CZ301988B6 - Hallovo cidlo s redukovaným ofsetovým signálem - Google Patents
Hallovo cidlo s redukovaným ofsetovým signálem Download PDFInfo
- Publication number
- CZ301988B6 CZ301988B6 CZ20012746A CZ20012746A CZ301988B6 CZ 301988 B6 CZ301988 B6 CZ 301988B6 CZ 20012746 A CZ20012746 A CZ 20012746A CZ 20012746 A CZ20012746 A CZ 20012746A CZ 301988 B6 CZ301988 B6 CZ 301988B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- active region
- contact electrodes
- hall element
- contact
- hall
- Prior art date
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 abstract 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N52/00—Hall-effect devices
- H10N52/101—Semiconductor Hall-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N52/00—Hall-effect devices
- H10N52/80—Constructional details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Technology Law (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Hallovo cidlo (1) má dve protilehlé kontaktní elektrody napájecího proudu (7a, 7c), mezi nimiž je definována aktivní oblast (5) k vytvorení toku proudu pomocí aktivní oblasti a dvou protilehlých napetových kontaktních elektrod (7b, 7d) ke snímání Hallova napetí, pricemž jeden úsek kontaktních elektrod privrácený k aktivní oblasti (5) je vytvoren tak, že je omezen rušivý vliv kontaktu na úcinek provozu vírivého proudu omezujícího ofset.
Description
Hallovo čidlo s redukovaným ofsetovým signálem
Oblast techniky
Vynález se týká Hadových čidel a zvláště Hadových čidel implementovaných pomocí technologie CMOS se zlepšenou geometrií kontaktních elektrod se snížením ofsetového signálu.
Dosavadní stav techniky
Hallovo čidlo je obecně vytvořeno na aktivní polovodičové oblasti typu n na polovodičovém substrátu typu p. Aktivní oblast typu n je obvykle spojena s vnější řídicí logikou přes čtyři kontaktní elektrody uspořádané diagonálně proti sobě v aktivní oblasti. Čtyři kontaktní elektrody jsou rozděleny na dvě protilehlé elektrody řídicího proudu, které mají za úkol vytvářet proudový tok aktivní oblastí, a dále jsou rozděleny na dvě protilehlé kontaktní elektrody pro odvod napětí, které slouží k odvádění Hadova napětí, které vzniká při přiložení magnetického pole kolmo k průtoku proudu v aktivní oblasti, jako signálu čidla.
U Hallových čidel ve výše uvedeném uspořádání jsou známy v zásadě dvě geometrie pro aktivní oblast čidla, které jsou znázorněny na obr. 5 a 6. Na obr. 5 je znázorněno čtvercové Hallovo čidlo 20, jehož kontaktní elektrody 22a-d jsou uspořádány vždy v rozích aktivní oblasti 24. Tvar kontaktních elektrod 22a-d tohoto známého uspořádání Hadova čidla je obvykle čtvercový. Za provozu Hadova čidla 20 se mezi dvěma úhlopříčně proti sobě ležícími kontaktními elektrodami 22a, 22c kumuluje proud, aby bylo možno po přiložení magnetického pole snímat Hallovo napětí z obou druhých kontaktních elektrod 22b, 22d.
Na obr. 6 je uspořádání Hadova čidla 30 ve tvaru kříže, ve tvaru „řeckého kříže“, u kterého leží pravoúhlé kontaktní elektrody 32a-d vždy na konci ramene kříže, přičemž omezení na rubu kontaktních elektrod 32a-d je identické s omezením aktivní oblasti 34. Šířka kontaktních elektrod 32a-d přitom odpovídá šířce ramene kříže, tj. kontaktní elektrody 32a-d sahají v příslušném rameni kříže pres celou šířku aktivní oblasti 34. Analogicky ke čtvercovému Hadovu Čidlu se za provozu křížového Hadova Čidla ukládá mezi protilehlými kontaktními elektrodami 32a, 32c proud, aby se při přiložení magnetického pole mohlo přes druhé dvě kontaktní elektrody 32b, 32d odebírat Hallovo napětí.
U procesů CMOS k výrobě polovodičových struktur však vznikají často v polovodičovém materiálu aktivní oblasti nehomogenity nebo poruchy podmíněné výrobou. Tyto nehomogenity se nedají ani pomocí nákladných výrobních postupů úplně vyloučit. Tyto nehomogenity jsou však často příčinou vzniku ofsetu signálu čidla. To znamená, že na kontaktních elektrodách, z nichž se Hadovo napětí odebírá, vzniká na čidle signál i tehdy, i když na aktivní oblasti není magnetické pole. Tento rušivý signál čidla se označuje jako ofset užitečného signálu čidla nebo prostě jako ofsetový signál. Když se tyto nehomogenity nachází v nepříznivých místech aktivní oblasti, může v aktivní oblasti dojít u známých Hallových Čidel ke vzniku relativně vysokého ofsetového signálu, protože se mohou proudové křivky v aktivní oblasti nepříznivě posunout a tím vzniká místně v aktivní oblasti vysoký odpor. Přitom ofset vzniklý v signále Hadova čidla silně závisí na množství nehomogenit a také na jejich poloze.
