CN112038484B - 一种双霍尔传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于霍尔器件技术领域，涉及一种双霍尔传感器及其制备方法，该双霍尔传感器包括两个霍尔片结构；霍尔片结构包括霍尔本体、绝缘层和导电件；霍尔本体包括衬底、有源层、隔离层和四个电极层；有源层设于衬底上，隔离层和电极层均设置于有源层上，且电极层分散设置于隔离层的外围；于电极层的位置，衬底开设有第一通孔，有源层开设有第二通孔，导电件顺次插接于第一通孔、第二通孔后抵顶连接于电极层，导电件远离电极层的一端外置于衬底；绝缘层设于第一通孔、第二通孔各自的孔壁与导电件之间的位置；两个霍尔片结构通过各自的导电件外置衬底的部分进行连接。该双霍尔传感器及其制备方法提供的技术方案能降低电压偏移量。
Description
技术领域
本发明涉及霍尔器件技术领域，尤其涉及一种双霍尔传感器及其制备方法。
背景技术
磁场传感器是一种将磁场转成相应电信号的电子器件。霍尔效应物理本质是洛伦兹力影响了电流中载流子的运动方向。当偏置电流流过一个通有磁场的导体或半导体时，洛伦兹力使载流子的运动方向偏离偏置电流和磁场方向，于是载流子在另一方向上聚集，产生电势差，即和偏置电流和磁场大小成比例的霍尔电压。利用霍尔效应实现的磁场传感器就是霍尔器件，得益于和微电子工艺的完美结合，低成本的霍尔传感器己经成为最广泛使用的磁场传感器，目前市场销售额达到数十亿美元。它通常作为无接触式传感器的关键部件用于线性位置、旋转角度、速度和电流等检测，己广泛应用在工业控制、消费电子、汽车工业等领域。
但是，现有的霍尔器件因为各种外部原因和内部原因会产生电压偏移，电压偏移会严重影响霍尔器件的测量精度。
因此，亟需一种能够消除或抑制电压偏移的霍尔器件。
发明内容
本发明实施例的目的在于解决现有霍尔器件由于电压偏移导致严重影响霍尔器件的测量精度的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种双霍尔传感器，采用了如下所述的技术方案：
该双霍尔传感器包括：两个霍尔片结构；所述霍尔片结构包括霍尔本体、绝缘层和导电件；
所述霍尔本体包括衬底、有源层、隔离层和四个电极层；所述有源层设置于所述衬底上，所述隔离层和四个所述电极层均设置于所述有源层上，且所有所述电极层分散设置于所述隔离层的外围；
于所述电极层的位置，所述衬底开设有第一通孔，所述有源层对应于所述第一通孔的位置开设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔连通设置；所述导电件顺次插接于所述第一通孔、所述第二通孔后抵顶连接于所述电极层，所述导电件远离所述电极层的一端外置于所述衬底；所述绝缘层设置于所述第一通孔、所述第二通孔各自的孔壁与所述导电件之间的位置；
两个所述霍尔片结构通过各自的所述导电件外置所述衬底的部分进行连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述绝缘层包括二氧化硅层。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导电件由具有导电性能的金属材料制备形成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导电件包括导电本体和连接板件，所述导电本体插接于所述第一通孔和所述第二通孔中，所述连接板件与所述导电本体靠近所述衬底的一端连接，且所述连接板件外置于所述衬底；
两个所述霍尔片结构通过各自的所述连接板件相互贴合进行连接。
作为上述技术方案的进一步改进，其中一所述霍尔片结构对应的所述连接板件与另一所述霍尔片结构对应的所述连接板件之间通过焊接连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述衬底和所述隔离层的掺杂类型均为P型掺杂；所述有源层和所述电极层的掺杂类型均为N型掺杂。
