CN113991011B - 一种周向分布电极的霍尔元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种周向分布电极的霍尔元件及其制备方法，包括衬底、缓冲层和第一功能层和钝化层，第一功能层包括中心的第一预设区域、围绕其四周设置的第二预设区域，第一预设区域包括交叉设置的第一轴向区域和第二轴向区域，第二预设区域包括依次首尾相连的第三轴向区域、第五轴向区域、第四轴向区域和第六轴向区域；输入电极设置于第一轴向区域的两端；输出电极设置于第二轴向区域的两端；第三轴向区域设有第一测试电极，第四轴向区域设有第二测试电极；第五轴向区域设有第三测试电极，第六轴向区域设有第四测试电极。本发明集成3D霍尔元件，三维正交性好，可同时测量X、Y、Z轴三个方向的磁场强度，且有源区面积减小，空间分辨率大幅提升。

Description

一种周向分布电极的霍尔元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及化合物半导体领域和硅基霍尔领域，具体涉及一种周向分布电极的霍尔元件及其制备方法。

背景技术

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。由于半导体的霍尔效应比金属强得多，利用该现象制成的各种霍尔元件，广泛应用于汽车、生物医学、电子产品等领域，已成为现代产业不可或缺的一部分。随着技术的不断发展，人们对霍尔传感器提出了进一步的要求，不仅需要精确地探测一维磁场，更要实现对三维磁场的精准测量。与一维霍尔传感器相比，三维传感器拥有多维的探测能力以及更高的可靠性，即使探测过程中磁场发生偏转也不影响探测精度，为相关产业提供更加丰富多元的数据，因此得以应用在更广阔的领域中。

现有技术中通过三个相互正交的一维霍尔传感器来实现三维传感，与芯片的集成较为困难，且制备工艺较复杂、工艺要求较高，三个一维传感器必须极为精确地相互垂直才能保证传感器的测量准确性，容易受到外部的冲击的影响，即使是微小的冲击也会造成传感器的测量误差，因此针对以上问题，迫切需要设计出一种周向分布电极的霍尔元件及其制备方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种周向分布电极的霍尔元件及其制备方法，集成3D霍尔元件，集成度高，三维正交性好，且通过采用先进工艺制程，工艺简单，减小了有源区的面积，从而大幅度提升其空间分辨率。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：本发明提供一种周向分布电极的霍尔元件，包括从下至上依次设置的衬底、缓冲层和第一功能层以及位于所述第一功能层的暴露区域的钝化层，所述第一功能层包括：一第一预设区域，位于所述第一功能层的中心，所述第一预设区域包括：输入电极，设置于一第一轴向区域的两端；输出电极，设置于一第二轴向区域的两端，用以感应垂直于所述第一功能层方向的霍尔电压差值；所述第一轴向区域和所述第二轴向区域交叉设置；一第二预设区域，所述第二预设区域包括：围绕所述第一预设区域的四周设置的一第三轴向区域、一第四轴向区域、一第五轴向区域和一第六轴向区域，其中，所述第三轴向区域、所述第五轴向区域、所述第四轴向区域、所述第六轴向区域依次首尾相连；所述第三轴向区域设有第一测试电极，所述第四轴向区域设有第二测试电极，所述第一测试电极和所述第二测试电极分别位于电源正极和电源负极之间，用以感应YZ轴的其中一轴向的霍尔电压差值；以及所述第五轴向区域设有第三测试电极，所述第六轴向区域设有第四测试电极，所述第三测试电极和所述第四测试电极分别位于所述电源正极和所述电源负极之间，用以感应YZ轴的另一轴向的霍尔电压差值。

上述的一种周向分布电极的霍尔元件中，所述第一轴向区域和所述第二轴向区域呈 “十字型”设置。

上述的一种周向分布电极的霍尔元件中，所述第三轴向区域和所述第四轴向区域平行设置。

上述的一种周向分布电极的霍尔元件中，所述第五轴向区域和所述第六轴向区域平行设置。

上述的一种周向分布电极的霍尔元件中，所述第一测试电极包括一个或一个以上；所述第二测试电极包括一个或一个以上，所述第二测试电极与所述第一测试电极的数量一致且位置一一对应。