Vzhledem k silné závislosti ofsetového signálu na nehomogenitách se vyskytuje u stávajících prvků Hallových čidel u jednotlivých kusů silný rozptyl. Kromě toho je silně ovlivněna citlivost a přesnost měření. Z tohoto důvodu je kompenzace ofsetu a správné vyhodnocení spojeno s velkými technickými náklady na obvod.
- 1 CZ 301988 Bó
Podstata vynálezu
Vycházíme-!i z tohoto stavu techniky, je úkolem předloženého vynálezu vytvoření zlepšeného
Hallova čidla s omezeným ofsetem v signálu čidla.
Předložený vynález vytváří Hallovo čidlo se dvěma protilehlými kontaktními elektrodami proudového napájení, mezi nimiž je definována aktivní oblast k vytvoření proudového toku aktivní oblastí a se dvěma protilehlými sběrnými napěťovými elektrodami k odběru Hallova napětí, id vyznačené tím, že úsek přivrácený k aktivní oblasti příslušných kontaktních elektrod je vytvořen tak. že je omezen rušivý vliv kontaktních elektrod na účinek vířivého proudu, který omezuje ofset.
Základem předloženého vynálezu je poznatek, že ofset signálu čidla vznikající v Hal lově čidle je možné silně omezit vhodnou volbou geometrie použitých kontaktních elektrod. Rozhodující pro malý ofset signálu čidla není totiž jen pouze homogenní rozložení řídicího proudu při ideálních poměrech v polovodičovém materiálu, tj. bez nehomogenit, z něhož jsou vytvořeny v podstatě současné struktury čidla, ale mnohem větší význam má, jak se mění rozložení proudové hustoty stávajícími nehomogenitami nebo poruchami v polovodičovém materiálu aktivní oblasti a zvláště na kontaktech. Současně by měl být výsledný ofset signálu čidla pokud možno nezávislý na poloze nehomogenit nebo poruch v polovodičovém materiálu, aby se rozptyl výsledných hodnot ofsetu udržel malý.
Úloha je řešena Hallovým čidlem podle nároku 1, v němž je definován Hallův prvek s aktivní
2? oblastí a kontaktními elektrodami, přičemž kontaktní elektrody jsou vytvořeny ze dvou protilehlých kontaktních elektrod napájení proudem, mezi nimiž je definována aktivní oblast k vytváření proudového toku aktivní oblastí a ze dvou protilehlých kontaktních elektrod ke snímání napětí ke snímání Hallova napětí. Podstatou vynálezu přitom je, že úsek kontaktních elektrod, který je přivrácen k aktivní oblasti a hraničí s aktivní oblastí, vykazuje geometrii, která je stupňovitá, ve so tvaru kruhového segmentu, elipsovitá, ve tvaru paraboly, hyperboly nebo kosodélníku nebo vykazuje pravoúhlé převýšení pro omezení rušivého vlivu kontaktních elektrod na účinek činnosti vířivého proudu omezujícího ofset, přičemž všechny kontaktní elektrody mají stejnou geometrii stejnou geometrií a jsou vždy uspořádány symetricky vzhledem k aktivní oblasti. Délka strany kontaktních elektrod přitom tvoří maximálně 20 % délky strany aktivní oblasti.
Ve výhodném provedení vynálezu je aktivní oblast Hallova prvku vytvořena pravoúhle, přičemž jeho kontaktní elektrody jsou uspořádány v úhlopříčně ležících rozích aktivní oblasti.
V dalším výhodném provedení vynálezu je průběh úseku kontaktních elektrod Hallova prvku ve tvaru kruhového segmentu, elipsy, paraboly nebo hyperboly, přivráceného směrem k aktivní oblasti vyklenut.
V jiném výhodném provedení vynálezu na lichoběžníkových kontaktních elektrodách Hallova prvku má kratší základna lichoběžníka přivrácená k aktivní oblasti vždy tvar kruhového seg45 mentu, elipsy, paraboly nebo hyperboly.
V ještě dalších výhodných provedeních vynálezu má aktivní oblast Hallova prvku tvar pravidelného mnohoúhelníka nebo je vytvořena ve tvaru kříže a kontaktní elektrody jsou uspořádány vždy v protilehlých křížových ramenech aktivní oblasti nebo je vytvořena ve tvaru hvězdy a kontaktní elektrody jsou uspořádány vždy v protilehlých ramenech hvězdy aktivní oblastí.
V dalším výhodném provedení vynálezu je průběh úseku kontaktních elektrod Hallova prvku přivráceného k aktivní oblasti ve tvaru kruhového segmentu, elipsy, paraboly nebo hyperboly ve směru k aktivní oblasti vyklenut. Konečně v ještě dalším výhodném provedení vynálezu je na . 2 .
lichoběžníkových kontaktních elektrodách Hallova prvku na kratší základně lichoběžníka přivrácené k aktivní oblasti vždy zamýšlen průběh ve tvaru kruhového segmentu, elipsy, paraboly, nebo hyperboly.
