DE10154498B4 - Hall probe system and method for fabricating a Hall probe system and method for controlling a Hall voltage - Google Patents

Hall probe system and method for fabricating a Hall probe system and method for controlling a Hall voltage

Info

Publication number
DE10154498B4
DE10154498B4 DE2001154498 DE10154498A DE10154498B4 DE 10154498 B4 DE10154498 B4 DE 10154498B4 DE 2001154498 DE2001154498 DE 2001154498 DE 10154498 A DE10154498 A DE 10154498A DE 10154498 B4 DE10154498 B4 DE 10154498B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hall
voltage
substrate
region
current
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE2001154498
Other languages
German (de)
Other versions
DE10154498A1 (en
Inventor
Udo Dipl.-Ing.-Dr. 9500 Villach Ausserlechner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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 Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE2001154498 priority Critical patent/DE10154498B4/en
Publication of DE10154498A1 publication Critical patent/DE10154498A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10154498B4 publication Critical patent/DE10154498B4/en
Application status is Expired - Fee Related legal-status Critical
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices, e.g. Hall effect devices; using magneto-resistive devices
    • G01R33/07Hall effect devices
    • G01R33/072Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • G01R33/075Hall devices configured for spinning current measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices, e.g. Hall effect devices; using magneto-resistive devices
    • G01R33/07Hall effect devices
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L43/00Devices using galvano-magnetic or similar magnetic effects; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof
    • H01L43/06Hall-effect devices
    • H01L43/065Semiconductor Hall-effect devices

Abstract

Hallsondensystem mit folgenden Merkmalen: Hall probe system comprising:
einem leitfähigen Hallbereich (10), durch den ein Hallstrom fließen kann und an dem an einem ersten Sekundär-Hallanschluß ein erstes Hallanschlußpotential (U2) und an einem zweiten Sekundär-Hallanschluß ein zweites Hallanschlußpotential (U3) abgreifbar ist, wobei eine Differenz des ersten Hallanschlußpotentials (U2) und zweiten Hallanschlußpotentials (U3) eine von einem äußeren Magnetfeld abhängige Hallspannung definiert und wobei der Hallbereich einen Common-Mode-Punkt mit einem Common-Mode-Potential aufweist, das der arithmetische Mittelwert des ersten und zweiten Hallanschlußpotentials ist; a conductive Hall area (10) through which can flow a Hall current and a second Hall terminal potential at which a first Hall terminal potential at a first secondary-Hall terminal (U2) and at a second secondary Hall terminal (U3) can be tapped, wherein a difference of the first Hall terminal potential (U2) and second Hall terminal potential (U3) defines a dependent of an external magnetic field Hall voltage, and wherein the Hall region has a common-mode point with a common-mode potential, which is the arithmetic mean of the first and second Hall terminal potential;
einem Elektrodenbereich (22; 58), der von dem Hallbereich (10) elektrisch isoliert ist; an electrode region (22; 58) from the Hall region (10) is electrically isolated;
einer Einrichtung (26; 27; 29) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung zwischen dem Elektrodenbereich und dem Common-Mode-Punkt, wobei die Einrichtung zum Erzeugen der Steuerspannung ausgebildet ist, um die Steuerspannung in Abhängigkeit eines Einflußparameters, der einen Einfluß einer externen Größe auf den leitfähigen Hallbereich (10) darstellt, zu verändern, wobei bei dem Anlegen der Steuerspannung zwischen dem Elektrodenbereich (22; 58) und dem... a means (26; 27; 29) for generating an electrical control voltage between the electrode region and the common-mode point, wherein the device is designed for generating the control voltage to the control voltage in response to an influence parameter to an influence of an external size represents the conductive Hall area (10) to change, wherein in the applying the control voltage between the electrode region (22; 58) and the ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Hallsondensystemen und insbesondere auf das Gebiet von empfindlichen Hallsondensystemen mit Steuerungseinrichtungen zum Steuern einer Hallspannung. The present invention relates to the field of the Hall probe systems and particularly to the field of sensitive Hall probe systems with control means for controlling a Hall voltage.
  • Hallsonden, die zusammen mit einer Auswerteelektronik (ASICs, ASIC = application specific integrated circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) in Halbleiterchips integriert sind, werden heutzutage in großer Stückzahl bei vielen Anwendungen, beispielsweise in Automobilen, Stromzählern, Lüftermotoren usw., verwendet. Hall probes that are integrated together with evaluation electronics (ASICs, ASIC application specific integrated circuit = Application Specific Integrated Circuit) into semiconductor chips, are now widely used in large quantities in many applications, such as in automobiles, electricity meters, fan motors, etc..
  • Mit diesen integrierten Hallsensoren ist es möglich, genaue Magnetfeldsensoren mit umfangreichen Zusatzfunktionen, die beispielsweise eine Programmierbarkeit und intelligente Sensoren bzw. Smartsensors umfassen, herzustellen. With this integrated Hall sensors, it is possible to produce precise magnetic field sensors with extensive additional functions that include, for example, programmability and smart sensors and smart sensor. Dabei kann die gut bekannte CMOS- oder BiCMOS-Siliziumtechnologie zur Herstellung von zuverlässigen und kostengünstigen integrierten Hallsonden in großen Stückzahlen eingesetzt werden. The well-known CMOS or BiCMOS silicon technology can be used for the production of reliable and cost-integrated Hall sensors in large numbers. Aufgrund dieser Vorteile kommen die vormals bevorzugt verwendeten diskreten Hallsonden, die aus einem direkten Halbleiter bestehen, immer seltener zum Einsatz, wobei ein direkter Halbleiter derart definiert ist, daß das Energiemaximum des Valenzbands und das Energieminimum des Leitungsbands bei gleichen Kristallimpulsen liegen. Because of these advantages, the discrete Hall probes formerly preferably used, which consist of a direct semiconductor come, are less in use, wherein a direct semiconductor is defined such that the energy maximum of the valence band and the energy minimum of the conduction band are same crystal pulses. Beispiele für direkte Halbleiter sind GaAs und InSb. Examples of direct semiconductors are GaAs and InSb.
  • Entsprechend ist ein indirekter Halbleiter dadurch definiert, daß das Energiemaximum des Valenzbands und das Energieminimum des Leitungsbands nicht bei gleichen Kristallimpulsen liegen. Accordingly, an indirect semiconductor is defined by the fact that the energy maximum of the valence band and the minimum energy of the conduction band are not in the same crystal pulses. Beispiele für indirekte Halbleiter sind Silizium und Germanium. Examples of indirect semiconductors are silicon and germanium.
  • Bekannterweise werden Hallsondensysteme und insbesondere in einem Chip integrierte Hallsondensysteme durch viele Parameter beeinflußt. Known manner Hall probe systems, affecting in particular in a chip integrated Hall probe systems by many parameters. Beispielsweise wird die magnetische Empfindlichkeit S durch eine Temperatur und einen mechanischen Spannungszustand des Substrats beeinflußt. For example, the magnetic sensitivity S is influenced by a temperature and a mechanical state of stress of the substrate. Ferner ist es bekannt, daß bei hohen Magnetfeldern, dh über 200 mT, die magnetische Empfindlichkeit von dem angelegten Magnetfeld abhängt, so daß die Hallspannung keine lineare Funktion von dem angelegten Magnetfeld ist. Further, it is known that at high magnetic fields, that is, so that the Hall voltage is not a linear function of the applied magnetic field more than 200 mT, the magnetic sensitivity depends on the applied magnetic field. Typischerweise ist die magnetische Empfindlichkeit einer Hallsonde von allen obig genannten Einflußparametern, dh von dem magnetischen Feld B, der Temperatur T und der mechanischen Verspannung σ, abhängig. Typically, the magnetic sensitivity of a Hall probe of all the above-mentioned influencing parameters, σ means of the magnetic field B, the temperature T and the mechanical stress, depending.
  • Hinsichtlich eines mechanischen Spannungszustands des Substrats, auf dem die Hallsonde aufgebracht ist, ist insbesondere die mechanische Wechselwirkung des Substrats und insbesondere einer lokalen Umgebung am Substrat mit dem Sensorgehäuse und seinen Elementen, wie beispielsweise einem Chip, einem Kleber, einem Führungsrahmen oder der Vergußmasse, für die Beeinflussung verantwortlich. With respect to a mechanical stress state of the substrate on which the Hall probe is applied, in particular the mechanical interaction of the substrate and in particular a local environment to the substrate with the sensor housing and its elements such as a chip, an adhesive, a guide frame or of the sealing compound, for the influence charge. Dazu addiert sich die mechanische Umgebung in der Anwendung, die beispielsweise einen Kleber oder andere Befestigungsmittel umfassen kann. For this, the mechanical environment adds in the application, which may for example comprise an adhesive or other fastening means. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien ändert sich dabei auch der Spannungszustand σ gegenüber der Temperatur, wobei jedoch die Abhängigkeit des mechanischen Spannungszustands von der Temperatur sehr schlecht definiert ist, wenig stabil und schlecht reproduzierbar ist. Due to the different thermal expansion coefficients of the materials used thereby, the voltage state changes σ with respect to the temperature, but the dependence of the mechanical stress state is very poorly defined on the temperature, is not very stable and difficult to reproduce. Folglich ist es wünschenswert, die magnetische Empfindlichkeit einer Hallsonde in gezielter Weise zu beeinflussen. Accordingly, it is desirable to affect the magnetic sensitivity of a Hall probe in a specific manner.