作为上述技术方案的进一步改进，所述衬底和所述隔离层的掺杂类型均为N型掺杂；所述有源层和所述电极层的掺杂类型均为P型掺杂。
作为上述技术方案的进一步改进，所述隔离层的掺杂浓度大于所述衬底的掺杂浓度；所述电极层的掺杂浓度大于所述有源层的掺杂浓度。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种双霍尔传感器的制备方法，采用了如下所述的技术方案：所述制备方法用于制备根据上述的双霍尔传感器，包括如下步骤：
提供霍尔本体；所述霍尔本体包括衬底、有源层、隔离层和四个电极层；所述有源层设置于所述衬底上，所述隔离层和四个所述电极层均设置于所述有源层上，且所有所述电极层分散设置于所述隔离层的外围；
对应于所述电极层的位置，在所述衬底上刻蚀第一通孔，并在所述有源层刻蚀第二通孔，其中每一所述电极层对应一个所述第一通孔和一个所述第二通孔；
分别在所述第一通孔和所述第二通孔各自的孔壁制备绝缘层；
在所述绝缘层内填充导电材料形成导电件，且所述导电件的一端连接所述电极层，所述导电件的另一端外置于所述衬底以形成霍尔片结构；
将两个所述霍尔片结构通过各自的所述导电件外置所述衬底的部分进行连接。
作为上述技术方案的进一步改进，在所述将两个所述霍尔片结构通过各自的所述导电件外置所述衬底的部分进行连接后，还包括如下步骤：
将两个连接后的霍尔片结构进行封装形成双霍尔传感器。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种双霍尔传感器及其制备方法主要有以下有益效果：
该双霍尔传感器通过两个霍尔片结构通过导电件外置衬底的部分进行连接，以使两个霍尔片结构能够相背层叠设置，相比于并排设置并通过连接线连接的双霍尔传感器来说，本实施例的双霍尔传感器能够减小体积，以及降低封装成本，且导电件能够将两个霍尔片结构的相同电阻的电极层连接在一起，能够降低电压偏移量，提高该双霍尔传感器的性能。总之，该双霍尔传感器具有结构简单、体积小、封装成本低、电压偏移量小的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明一个实施例中双霍尔传感器的立体结构示意图；
图2是图1中双霍尔传感器的霍尔片结构的立体结构示意图；
图3是图1中双霍尔传感器的霍尔元件的俯视示意图；
图4是本发明一个实施例中双霍尔传感器的制备方法的流程示意图。
附图中的标号如下：
1000、双霍尔传感器；
100、霍尔片结构；
1、霍尔本体；11、衬底；11a、P型衬底；12、有源层；12a、N型有源层；13、隔离层；13a、P型重掺杂隔离层；14、电极层；14a、N型重掺杂电极层；2、绝缘层；2a、二氧化硅绝缘层；3、导电件；31、导电本体；32、连接板件。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明实施例提供一种双霍尔传感器1000，如图1和图2所示，该双霍尔传感器1000包括两个霍尔片结构100，所述霍尔片结构100包括霍尔本体1、绝缘层2和导电件3。
如图2和图3所示，霍尔本体1包括衬底11、有源层12、隔离层13和四个电极层14；有源层12设置于衬底11上，隔离层13和四个电极层14均设置于有源层12上，且所有电极层14分散设置于隔离层13的外围，在本实施例中，四个电极层14分散位于有源层12的四端，隔离层13位于四个电极层14之中；需要说明的是，在本实施例中，该霍尔本体1为现有技术中常用的霍尔传感器结构，可直接通过常规薄膜淀积工艺制备形成或者通过购买得到。
如图2和图3所示，于电极层14的位置，衬底11开设有第一通孔（图未示）；可以理解地，对应于电极层14的位置，该第一通孔竖向开设于衬底11上，有源层12对应于第一通孔的位置开设有第二通孔（图未示），第一通孔与第二通孔连通设置；导电件3顺次插接于第一通孔、第二通孔后抵顶连接于电极层14，导电件3远离电极层14的一端外置于衬底11；绝缘层2设置于第一通孔、第二通孔各自的孔壁与导电件3之间的位置。