Přednosti geometrie podle vynálezu spočívají v následujících vztazích. Ofset v Hallově prvku měřitelný zvenčí závisí na třech podstatných faktorech:
-jak silně je efekt v prvku rozšířen,
- na provozním napětí prvku, io - na geometrii prvku.
První dva faktory nebudou v této souvislosti dále uvažovány. Zbývá v tomto případě na změny pouze geometrie. Geometrie má dalekosáhlý a mnohostranný vliv na vlastnosti prvku. Zvláštní vazba spočívá mezí kontaktní geometrií a vířivým proudem omezujícími v prvku ofset, který bude dále vysvětlen.
Metoda vířivého proudu spočívá v tom, že se směr měření stále dále cyklicky otáčí určitou taktovací frekvencí například o 90°, to znamená, že provozní proud teče od jedné k protilehlé kontaktní elektrodě, přičemž Hallovo napětí se snímá na napříč k ní ležící kontaktní elektrodě, načež při následujícím cyklu se směr měření opět otočí o 90° Měřená Hallova napětí se sečtou, přičemž ofsetová napětí by se měla při jednom oběhu přibližně protilehle zrušit, takže zbudou čisté podíly signálu závislé na magnetickém poli.
Už při provozu bez vířivého proudu vznikají podle zvoleného prvku a kontaktní geometrie polohy, ve kterých efekty neruší a polohy, ve kterých vyvolávají velký ofset. Dobrým příkladem je tu spojnice mezi oběma řídicími proudovými kontakty. Poruchy na této spojnici nevedou /důvodů symetrie k ofsetu. Jakmile ale dojde k odchylce od této linie, ihned se objeví na Hallových kontaktech měřitelný ofset, i když proudová hustota je v obou bodech téměř identická a není zanedbatelně malá.
Při provozu s vířivým proudem vzniká v závislosti na geometrii také taková sensitivní funkce, která popisuje vliv defektu na určitém místě na ofset. Tato funkce je v případě konečně rozložených řídicích nebo Hallových kontaktů relativně komplikovaná. Má u normálního Hallova kříže nulové polohy na spojnicích mezi vždy protilehlými kontakty a přídavně ještě polovičním úhlem vnitřní oblasti kříže. Zbývající průběh a tím zvláště extrém této funkce v aktivní oblasti je možné ovlivnit volbou geometrie prvku a kontaktů. Zpravidla se objevují na hranách prvku a kontaktů místa s vysokým vlivem na ofset, zatímco vnitřní oblasti nevykazují zpravidla žádné nové místní extrémní hodnoty. Protože je možné modifikací geometrie měnit i všechny ostatní vlastnosti prvku, je třeba při změnách na kontaktech uvažovat i všechny ostatní vlastnosti.
U kontaktů podle vynálezu byla jejich geometrie utvářena tak. aby mohlo být dosaženo nízkého ofsetu s vysokou výtěžností a při téměř nezměněné citlivosti.
Úměrně k nižšímu ofsetu prvku se tak zvyšuje využitelné rozlišení.
Přehled obrázků na výkresech
Dále budou podrobněji popsány upřednostněné příklady provedení předloženého vynálezu s při50 hlédnutím k přiloženým obrázkům, kde na obr. 1 je principiální zobrazení čtvercového Hallova čidla s kontaktními elektrodami podle vynálezu, na obr. 2a-e je principiální zobrazení různých struktur kontaktních elektrod podle vynálezu pro čtvercový Hallův prvek, na obr. 3a je principiální zobrazení Hallova prvku ve tvaru kříže s kontaktními elektrodami podle vynálezu a na
- j obr. 3b-d je modifikovaný tvar křížové struktury, na obr. 4a-g je principiální zobrazení různých struktur kontaktních elektrod podle vynálezu pro křížový Hallův prvek, na obr. 5 je známý Hallův prvek s křížovou aktivní oblastí a s obvyklými kontaktními elektrodami a na obr. 6 je známý Hallův prvek s křížovou aktivní oblastí a běžnými kontaktními elektrodami.
Příklady provedení vynálezu
Na obr. 1 je znázorněno obecné uspořádání pravoúhlého Hallova prvku L Na polovodičovém io substrátu 3, který je přednostně dotován jako typ p, je nanesena pravoúhlá aktivní polovodičová oblast 5, obecně dotovaná jako typ η. V bezprostřední blízkosti rohů jako n-dotované aktivní oblasti 5 jsou uspořádány kontaktní elektrody 7a-d, které obecně jsou dotovány n+. Kontaktní elektrody 7a-d jsou uspořádány vždy úhlopříčně proti sobě v n-dotované aktivní oblasti 5. která je obklopena p-dotovaným substrátem. Čárkovaně znázorněná oblast úseků kontaktních elektrod
7a-d přivrácených k aktivní oblasti 5 má naznačit další různé nové struktury kontaktních elektrod 7a-d, které budou dále detailně popsány podle obr. 2a-f.