  • Bevor im weiteren auf bekannte Verfahren zum Beeinflussen der magnetischen Empfindlichkeit eingegangen wird, sollen an dieser Stelle Grundlagen einer Hallsonde erklärt werden. Before discussing further known method for influencing the magnetic susceptibility, should be explained at this point foundations of a Hall probe.
  • Um der Einfachheit wegen soll im folgenden eine Hallsonde derart abstrahiert werden, daß dieselbe einen aktiven Bereich bzw. Hallbereich aufweist, der als ein quadratisches Plättchen mit konstanter Dicke aufgefaßt werden kann. To the sake of simplicity, a Hall probe is to be abstracted in such a way that the same comprises an active area and Hall range that can be regarded as a square plate with a constant thickness in the following. In den Ecken dieses Quadrates werden Kontakte angebracht, wobei jeweils zwei diagonal gegenüberliegende Kontakte zur Primärseite bzw. zur Sekundärseite zusammengefaßt werden. In the corners of this square contacts are attached, in each case two diagonally opposite contacts to the primary side and the secondary side are combined. Primärseitig wird die Sonde mit elektrischer Energie versorgt, indem entweder eine Stromquelle einen Strom I H einspeist oder eine Spannungsquelle eine Spannung U H primärseitig anlegt. On the primary side the sensor is supplied with electrical energy by a current source feeding a current I either H or a voltage source, a voltage U H fastens the primary side. In dem ersteren Fall entsteht eine Spannung U H als eine Reaktion auf den Stromfluß I H , wobei in dem zweiten Fall der Spannungsabfall U H einen Strom I H erzeugt. In the former case, a voltage U H is produced as a reaction to the flow of current I H, which generates a current I H in the second case, the voltage drop U H. Für beide Fälle gilt das Ohmsche Gesetz U H = R H × I H , wobei R H als primärseitiger Widerstand der Hallsonde bezeichnet wird. Ohm's law is valid for both cases U H = R H I × H, where R H is referred to as primary-side resistance of the Hall probe.
  • In Abwesenheit eines externen magnetischen Felds sind im Idealfall die zwei verbleibenden Kontakte der Hallsonde auf gleichem Potential. In the absence of an external magnetic field is in the ideal case, the two remaining contacts of the Hall probe at the same potential. Sobald jedoch ein externes, dh ein nicht von dem Strom I H verursachtes magnetisches Feld B Z senkrecht auf das Hallplättchen steht, kann zwischen den beiden verbleibenden Kontakten, also sekundärseitig, eine kleine Spannung U h gemessen werden. However, once an external, ie a not caused by the current I H magnetic field B Z is perpendicular to the Hall plate may be between the two remaining contacts, so the secondary side, a small voltage U are measured h. Sofern die magnetische Induktion B z nicht all zu groß ist, dh für Hallsonden in Silizium nicht größer als etwa 200 mT, ist die Hallspannung U h proportional zu der magnetischen Induktion B z . Provided that the magnetic induction B z not all is too large, that is, for Hall probes in silicon not, the Hall voltage is greater than about 200 mT U h proportional to the magnetic induction B z. Der Proportionalitätsfaktor wird dabei als Empfindlichkeit bzw. magnetische Empfindlichkeit S bezeichnet. The proportionality factor is referred to as the sensitivity or magnetic sensitivity S. Es gilt U h = S × B z . It is U h = S x B z. Da die Empfindlichkeit in erster Näherung linear von dem Strom I H abhängt, ist die strombezogene Empfindlichkeit S I = S/I H unabhängig von dem Primärstrom. Since the sensitivity in a first approximation, linearly dependent on the current I H, the current-related sensitivity S I = S / I H is independent of the primary current. Dabei gilt Where
    Figure 00030001
    wobei r n der Streufaktor der Majoritätsladungsträger in dem Material der Hallsonde ist, n die Dichte der freien Ladungs träger in dem Material der Hallsonde ist, t die Dicke des Hallplättchens ist, G ein Geometriefaktor und q die Elementarladung ist. where r n is the scatter factor of the majority charge carriers in the material of the Hall probe, the density of the free charge of N carriers in the material of the Hall probe, t is the thickness of the Hall plate, G is a geometry factor and q is the elementary charge.
  • Vorzugsweise werden in der Praxis Hallsonden verwendet, bei denen die Majoritätsladungsträger freie Elektronen sind, weshalb in der obigen Gleichung für die Dichte der freien Ladungsträger die Bezeichnung n verwendet wurde. Preferably, in the practice of Hall probes are used where the majority carriers are free electrons, so the name n used in the above equation for the density of the free charge carriers. Gemäß der obigen Gleichung ist zu erkennen, daß die strombezogene Empfindlichkeit S I ausschließlich durch physikalische und geometrische Parameter der Sonde definiert ist, wodurch sich diese Größe sehr gut als Kenngröße der Sonde eignet. According to the above equation it can be seen that the current-related sensitivity S I is defined solely by physical and geometrical parameters of the probe, whereby this size is very suitable as a parameter of the probe. Alternativ kann auch eine spannungsbezogene Empfindlichkeit S U = S/U H definiert werden, wobei sich für dieselbe die folgende Beziehung ergibt: Alternatively, a stress-related sensitivity S U = S / U H can be defined, wherein the following relationship is obtained for the same:
    Figure 00040001
  • Bei der obigen Gleichung ist μ * n eine Hallbeweglichkeit, wobei sich dieselbe als Produkt einer Elektronenbeweglichkeit μ n und des Streufaktors r n ergibt, so daß gilt: In the above equation μ * n is a Hall mobility, with the same results as the product of electron mobility μ n and the scattering factor r n, such that: μ * n = μ n ·r n μ * n = μ n · r n
  • Das Verhältnis der Länge des stromtragenden Querschnitts zu seiner Breite, dh l/w, ist identisch mit der Anzahl an Quadraten (Squares), wobei es in der Mikroelektronik allgemein üblich ist, jeden Widerstand als das Produkt von Quadratwiderstand mal Anzahl an Quadraten anzugeben. The ratio of the length of the current-carrying cross-section to its width, that is, l / w, is identical to the number of squares (Squares), wherein it is common in microelectronics, sometimes provide any resistance as the product of square resistance number of squares. Dabei wird der Quadratwiderstand als ein Zehntel des Widerstandswerts eines Widerstands definiert, dessen Länge 10 mal seiner Breite entspricht. Here, the resistance per square is defined as one tenth of the resistance of a resistor, whose length corresponds to 10 times its width.
  • Die strombezogene Empfindlichkeit S I hat dabei die für viele Anwendungen günstige Eigenschaft, daß dieselbe lediglich geringfügig von der Temperatur abhängt. The current-related sensitivity S I was doing the favorable for many applications Property that the same only slightly dependent on the temperature. Dies liegt daran, daß die Anzahl der freien Ladungsträger in einem hinreichend hoch dotierten Halbleitermaterial für übliche Temperaturen von mehr als –40°C und für übliche Dotierstoffkonzentrationen im wesentlichen konstant ist, dh gleich der Dotierstoffkonzentration ist. This is because that the number of free charge carriers is constant in a sufficiently highly doped semiconductor material for customary temperatures of more than -40 ° C and for usual dopant concentrations substantially, that is equal to the dopant concentration. Ferner ändert sich der Streufaktor ebenfalls nur geringfügig mit der Temperatur, dh um wenige Prozent in dem Bereich von –40°C bis 150°C. Further, the spreading factor also varies only slightly with the temperature, that is a few percent in the range of -40 ° C to 150 ° C. Die weiteren Einflußgrößen der strombezogenen Empfindlichkeit sind ferner entweder Naturkonstanten oder konstante geometrische Größen. The other influencing variables of the current-related sensitivity are also either constants or constant geometrical sizes.
  • Die Hallsonde kann für geringe Anforderungen an die Genauigkeit bezüglich der Temperatur folglich mit einem konstanten Primärstrom betrieben werden. The Hall probe can thus be operated with a constant primary current for low requirements on the accuracy with respect to temperature. Dabei wird die Empfindlichkeit der Hallsonde vorwiegend durch eine Änderung des Streufaktors geändert. The sensitivity of the Hall probe is mainly changed the scattering factor by a change.
  • Für Anwendungen, bei denen eine hohe Genauigkeit von typischerweise 1% oder weniger für einen Temperaturbereich von –40°C bis 150°C gefordert ist, ist dies jedoch nicht ausreichend. For applications where a high accuracy of typically 1% or less for a temperature range from -40 ° C to 150 ° C is required, however, this is not sufficient. Insbesondere bei integrierten Hallsonden in Magnetfeld-ASIC-Vorrichtungen ergibt sich dahingehend ein weiteres Problem, daß es schwierig ist, einen Strom mit einer perfekten Temperaturkonstantheit auf der integrierten Schaltung zu erzeugen. Particularly with integrated Hall sensors in the magnetic field-ASIC devices, results there exists another problem that it is difficult to produce a current with a perfect constancy of temperature on the integrated circuit. Typischerweise wird bei bekannten Hallsensoren eine elektrische Spannung, die in einem bestimmten Temperaturbereich sehr konstant ist, mittels eines Bandgap-Prinzips erzeugt, wobei die elektrische Spannung daraufhin mittels einer Regelschleifenschaltung an einem Widerstand zum Abfallen gebracht wird. Typically, in known Hall sensors, wherein said electrical voltage is then made to fall by a locked loop circuit to a resistance is generated by a bandgap principle, an electric voltage, which is very constant in a certain temperature range. Der durch das Abfallen entstehende elektrische Strom durch diesen Widerstand kann daraufhin ausgekoppelt werden und als der Primärstrom durch die Hallsonde verwendet werden. The resulting drop through the electric current through this resistor can be decoupled subsequently and used as the primary current through the Hall probe.