如图1和图2所示，两个霍尔片结构100通过各自的导电件3外置衬底11的部分进行连接，以使一霍尔片结构100与另一霍尔片结构100相背设置，且一霍尔片结构100对应的电极层14与另一霍尔片结构100对应的相同电阻的电极层14之间通过导电件3直接连接。
可以理解地，该双霍尔传感器1000的工作原理大致如下：该双霍尔传感器1000的两个霍尔片结构100通过导电件3外置衬底11的部分进行连接，以使两个霍尔片结构100能够相背层叠设置，且导电件3能够将两个霍尔片结构100的相同电阻的电极层14连接在一起，以降低电压偏移量。
综上，相比现有技术，该双霍尔传感器1000至少具有以下有益效果：该双霍尔传感器1000的两个霍尔片结构100通过导电件3外置衬底11的部分进行连接，以使两个霍尔片结构100能够相背层叠设置，相比于并排设置并通过连接线连接的双霍尔传感器来说，本实施例的双霍尔传感器1000能够减小体积，以及降低封装成本，且导电件3能够将两个霍尔片结构100的相同电阻的电极层14连接在一起，能够降低电压偏移量，提高该双霍尔传感器1000的性能。总之，该双霍尔传感器1000具有结构简单、体积小、封装成本低、电压偏移量小的特点。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在一些实施例中，如图1所示，绝缘层2包括二氧化硅层。可以理解地，二氧化硅具有良好的绝缘性，能够将导电件3与有源层12、衬底11之间隔绝开，以使导电件3只与电极层14形成电连接状态，以使导电件3能够将两个霍尔片结构100的相同电阻的电极层14连接在一起。
在一些实施例中，如图1所示，导电件3由具有导电性能的金属材料制备形成。可以理解地，导电件3由具有导电性能的金属材料制成，具有良好的导电性能，能够将两个霍尔片结构100相同电阻的电极层14电连接。具体地，导电件3可以由金、银、铜、钨等金属材料中的至少一种制备形成。
在一些实施例中，如图1和图2所示，导电件3包括导电本体31和连接板件32，导电本体31插接于第一通孔和第二通孔中，连接板件32与导电本体31靠近衬底11的一端连接，且连接板件32外置于衬底11；两个霍尔片结构100通过各自的连接板件32相互贴合进行连接。需要说明的是，在本实施例中，该导电本体31为棒状体，对应地，该第一通孔和第二通孔均为圆形孔，该连接板件32为圆形板件，连接板件32的径向长度小于绝缘层2的径向长度，避免连接板件32与衬底11之间形成电连接状态。可以理解地，两个霍尔片结构100之间通过对应的连接板件32相连接，连接板件32能够增大接触面积，一方面能够提高连接稳定性，便于后期封装；另一方面能够提高导电性能，以使两个霍尔片结构100的电极层14之间形成良好的电导通状态。
在一些实施例中，如图1所示，其中一霍尔片结构100对应的连接板件32与另一霍尔片结构100对应的连接板件32之间通过焊接连接。可以理解地，通过焊接连接，能够使两个霍尔片结构100稳固连接，避免由于连接不稳固导致降低器件性能的情况。
由于有源层12形成于衬底11上，有源层12的掺杂类型与衬底11的掺杂类型不同。因此，在一些实施例中，衬底11的掺杂类型为P型掺杂，即在半导体中掺入硼等三价元素；有源层12的掺杂类型为N型掺杂，即在半导体中掺入磷等五价元素。对应地，该隔离层13的掺杂类型为P型掺杂，电极层14的掺杂类型为N型掺杂。
在一些实施例中，如图3所示，衬底11的掺杂类型为N型掺杂，有源层12的掺杂类型为P型掺杂。对应地，该隔离层13的掺杂类型为N型掺杂，电极层14的掺杂类型为P型掺杂。
在一些实施例中，如图3所示，隔离层13的掺杂浓度大于衬底11的掺杂浓度。
在一些实施例中，如图3所示，电极层14的掺杂浓度大于有源层12的掺杂浓度。
下面将简述一个具体实施例中的双霍尔传感器1000的结构：
如图1至图3所示，一种双霍尔传感器1000，包括两个霍尔片结构100；霍尔片结构100包括霍尔本体1、绝缘层2和导电件3；
霍尔本体1包括P型衬底11a、N型有源层12a、P型重掺杂隔离层13a和四个N型重掺杂电极层14a；N型有源层12a设置于P型衬底11a上，P型重掺杂隔离层13a和四个N型重掺杂电极层14a均设置于N型有源层12a上，且所有N型重掺杂电极层14a分散设置于P型重掺杂隔离层13a的外围；