Na obr. 2a-e jsou zobrazeny různé upřednostněné geometrie kontaktních elektrod 7a-d. K zjednodušení následujícího popisuje vždy zobrazena jen v měřítku zvětšená rohová oblast Hallova prvku i se spolu v ní uspořádanou kontaktní strukturou 7a (viz čárkovaný elipsovitý výřez na obr. 1), protože jiné kontaktní elektrody 7b-d mají obecně identickou strukturu a jsou uspořádány symetricky v jiných rozích aktivní oblastí 5. K usnadnění popisu jsou na obr. 2a-e znázorněné kontaktní elektrody 7a-d formálně rozděleny na dva úseky, tj. úsek přivrácený k jedné aktivní oblasti 5 a druhý od aktivní oblasti 5 odvrácený úsek. Dále budou na kontaktních elektrodách 7 a25 d definovány dva koncové body A a B, mezi nimiž probíhají struktury kontaktních elektrod 7a-d podle vynálezu.
U příkladu provedení na obr. 2a je vytvořen úsek kontaktní elektrody 7 a přivrácený k aktivní oblasti 5 jako přímka, takže kontaktní elektroda 7a je vytvořena ve tvaru pravoúhlého trojúhel30 nika.
Obr. 2b znázorňuje tvar provedení struktury kontaktní elektrody 7a, u níž koncové body A a B aktivního úseku přivráceného ke kontaktní elektrodě 7a jsou spojeny schodovitě nebo stupňovitě, takže z toho vyplývá schodovitý nebo stupňovitý průběh kontaktní geometrie znázorněný na obr. 2b.
Na obr. 2c je geometrie kontaktních elektrod, která vykazuje mezi koncovými body strukturu kruhového úseku, který je vyklenut ve směru do aktivní oblasti. Tato vyklenutá struktura kontaktní elektrody může mít dále eliptický, parabolický nebo hyperbolický průběh.
•io
Na obr. 2d je znázorněna geometrie kontaktních elektrod, u níž úsek kontaktní elektrody 7a přivrácený k aktivní oblasti má tvar rovnoramenného lichoběžníka, přičemž delší základna lichoběžníka probíhá mezi koncovými body Aa B geometrie kontaktní elektrody.
Na obr. 2e je znázorněna struktura kontaktní elektrody 7a, která je oproti struktuře znázorněné na obr. 2d vytvořena tak, že kratší, k aktivní oblasti 5 přivrácená základna lichoběžníka má kruhový, eliptický, parabolický nebo hyperbolický průběh vyklený ve směru aktivní oblasti.
Právě popsané geometrie kontaktních elektrod mohou být pro přesný matematický popis vyjádře50 ny také jako průběh mnohoúhelníka.
Kromě toho se ukázalo, že délky stran kontaktních elektrod mají mít maximálně délku 20 % délky stran aktivní oblasti, aby bylo dosaženo optimálních provozních vlastností Hallova čidla s podstatně omezeným signálem ofsetu, tj. aby rozdělení proudové hustoty v aktivní oblasti
-4 CZ 301988 B6
Hallova čidla bylo v podstatě nezávislé na nehomogenitách nebo poruchách v polovodičovém materiálu.
Dále je třeba si uvědomit, že struktura úseku kontaktních elektrod 7a-d odvráceného od aktivní oblasti není omezena na trojúhelníkový průběh, jak je znázorněno na obr, 2a-f, ale může tvar, který je účelný pro daný případ použití, například ke kontaktování směrem ven nebo k vyvedení kontaktních elektrod. Průběh úseku kontaktních elektrod 7a-d odvráceného od aktivní oblasti není však pro předmět předloženého vynálezu podstatný.
io Pomocí výše popsaných nových struktur pro kontaktní elektrody Hallova čidla je možné omezit nepříznivé ofsetové signály, které vznikají například vlivem nehomogenit v polovodičovém materiálu aktivní oblasti způsobených výrobou a které Hallův napěťový signál překrývají. Tohoto zlepšení je pomocí kontaktních elektrodových struktur podle vynálezu dosaženo tím, že výsledný ofsetový signál je na poloze nehomogenit nebo poruch polovodičového materiálu aktiv15 ní oblasti do značné míry nezávislý. U Hallových prvků, které používají výše popsané nové kontaktní struktury, se tak dají zmenšit rozptyly mezi jednotlivými exempláři a zlepšit přesnost měření.
Na obr. 3a je znázorněna obecná struktura křížového Hallova prvku 10. Na polovodičovém substrátu 13, přednostně dotovaného jako typ p, je nanesena aktivní polovodičová oblast 15 ve tvaru kříže, obecně typu η. V blízkosti konců ramen kříže aktivní oblasti 15 jsou uspořádány kontaktní elektrody 17a-d. které jsou obecně dotovány jako n+. Kontaktní elektrody 17a-d, které jsou určeny k vytváření proudového toku Hallovým prvkem nebo ke snímání Hallova napětí vzniklého při přiložení magnetického pole. jsou uspořádány v ramenech kříže vždy symetricky proti sobě. Čárkovaně znázorněný průběh úseků kontaktních elektrod přivrácených aktivní oblasti má podle obr. 1 naznačit možnosti dalších rozdílných nových struktur kontaktních elektrod 17a-d, které budou na obr. 4a-g podrobně popsány.