  • Das obige Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß elektrische Widerstände selbst immer einen Temperaturgang aufweisen, so daß durch das Anlegen einer Temperatur-konstanten Spannung an einen Widerstand kein Temperatur-konstanter Primärstrom erzeugt werden kann. However, the above method has the disadvantage that electrical resistors themselves always have a transition temperature so that no temperature-constant primary current can be generated by applying a temperature-constant voltage across a resistor. Geringfügige Verbesserungen lassen sich durch eine Parallelschaltung und/oder Serienschaltung von Widerständen unterschiedlicher Technologie, beispielsweise Polysilizium-Hochohm-, Polysilizium-Niederohm- oder Diffusions-Widerständen, erreichen, wobei jedoch der derart erzeugte Strom als Funktion der Temperatur stets eine negative Krümmung aufweist, dh daß der Kurvenverlauf Strom gegen Temperatur nach unten hin offen bzw. von unten gesehen konkav ist. Slight improvements can be obtained by a parallel connection and / or series connection of resistors of different technology, for example polysilicon Highohmic, polysilicon Niederohm- or diffusion resistors reach, but the current generated in this way always has as a function of temperature, a negative curvature, that is, that the curve is current against temperature open downward seen from the bottom or concave.
  • Die Wirkung dieser Abnahme des erzeugten Stroms mit zunehmender Temperatur auf die Empfindlichkeit wird dadurch noch verstärkt, daß der Temperaturgang der strombezogenen Empfindlichkeit S I (T) ebenfalls mit steigender Temperatur abnimmt. The effect of this decrease in the generated current with increasing temperature on the sensitivity is thereby further enhanced in that the temperature coefficient of the current-related sensitivity S i (t) also decreases with increasing temperature. Ferner kommt es bei hohen Temperaturen zu einem Einbruch der Empfindlichkeit aufgrund von Leckströmen von der integrierten Sonde in das Substrat. Further, it comes at a high temperature to a drop of the sensitivity due to leakage currents from the integrated probe in the substrate.
  • Es ist folglich für genaue Hallsonden erforderlich, den Primärstrom durch die Hallsonde bei tiefen und hohen Temperaturen geringfügig, dh in einem Bereich von etwa 2%, anzuheben. It is thus for exact Hall probes required slightly the primary current through the Hall probe at low and high temperatures, that is, to lift in a range of about 2%. Dies stellt eine nicht-lineare Temperaturkompensation dar, da der zusätzlich in die Hallsonde eingespeiste Korrekturstrom über der Temperatur einen parabelförmigen Verlauf mit einer positiven Krümmung, dh einem Kurvenverlauf, der nach oben hin offen bzw. von oben gesehen konkav ist, aufweisen soll. This represents a non-linear temperature compensation because the additionally supplied to the Hall probe correction current versus temperature a parabolic curve having a positive curvature, that is a curve which is concave upwardly open seen respectively from above, is intended to have. Schaltungen, die einen solchen Strom erzeugen, sind bekannt und werden als Parabelgeneratoren bezeichnet. Circuits which produce such a current, are known and are referred to as a parabola generators.
  • Das obig beschriebene Prinzip eines Anhebens des Primärstroms durch Verwendung eines Parabelgenerators zum Temperaturabgleich von Hallsonden weist jedoch den Nachteil auf, daß eine Ratiometrie sehr schwierig zu erreichen ist. However, the principle of raising the primary current by use of a parabola generator for temperature compensation of Hall probes above-described has the disadvantage that a ratiometric is very difficult to achieve.
  • Unter Ratiometrie ist zu verstehen, daß das Ausgangssignal exakt proportional zu der Betriebsspannung ist. Under ratiometric is to be understood that the output signal is precisely proportional to the operating voltage. Dabei ist es mit relativ geringem Aufwand an Chipfläche und Leistungsverbrauch möglich, den Primärstrom durch die Hallsonde exakt proportional zu der Betriebsspannung zu machen, um der Forderung nach Ratiometrie für eine Hallsonde nachzukommen. It is possible with relatively little effort to chip area and power consumption, to make the primary current through the Hall probe exactly proportional to the operating voltage in order to meet the demand for ratiometric for a Hall probe.
  • Jedoch ist es wesentlich aufwendiger und mit einem großen Aufwand an Chipfläche verbunden, einen Korrekturstrom zum Kompensieren beispielsweise der obig beschriebenen Temperatureinflüsse ratiometrisch zu entwerfen. However, it is considerably more expensive and associated with a great deal of chip area to design a correction current for compensating the effects of temperature, for example above-described ratiometric. Zum Erreichen eines ratiometrischen Korrekturstroms müßte eine Schaltung verwendet werden, die zwei Spannungen miteinander multipliziert, genauer gesagt eine ratiometrische und zugleich Temperaturkonstante Spannung mit einer Spannung eines gewünschten Temperaturgangs, die jedoch unabhängig von der Betriebsspannung sein muß. To achieve a ratiometric correction current, a circuit would have to be used, the two voltages multiplied with each other, more precisely a ratiometric and at the same temperature constant voltage with a voltage of a desired temperature variation, however, must be independent of the operating voltage. Die üblichen Analogmultiplikator-Schaltungen sind dabei nicht ausreichend genau genug. The usual analog multiplier circuits are not sufficiently accurate enough.
  • Folglich erzeugen bekannte Parabelgeneratoren Korrekturströme, deren Proportionalität zur Versorgungsspannung für viele Anwendungszwecke nicht hinreichend exakt ratiometrisch ist. Consequently, known parable generators produce correction currents whose proportionality to the power supply for many applications is not sufficiently precise ratiometric.
  • Eine weitere Vorgehensweise zum Durchführen von Korrekturen bezüglich beispielsweise eines Temperaturgangs, mechanischer Verspannungen oder nicht-linearer Magnetfeldabhängigkeit, besteht darin, das Ausgangssignal, beispielsweise durch einen Analog/Digital-Wandler, zu digitalisieren und daraufhin die Korrektur auf eine digitale Weise durchzuführen. Another approach for performing corrections for example, a temperature variation, mechanical tension or non-linear magnetic field dependence, is to digitize, for example, by an analog / digital converter and then to perform the correction in a digital manner the output signal. Ein sich dabei eventuell anschließender Digital/Analog-Wandler kann dabei wieder eine analoge Ausgangsspannung erzeugen und diese zugleich im wesentlichen ratiometrisch machen. An thereby possibly subsequent digital / analog converter can thereby again generate an analog output voltage and make them at the same time substantially ratiometric. Dieses Prinzip weist jedoch einen erhöhten Chipflächenverbrauch auf, so daß dasselbe lediglich für Anwendungen, wie beispielsweise bei einem integrierten Drucksensor, angewendet wird, bei denen aufgrund der durch die Komplexität der ASIC-Vorrichtungen er höhten Chipfläche ein derartiger Chipflächenverbrauch toleriert werden kann. However, this principle has an increased chip area consumption, so that the same only for applications as, for example used in an integrated pressure sensor, in which, because of it, such a chip area consumption can be tolerated by the complexity of ASIC devices creased chip area.
  • Typischerweise sind jedoch bei einfachen Magnetfeldsensoren die erlaubten Chipflächen sehr gering, und ferner durch ein sehr kleines Gehäuse limitiert, so daß eine solche Schaltungskonzeption in der Regel nicht akzeptabel ist. Typically, however, the permitted chip areas are very small with simple magnetic field sensors, and further limited by a very small housing so that such a circuit design is usually not acceptable.
  • Es ist ferner bekannt, siehe beispielsweise Ch. Schott, H. Blanchard, RS Popovic, R. Racz, und J. Hrejsa, "High-Accuracy Analog Hall Probe" in IEEE Trans. Instrum. It is also known, for example see Ch. Schott, H. Blanchard, RS Popovic, R. Racz, and J. Hrejsa, "High-Accuracy Analog Hall Probe" in IEEE Trans. Instrum. Meas., Bd. 46, Nr. 2, April 1997, Seiten 613-616, Zur Kompensation einer Abnahme der Empfindlichkeit einer Hallsonde bei starker magnetischer Induktion und zur Kompensation von Temperatureffekten eine Kompensationsschaltung zu verwenden, bei der eine Kompensation durch ein rückkopplungsmäßiges Einstellen des primären Hallstroms durchgeführt wird. To use Meas., Vol. 46, no. 2, April 1997, pages 613-616 to compensate for a decrease in the sensitivity of a Hall probe with high magnetic induction and to compensate for temperature effects, a compensation circuit in which a compensation by a feedback excessive adjusting the Hall primary current is performed.
  • Ferner ist in Ch. Schott and RS Popovic, „Linearizing integrated Hall devices, Transducers '97, 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, June 16-19, 1997, Seiten 393-396 eine Hallvorrichtung beschreiben, die eine Abschirmung aufweist. Furthermore, "in Ch. Schott and RS Popovic, linearizing integrated Hall devices, Transducers '97, 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, June 16-19, 1997, describe pages 393-396 a Hall device having a having shielding. Elektrische Spannungen werden ferner an Abtastbereichen einer Hallvorrichtung abgegriffen werden und einem Mittelungsverfahren unterzogen. Electrical voltages will be further tapped to scan areas of a Hall device and subjected to an averaging process. Die gemittelte elektrische Spannung wird daraufhin an die Abschirmung angelegt. The averaged electric voltage is then applied to the shield.