上述的一种周向分布电极的霍尔元件中，所述第三测试电极包括一个或一个以上；所述第四测试电极包括一个或一个以上，所述第三测试电极与所述第四测试电极的数量一致且位置一一对应。

上述的一种周向分布电极的霍尔元件中，还包括：第一电极，分别位于所述第三轴向区域、所述第四轴向区域、所述第五轴向区域、所述第六轴向区域的中间位置处，所述第一电极为所述电源正极、所述电源负极中的其中一种；第二电极，分别位于所述第三轴向区域与所述第五轴向区域、所述第五轴向区域与所述第四轴向区域、所述第四轴向区域与所述第六轴向区域、所述第六轴向区域与所述第三轴向区域的交汇处，所述第二电极为所述电源正极、所述电源负极中的另一种。

上述的一种周向分布电极的霍尔元件中，同一直线方向上的所述第二电极相对于所述第一电极对称设置，测试电极相对于所述第一电极对称设置，所述测试电极包括所述第一测试电极、所述第二测试电极、所述第三测试电极、所述第四测试电极。

本发明还提供一种周向分布电极的霍尔元件的制备方法，用于制备如上述的一种周向分布电极的霍尔元件，所述方法包括：步骤S1，提供一衬底，并于所述衬底的上方生长缓冲层；步骤S2，于所述缓冲层的上方生长第一功能层，所述第一功能层包括位于所述第一功能层的中心的第一预设区域，以及围绕所述第一预设区域的四周设置的第二预设区域，所述第一预设区域包括交叉设置的第一轴向区域和第二轴向区域，所述第二预设区域包括依次首尾相连的第三轴向区域、第五轴向区域、第四轴向区域和第六轴向区域；于所述缓冲层的上方生长第一功能层，具体包括：于所述第一轴向区域的两端形成输入电极，于所述第二轴向区域的两端形成输出电极，所述输出电极用以感应垂直于所述第一功能层方向的霍尔电压差值；于所述第三轴向区域形成第一测试电极，于所述第四轴向区域形成第二测试电极，所述第一测试电极和所述第二测试电极分别位于电源正极和电源负极之间，用以感应YZ轴的其中一轴向的霍尔电压差值；于所述第五轴向区域形第三测试电极，于所述第六轴向区域形第四测试电极，所述第三测试电极和所述第四测试电极分别位于所述电源正极和所述电源负极之间，用以感应YZ轴的另一轴向的霍尔电压差值；步骤S3，于所述第一功能层的暴露区域生长形成钝化层。

上述的一种周向分布电极的霍尔元件的制备方法中，所述步骤S2中，于所述缓冲层的上方生长第一功能层，还包括：于所述第三轴向区域、所述第四轴向区域、所述第五轴向区域、所述第六轴向区域的中间位置处形成第一电极，所述第一电极为所述电源正极、所述电源负极中的其中一种；于所述第三轴向区域与所述第五轴向区域、所述第五轴向区域与所述第四轴向区域、所述第四轴向区域与所述第六轴向区域、所述第六轴向区域与所述第三轴向区域的交汇处形成第二电极，所述第二电极为所述电源正极、所述电源负极中的另一种。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明集成3D霍尔元件，集成度高，三维正交性好，可同时实现X、Y、Z轴三个方向的磁场强度的测量，且通过采用先进工艺制程，工艺简单，减小了有源区的面积，从而大幅度提升其空间分辨率。

附图说明

图1是本发明较佳实施例中，霍尔元件的第一功能层的电极分布的具体布局图；

图2是本发明较佳实施例中，霍尔元件的结构示意图；

图3是本发明较佳实施例中，制备图1所示的霍尔元件的流程示意图；

图4是本发明另一较佳实施例中，霍尔元件的第一功能层的电极分布的具体布局图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明实施例中包括多个第一测试电极，多个第一测试电极分别位于第三轴向区域的不同位置。为了便于描述霍尔元件的不同轴向区域上的霍尔电压差值的采集和计算过程，需要将不同位置的第一测试电极采用不同的附图标记分开标明。例如，实施例一中采用附图标记6、8分别表示位于第三轴向区域的不同位置处的第一测试电极（这些第一测试电极均被设置于电源正极与电源负极之间）。