Přirozeně je možno použít i modifikované křížové prvky, u nichžjsou změněny dovnitř zasahuj í50 cí rohy prvku podle příkladů znázorněných na obr. 3b-d. Přitom je možno považovat obr, 3d za mezní případ čtvercového prvku.
Na obr. 4a-d jsou znázorněny různé preferované geometrie kontaktních elektrod 17a-d. Ke zjednodušení následujícího popisu je na obr. 4a-g vždy znázorněno jen jedno rameno kříže
Hallova prvku 10 s uvnitř uspořádanou kontaktní strukturou L7a (viz čárkovaně zakroužkovaný výřez U na obr. 3a). protože ostatní kontaktní elektrody 17b-d mají identickou strukturu ajsou uspořádány v jiných křížových ramenech aktivní oblasti j_5 symetricky. Ke zjednodušení popisu jsou kontaktní elektrody na obr. 4a-g formálně rozděleny na dva úseky, tj. na úsek přivrácený k aktivní oblasti a úsek od ní odvrácený. Dále budou definovány opět dva koncové body C a _ÍT mezi nimiž probíhají struktury kontaktních elektrod 17a-d podle vynálezu.
V nejjednodušším případě, který je znázorněn na obr. 4a, má geometrie kontaktních elektrod 17a pravoúhlý průběh, přičemž kontaktní elektroda 17a je zcela obklopena materiálem typu p.
Na obr. 4b je další možný průběh úseku kontaktní elektrody 17a přivrácený k aktivní oblasti 5. Tento průběh je vytvořen jako pravoúhlé vyvýšení mezi koncovými body C, D.
Obr. 4c ukazuje geometrii kontaktních elektrod, u níž kontaktní elektroda 17a mezi koncovými body C, D má průběh kruhového segmentu, který je ve směru do aktivní oblasti vyklenut. Průběh může být dále eliptický, parabolický nebo hyperbolický.
Geometrie úseku kontaktní elektrody 17a přivráceného aktivní oblasti může mít dále, jak je znázorněno na obr 4d, lichoběžníkový průběh, přičemž delší základna lichoběžníku splývá s myšlenou spojnicí mezi koncovými body C a D.
-5CZ 301988 B6
Na obr. 4e je znázorněna struktura kontaktní elektrody 17a, která oproti struktuře na obr. 4d je dále rozvinuta, takže kratší základna lichoběžníku má průběh kruhového segmentu, eliptického, parabolického nebo hyperbolického, který je vyklenut ve směru aktivní oblasti,
Další způsoby vytvoření kontaktních elektrod, které jsou na obr. 4a-g, mohou spočívat v tom, že úsek kontaktní elektrody přivrácený k aktivní oblasti zasahuje aspoň částečně až do oblasti substrátu typu p. Jeden způsob provedení takové struktury je znázorněn například na obr. 4f. Průběh kruhového segmentu kontaktní struktury 17a mezi koncovými body C a D může vsak mít i všechio ny jiné průběhy kontaktních elektrod znázorněné na obr. 4a-e.
Dále může, jak to ukazuje obr. 4g, celý úsek kontaktní elektrody odvrácený od aktivní oblasti, navazovat na substrát typu p, přičemž šířka kontaktní elektrody je stejná jako šířka aktivní oblasti v ramení kříže, tj, kontaktní elektroda 17a se rozprostírá přes celou šířku ramene kříže.
Usek kontaktní elektrody I 7a přivrácený k aktivní oblasti může přitom mít průběhy vyklenuté do aktivní oblasti 15. jak to znázorňuje obr. 4b-e.
Kromě toho je třeba vzít v úvahu, že se výše popsané struktury kontaktních elektrod dají použít nejen u Hallových prvků, jejichž aktivní oblasti mají kruhový tvar, ale tyto struktury mohou být
2» použity u všech Hallových prvků, jejichž aktivní oblasti mají hvězdicový průběh.
Dále je třeba vzít v úvahu, že kontaktní struktury, které podle obr. 2a-e byly popsány ve vztahu k pravoúhlým aktivním oblastem, tak také kontaktní struktury, které byly podle obr. 4a-g popsány ve vztahu ke kruhovým aktivním oblastem, mohou ležet jednak plně v oblasti typu n a být spojeny směrem ven jen přes pokovenou rovinu. Kontaktní oblastí jsou tedy zcela obklopeny polovodičovou oblastí typu n. Kromě toho je možné, že kontaktní elektrody neleží zcela v aktivní polovodičové oblasti, jak je tomu např. na obr. 4g-h. To znamená, že nejméně jeden okraj úseku kontaktních elektrod odvrácený od aktivní oblasti může přiléhat k okraji aktivní oblasti.
Dále je třeba si všimnout, že kontaktní elektrody k napájení proudem (7a, 7c; 17a, 17c) a kontaktní elektrody ke snímání napětí (7b, 7d; 17b, 17d) mají identickou strukturu, což umožňuje výhodné použití u metody zvané „vířivý proud“ ke kompenzaci ofsetu. Přednosti kontaktů vytvořených podle vynálezu mají význam zvláště u metody „vířivého proudu“.