  • Bekannterweise werden ferner Kompensationen von Hallssondensystemen bezüglich der Wirkung mechanischer Verspannungen auf den Versatz der Hallspannung durchgeführt. Known manner compensation of the Hall probe systems are also carried out of the effect of mechanical stresses on the offset of the Hall voltage with respect to. Unter einem Versatz der Hallspannung ist diejenige elektrische Spannung zu verstehen, die trotz eines ausgeschalteten Magnetfelds an den Abgriffen der Hallspannungen gemessen werden kann. At an offset of the Hall voltage that electric voltage is to be understood, which can be measured at the taps of the Hall voltages in spite of the switched magnetic field. Der Versatz der Hallspannung ist folglich ein additiver Anteil, der zu dem Meßsignal hinzuaddiert wird, wobei der Großteil des Versatzes von integrierten Hallsonden durch den piezoresistiven Effekt erklärt werden kann. The offset of the Hall voltage is accordingly an additive component which is added to the measurement signal, wherein the majority of the displacement of integrated Hall probes can be explained by the piezoresistive effect.
  • Die US-5,614,754 beschreibt beispielsweise eine Reduktion von Piezo-Einflüssen auf den Versatz der Hallspannung einer auf einem Substrat angeordneten Hallsonde, indem ein aktiver Bereich der Hallsonde in bestimmten Richtungen des Substrats angeordnet wird. US 5,614,754 for example, describes a reduction of piezo influences on the offset of the Hall voltage of a substrate disposed on a Hall probe by an active region of the Hall probe is placed in certain directions of the substrate.
  • Ferner offenbart die US-4,037,150 ein Konzept zum Eliminieren der Wirkung einer Nicht-Äquipotential-Spannung auf die Hallspannung, bei dem ein Hall-Generator zwei Paare entgegengesetzter Elektroden aufweist, die abwechselnd mit Energie versorgt werden. Further, US 4,037,150 discloses an approach for eliminating the effect of a non-equipotential voltage to the Hall voltage, in which a Hall generator having two pairs of opposed electrodes which are alternately energized. Der Wert der elektrischen Spannung des HallGenerators wird dabei aus dem Signal des ersten und dem Signal des zweiten Elektrodenpaars gewonnen, indem ein arithmetisches Mittel gebildet wird. The value of the electric voltage of the Hall generator is thereby recovered from the signal of the first and the second signal of the pair of electrodes by an arithmetic mean is formed.
  • Ferner beschreibt die US-3,886,446 eine Verwendung einer digitalen Vorrichtung zum Elliminieren eines Einflusses der Nicht-Äquipotential-Spannung auf die Ergebnisse einer Messung der elektromotorischen Kraft einer Hallvorrichtung. Furthermore, US 3,886,446 describes a use of a digital device for Elliminieren an influence of the non-equipotential voltage on the results of measurement of the electromotive force of a hall device.
  • Die US-5,260,614 beschreibt einen Hallsensor mit einer automatischen Kompensation. US-5,260,614 describes a Hall sensor with an automatic compensation. Dabei werden Veränderungen der Sensitivität des Hallelements, die durch eine Temperatur oder bei einer Herstellung eingebracht werden, durch eine definierte Steuerung des Versorgungsstroms und des Versatzstroms kompensiert. In this case, changes in the sensitivity of the Hall element, which are introduced by temperature or at a manufacture, offset by a defined control of the supply current and the offset current.
  • Die WO 98/10302 A2 zeigt ein Verfahren zum dynamischen Kompensieren einer Versatz-Spannung bei einem Hall-Bauelement. WO 98/10302 A2 shows a method for dynamically compensating for an offset voltage at a Hall device. Das Hall-Bauelement weist mehrere Kontakt-Paare auf, wobei jedes der Paare mit einem periodisch sich verändernden Strom versehen wird, so daß sich ein kontinuierlich drehender Stromvektor in dem Hall-Bauelement ergibt. The Hall device comprises a plurality of contact pairs, each of said pairs is provided with a periodically changing current, so that a continuously rotating current vector is obtained in the Hall device. Das HallBauelement weist ferner ein Substrat auf, das über eine Steuerschaltung, die mit jeweiligen Kontakt-Paaren verbunden ist, auf einem solchen Potential gehalten wird, daß die Spannungsdifferenz zwischen der Mitte des Hall-Bauelements und dem Substrat ein konstanter Wert aufweist. The Hall device further comprises a substrate which is maintained via a control circuit, which is connected to respective contact pairs at such a potential that the voltage difference between the center of the Hall device and the substrate has a constant value.
  • Die Druckschrift Steiner, R. et al.: Offset reduction in Hall devices by continuous spinning current method, Sensors and Actuators A 66, 1998, Seite 167-172 offenbart ein HallBauelement, bei dem eine dynamische Versatz-Kompensation durchgeführt wird. The document Steiner, R. et al .: offset reduction in Hall devices by continuous spinning current method, Sensors and Actuators A 66, 1998, pages 167-172 discloses a Hall device in which a dynamic offset compensation is performed. Das Hall-Bauelement weist eine HallPlatte, die über dem Hall-Bauelement angeordnet ist, und ein Substrat auf. The Hall device comprises a Hall plate which is disposed over the Hall device and a substrate. An jeweiligen Hall-Kontakten des Hall-Bauelements werden Hall-Potentiale abgegriffen, wobei eine Mittelwertbildung derselben durchgeführt wird, um einen mittleren Wert der Kontaktspannungen zu erhalten. Hall potentials wherein averaging is performed thereon to obtain an average value of the contact voltages are tapped at respective Hall contacts of the Hall device. Die mittlere Kontaktspannung wird mit einem konstanten Spannungswert beaufschlagt, so daß die Potentialdifferenz zwischen dem mittleren Spannungswert und dem Spannungswert des Substrats auf einem konstanten Referenzspannungswert gehalten wird. The average contact stress is applied with a constant voltage value, so that the potential difference is maintained between the intermediate voltage value and the voltage value of the substrate at a constant reference voltage value.
  • Die Druckschrift Schott, Ch.; The publication Schott, Ch .; Popovic, RS: Linearizing Integrated Hall Devices, Transducers 97, International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Seite 393-396 zeigt ein Hall-Bauelement, bei dem eine Hallspannung an Hall-Platten abgegriffen wird und daraufhin einer Mittelung unterzogen werden. Popovic, RS: linearizing Integrated Hall Devices, Transducers 97, International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, page 393-396 shows a Hall device in which a Hall voltage of Hall plates is tapped and are then subjected to averaging. Der gebildete Mittelwert wird unter Beaufschlagung einer Referenz-Spannung an eine Abschirmung des HallBauelements angelegt. The mean value formed is applied under application of a reference voltage to a shield of the Hall device.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Konzept zum empfindlichen Messen von Magnetfeldern mit Hallsondensystemen und ein Verfahren zum Herstellen eines Hallsondensystems, sowie ein Verfahren zum Steuern einer Hallspannung anzugeben. The object of the present invention is to provide an improved concept for the sensitive measuring magnetic fields using Hall probe systems and a method for producing a Hall probe system, and a method for controlling a Hall voltage.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Hallsondensystem nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren nach Anspruch 26 bzw. 27 gelöst. This object is achieved by a Hall probe system of claim 1 and by a method according to claim 26 and 27 respectively. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine strombezogene Empfindlichkeit eines Hallsondensystems in Ab hängigkeit eines externen Einflußparameters des leitfähigen Hallbereichs gesteuert werden kann, indem an einen Elektrodenbereich, der von dem Hallbereich elektrisch isoliert ist und in der Nähe des Hallbereichs angeordnet ist, eine Steuerspannung angelegt wird, die von dem Einflußparameter des leitfähigen Hallbereichs abhängt. The present invention is based on the realization that a current-related sensitivity of a Hall probe system in Ab dependency of an external influence parameter of the conductive Hall area can be controlled by applying to an electrode portion that is electrically isolated from the Hall area and is disposed in the vicinity of the Hall region, a control voltage is applied, which depends on the influence parameters of the conductive Hall range. Durch das Anlegen der Steuerspannung an den Elektrodenbereich wird die strombezogene Empfindlichkeit und daher die Hallspannung durch eine Beeinflussung der für den Hallstrom zur Verfügung stehenden Ladungsträger durch die angelegte Steuerspannung gesteuert. By applying the control voltage to the electrode region, the current-related sensitivity and therefore, the Hall voltage is controlled by influencing the property for the Hall current available to charge carriers by the applied control voltage.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch das erfindungsgemäße Konzept bei einem ratiometrischen Hallsondensystem unter Beibehaltung der Ratiometrie eine Kompensation bzw. Reduktion von externen Einflüssen auf die Hallsonde durchgeführt werden kann. An advantage of the present invention is that a compensation or reduction of external influences can be carried out in the Hall probe by the inventive concept in a ratiometric Hall probe system, while maintaining the ratiometric.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als Elektrodenbereich zum Anlegen der Steuerspannung eine leitfähige Abdeckung bzw. ein leitfähiger Deckel verwendet, die durch eine Isolationsschicht, die zwischen dem Hallbereich und der leitfähigen Deckschicht angeordnet ist, von dem Hallbereich elektrisch isoliert ist. In one embodiment of the present invention, a conductive covering or a conductive lid is used as the electrode portion for applying the control voltage by an insulating layer which is disposed between the Hall area and the conductive coat layer, is electrically insulated from the Hall area.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Elektrodenbereich durch einen dotierten Bereich, der beispielsweise eine Deckschicht, eine dotierte Wanne oder das Substrat selbst sein kann, gebildet, wobei der dotierte Bereich an den Hallbereich anstößt und einen Dotiertyp aufweist, der entgegengesetzt zu dem Dotiertyp des Hallbereichs ist. In another embodiment, the electrode area by a doped region, which may be, for example, a cover layer, a doped well or the substrate itself, formed the doped region abutting the Hall region and having a dopant type, which is opposite to the doping type of the Hall region is , Dadurch bildet sich bei entsprechenden angelegten Spannungen an einem zwischen dem Hallbereich und dem dotierten Bereich gebildeten pn-Übergang eine elektrisch isolierende Raumladungszone zwischen dem Hallbereich und dem dotierten Bereich aus, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Steuerung der Hallspannung durch eine Veränderung der Breite der Raumladungszone in dem Hallbereich des Hallsondensystems erfolgt. Characterized an electrically insulating space charge zone between the Hall region and the doped region is formed from at respective applied voltages to a formed between the Hall region and the doped region p-n junction, wherein, in this embodiment, the control of the Hall voltage by changing the width of the space charge region in the done Hall area of ​​the Hall sensor system.