同样地，第二测试电极、第三测试电极、第四测试电极、输入电极、输出电极以及第一电极和第二电极（这些第一电极为上述电源正极、上述电源负极中的其中一种，第二电极为上述电源正极、上述电源负极中的另一种）的附图标记的处理方式与第一测试电极类似，在此不再赘述。

实施例一

本发明提供一种周向分布电极的霍尔元件，属于化合物半导体领域和硅基霍尔领域，如图2所示，为本实施例提供霍尔元件的结构示意图，包括从下至上依次设置的衬底100、缓冲层200和第一功能层300以及位于所述第一功能层300的暴露区域的钝化层，其中，功能层300中没有电极覆盖的部分为暴露区域；本发明实施例一中的第一功能层300上的电极包括输入电极、输出电极、第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极以及第一电极和第二电极；其中，输入电极包括第一输入电极1和第二输入电极3；输出电极包括第一输出电极2和第二输出电极4；第一测试电极包括第一霍尔测试电极6和第二霍尔测试电极8；第二测试电极包括第三霍尔测试电极16和第四霍尔测试电极18；第三测试电极包括第五霍尔测试电极11和第六霍尔测试电极13，第四测试电极包括第七霍尔测试电极21和第八霍尔测试电极23；第一电极包括第一电源电极7、第二电源电极12、第三电源电极17以及第四电源电极22；第二电极包括第五电源电极5’、第六电源电极14’、第七电源电极9’、第八电源电极19’。

如图1所示，为第一功能层300上的具体布局图，第一功能层300包括：一第一预设区域，位于第一功能层300的中心，第一预设区域包括：输入电极，设置于一第一轴向区域的两端；输出电极，设置于一第二轴向区域的两端，第一轴向区域和第二轴向区域交叉设置，输出电极用以感应垂直于第一功能层300方向的霍尔电压差值；具体的，第一预设区域包括交叉设置的第一轴向区域和第二轴向区域，第一轴向区域的一端设有第一输入电极1，第一轴向区域的另一端设有第二输入电极3，第一输入电极1和第二输入电极3之间设有钝化层，第二轴向区域的一端设有第一输出电极2，第二轴向区域的另一端设有第二输出电极4，第一输出电极2和第二输出电极4之间设有钝化层。对第一输入电极1和第二输入电极3施加激励时，第一输出电极2和第二输出电极4之间的差值即为X方向磁场下的霍尔电压差值，进而可计算得到X方向磁场强度，垂直于衬底100的方向即为X方向。

进一步的，第一轴向区域和第二轴向区域呈 “十字型”设置。

作为优选的实施方式，其中，第一功能层300还包括：一第二预设区域，第二预设区域包括：围绕第一预设区域的四周设置的一第三轴向区域、一第四轴向区域、一第五轴向区域和一第六轴向区域，其中，第三轴向区域、第五轴向区域、第四轴向区域、第六轴向区域依次首尾相连；第三轴向区域设有第一测试电极，第四轴向区域设有第二测试电极，第一测试电极和第二测试电极分别位于电源正极和电源负极之间，用以感应YZ轴的其中一轴向的霍尔电压差值；以及第五轴向区域设有第三测试电极，第六轴向区域设有第四测试电极，第三测试电极和第四测试电极分别位于电源正极和电源负极之间，用以感应YZ轴的另一轴向的霍尔电压差值。

作为优选的实施方式，其中，第一测试电极包括一个或一个以上；第二测试电极包括一个或一个以上，第二测试电极与第一测试电极的数量一致且位置一一对应。

具体的，在本实施例中，第三轴向区域可以设置一个第一测试电极，也可以设置一个以上的第一测试电极。同样地，第四轴向区域可以设置一个第二测试电极，也可以设置一个以上的第二测试电极。优选的，在本实施例中，第一测试电极设置两个，包括第一霍尔测试电极6和第二霍尔测试电极8；第二测试电极也设置两个，包括第三霍尔测试电极16和第四霍尔测试电极18，且第一测试电极在第三轴向区域的位置与第二测试电极在第四轴向区域的位置一一对应，例如第一霍尔测试电极6与第三霍尔测试电极16的位置一一对应，第二霍尔测试电极8与第四霍尔测试电极18的位置一一对应。