U Hallových čidel s běžnými strukturami kontaktních elektrod budou vykazovat ofsetová napětí, která vznikají vlivem nehomogenit v polovodičovém materiálu, při každé změně směru proudu aktivní oblastí rozdílné hodnoty, takže pouze pri použití výše popsané kompenzační metody není možno dosáhnout žádného uspokojivého potlačení ofsetu, ío Naproti tornu při použití struktur kontaktních elektrod podle vynálezu je možno očekávat v podstatě úplnou kompenzaci ofsetu, protože účinek provozu s vířivým proudem na potlačení ofsetu je vlivem kontaktů podle vynálezu mnohem méně rušen než u běžných kontaktových geometrií.
Claims (9)
1. Hallův prvek (1; 10) s aktivní oblastí (5; 15) a kontaktními elektrodami (7a-7d; 1 7a-l 7d), přičemž kontaktní elektrody (7a-7d; 17a-l7d) jsou vytvořeny ze dvou protilehlých kontaktních elektrod napájení proudem (7a, 7c; 17a, 17c), mezí nimiž je definována aktivní oblast (5; 15) k vytváření proudového toku aktivní oblastí (5, 15) a ze dvou protilehlých kontaktních elektrod ke snímání napětí (7b, 7d; 17b, 17d) ke snímání Hallova napětí, vyznačený tím. že úsek kontaktních elektrod (7a-7d; 17a-17d), který je přivrácen k aktivní oblasti a hraničí s aktivní oblastí (5, 15) vykazuje geometrii, která je stupňovitá, ve tvaru kruhového segmentu, elipsovitá, ve tvaru paraboly, hyperboly nebo kosodélníku nebo vykazuje pravoúhlé převýšení pro omezení rušivého vlivu kontaktních elektrod (7a-7d; 17a-17d) na účinek činnosti vířivého proudu omezujícího ofset, přičemž všechny kontaktní elektrody (7a-7d; 17a-17d) mají stejnou geometrii ajsou vždy uspořádány symetricky vzhledem k aktivní oblasti (5, 15), a přičemž délka strany kontaktních elektrod (7a-7d; 17a-17d) tvoří maximálně 20 % délky strany aktivní oblasti (5).
2. Hallův prvek (1) podle nároku 1, vyznačený tím. že jeho aktivní oblast (5) je vytvořena pravoúhle, přičemž jeho kontaktní elektrody (7a-7d) jsou uspořádány v úhlopříčně ležících rozích aktivní oblasti (5).
3. Hallův prvek (1) podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že průběh úseku jeho kontaktních elektrod (7a-7d) je ve tvaru kruhového segmentu, elipsy, paraboly nebo hyperboly, přivráceného směrem k aktivní oblasti (5) vyklenut.
4. Hallův prvek (1) podle některého z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že na jeho lichoběžníkových kontaktních elektrodách (7a-7d) má kratší základna lichoběžníka přivrácená k aktivní oblasti vždy tvar kruhového segmentu, elipsy, paraboly nebo hyperboly.
5. Hallův prvek (1) podle nároku 1, vyznačený tím, že jeho aktivní oblast (5) má tvar pravidelného mnohoúhelníka,
6. Hallův prvek (10) podle nároku 1, vyznačený tím, že jeho aktivní oblast (15) je vytvořena ve tvaru kříže a kontaktní elektrody (17a-17d) jsou uspořádány vždy v protilehlých křížových ramenech aktivní oblasti (15).
7. Hallův prvek (10) podle nároku 1. vyznačený tím, že jeho aktivní oblast (15) je vytvořena ve tvaru hvězdy a kontaktní elektrody (17a-l7d) jsou uspořádány vždy v protilehlých ramenech hvězdy aktivní oblasti (15).
8. Hallův prvek (10) podle některého z nároků 5 až 7, vyznačený tím, že průběh úseku jeho kontaktních elektrod (17a-17d) přivráceného k aktivní oblasti (15) ve tvaru kruhového segmentu, elipsy, paraboly nebo hyperboly je ve směru k aktivní oblasti (15) vyklenut.