于N型重掺杂电极层14a的位置，P型衬底11a开设有第一通孔，N型有源层12a对应于第一通孔的位置开设有第二通孔，第一通孔与第二通孔连通设置；导电件3顺次插接于第一通孔、第二通孔后抵顶连接于N型重掺杂电极层14a，导电件3远离N型重掺杂电极层14a的一端外置于P型衬底11a；绝缘层2设置于第一通孔、第二通孔各自的孔壁与导电件3之间的位置；
两个霍尔片结构100通过各自的导电件3外置P型衬底11a的部分进行连接。具体地，在本实施例中，其中一个霍尔本体1的四个N型重掺杂电极层14a按顺时针分别标注为14a1、14a2、14a3、14a4；另一个霍尔本体1的四个N型重掺杂电极层14a按同样的顺序分别对应标注为14a5、14a2'、14a6、14a4'，将两个霍尔片结构100背对背连接，按照14a1和14a6对准，14a2和14a2'对准，14a4和14a4'对准，14a3和14a5对准的方式连接形成双霍尔传感器1000。
基于上述的双霍尔传感器1000，本发明实施例还提供一种双霍尔传感器1000的制备方法，其中，该双霍尔传感器1000的制备方法用于制备上述的双霍尔传感器1000，如图4所示，包括如下步骤：
S100.提供霍尔本体1；霍尔本体1包括衬底11、有源层12、隔离层13和四个电极层14；有源层12设置于衬底11上，隔离层13和四个电极层14均设置于有源层12上，且所有电极层14分散设置于隔离层13的外围。
具体地，该霍尔本体1为现有技术中常用的霍尔传感器结构，可通过常规薄膜淀积工艺制备形成或者直接通过购买得到。如在本实施例中，通过薄膜淀积技术在P型衬底11a上生长N型半导体外延材料以形成N型有源层12a。各电极层14通过包括但不限于离子注入、溅射等方式形成，如在本实施例中，可以通过离子注入的方式形成N型重掺杂电极层14a，其掺杂浓度大于N型有源层12a的掺杂浓度。隔离层13通过包括但不限于离子注入、溅射等方式形成，如在本实施例中，可以通过离子注入的方式形成P型重掺杂隔离层13a，其掺杂浓度大于P型衬底11a的掺杂浓度。
S200.对应于电极层14的位置，在衬底11上刻蚀第一通孔，并在有源层12刻蚀第二通孔，其中每一电极层14对应一个第一通孔和一个第二通孔。具体地，可以通过干法刻蚀在衬底11上刻蚀第一通孔，以及在有源层12通过干法刻蚀形成第二通孔。
S300.分别在第一通孔和第二通孔各自的孔壁制备绝缘层2；具体地，可以通过热氧化法，在衬底11上的第一通孔和有源层12的第二通孔的各自的孔壁上形成二氧化硅绝缘层2a。
S400.在绝缘层2内填充导电材料形成导电件3，且导电件3的一端连接电极层14，导电件3的另一端外置于衬底11以形成霍尔片结构100。
S500.将两个霍尔片结构100通过各自的导电件3外置衬底11的部分进行连接，具体通过焊接连接。
在一个实施例中，在步骤S500之后，还可以包括如下步骤：
S600.将两个连接后的霍尔片结构100进行封装形成双霍尔传感器1000。
综上，相比现有技术，该双霍尔传感器1000的制备方法至少具有以下有益效果：该双霍尔传感器1000的制备方法用于制备上述的双霍尔传感器1000，通过将两个霍尔片结构100通过导电件3外置衬底11的部分进行连接，以使两个霍尔片结构100能够相背层叠连接，从而能够减小体积，以及降低封装成本，且导电件3能够将两个霍尔片结构100的相同电阻的电极层14连接在一起，以降低电压偏移量，提高该双霍尔传感器1000的性能。总之，该双霍尔传感器1000具有结构简单、体积小、封装成本低、电压偏移量小的特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种双霍尔传感器，其特征在于，包括：两个霍尔片结构；所述霍尔片结构包括霍尔本体、绝缘层和导电件；
所述霍尔本体包括衬底、有源层、隔离层和四个电极层；所述有源层设置于所述衬底上，所述隔离层和四个所述电极层均设置于所述有源层上，且所有所述电极层分散设置于所述隔离层的外围；
