четвъртата 4 подложка. Така изходното напрежениеApplication of the measured magnetic field B 19 parallel to the plane of the pads 1, 2, 3 and 4 and on the long sides of contacts 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16 leads to lateral (lateral) deviation of nonlinear current lines along their entire length. This effect is due to the Lorentz forces F L , i, Fl = qVdr x B, where q is the elementary load of the electron, and V * is the vector of the average drift velocity of the moving electrons in the volumes of the substrates 1, 2, 3 and 4, [6, 8, 10-12]. (In Figure 1, the magnetic vector B 19 is perpendicular to the cross sections of structures 1, 2, 3 and 4). As a result of the Lorentz deviation from the forces Fl, i, depending on the directions of the supply currents in the pads 1, 2, 3 and 4, and the magnetic field B 19, the nonlinear trajectories lengthen and / or shorten accordingly. For this reason, Hall potentials with the same sign are generated simultaneously on the planar contacts 5, 14, 6 and 15, as well as on the output terminal 10, for example + V H5 (B), + V h14 (B), + Vh 6 B), + V h15 (B) and + V H10 (B). Hall contacts are also generated simultaneously on contacts 7, 16, 13 and 8, as well as on the other output terminal 12, but with opposite sign -V H7 (B), -V H16 (B), -V H1 h (B), -V H 8 (B) and -V H12 (B). Therefore, a Hall voltage, V 18 (B) = V 10 , 12 (B) occurs at the differential output 18 of the sensor. It is generated by the opposing supply currents I 14 , 6 and I 8 , 16 in the second 2 and fourth 4 pads. Thus the output voltage

V10,12(B) е резултат от Холови потенциали c противоположен знак върху контактите 10 и 12. Сигналът V18(B) е линейна и нечетна функция от силата и посоката на общия захранващ ток I9,11 и на магнитното поле В 19.V 10 , 12 (B) is the result of Hall potentials with opposite sign on contacts 10 and 12. The signal V 18 (B) is a linear and odd function of the strength and direction of the total supply current I 9 , 11 and the magnetic field B 19 .

В новото решение, обаче се използва иновативен способ за допълнително повишаване на магниточувствителността на изхода Vis(B) с помощта на еднакви по стойност, но с противоположен знак Холови потенциали, генерирани от протичащите токове в първата 1 и третата 3 подложка. По същество структури 1 и 3 заедно с контакти 5, 9 и 13, и съответно 7, 11 и 15 представляват триконтактни равнинно чувствителни елементи на Хол, [1-3,5,6,8-12]. Генерираните от тези сензори в магнитно поле В 19 Холови потенциали чрез директното свързване на контакти 5-14 и 6-15, както 7-16 и 8-13 едновременно допълнително повдигат и/или съответно понижават общото потенциално състояние на втората 2 и четвъртата 4 подложка с терминалите 10 и 12, формиращи изхода 18 на сензора. Способът на свързване и разположението на подложките 1, 2, 3 и 4, приложени в конфигурацията на Фигура 1, осъществява сумиране на изхода 18 на всички генерирани в структурите напрежения на Хол. За да се гарантира този резултат на повишаване на Холовия сигнал Vi8(B) всички контакти 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16 трябва да са разположени от една и съща страна на подложките 1, 2, 3 и 4, само на горната или само на долната повърхност. Така силите на Лоренц Fl,i, действащи върху движещите се токоносители (електроните) чрез свързването реализират върху повърхностите на подложки 2 и 4 с изходни контакти 10 и 12 допълнителни потенциали със същия знак, какъвто се формира върху тези терминали от протичането на токове I14,6 и I8,16. В противен случай (при други конфигурации на свързване и разположение на подложките 1, 2, 3 и 4 с контактите) допълнителните потенциали ще редуцират изходния сигнал, а няма да го повишат. В резултат на предложения способ на свързване от Фигура 1, изходното напрежение V18(B) значително се увеличава и магниточувствителността нараства. Същевременно омичните съпротивления на втората 2 и четвъртата 4 подложка изпълняват функциите на товарни резистори, включени към крайните контакти 5 и 13 на първата 1, и 7 и 15 на третата 3 подложка. По такъв начин отпада необходимостта да се използват усложняващи технологични операции и процеси за реализиране на двата товарни резистора от известното решение. Постига се пълна технологична съвместимост чрез еднотипни физикохимични процеси на силициевите технологии за реализация на новия сензор на Хол. Минимизираният паразитен офсет и нарасналата преобразувателна ефективност повишават значително измервателната точност на системата от Фигура 1.However, the new solution uses an innovative method to further increase the magnetosensitivity of the Vis (B) output using equal but opposite Hall Hall potentials generated by the currents flowing in the first 1 and third 3 pads. In essence, structures 1 and 3 together with contacts 5, 9 and 13, and 7, 11 and 15, respectively, are three-contact plane-sensitive Hall elements, [1-3,5,6,8-12]. Generated by these sensors in magnetic field B 19 Hall potentials by directly connecting contacts 5-14 and 6-15, both 7-16 and 8-13 simultaneously further raise and / or lower the overall potential state of the second 2 and fourth 4 pads with terminals 10 and 12 forming output 18 of the sensor. The connection method and the arrangement of the pads 1, 2, 3 and 4 applied in the configuration of Figure 1 perform the summation of the output 18 of all the voltages generated in the Hall structures. To ensure this result of increasing the Hall signal Vi8 (B) all contacts 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16 must be located on the same side of the pads 1, 2, 3 and 4, only on the upper or only on the lower surface. Thus, the Lorentz forces F l , i acting on the moving current carriers (electrons) by connecting realize on the surfaces of substrates 2 and 4 with output contacts 10 and 12 additional potentials with the same sign as formed on these terminals by the flow of currents I 14 , 6 and I 8 , 16 . Otherwise (in other configurations of connection and arrangement of pads 1, 2, 3 and 4 with contacts) the additional potentials will reduce the output signal and will not increase it. As a result of the proposed connection method of Figure 1, the output voltage V18 (B) is significantly increased and the magnetosensitivity increases. At the same time, the ohmic resistances of the second 2 and fourth 4 pads perform the functions of load resistors connected to the terminal contacts 5 and 13 of the first 1, and 7 and 15 of the third 3 pads. Thus, there is no need to use complex technological operations and processes to implement the two load resistors of the known solution. Full technological compatibility is achieved through the same type of physicochemical processes of silicon technologies for the implementation of the new Hall sensor. The minimized parasitic offset and the increased conversion efficiency significantly increase the measurement accuracy of the system of Figure 1.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение е, че посредством оригиналната конструкция и иновативното свързване на подложките 1, 2, 3 и 4 се постига допълнително напрежение на Хол, което синфазно се сумира с изходния сигнал, генерирайки повишена чувствителност. При това едновременно драстично се редуцира един от най-сериозните недостатъци - офсетът чрез изравняващи токове, включително и съществено се опростява технологичната реализация.The unexpected positive effect of the new technical solution is that through the original design and the innovative connection of pads 1, 2, 3 and 4 an additional Hall voltage is achieved, which is in phase summed with the output signal, generating increased sensitivity. At the same time, one of the most serious shortcomings is drastically reduced - offset through equalizing currents, including and significantly simplifies the technological implementation.