作为优选的实施方式，其中，第三测试电极包括一个或一个以上；第四测试电极包括一个或一个以上，第三测试电极与第四测试电极的数量一致且位置一一对应。

具体的，在本实施例中，第五轴向区域可以设置一个第三测试电极，也可以设置一个以上的第三测试电极。同样地，第六轴向区域可以设置一个第四测试电极，也可以设置一个以上的第四测试电极。优选的，在本实施例中，第三测试电极设置两个，包括第五霍尔测试电极11和第六霍尔测试电极13；第四测试电极也设置两个，包括第七霍尔测试电极21和第八霍尔测试电极23，且第三测试电极在第五轴向区域的位置与第四测试电极在第六轴向区域的位置一一对应，例如第五霍尔测试电极11与第七霍尔测试电极21的位置一一对应，第六霍尔测试电极13与第八霍尔测试电极23的位置一一对应。

作为优选的实施方式，其中，第三轴向区域和第四轴向区域平行设置。

具体的，在本实施例中，平行设置的第三轴向区域和第四轴向区域同时平行于Z方向，第三轴向区域上的第五霍尔测试电极11和第六霍尔测试电极13以及第四轴向区域上的第三霍尔测试电极16和第四霍尔测试电极18用以测量Y方向的磁场下的霍尔电压差值，进而可计算得到Y方向磁场强度，其中，Y方向平行于衬底100的方向，具体可参见如图1中的Y箭头指示方向。

作为优选的实施方式，其中，第五轴向区域和第六轴向区域平行设置。

具体的，在本实施例中，平行设置的第五轴向区域和第六轴向区域同时平行于Y方向，第五轴向区域上的第一霍尔测试电极6和第二霍尔测试电极8以及第四轴向区域上的第七霍尔测试电极21和第八霍尔测试电极23用以测量Z方向的磁场下的霍尔电压差值，进而可计算得到Z方向磁场强度，其中，Z方向平行于衬底100的方向，具体可参见如图1中的Z箭头指示方向。

作为优选的实施方式，其中，如图1所示，还包括：第一电极，分别位于第三轴向区域、第四轴向区域、第五轴向区域、第六轴向区域的中间位置处，第一电极为电源正极、电源负极中的其中一种；第二电极，分别位于第三轴向区域与第五轴向区域、第五轴向区域与第四轴向区域、第四轴向区域与第六轴向区域、第六轴向区域与第三轴向区域的交汇处，第二电极为电源正极、电源负极中的另一种。

具体的，本发明实施例以第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极、第四测试电极均设置两个为例，第三轴向区域设有第一电源电极7，第四轴向区域设有第三电源电极17，第五轴向区域设有第二电源电极12，第六轴向区域设有第四电源电极22，第三轴向区域与第五轴向区域的交汇处设有第五电源电极5’，第五轴向区域与第四轴向区域的交汇处设有第六电源电极14’，第四轴向区域与第六轴向区域的交汇处设有第八电源电极19’，第六轴向区域与第三轴向区域的交汇处设有第七电源电极9’。

进一步的，第一电源电极7、第二电源电极12、第三电源电极17以及第四电源电极22的电极类型相同，可以被归类至第一组电源电极中。第五电源电极5’、第六电源电极14’、第七电源电极9’、第八电源电极19’的电极类型相同，可以被归类至第二组电源电极中。

则进一步地，第一组电源电极与第二组电源电极的电极极性相反。例如：当第一组电源电极为电源正极时，则第二组电源电极为电源负极；以及当第一组电源电极为电源负极时，则第二组电源电极为电源正极。

作为优选的实施方式，其中，同一直线方向上的第二电极相对于第一电极对称设置，测试电极相对于第一电极对称设置，测试电极包括第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极、第四测试电极。