9. Hallův prvek (10) podle některého z nároků 5 až 7, vyznačený tím, že na jeho lichoběžníkových kontaktních elektrodách (17a-17d) je na kratší základně lichoběžníka přivrácené k aktivní oblasti vždy zamýšlen průběh ve tvaru kruhového segmentu, elipsy, paraboly, nebo hyperboly.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19908473A DE19908473B4 (de) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | Hall-Sensor mit reduziertem Offset-Signal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20012746A3 CZ20012746A3 (cs) | 2001-12-12 |
| CZ301988B6 true CZ301988B6 (cs) | 2010-08-25 |
Family
ID=7899039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20012746A CZ301988B6 (cs) | 1999-02-26 | 2000-01-17 | Hallovo cidlo s redukovaným ofsetovým signálem |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6639290B1 (cs) |
| EP (1) | EP1155287B1 (cs) |
| JP (1) | JP4340439B2 (cs) |
| AT (1) | ATE224040T1 (cs) |
| CA (1) | CA2363504C (cs) |
| CZ (1) | CZ301988B6 (cs) |
| DE (2) | DE19908473B4 (cs) |
| DK (1) | DK1155287T3 (cs) |
| ES (1) | ES2179808T3 (cs) |
| HU (1) | HU229006B1 (cs) |
| PL (1) | PL193791B1 (cs) |
| PT (1) | PT1155287E (cs) |
| WO (1) | WO2000052424A1 (cs) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10158836B4 (de) * | 2001-11-30 | 2007-06-06 | Infineon Technologies Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines Sensorsystems |
| DE10244096B4 (de) * | 2002-09-23 | 2015-05-28 | Robert Bosch Gmbh | Spinning-Current-Hallsensor mit homogener Raumladungszone |
| US7643524B2 (en) * | 2003-12-22 | 2010-01-05 | Panasonic Corporation | Surface-emitting laser and laser projector |
| WO2006028426A1 (fr) * | 2004-09-08 | 2006-03-16 | Inessa Antonovna Bolshakova | Capteur de mesure de champ magnetique |
| EP2234185B1 (en) * | 2009-03-24 | 2012-10-10 | austriamicrosystems AG | Vertical Hall sensor and method of producing a vertical Hall sensor |
| JP5815986B2 (ja) * | 2010-07-05 | 2015-11-17 | セイコーインスツル株式会社 | ホールセンサ |
| US8357983B1 (en) * | 2011-08-04 | 2013-01-22 | Allegro Microsystems, Inc. | Hall effect element having a wide cross shape with dimensions selected to result in improved performance characteristics |
| JP2013080792A (ja) * | 2011-10-03 | 2013-05-02 | Seiko Instruments Inc | ホール素子 |
| KR102019514B1 (ko) | 2013-06-28 | 2019-11-15 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 기반의 홀 센서 |
| DE102013224409B4 (de) | 2013-11-28 | 2022-12-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und verfahren zur erfassung einer position eines positionsgebers |
| DE102014109208A1 (de) * | 2014-07-01 | 2016-01-07 | Infineon Technologies Austria Ag | Ladungskompensationsvorrichtung und ihre herstellung |
| CN107078209B (zh) * | 2014-10-21 | 2019-03-26 | 旭化成微电子株式会社 | 霍尔元件 |
| JP6483418B2 (ja) * | 2014-11-27 | 2019-03-13 | エイブリック株式会社 | ホールセンサおよびホールセンサの温度によるオフセットの補償方法 |
| KR102177431B1 (ko) | 2014-12-23 | 2020-11-11 | 주식회사 키 파운드리 | 반도체 소자 |
| US9638764B2 (en) | 2015-04-08 | 2017-05-02 | Allegro Microsystems, Llc | Electronic circuit for driving a hall effect element with a current compensated for substrate stress |
| US10107873B2 (en) | 2016-03-10 | 2018-10-23 | Allegro Microsystems, Llc | Electronic circuit for compensating a sensitivity drift of a hall effect element due to stress |
| US20170288131A1 (en) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. | Integrated hall effect sensors with voltage controllable sensitivity |
| US10162017B2 (en) | 2016-07-12 | 2018-12-25 | Allegro Microsystems, Llc | Systems and methods for reducing high order hall plate sensitivity temperature coefficients |
| JP6929675B2 (ja) * | 2016-11-18 | 2021-09-01 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ホール素子 |
| JP7015087B2 (ja) * | 2017-03-23 | 2022-02-02 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ホール素子 |
| US10520559B2 (en) | 2017-08-14 | 2019-12-31 | Allegro Microsystems, Llc | Arrangements for Hall effect elements and vertical epi resistors upon a substrate |
| CN107765197B (zh) * | 2017-11-21 | 2020-07-07 | 上海南麟电子股份有限公司 | 一种霍尔传感器 |
| CN112259679A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-22 | 佛山中科芯蔚科技有限公司 | 一种霍尔传感器及其制作方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57128086A (en) * | 1981-01-30 | 1982-08-09 | Toshiba Corp | Magneto-electric transducer element |
| JPS5842282A (ja) * | 1981-09-04 | 1983-03-11 | Seiko Instr & Electronics Ltd | ホ−ル素子 |
| JPS59129483A (ja) * | 1983-01-14 | 1984-07-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ホ−ル素子 |