Изпълнението на сензора на Хол се осъществява с CMOS или BiCMOS интегрални процеси в единен технологичен цикъл върху силициева пластина (силициев чип). Конфигурацията от четирите n-тип структури 1, 2, 3 и 4, Фигура 1, се формира в равнината на чипа, като се спазва ориентацията и функционалностите на планарните омични контакти 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16, съгласно новото решение. В този случай подложките 1, 2, 3 и 4 представляват n-тип „джобове” в р-Si пластини. Те се осъществяват с йонна имплантация и са силно легирани n-n зони в n-Si „джобове”. Интегралните технологии позволяват едновременно формиране на същия чип и на обработващата електронна схемотехника за изходното напрежение V18(B), в зависимост от конкретното приложение, включително реализирането на цифрови сензорни платформи. Конфигурацията от Фигура 1 е работоспособна и в областта на ниските температури, например, температурата на кипене на течния азот Т = 77 К, което разширява сферата на приложимост за целите на криотрониката, особено в слабополевата магнитометрия и контратероризма.The implementation of the Hall sensor is performed with CMOS or BiCMOS integrated processes in a single technological cycle on a silicon wafer (silicon chip). The configuration of the four n-type structures 1, 2, 3 and 4, Figure 1, is formed in the plane of the chip, observing the orientation and functionalities of the planar ohmic contacts 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 , 13, 14, 15 and 16, according to the new decision. In this case, pads 1, 2, 3 and 4 are n-type "pockets" in p-Si plates. They are performed with ion implantation and are strongly doped n-n zones in n-Si "pockets". Integrated technologies allow the simultaneous formation of the same chip and the processing electronic circuitry for the output voltage V18 (B), depending on the specific application, including the implementation of digital sensor platforms. The configuration of Figure 1 is also workable in the field of low temperatures, for example, the boiling point of liquid nitrogen T = 77 K, which expands the scope of application for the purposes of cryotronics, especially in low-field magnetometry and counterterrorism.