具体的，在第三轴向区域中，第五电源电极5’、第一霍尔测试电极6、第一电源电极7、第二霍尔测试电极8、第七电源电极9’位于同一直线方向上，且第五电源电极5’和第七电源电极9’相对于第一电源电极7对称设置，第一霍尔测试电极6和第二霍尔测试电极8也相对于第一电源电极7对称设置。

在第四轴向区域中，第六电源电极14’、第三霍尔测试电极16、第三电源电极17、第四霍尔测试电极18、第八电源电极19’位于同一直线方向上，且第六电源电极14’和第八电源电极19’相对于第三电源电极17对称设置，第三霍尔测试电极16和第四霍尔测试电极18也相对于第三电源电极17对称设置。

在第五轴向区域中，第五电源电极5’、第五霍尔测试电极11、第二电源电极12、第六霍尔测试电极13、第六电源电极14’位于同一直线方向上，且第五电源电极5’和第六电源电极14’相对于第二电源电极12对称设置，第五霍尔测试电极11和第六霍尔测试电极13也相对于第二电源电极12对称设置。

在第六轴向区域中，第七电源电极9’、第七霍尔测试电极21、第四电源电极22、第八霍尔测试电极23、第八电源电极19’位于同一直线方向上，且第七电源电极9’和第八电源电极19’相对于第四电源电极22对称设置，第七霍尔测试电极21和第八霍尔测试电极23也相对于第四电源电极22对称设置。

于上述较佳的实施例中，对于X、Y、Z三个方向的霍尔电压差值的测量具体如下：对于X方向的磁场，由中心的“十字型”的第一预设区域构成的平面霍尔元件进行测量，其中，第一输入电极1和第二输入电极3作为输入端，第一输出电极2和第二输出电极4作为输出端，X方向的磁场下测得的霍尔电压差值为

；

其中，

表示第一输出电极2和第二输出电极4测得的霍尔电压差值；

表示X方向的磁场下的霍尔电压差值。

对于Y方向的磁场，由第三轴向区域和第四轴向区域构成的两组垂直霍尔元件进行测量，其中，第一电源电极7和第三电源电极17作为输入的正极，第五电源电极5’、第六电源电极14’、第七电源电极9’以及第八电源电极19’作为输入的负极（或者第一电源电极7和第三电源电极17作为输入的负极，第五电源电极5’、第六电源电极14’、第七电源电极9’以及第八电源电极19’作为输入的正极），第一霍尔测试电极6和第二霍尔测试电极8作为其中一个测试端，第三霍尔测试电极16和第四霍尔测试电极18作为另一个测试端，Y方向的磁场下测得的霍尔电压差值为

；

其中，

表示第一霍尔测试电极6和第二霍尔测试电极8测得的霍尔电压差值；

表示第三霍尔测试电极16和第四霍尔测试电极18测得的霍尔电压差值；

表示Y方向的磁场下的霍尔电压差值。

对于Z轴方向的磁场，由第五轴向区域和第六轴向区域构成的两组垂直霍尔元件进行测量，其中第二电源电极12和第四电源电极22作为输入的正极，第五电源电极5’、第六电源电极14’、第七电源电极9’以及第八电源电极19’作为输入的负极（或者第二电源电极12和第四电源电极22作为输入的负极，第五电源电极5’、第六电源电极14’、第七电源电极9’以及第八电源电极19’作为输入的正极），第五霍尔测试电极11和第六霍尔测试电极13作为其中一个测试端，第七霍尔测试电极21和第八霍尔测试电极23作为另一个测试端，Z轴方向的磁场下测得的霍尔电压差值为

其中，

表示第五霍尔测试电极11和第六霍尔测试电极13测得的霍尔电压差值；

表示第七霍尔测试电极21和第八霍尔测试电极23测得的霍尔电压差值；

表示Z方向的磁场下的霍尔电压差值。

参见图2，其中，X方向垂直于衬底100的方向，Y方向和Z方向平行于衬底100，本发明技术方案可同时实现X、Y、Z三个方向的霍尔电压差值的测量，进而根据测量的霍尔电压差值得到X、Y、Z三个方向的磁场强度。