| JPS6370583A (ja) * | 1986-09-12 | 1988-03-30 | Asahi Glass Co Ltd | ガリウム砒素ホ−ル素子 |
| US5614754A (en) * | 1994-08-02 | 1997-03-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hall device |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1518957A (en) * | 1975-11-25 | 1978-07-26 | Standard Telephones Cables Ltd | Hall effect device |
| JPS62260375A (ja) * | 1986-05-07 | 1987-11-12 | Koa Corp | ホ−ル素子およびその製造方法 |
| JPH01162386A (ja) | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Matsushita Electron Corp | ホール素子 |
| JPH03211778A (ja) | 1990-01-16 | 1991-09-17 | Fujitsu Ltd | ホール素子 |
| JPH10223940A (ja) | 1997-02-07 | 1998-08-21 | Toshiba Corp | 半導体磁気センサ |
| ATE308761T1 (de) * | 1998-03-30 | 2005-11-15 | Sentron Ag | Magnetfeldsensor |
-
1999
- 1999-02-26 DE DE19908473A patent/DE19908473B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-01-17 DK DK00904921T patent/DK1155287T3/da active
- 2000-01-17 ES ES00904921T patent/ES2179808T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-17 DE DE50000488T patent/DE50000488D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-17 CA CA002363504A patent/CA2363504C/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-01-17 JP JP2002592700A patent/JP4340439B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-17 AT AT00904921T patent/ATE224040T1/de active
- 2000-01-17 HU HU0200050A patent/HU229006B1/hu not_active IP Right Cessation
- 2000-01-17 EP EP00904921A patent/EP1155287B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-17 PT PT00904921T patent/PT1155287E/pt unknown
- 2000-01-17 CZ CZ20012746A patent/CZ301988B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2000-01-17 WO PCT/EP2000/000313 patent/WO2000052424A1/de active IP Right Grant
- 2000-01-17 US US09/914,374 patent/US6639290B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-17 PL PL00349279A patent/PL193791B1/pl unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57128086A (en) * | 1981-01-30 | 1982-08-09 | Toshiba Corp | Magneto-electric transducer element |
| JPS5842282A (ja) * | 1981-09-04 | 1983-03-11 | Seiko Instr & Electronics Ltd | ホ−ル素子 |
| JPS59129483A (ja) * | 1983-01-14 | 1984-07-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ホ−ル素子 |
| JPS6370583A (ja) * | 1986-09-12 | 1988-03-30 | Asahi Glass Co Ltd | ガリウム砒素ホ−ル素子 |
| US5614754A (en) * | 1994-08-02 | 1997-03-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hall device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1155287A1 (de) | 2001-11-21 |
| JP4340439B2 (ja) | 2009-10-07 |
| DE19908473B4 (de) | 2004-01-22 |
| US6639290B1 (en) | 2003-10-28 |
| PL193791B1 (pl) | 2007-03-30 |
| PT1155287E (pt) | 2003-01-31 |
| WO2000052424A1 (de) | 2000-09-08 |
| HU229006B1 (en) | 2013-07-29 |
| DE50000488D1 (de) | 2002-10-17 |
| ATE224040T1 (de) | 2002-09-15 |
| WO2000052424A8 (de) | 2001-05-10 |
| CA2363504A1 (en) | 2000-09-08 |
| CZ20012746A3 (cs) | 2001-12-12 |
| ES2179808T3 (es) | 2003-02-01 |
| DK1155287T3 (da) | 2002-11-18 |
| CA2363504C (en) | 2004-04-06 |
| PL349279A1 (en) | 2002-07-15 |
| DE19908473A1 (de) | 2000-09-07 |
| JP2004519870A (ja) | 2004-07-02 |
| HUP0200050A2 (en) | 2002-05-29 |
| EP1155287B1 (de) | 2002-09-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ301988B6 (cs) | Hallovo cidlo s redukovaným ofsetovým signálem | |
| JP4624787B2 (ja) | ホール素子を備える磁界センサ | |
| US7855554B2 (en) | Semiconductor device, magnetic sensor, and physical quantity sensor | |
| JP6247631B2 (ja) | 単一チップ参照フルブリッジ磁場センサ | |
| JP2014512003A (ja) | シングルチッププッシュプルブリッジ型磁界センサ | |
| US9735345B2 (en) | Vertical hall effect sensor | |
| JP5679906B2 (ja) | ホールセンサ | |
| CN102315382A (zh) | 霍尔传感器 | |
| JP2006208025A (ja) | 磁気センサ | |
| US11169225B2 (en) | TMR high-sensitivity single-chip push-pull bridge magnetic field sensor | |
| JP3201754U (ja) | 磁気抵抗デバイス | |
| US7205622B2 (en) | Vertical hall effect device | |
| CN105810815A (zh) | 霍尔元件 | |
| JP2003234520A (ja) | 磁気抵抗センサ | |
| CN110632538B (zh) | 一种磁场/加速度集成传感器和集成化工艺方法 | |
| JPWO2013008466A1 (ja) | 電流センサ用基板及び電流センサ | |
| US20050280107A1 (en) | Self aligned hall with field plate | |
| JP2013201229A (ja) | ホールセンサ | |
| RU2550756C1 (ru) | Трехколлекторный биполярный магнитотранзистор с ортогональными потоками носителей заряда | |
| TWI729257B (zh) | 半導體裝置 | |
| TW201401594A (zh) | 霍爾感測器 | |
| JP2004296469A (ja) | ホール素子 | |
| CN104535087A (zh) | 霍尔元件及霍尔元件结构 | |
| EP3690467A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP3583458B2 (ja) | ホール素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20180117 |