  • Das erfindungsgemäße Konzept wird bei einem Ausführungsbeispiel verwendet, um ein Reduzieren bzw. Kompensieren eines Einflusses einer mechanischen Verspannung des Substrats auf den Hallbereich zu erreichen. The inventive concept is used in one embodiment to achieve a reducing or compensating for an influence of a mechanical stress of the substrate to the Hall area. Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird eine Reduktion von temperaturbedingten Effekten und eine Reduktion von nicht-linearen Magnetfeld-abhängigkeiten der Hallspannung bei hohen Magnetfeldern durchgeführt. In further embodiments, a reduction of temperature induced effects, and a reduction of non-linear magnetic field dependencies of the Hall voltage at high magnetic fields is performed.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Es zeigen: Show it:
  • 1a 1a ein Schaubild einer Abhängigkeit der strombezogenen Empfindlichkeit S I als Funktion einer Spannung zwischen einer leitfähigen Deckschicht und einem Common-Mode-Potential eines Hallbereichs; a diagram showing a dependence of the current-related sensitivity S I as a function of a voltage between a conductive layer and a common-mode potential of a Hall range;
  • 1b 1b ein Blockdiagramm einer Meßschaltung zum Ermitteln des Kurvenverlaufs von a block diagram of a measuring circuit for determining the curve of 1a 1a ; ;
  • 2 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Beeinflußung der Hallsonde durch ein Einstellen eines Potentials einer leitfähigen Abdeckung und durch ein Einstellen des Common-Mode-Potentials erfolgt; a block diagram of an embodiment of the present invention, in which an influencing of the Hall probe is effected by adjusting a potential of a conductive cover, and by setting the common-mode potential;
  • 3a 3a ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zum Linearisieren eines Temperaturgangs einer Empfindlichkeit eines ratiometrischen Hallsondensystems; a block diagram of one embodiment for linearizing a response of a temperature sensitivity of a ratiometric Hall probe system;
  • 3b 3b ein Schaubild zur Erklärung der Wirkung des Schaltungsaufbaus nach a diagram for explaining the effect of the circuit design 3b 3b auf den Temperaturverlauf der Empfindlichkeit; to the temperature history of the sensitivity;
  • 4 4 ein Blockschaltbild eines Schaltungsaufbaus zur Linearisierung der Empfindlichkeit eines ratiometrischen Hallsondensystems; a block circuit diagram of circuitry for linearization of the sensitivity of a Hall probe ratiometric system;
  • 5a 5a ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren von Einflüssen mechanischer Verspannungen; a block diagram of an embodiment of the present invention for reducing influences of mechanical stresses;
  • 5b 5b ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren von Einflüssen mechanischer Verspannungen; a block diagram of another embodiment of the present invention for reducing influences of mechanical stresses;
  • 6a 6a ein erstes Ausführungsbeispiel einer Verspannungssensoreinrichtung zum Erfassen einer mechanischen Verspannung; a first embodiment of a strain sensor device for detecting mechanical strain;
  • 6b 6b ein zweites Ausführungsbeispiel einer Verspannungssensoreinrichtung zum Erfassen einer mechanischen Verspannung; a second embodiment of a strain sensor device for detecting mechanical strain;
  • 7a 7a ein Schaltungsdiagramm einer Stromsteuerung einer Hallsonde; a circuit diagram of a current control of a Hall probe;
  • 7b 7b ein Schaltungsdiagramm einer Spannungssteuerung einer Hallsonde; a circuit diagram of a voltage control of a Hall probe;
  • 8 8th ein bekanntes Ausführungsbeispiel einer Spannungsquelle zum Erzeugen einer Spannung mit vorbestimmtem Temperaturgang; a known embodiment of a voltage source for generating a voltage having a predetermined temperature coefficient; und and
  • 9 9 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem mehrere Verspannungssensoren zum Erfassen mechanischer Verspannungen verwendet werden, und das zwei Möglichkeiten aufzeigt, wie die Empfindlichkeit der Hallsonde durch ein elektrisches Signal (A1, A2) beeinflusst werden kann. an embodiment wherein a plurality of strain sensors are used for detecting the mechanical tension of the present invention, and the two ways shows how the sensitivity of the Hall probe can be influenced by an electric signal (A1, A2).
  • 1a 1a zeigt einen Kurvenverlauf einer strombezogenen Empfindlichkeit S I als Funktion einer elektrischen Spannung, die zwischen einer von dem Hallbereich isolierten Abdeckung und dem Common-Mode-Punkt des Hallbereichs anliegt. is a graph showing a current-related sensitivity S I as a function of an electric voltage applied between an isolated area of the Hall cover and the common-mode point of the Hall portion.
  • Unter Common-Mode-Punkt bzw. Gleichtaktpunkt wird dabei derjenige Punkt in dem Hallbereich verstanden, bei dem das elektrische Potential dem arithmetischen Mittelwert der elektrischen Potentiale an den sekundärseitigen Hallanschlüssen entspricht. Under common mode point or common mode point of the point is understood in the Hall range in which the electric potential equal to the arithmetic average of the electric potentials on the secondary-side Hall terminals.
  • 1b 1b zeigt ein Blockdiagramm zur Ermittlung des in shows a block diagram for determining the in 1a 1a gezeigten Kurvenverlaufs. Waveform shown. Gemäß According to 1b 1b weist ein Hallbereich comprises a Hall area 10 10 primärseitig einen ersten Anschluß the primary side, a first terminal 12 12 und einen zweiten Anschluß and a second terminal 14 14 auf. on. Der erste Anschluß The first terminal 12 12 ist mit einem Ausgang eines Differenzverstärkers is connected to an output of a differential amplifier 15 15 verbunden. connected. Der Hallbereich The Hall area 10 10 weist ferner einen ersten und zweiten Hallanschluß further includes first and second Hall terminal 18 18 und and 20 20 auf, die jeweils mit einem Eingang einer Additionsvorrichtung on, each with an input of an adder 21 21 verbunden sind. are connected. Ein Ausgang der Additionsvorrichtung An output of the adder 21 21 ist mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers is connected to the negative input of the differential amplifier 15 15 verbunden. connected. Der positive Eingang des Differenzverstärkers The positive input of the differential amplifier 15 15 ist mit einer Spannungsquelle is connected to a voltage source 23 23 verbunden. connected. Über dem Hallbereich About the Hall area 10 10 ist ein isolierter Deckel is an insulated lid 22 22 angeordnet, der mit einem ersten Pol einer Spannungsquelle arranged, with a first pole of a voltage source 25 25 verbunden ist. connected is. Der zweite Pol der Spannungsquelle The second pole of the voltage source 25 25 ist mit Masse verbunden. is connected to ground.
  • Durch den ersten Anschluß Through the first port 12 12 wird der Hallbereich an ein geregeltes Primärpotential U SUP gelegt, wodurch sich zwischen dem ersten Anschluß the Hall field is applied to a controlled primary potential U SUP, whereby between the first terminal 12 12 und dem zweiten Anschluß and the second terminal 14 14 ein konstanter Primärstrom I H ergibt. a constant primary current I H is obtained. Sekundärseitig ergibt sich die Hallspannung U h als eine Differenzspannung der Spannungen U 2 und U 3 . On the secondary side results in the Hall voltage V h as a difference voltage of the voltages U 2 and U. 3 Die Hallspannung U h gibt die senkrechte Magnetfeldkomponente eines Magnetfelds The Hall voltage U h is the perpendicular magnetic field component of a magnetic field 27 27 an. on. Die an den ersten Anschluß The to the first terminal 12 12 anliegende Spannung U SUP wird von einer Regelschaltung, die durch den Differenzverstärker voltage U SUP is supplied from a control circuit formed by the differential amplifier 15 15 , und die Additionsvorrichtung And the addition device 21 21 in Verbindung mit dem ersten Anschluß in connection with the first terminal 12 12 und den Hallanschlüssen and the Hall terminals 18 18 und and 20 20 gebildet ist, so geregelt, daß das Potential des Common-Mode-Punkts eine konstante Spannung gegenüber Masse aufweist. is formed so regulated that the potential of the common-mode point having a constant voltage to ground. Der Wert des Common-Mode-Potentials ist dabei gemäß der Formel U CM = 0,5·(U 2 +U 3 ) definiert, wobei das Common-Mode-Potential von dem Magnetfeld unbeeinflußt ist. The value of the common-mode potential is according to the formula U CM = 0.5 x (U 2 + U 3), wherein the common-mode potential is unaffected by the magnetic field. Die Abdeckung über der Sonde wird nun auf ein gegen U CM bezogenes Potential U D-CM = U D -U CM gelegt. The cover over the probe is then placed on a U-related against CM-CM = potential U D U D -U CM.