实施例二

参见图3，本发明还提供一种周向分布电极的霍尔元件的制备方法，用于制备如上述实施例一的一种周向分布电极的霍尔元件，方法包括：步骤S1，如图2所示，提供一衬底100，并于衬底100的上方生长缓冲层200； 步骤S2，于缓冲层200的上方生长第一功能层300，第一功能层300包括位于第一功能层300的中心的第一预设区域，以及围绕第一预设区域的四周设置的第二预设区域，第一预设区域包括交叉设置的第一轴向区域和第二轴向区域，第二预设区域包括依次首尾相连的第三轴向区域、第五轴向区域、第四轴向区域和第六轴向区域；于缓冲层200的上方生长第一功能层300，具体包括：于第一轴向区域的两端形成输入电极，于第二轴向区域的两端形成输出电极，输出电极用以感应垂直于第一功能层300方向的霍尔电压差值；具体的，其中，第二轴向区域的一端设有第一输出电极2，第二轴向区域的另一端设有第二输出电极4，第一输出电极2和第二输出电极4之间设有钝化层。对第一输入电极1和第二输入电极3施加激励时，第一输出电极2和第二输出电极4之间的差值即为X方向磁场下的霍尔电压差值，进而可计算得到X方向磁场强度，垂直于衬底100的方向即为X方向。

于第三轴向区域形成第一测试电极，于第四轴向区域形成第二测试电极，第一测试电极和第二测试电极分别位于电源正极和电源负极之间，用以感应YZ轴的其中一轴向的霍尔电压差值；具体的，其中，第三轴向区域包括一个或一个以上的第一测试电极。同样地，第四轴向区域也包括一个或一个以上的第二测试电极。优选的，在本实施例中，第一测试电极设置两个，包括第一霍尔测试电极6和第二霍尔测试电极8；第二测试电极也设置两个，包括第三霍尔测试电极16和第四霍尔测试电极18，且第一测试电极在第三轴向区域的位置与第二测试电极在第四轴向区域的位置一一对应，例如第一霍尔测试电极6与第三霍尔测试电极16的位置一一对应，第二霍尔测试电极8与第四霍尔测试电极18的位置一一对应。

于第五轴向区域形第三测试电极，于第六轴向区域形第四测试电极，第三测试电极和第四测试电极分别位于电源正极和电源负极之间，用以感应YZ轴的另一轴向的霍尔电压差值；

具体的，其中，第五轴向区域包括一个或一个以上的第三测试电极。同样地，第六轴向区域也包括一个或一个以上的第四测试电极。优选的，在本实施例中，第三测试电极设置两个，包括第五霍尔测试电极11和第六霍尔测试电极13；第四测试电极也设置两个，包括第七霍尔测试电极21和第八霍尔测试电极23，且第三测试电极在第五轴向区域的位置与第四测试电极在第六轴向区域的位置一一对应，例如第五霍尔测试电极11与第七霍尔测试电极21的位置一一对应，第六霍尔测试电极13与第八霍尔测试电极23的位置一一对应。

步骤S3，于第一功能层300的暴露区域生长形成钝化层。

作为优选的实施方式，第一轴向区域和第二轴向区域呈 “十字型”设置。

作为优选的实施方式，步骤S2中，于缓冲层200的上方生长第一功能层300，还包括：于第三轴向区域、第四轴向区域、第五轴向区域、第六轴向区域的中间位置处形成第一电极，第一电极为电源正极、电源负极中的其中一种；于第三轴向区域与第五轴向区域、第五轴向区域与第四轴向区域、第四轴向区域与第六轴向区域、第六轴向区域与第三轴向区域的交汇处形成第二电极，第二电极为电源正极、电源负极中的另一种。