Claims (1)

Интегрален сензор на Хол, съдържащ правоъгълна полупроводникова подложка с n-тип примесна проводимост, върху едната страна на която отляво надясно са формирани последователно на равни разстояния три правоъгълни омични контакти - първи, втори и трети, като първият и третият са крайни, а вторият - централен, всичките успоредни на дългите си страни, измерваното магнитно поле е успоредно на равнината на подложката и на дългите страни на контактите, има още токоизточник, единият извод на който е свързан с централния контакт на подложката, характеризиращ се с това, че има още други три полупроводникови подложки - втора (2), трета (3) и четвърта (4), идентични на първата (1), върху една от страните на които също отляво надясно са формирани последователно на равни разстояния по три правоъгълни омични контакти - първи (6, 7 и 8), втори (10, 11 и 12), и трети (14, 15 и 16), като първите (6, 7 и 8) и третите (14, 15 и 16) контакти са крайни, а вторите контакти (10, 11 и 12) - централни, като подложките (1, 2, 3 и 4) лежат в една равнина, а контактите (6, 7, 8, 10, 11, 12, 14, 15 и 16) са успоредни както на дългите си страни, така и на дългите страни на контактите (5, 9 и 13) на първата подложка (1), като всички контакти (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16) са разположени или само на горната или само на долната повърхност на подложките (1, 2, 3 и 4), като централният контакт (11) на третата подложка (3) е свързан с другия извод на токоизточника (17), а първият контакт (5) на първата подложка (1) е свързан с третия контакт (14) на втората подложка (2), третият контакт (13) на първата подложка (1) е съединен с първия контакт (8) на четвъртата подложка (4), първият контакт (6) на втората подложка (2) е свързан с третия контакт (15) на третата подложка (3), а първият контакт (7) на третата подложка (3) е съединен с третия контакт (16) на четвъртата подложка (4), като диференциалният изход (18) на сензора на Хол са контактите (10 и 12) на втората (2) и четвъртата (4) подложкаIntegrated Hall sensor, containing a rectangular semiconductor substrate with n-type impurity conductivity, on one side of which three rectangular ohmic contacts are formed successively at equal distances from left to right - first, second and third, the first and third are terminal and the second - central, all parallel to its long sides, the measured magnetic field is parallel to the plane of the substrate and the long sides of the contacts, there is another power source, one terminal of which is connected to the central contact of the substrate, characterized by the fact that there are others three semiconductor pads - second (2), third (3) and fourth (4), identical to the first (1), on one of the sides of which also from left to right are formed successively at equal distances on three rectangular ohmic contacts - first (6) , 7 and 8), second (10, 11 and 12), and third (14, 15 and 16), with the first (6, 7 and 8) and third (14, 15 and 16) contacts being terminal and the second contacts (10, 11 and 12) - central, as sub the pins (1, 2, 3 and 4) lie in one plane, and the contacts (6, 7, 8, 10, 11, 12, 14, 15 and 16) are parallel to both their long sides and the long sides of the contacts (5, 9 and 13) of the first pad (1), all contacts (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16) being located either only on the upper or only on the lower surface of the substrates (1, 2, 3 and 4), the central contact (11) of the third substrate (3) is connected to the other terminal of the current source (17) and the first contact (5) of the first substrate (1) ) is connected to the third contact (14) of the second substrate (2), the third contact (13) of the first substrate (1) is connected to the first contact (8) of the fourth substrate (4), the first contact (6) of the second substrate (2) is connected to the third contact (15) of the third substrate (3), and the first contact (7) of the third substrate (3) is connected to the third contact (16) of the fourth substrate (4), as the differential output (18). ) of the Hall sensor are the contacts (10 and 12) of the second (2) and fourth (4) pads a
BG113056A 2020-01-08 2020-01-08 Integrated hall effect sensor BG67425B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113056A BG67425B1 (en) 2020-01-08 2020-01-08 Integrated hall effect sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113056A BG67425B1 (en) 2020-01-08 2020-01-08 Integrated hall effect sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG113056A BG113056A (en) 2021-07-15
BG67425B1 true BG67425B1 (en) 2022-03-15

Family

ID=77730877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113056A BG67425B1 (en) 2020-01-08 2020-01-08 Integrated hall effect sensor

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG67425B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG113056A (en) 2021-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105652220B (en) Hall sensor and compensation method for offset caused by temperature distribution of Hall sensor
BG67425B1 (en) Integrated hall effect sensor
BG67381B1 (en) Electronic device with planar magnetic sensitivity
BG67219B1 (en) Hall sensor configuration with planar magnetic sensitivity
BG67509B1 (en) Magnetic field sensing device
BG67250B1 (en) Hall effect semiconductor device
BG113625A (en) INTEGRAL HALL SENSOR WITH PLANE SENSITIVITY
BG67247B1 (en) Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG67298B1 (en) Hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG67507B1 (en) Magnetic field sensitive microsensor
BG67384B1 (en) Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG67336B1 (en) Hall effect sensor
BG113356A (en) Hall effect microsensor with more than one output
BG67386B1 (en) Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG66830B1 (en) In-plane magnetosensitive sensor device
BG67248B1 (en) Semiconductor configuration with planar magnetic sensitivity
BG67073B1 (en) Hall effect microsensor
BG66848B1 (en) Hall effect device with a in-plane sensitivity
BG66985B1 (en) A surface-magnetically sensitive hall transformer
BG67550B1 (en) Planar magnetosensitive sensor
BG67383B1 (en) In-plane magnetosensitive hall effect device
BG67188B1 (en) Magneto-sensitive element
BG113275A (en) Planar magnetically sensitive element
BG67249B1 (en) Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG66840B1 (en) Hall effect sensor with a planar magnetic sensitivity