  • Um den alleinigen Einfluß des Deckelpotentials auf die strombezogene Empfindlichkeit zu ermitteln, muß das Potential des Substrats gegenüber dem Common-Mode-Potential konstant sein. To determine the influence of the sole cover potential on the current-related sensitivity, the potential of the substrate to the common mode potential must be constant. Dazu wird die Regelschaltung aus den beiden Eingangsgrößen U 2 , U 3 , der Additionsvorrichtung For this purpose, the control circuit of the two input values U 2, U 3, the adder 21 21 , dem Differenzverstärker , The differential amplifier 15 15 und der Referenzspannung 2 U CM , die an den positiven Eingang des Differenzverstärkers and the reference voltage U 2 CM that to the positive input of the differential amplifier 15 15 anliegt, verwendet. abuts used. Diese Schaltung regelt U SUP so nach, daß U CM stets der arithmetische Mittelwert der beiden Potentiale U 2 und U 3 ist. This circuit regulates U SUP after such that U CM is always the arithmetic mean of the two potentials U 2 and U. 3
  • Würde die Regelschaltung zum Konstanthalten des Common-Mode-Potentials nicht verwendet, indem man die elektrische Spannung U SUP an dem ersten Anschlag If the control circuit is not used for maintaining the common-mode potential by the electrical voltage U SUP at the first stop 12 12 auf einen konstanten Wert einstellt, so wird durch eine Änderung der Spannung U D der primärseitige Widerstand der Hallsonde geändert, so daß sich die primärseitige Spannung an der Hallsonde ändert, wodurch sich das Common-Mode-Potential auf der Sekundärseite um etwa die Hälfte der Spannungsänderung ändert. is adjusted to a constant value, so changing the voltage by changing U D of the primary-side resistance of the Hall sensor, so that the primary-side voltage of the Hall sensor changes, whereby the common mode potential on the secondary side to about half the voltage change changes. Dadurch würde sich die Sperrspannung zwischen dem Hallbereich Thus, the reverse voltage between the Hall area would 10 10 und einem Substrat um diesen Betrag ändern, so daß man anstatt einen reinen Einfluß des Deckelpotentials zu messen auch noch einen kleinen Einfluß des Substratpotentials mißt, der allerdings um einen Faktor and modify a substrate by that amount, so that one measure rather than a pure influence of cover potential also measures a small influence of the substrate potential, but by a factor of 10 10 stärker ist. is stronger.
  • Die Deckschicht bzw. der Deckel ist typischerweise bei bekannten Hallsondensystemen vorhanden und von dem Hallbereich durch eine Isolierschicht, wie beispielsweise eine dielektrische Schicht, elektrisch isoliert. The top layer or the cover is typically present in prior art systems and Hall probe, electrically isolated from the Hall region by an insulating layer such as a dielectric layer.
  • Bekannterweise wird dabei an die Deckschicht eine konstante elektrische Spannung angelegt, um die Beeinflussung der strombezogenen Empfindlichkeit, wie es in Known manner, a constant electrical voltage is applied to the cover layer in order to influence the current-related sensitivity, as in 1a 1a gezeigt ist, durch ein sich änderndes elektrisches Potential der Deckschicht in Bezug auf das Common-Mode-Potential des Hallbereichs klein zu halten. is shown to keep small the common mode potential of the Hall region by a changing electric potential of the outer layer with respect. Folglich ist die in Consequently, the in 1a 1a gezeigte Abhängigkeit der strombezogenen Empfindlichkeit bei bekannten Hallsondensystemen unerwünscht und wird durch das Anlegen der konstanten Spannung unterdrückt. Depending shown the current-related sensitivity in known Hall probe systems undesirable and is suppressed by applying the constant voltage.
  • Erfindungsgemäß kann jedoch die in However, according to the invention can in 1a 1a gezeigte Abhängigkeit verwendet werden, um durch Anlegen einer Steuerspannung die magnetische Empfindlichkeit gezielt zu beeinflussen und zu steuern. Depending shown are used in order to influence the magnetic sensitivity by selectively applying a control voltage and to control.
  • Der in in 1a 1a gezeigte Kurvenverlauf bezieht sich auf einen n-dotierten Hallbereich, bei dem die Majoritätsladungsträger in dem Hallbereich Elektronen sind, wodurch sich das Abfallen der strombezogenen Empfindlichkeit S I mit steigender Spannung zwischen der Deckschicht und dem Common-Mode-Potential U D-CM ergibt. curve shown refers to an n-doped Hall range at which the majority charge carriers are electrons, in the Hall area whereby the falling of the current-related sensitivity S I with increasing voltage between the topsheet and the common-mode potential U D-CM results.
  • Die physikalische Ursache dafür ergibt sich aus der Tatsache, daß durch die angelegte Spannung Ladungsträger je nach Vorzeichen der Spannung und nach Art der Ladungsträger zwischen der Deckschicht und der aktiven Schicht angezogen oder abgestoßen werden, so daß sich eine effektive Schichtdicke t des Hallbereichs verändert. The physical reason for this results from the fact that charge carriers are attracted or repelled according to the sign of the voltage and the type of charge carriers between the cover layer and the active layer by the applied voltage, so that an effective film thickness t of the Hall area changes. Die Änderung der effektiven Schichtdicke t bewirkt die Änderung der strombezogenen Empfindlichkeit S I des Hallsondensystems. The change in the effective layer thickness t causes the change of the current-related sensitivity S I of the Hall probe system.
  • Folglich ist es verständlich, daß sich bei einem p-dotierten Hallbereich eine Steigung der Kurve mit entgegengesetzten Vorzeichen ergibt, wobei jedoch das Vorsehen eines p-dotierten Hallbereichs bei bekannten Anwendungen eher unüblich ist. Consequently, it is understood that a slope of the curve results in a p-doped region Hall with opposite signs, but the provision of a p-doped region Hall in known applications is rather uncommon.
  • Die dabei erreichten Empfindlichkeitsänderungen liegen in einem Bereich von etwa –1,5%/V, wenn der Elektrodenbereich durch eine Deckschicht gebildet ist, die durch eine Isolierschicht aus einem Feldoxid von dem Hallbereich isoliert ist. The sensitivity changes achieved thereby be in a range of about -1.5% / V, when the electrode portion is formed by a cover layer which is insulated by an insulating layer of field oxide of the Hall area.
  • Folglich ist es möglich, einen Feinabgleich der Empfindlichkeit in einem Ausmaß von etwa 2% durchzuführen, indem an die Abdeckung geeignete Spannungen in einem Bereich von unter 3 V angelegt werden. Consequently, it is possible to perform a fine adjustment of the sensitivity to an extent of about 2%, by applying appropriate voltages in a range of less than 3 V is applied to the cover.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann anstatt der leitfähigen Abdeckung der Sonde der Elektrodenbereich zum Anlegen der Steuerspannung aus einem dotierten Bereich bestehen, der eine Dotierung mit einem Dotiertyp aufweist, der sich von dem Dotiertyp des Hallbereichs unterscheidet. In another embodiment, instead of the conductive cover of the probe of the electrode section for applying the control voltage of a doped region may be formed having a doping with a doping type which is different from the dopant type of the Hall portion. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen umfaßt der dotierte Bereich eine Wanne, in der der Hallbereich angeordnet ist, eine dotierte Abdeckschicht oder das Substrat selbst. In preferred embodiments, the doped region comprises a well in which the Hall area is arranged, a doped cap layer or the substrate itself.
  • Da der dotierte Bereich direkt an dem Hallbereich anliegt und einen zu dem Hallbereich entgegengesetzten Dotiertyp aufweist, wird zwischen dem dotierten Bereich und dem Hallbereich ein pn-Übergang mit einer elektrisch isolierten Raumladungszone gebildet. Since the doped region is applied directly to the Hall area and having an opposite doping type to the Hall region, a pn junction with an electrically insulated space charge zone is formed between the doped region and the Hall area. Im Unterschied zu der durch eine Isolationsschicht isolierte Deckschicht muß bei diesem Ausführungsbeispiel während des Betriebs der Sonde gewährleistet sein, daß der zwischen dem Deckbereich und dem Hallbereich gebildete pn-Übergang stets in Sperrichtung geschaltet ist. In contrast to the isolated by an insulating layer covering layer must be ensured in this embodiment, during operation of the probe that formed between the cover portion and the Hall area pn junction is always connected in the blocking direction. Folglich muß bei einem Hallsondensystem, bei dem der Hallbereich n-dotiert ist, der p-dotierte Deckbereich stets auf einer negativeren Spannung liegen als der Hallbereich. Consequently, must with a Hall probe system in which the Hall region is n-doped, p-doped top region always at a more negative voltage than the Hall area.
  • Bei den Ausführungsbeispielen mit einem gebildeten pn-Übergang findet die Beeinflussung der strombezogenen Empfindlichkeit durch die Veränderung der Breite der Raumladungszone in dem Hallbereich und folglich durch die Veränderung der effektiven Schichtdicke t des Hallbereichs statt. In the embodiments with a formed pn junction to influence the current-related sensitivity by changing the width of the space charge region in the Hall area and hence by the change in the effective layer thickness is t, instead of the Hall portion.
  • Bei dem obigen Fall eines n-dotierten Hallbereichs und eines p-dotierten Deckbereichs zeigt sich eine gleiche funktionelle Abhängigkeit, dh, das mit zunehmendem U D-CM , und folglich einer abnehmenden Sperrspannung die strombezogene Empfindlichkeit abnimmt. In the above case of an n-doped region and a Hall p-doped top region, a same functional dependence, that is, the U decreases with increasing D-CM, and hence a decreasing blocking voltage, the current-related sensitivity shows.
  • Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel mit einem gebildeten pn-Übergang kann bei dem Ausführungsbeispiel mit einer isolierten leitfähigen Abdeckung der gesamte Betriebsspannungsbereich als ein Aussteuerbereich des Deckelpotentials verwendet werden. In contrast to the embodiment having formed pn junction of the entire operating voltage range can be used as a dynamic range of the lid potential in the embodiment with an insulated conductive cover. Darüber hinaus ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch die elektrische Isolationsschicht verhindert, daß bei hohen Temperaturen Leckströme von der leitfähigen Abdeckung in den Hallbereich des Hallsondensystems oder umgekehrt auftreten. Moreover, in this embodiment, prevents the electrical insulation layer such that leakage currents from the conductive cover in the region of the Hall Hall probe system or vice versa occur at high temperatures.
  • Wie es weiter unten näher erklärt wird, kann die erfindungsgemäße Steuerung der strombezogenen Empfindlichkeit verwendet werden, um beispielsweise einen Temperaturgang der magnetischen Empfindlichkeit der Sonde in geringem Maße zu ändern, die Abhängigkeit der magnetischen Empfindlichkeit des Hallsondensystems von einer mechanischen Verspannung des Substrats zu reduzieren bzw. zu kompensieren oder die Empfindlichkeit derart zu steuern, daß nicht-lineare Magnetfeldabhängigkeiten reduziert werden. As will be explained in more detail below, the inventive control of the current-related sensitivity can be used to modify, for example, a temperature variation of the magnetic sensitivity of the probe to a small extent to reduce the dependence of the magnetic sensitivity of the Hall probe system of a mechanical stress of the substrate or to compensate for or to control the sensitivity such that non-linear magnetic field dependencies are reduced.
  • Die Ausführung der isolierten Abdeckung umfaßt eine große Vielzahl von Möglichkeiten. The execution of the insulated cover includes a large variety of ways. Hinsichtlich des Materials kann die isolierte Abdeckung beispielsweise aus einem Metall, wie beispielsweise einer Aluminium-Metallisierung, oder einer leitfähigen Halbleiterschicht, wie beispielsweise einer Schicht aus Polysilizium, gebildet sein. As to the material, the insulated cover can for example be made of a metal such as an aluminum metalization, or a conductive semiconductor layer such as a layer of polysilicon may be formed. Typischerweise bedeckt die isolierte Abdeckung weite Teile der Sonde, wobei eine Vielzahl von Ausbildungen zur Verfügung steht. Typically, the insulated cover covering a large part of the probe, wherein a plurality of configurations is available. Beispielsweise kann die isolierte Abdeckung durch ein Vollmaterial gebildet sein, um den Durchgriff mechanischer Kräfte von einem Gehäuse, das auf das Hallsondensystem aufgebracht wird, auf das Substrat abzuleiten. For example, the insulated cover can be formed by a solid material, in order to derive the passage of mechanical forces in a housing which is applied to the Hall probe system to the substrate. Ferner kann der isolierte Deckel als ein geschlitzter Deckel gebildet sein, um mechanische Spannungen, die von dem Deckelmaterial auf die Sonde ausgeübt werden, über nicht allzu große Flächen aufzubauen. Furthermore, the insulated cover can be formed as a slotted cover to build mechanical stresses exerted by the cover material on the probe, over not too large areas.
  • Ferner kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel die isolierte leitfähige Abdeckung als ein Gitter gebildet sein, um Wirbelstromeffekte zu reduzieren. Further, in another embodiment, the isolated conductive cover may be formed as a grid to reduce eddy current effects. Vorzugsweise können dabei die senkrechten und waagerechten Gitterstäbe in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein, wodurch die Strompfade von. Preferably may be arranged in different planes, while the vertical and horizontal grating bars, whereby the current paths of. induzierten Wirbelströmen, in Analogie zu einem laminierten Trafoblech, unterbrochen sind. induced eddy currents are interrupted by analogy with a laminated transformer sheet.
  • Als eine weitere mögliche Ausbildung kann die isolierte Abdeckung durch eine Mehrzahl von senkrechten oder waagerechten parallelen Leitungen gebildet sein. As a further possible embodiment of the insulated cover can be formed by a plurality of vertical or horizontal parallel lines.
  • Ferner kann die Abdeckung aus mehreren Teilen gebildet werden, wobei dieselben mittels externer Leitungen miteinander verschaltet werden können, was vorzugsweise sternförmig erfolgt, um Schleifen zu verhindern und dadurch die Wirbelstrom-bedingten Effekte zu reduzieren. Further, the cover may be formed of several parts, whereby the same can be interconnected by means of external cables, which is preferably star-shaped in order to prevent loops, and thereby reduce the eddy current-induced effects. Ebenso können dabei auch einzelne Teile der Abdeckung auf ein festes konstantes Potential gelegt werden. individual parts of the cover can thereby be set to a fixed constant potential as well. Beispielsweise kann die Abdeckung in vier Teile unterteilt sein, wobei zwei Teile auf Masse gelegt sind, während die beiden verbleibenden Teile zum Anlegen der elektrischen Steuerspannung, die die Empfindlichkeit der Hallsonde auf die obig beschriebene Art und Weise beeinflußt, verwendet werden. For example, the cover may be divided into four parts, wherein two parts are connected to ground, while the two remaining portions are used for applying the electrical control voltage, which influences the sensitivity of the Hall probe on the above-described manner. Alternativ können dabei auch zwei Teile auf das Common-Mode-Potential des Hallbereichs gelegt werden, während die beiden verbleibenden Teile zum Anlegen der Steuerspannung verwendet werden. Alternatively, two parts can be placed on the common mode potential of the Hall range thereby, while the two remaining parts are used for applying the control voltage.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt der Elektrodenbereich zum Anlegen einer Steuerspannung das Substrat selbst dar, wobei bei diesem Beispiel das Substrat eine Dotierung mit einem Dotiertyp aufweist, der entgegengesetzt zu dem Dotiertyp des Hallbereichs ist. In another embodiment, the electrode section for applying a control voltage, the substrate itself is, in this example, wherein the substrate has a doping with a doping type, opposite to the doping type of the Hall range. Entsprechend zu dem Ausführungsbeispiel, bei dem ein dotierter Deckbereich mit entgegengesetztem Dotiertyp verwendet wurde, bildet sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Raumladungszone aus, die in diesem Fall zwischen dem Hallbereich und dem dotierten Substrat ausgebildet wird. Corresponding to the embodiment in which a doped deck area was used with the opposite doping type, a space charge zone is formed also in this embodiment, which is formed in this case between the Hall region and the doped substrate. Dabei muß wiederum beachtet werden, daß die Steuerspannung lediglich in einem solchen Bereich angelegt wird, daß der zwischen Substrat und Hallbereich gebildete pn-Übergang stets in Sperrichtung geschaltet ist, so daß die gebildete Raumladungszone als elektrische Isolation wirkt. Once again it must be noted that the control voltage is only applied in such a range that the formed between the substrate and Hall area pn junction is always connected in the reverse direction, so that the space charge zone formed acts as electrical insulation.
  • 2 2 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. shows a block diagram of a first embodiment of the present invention. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Steuerung der strombezogenen Empfindlichkeit durch die Abdeckung In this embodiment, a control of the current-related sensitivity by the cover 22 22 als auch durch ein Verändern der Spannung zwischen dem Common-Mode-Punkt des Hallbereichs and by changing the voltage between the common-mode point of the Hall area 10 10 und einem dotierten Bereich, der eine Dotierung mit einem zu dem Hallbereich entgegengesetzten Dotiertyp aufweist. and a doped region having a doping having an opposite doping type to the Hall area. Wie bereits erwähnt wurde, kann der dotierte Bereich beispielsweise eine dotierte Wanne oder das Substrat selbst umfassen. As already mentioned, the doped region may for example comprise a doped well or the substrate itself.
  • Der Schaltungsaufbau von The circuit construction of 2 2 entspricht im wesentlichen dem in substantially corresponds to the in 1b 1b gezeigten Schaltungsaufbau, der in Circuitry shown that in 1b 1b zum Messen des Kurvenverlaufs von for measuring the curve of 1a 1a verwendet wurde. was used. Im Unterschied zu dem Schaltungsaufbau gemäß In contrast to the circuit configuration in accordance with 1b 1b weist der Schaltungsaufbau anstatt der Spannungsquelle has the circuitry instead of the voltage source 23 23 eine erste Steuereinrichtung a first control device 27 27 zum Anlegen einer ersten Steuerspannung und anstatt der Spannungsquelle for applying a first control voltage and instead of the voltage source 25 25 eine zweite Steuereinrichtung a second control device 29 29 zum Anlegen einer zweiten Steuerspannung auf. for applying on a second control voltage. Die erste Steuereinrichtung The first control device 27 27 erzeugt in Abhängigkeit von einem oder mehreren Einflußparametern, die einen Einfluß auf den Hallbereich beschreiben und beispielsweise eine Temperatur, einen mechanischen Verspannungszustand des Substrats oder ein angelegtes Magnetfeld sein können, eine erste Steuerspannung U St1 , die an den positiven Eingang des Differenzverstärkers generated in response to one or more of influence parameters describing an influence on the Hall area and, for example, a temperature, a mechanical stress state of the substrate or an applied magnetic field may be a first control voltage U ST1 to the positive input of the differential amplifier 15 15 angelegt wird. is applied. Durch die erste Steuerspannung U St1 wird von dem Differenzverstärker By the first control voltage U St1 from the differential amplifier 15 15 ein solches Potential U SUP an den ersten Anschluß such a potential U SUP to the first terminal 12 12 des Hallbereichs the Hall area 10 10 angelegt, daß der Common-Mode-Punkt des Hallbereichs applied, that the common-mode point of the Hall range 10 10 auf ein elektrisches Potential gelegt wird, das der Hälfte der ersten Steuerspannung U St1 entspricht. is placed on an electric potential which corresponds to the half of the first control voltage U ST1. Folglich gilt: Consequently, the following applies: U St1 = 2·U CM . U St1 = 2 * U CM.