具体的，在本实施例中，第一电极和第二电极的电极类型相反，例如：当第一电极为电源正极时，则第二电极为电源负极；以及当第二电极为电源负极时，则第一电极为电源正极。

实施例三

参见图4，实施例三是在实施例一的基础上提供的另一具体实施例，实施例一中的所述第三轴向区域、所述第五轴向区域、所述第四轴向区域、所述第六轴向区域依次首尾相连，而本实施例三中将实施例一分别位于第三轴向区域与第五轴向区域、第五轴向区域与第四轴向区域、第四轴向区域与第六轴向区域、第六轴向区域与第三轴向区域的交汇处的第二电极拆分开来。

本发明实施例二中第一功能层300上的输入电极、输出电极、第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极以及第一电极等电极的布局与实施例一中相同，在此不再赘述。

区别在于：本实施例三分别在第三轴向区域、第四轴向区域、第五轴向区域以及第六轴向区域的两端分别设置第二电极，第二电极包括第九电源电极5、第十电源电极9、第十一电源电极15、第十二电源电极19、第十三电源电极10、第十四电源电极14、第十五电源电极20、第十六电源电极24；例如第三轴向区域的一端设置有第九电源电极5，第三轴向区域的另一端设置有第十电源电极9，第四轴向区域的一端设置有第十一电源电极15，第四轴向区域的另一端设置有第十二电源电极19，第五轴向区域的一端设置有第十三电源电极10，第五轴向区域的另一端设置有第十四电源电极14，第六轴向区域的一端设置有第十五电源电极20，第五轴向区域的另一端设置有第十六电源电极24。

进一步的，本实施例三中的霍尔元件的其他电极布局与实施例一中相同，X、Y、Z三个方向的磁场强度下的霍尔电压差值的测量方式也与实施例一中相同，在此不再赘述。

需要注意的是，本发明实施例均以第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极、第四测试电极分别设置两个为例，可在此基础上，分别增减第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极、第四测试电极的设置数量，对其具体布局进行适应性的调整，以及X、Y、Z方向的霍尔电压差值的具体测量方式也适应性的调整，上述调整均应当包含在本发明的保护范围内。

采用上述技术方案的有益效果在于：提高了霍尔元件的集成度，提高了三维正交性，可同时实现X、Y、Z轴三个方向的磁场强度的测量，减小有源区面积，从而大幅提升空间分辨率，并且其制作工艺简单。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种周向分布电极的霍尔元件，其特征在于，包括从下至上依次设置的衬底、缓冲层和第一功能层以及位于所述第一功能层的暴露区域的钝化层，所述第一功能层包括：

一第一预设区域，位于所述第一功能层的中心，所述第一预设区域包括：

输入电极，设置于一第一轴向区域的两端；

输出电极，设置于一第二轴向区域的两端，用以感应垂直于所述第一功能层方向的霍尔电压差值；所述第一轴向区域和所述第二轴向区域交叉设置；

一第二预设区域，所述第二预设区域包括：围绕所述第一预设区域的四周设置的一第三轴向区域、一第四轴向区域、一第五轴向区域和一第六轴向区域，其中，所述第三轴向区域、所述第五轴向区域、所述第四轴向区域、所述第六轴向区域依次首尾相连；

所述第三轴向区域设有第一测试电极，所述第四轴向区域设有第二测试电极，所述第一测试电极和所述第二测试电极分别位于电源正极和电源负极之间，用以感应YZ轴的其中一轴向的霍尔电压差值；以及

所述第五轴向区域设有第三测试电极，所述第六轴向区域设有第四测试电极，所述第三测试电极和所述第四测试电极分别位于所述电源正极和所述电源负极之间，用以感应YZ轴的另一轴向的霍尔电压差值；