于所述电极层的位置，所述衬底开设有第一通孔，所述有源层对应于所述第一通孔的位置开设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔连通设置；所述导电件顺次插接于所述第一通孔、所述第二通孔后抵顶连接于所述电极层，所述导电件远离所述电极层的一端外置于所述衬底；所述绝缘层设置于所述第一通孔、所述第二通孔各自的孔壁与所述导电件之间的位置；
两个所述霍尔片结构通过各自的所述导电件外置所述衬底的部分进行连接；
其中，所述导电件包括导电本体和连接板件，所述导电本体插接于所述第一通孔和所述第二通孔中，所述连接板件与所述导电本体靠近所述衬底的一端连接，且所述连接板件外置于所述衬底；两个所述霍尔片结构通过各自的所述连接板件相互贴合进行连接；导电件将两个霍尔片结构的相同电阻的电极层连接在一起。
2.根据权利要求1所述的双霍尔传感器，其特征在于，所述绝缘层包括二氧化硅层。
3.根据权利要求1所述的双霍尔传感器，其特征在于，所述导电件由具有导电性能的金属材料制备形成。
4.根据权利要求1所述的双霍尔传感器，其特征在于，其中一所述霍尔片结构对应的所述连接板件与另一所述霍尔片结构对应的所述连接板件之间通过焊接连接。
5.根据权利要求1所述的双霍尔传感器，其特征在于，所述衬底和所述隔离层的掺杂类型均为P型掺杂；所述有源层和所述电极层的掺杂类型均为N型掺杂。
6.根据权利要求1所述的双霍尔传感器，其特征在于，所述衬底和所述隔离层的掺杂类型均为N型掺杂；所述有源层和所述电极层的掺杂类型均为P型掺杂。
7.根据权利要求5或6所述的双霍尔传感器，其特征在于，所述隔离层的掺杂浓度大于所述衬底的掺杂浓度；所述电极层的掺杂浓度大于所述有源层的掺杂浓度。
8.一种双霍尔传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备根据权利要求1至7任一项所述的双霍尔传感器，包括如下步骤：
提供霍尔本体；所述霍尔本体包括衬底、有源层、隔离层和四个电极层；所述有源层设置于所述衬底上，所述隔离层和四个所述电极层均设置于所述有源层上，且所有所述电极层分散设置于所述隔离层的外围；
对应于所述电极层的位置，在所述衬底上刻蚀第一通孔，并在所述有源层刻蚀第二通孔，其中每一所述电极层对应一个所述第一通孔和一个所述第二通孔；
分别在所述第一通孔和所述第二通孔各自的孔壁制备绝缘层；
在所述绝缘层内填充导电材料形成导电件，且所述导电件的一端连接所述电极层，所述导电件的另一端外置于所述衬底以形成霍尔片结构；
将两个所述霍尔片结构通过各自的所述导电件外置所述衬底的部分进行连接；
其中，所述导电件包括导电本体和连接板件，所述导电本体插接于所述第一通孔和所述第二通孔中，所述连接板件与所述导电本体靠近所述衬底的一端连接，且所述连接板件外置于所述衬底；两个所述霍尔片结构通过各自的所述连接板件相互贴合进行连接；导电件将两个霍尔片结构的相同电阻的电极层连接在一起。
9.根据权利要求8所述的双霍尔传感器的制备方法，其特征在于，在所述将两个所述霍尔片结构通过各自的所述导电件外置所述衬底的部分进行连接后，还包括如下步骤：
将两个连接后的霍尔片结构进行封装形成双霍尔传感器。
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Denomination of invention: A kind of dual Hall sensor and preparation method thereof Effective date of registration: 20220729 Granted publication date: 20210601 Pledgee: Shenzhen small and medium sized small loan Co.,Ltd. Pledgor: Shenzhen Jinyu Semiconductor Co.,Ltd. Registration number: Y2022440020147 |