所述第一测试电极、所述第二测试电极、所述第三测试电极和所述第四测试电极设置为两个；

对于Y方向的磁场，以第三轴向区域的两个第一测试电极作为其中一个测试端，以第四轴向区域的两个第二测试电极作为另一个测试端，Y方向的磁场下测得的霍尔电压差值为

；

其中，

V_6-8表示同一所述第三轴向区域上的两个所述第一测试电极测得的霍尔电压差值；

V_16-18表示同一所述第四轴向区域上的两个所述第二测试电极测得的霍尔电压差值；

V_By表示Y方向的磁场下的霍尔电压差值；

Z方向的磁场下测得的霍尔电压差值为

其中，

V_11-13表示同一所述第五轴向区域上的两个所述第三测试电极测得的霍尔电压差值；

V_21-23表示同一所述第六轴向区域上的两个所述第四测试电极测得的霍尔电压差值；

V_Bz表示Z方向的磁场下的霍尔电压差值。

2.根据权利要求1 所述的一种周向分布电极的霍尔元件，其特征在于，所述第一轴向区域和所述第二轴向区域呈 “十字型”设置。

3.根据权利要求1 所述的一种周向分布电极的霍尔元件，其特征在于，所述第三轴向区域和所述第四轴向区域平行设置。

4.根据权利要求1 所述的一种周向分布电极的霍尔元件，其特征在于，所述第五轴向区域和所述第六轴向区域平行设置。

5.根据权利要求1 所述的一种周向分布电极的霍尔元件，其特征在于，所述第二测试电极与所述第一测试电极的数量一致且位置一一对应。

6.根据权利要求1 所述的一种周向分布电极的霍尔元件，其特征在于，所述第三测试电极与所述第四测试电极的数量一致且位置一一对应。

7.根据权利要求1 所述的一种周向分布电极的霍尔元件，其特征在于，还包括：

第一电极，分别位于所述第三轴向区域、所述第四轴向区域、所述第五轴向区域、所述第六轴向区域的中间位置处，所述第一电极为所述电源正极、所述电源负极中的其中一种；

第二电极，分别位于所述第三轴向区域与所述第五轴向区域、所述第五轴向区域与所述第四轴向区域、所述第四轴向区域与所述第六轴向区域、所述第六轴向区域与所述第三轴向区域的交汇处，所述第二电极为所述电源正极、所述电源负极中的另一种。

8.根据权利要求7 所述的一种周向分布电极的霍尔元件，其特征在于，同一直线方向上的所述第二电极相对于所述第一电极对称设置，测试电极相对于所述第一电极对称设置，所述测试电极包括所述第一测试电极、所述第二测试电极、所述第三测试电极、所述第四测试电极。

9.一种周向分布电极的霍尔元件的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-8任意一项所述的一种周向分布电极的霍尔元件，所述方法包括：

步骤S1，提供一衬底，并于所述衬底的上方生长缓冲层；

步骤S2，于所述缓冲层的上方生长第一功能层，所述第一功能层包括位于所述第一功能层的中心的第一预设区域，以及围绕所述第一预设区域的四周设置的第二预设区域，所述第一预设区域包括交叉设置的第一轴向区域和第二轴向区域，所述第二预设区域包括依次首尾相连的第三轴向区域、第五轴向区域、第四轴向区域和第六轴向区域；

于所述缓冲层的上方生长第一功能层，具体包括：

于所述第一轴向区域的两端形成输入电极，于所述第二轴向区域的两端形成输出电极，所述输出电极用以感应垂直于所述第一功能层方向的霍尔电压差值；

于所述第三轴向区域形成第一测试电极，于所述第四轴向区域形成第二测试电极，所述第一测试电极和所述第二测试电极分别位于电源正极和电源负极之间，用以感应YZ轴的其中一轴向的霍尔电压差值；

于所述第五轴向区域形第三测试电极，于所述第六轴向区域形第四测试电极，所述第三测试电极和所述第四测试电极分别位于所述电源正极和所述电源负极之间，用以感应YZ轴的另一轴向的霍尔电压差值；

步骤S3，于所述第一功能层的暴露区域生长形成钝化层。

10.根据权利要求9 所述的一种周向分布电极的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，于所述缓冲层的上方生长第一功能层，还包括：

于所述第三轴向区域、所述第四轴向区域、所述第五轴向区域、所述第六轴向区域的中间位置处形成第一电极，所述第一电极为所述电源正极、所述电源负极中的其中一种；

于所述第三轴向区域与所述第五轴向区域、所述第五轴向区域与所述第四轴向区域、所述第四轴向区域与所述第六轴向区域、所述第六轴向区域与所述第三轴向区域的交汇处形成第二电极，所述第二电极为所述电源正极、所述电源负极中的另一种。

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