  • Wie es obig bereits erwähnt wurde, verändert sich dadurch die an dem Grenzbereich des Hallbereichs As it was above-mentioned, by changing the area of ​​the Hall at the interface 10 10 und des Substrats ausgebildete Ausdehnung der Raumladungszone, so daß sich die strombezogene Empfindlichkeit ändert. and the substrate formed expansion of the space charge region so that the current-related sensitivity changes. Dabei ergibt sich eine Empfindlichkeit der Änderung der strombezogenen Empfindlichkeit von +10%/V bezogen auf das Potential zwischen dem Common-Mode-Punkt und dem Substrat. In this case, a change in the sensitivity of the current-related sensitivity of + 10% with respect / V to the potential between the common-mode point and the substrate. Die Steuereinrichtung legt dabei in Abhängigkeit von einem oder mehreren Einflußparametern eine solche Steuerspannung an, daß die durch Einflußparametern beschriebenen externen Einflüsse auf den Hallbereich reduziert oder kompensiert werden. The controller sets this in dependence on one or more parameters, influence of such control voltage to that external influences described by influence parameters are reduced to the Hall area or compensated.
  • Die zweite Einflußnahme auf die strombezogene Empfindlichkeit stellt bei diesem Ausführungsbeispiel das Anlegen einer elektrischen Steuerspannung an die Abdeckung The second current-related influence on the sensitivity represents the application of an electrical control voltage in this embodiment to the cover 22 22 durch die zweite Steuereinrichtung by the second control device 29 29 dar. Die zweite Steuereinrichtung . The second control means 29 29 erzeugt dabei in Abhängigkeit von einem oder mehreren Einflußparametern, die beispielsweise eine Temperatur des Hallbereichs, ein mechanischer Verspannungszustand des Substrats oder ein den Hallbereich generates in response to one or more parameters influence, for example, a temperature of the Hall region, a mechanical stress state of the substrate or the Hall area 10 10 durchsetzendes Magnetfeld sein kann, eine zweite Steuerspannung U St2 , die an die Abdeckung may be by releasing magnetic field, a second control voltage U St2, attached to the cover 22 22 angelegt wird, um externe Einflüsse auf den Hallbereich zu reduzieren bzw. zu kompensieren. is applied in order to reduce external influences on the Hall area or to compensate for. Im Gegensatz zu der Einflußnahme durch die Veränderung des Common-Mode-Potentials gegenüber dem Substratpotential bzw. Wannenpotential, wird durch die Veränderung des Potentials der Abdeckung In contrast to the influence by the change in the common mode potential relative to the substrate potential or well potential, is determined by the change in the potential of the cover 22 22 eine geringere Änderung der strombezogenen Empfindlichkeit pro zwischen der Abdeckung a smaller change in the current-related sensitivity per between the cover 22 22 und dem Common-Mode-Potential anliegender Spannung erreicht, wobei die Änderung etwa –1,5%/V beträgt. and the common-mode potential reaches a voltage is applied, wherein the change is about -1.5% / V.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Beeinflussung des Hallbereichs In the present embodiment, an influence on the Hall region can 10 10 entweder durch beide Steuereinrichtungen either by both control means 27 27 , . 29 29 oder lediglich durch eine der Steuereinrichtungen, dh die Steuereinrichtung or only through one of the control devices, that the control device 27 27 oder die Steuereinrichtung or the control device 29 29 , erfolgen. , respectively. In dem letzteren Fall legt die Steuereinrichtung, die nicht zum Steuern verwendet wird, ein konstantes Potential an den Elektrodenbereich, der mit derselben verbunden ist, dh entweder an die Abdeckung In the latter case, the controller, which is not used for controlling inserted, a constant potential to the electrode region, which is connected to the same, that is, either to the cover 22 22 oder das dotierte Substrat bzw. die dotierte Wanne. or the doped substrate, or the doped well. Beispielsweise kann durch ein Erzeugen einer konstanten Steuerspannung U St2 durch die zweite Steuereinrichtung For example, by generating a constant control voltage U St2 by the second control device 29 29 das Potential der Abdeckung the potential of the cover 22 22 auf einen konstanten Wert eingestellt werden, während die erste Steuereinrichtung be set to a constant value while the first control means 27 27 zur Steuerung der strombezogenen Empfindlichkeit des Hallbereichs to control the current-related sensitivity of the Hall range 10 10 die erste Steuerspannung U St1 in Abhängigkeit eines oder mehrerer Einflußparameter des Hallbereichs the first control voltage U St1 depending on one or more parameters of the Hall effect region 10 10 erzeugt. generated. Dabei kann das elektrische Potential der Abdeckung Here, the electric potential of the cover 22 22 durch die zweite Steuereinrichtung by the second control device 29 29 auch konstant auf das Common-Mode-Potential eingestellt werden. be constant at the common mode potential.
  • Wie es bereits unter Bezugnahme auf As already explained with reference to 1b 1b erklärt wurde, bewirkt die durch die Additionsvorrichtung was explained effected by the addition means 21 21 , den Differenzverstärker , The differential amplifier 15 15 und die erste Steuerspannung U St1 gebildete Regelschaltung, daß der Common-Mode-Punkt unabhängig von einer an die Abdeckung and the first control voltage U St1 formed control circuit, that the common-mode point regardless of a cover to the 22 22 angelegten Spannung auf einem durch die erste Steuerspannung vorbestimmten Wert gehalten wird. applied voltage at a predetermined voltage by the first control value is maintained. Entfällt diese Regelschaltung, indem man U SUP konstant hält, so ändert sich durch die an die Abdeckung angelegte zweite Steuerspannung U St2 der primärseitige Widerstand der Hallsonde, so daß sich ferner die primärseitige Spannung an dem Hallbereich Eliminates this control circuit by keeping constant U SUP, so St2 is changed by the voltage applied to the cover second control voltage U of the primary-side resistance of the Hall sensor, so that also the primary-side voltage at the Hall area 10 10 ändert und sich das Common-Mode-Potential, das das arithmetische Mittel der an dem ersten Hallanschluß changes and the common mode potential that the arithmetic mean of at the first Hall connection 18 18 und dem zweiten Hallanschluß and the second Hall terminal 20 20 abgegriffenen Spannungen darstellt, auf der Sekundärseite um etwa die Hälfte dieser Spannungsänderung ändert. represents tapped voltages changes on the secondary side to about half this voltage change.
  • Folglich ändert sich auch die Sperrspannung zwischen dem Hallbereich Consequently, the reverse voltage between the Hall area changes 10 10 und dem Substrat an dem Common-Mode-Punkt um diesen Betrag, so daß durch diese Änderung ein kleiner Einfluß des Substratpotentials bzw. Wannenpotentials zu dem Einfluß des Abdeckungspotentials hinzuaddiert wird, wobei jedoch eine Beeinflußung, die durch das Substratpotential bewirkt wird, um etwa einen Faktor and the substrate at the common-mode point by the same amount, so that a small influence of the substrate potential or well potential is added to the influence of the cover potential by this change, but an influence, which is caused by the substrate potential by about a factor 10 10 stärker ist. is stronger.
  • Dabei kann durch das Anlegen der zweiten Steuerspannung U St2 an die Abdeckung In this case, by applying the second control voltage U St2 to the cover 22 22 als alleinige Steuerspannung die strombezogene Empfindlichkeit des Hallbereichs as the sole control voltage, the current-related sensitivity of the Hall range 10 10 mit einer größeren Empfindlichkeit gegenüber einem festgelegten Common-Mode-Potential beeinflußt werden, so daß allein durch die Steuerung mittels einer an die Abdeckung be influenced with a greater sensitivity to a fixed common mode potential, so that only by the control means of the cover 22 22 angelegten Steuerspannung eine Beeinflussung um einige Prozent erreicht werden kann. control voltage applied to influence can be achieved by a few percent.
  • Die Einflußnahme auf die strombezogene Empfindlichkeit des Hallbereichs The influence on the current-related sensitivity of the Hall range 10 10 ist dabei unabhängig von einer Steuerung der Empfindlichkeit durch ein Verändern des Hallstroms I H . is independent of a controller of the sensitivity by changing the Hall current I H. Bei einem Ausführungsbeispiel kann dies beispielsweise derart ausgenützt werden, daß zunächst der Hallstrom I H eine Grobsteuerung, beispielsweise zum Erreichen einer Kompensation von Temperatur-bedingten Einflüssen auf die Empfindlichkeit, durchgeführt wird, wohingegen durch die obig beschriebene erfindungsgemäße Beeinflussung über die erste Steuerspannung U St1 und/oder die zweite Steuerspannung U St2 eine Feinsteuerung durchgeführt wird. In one embodiment, this may for example be exploited in such a way that first the Hall current I H coarse control, for example to achieve a compensation of temperature-related effects on the sensitivity, is performed, whereas by the above-described invention influence on the first control voltage U ST1 and or the second control voltage U St2, a fine control is performed /. Ferner besteht auch die Möglichkeit, einen Einfluß eines Parameters auf den Hallbereich, der einen linearen und nicht-linearen Anteil aufweist, wie beispielsweise einen Temperaturkoeffizienten, der Temperatur-bedingte Effekte auf den Hallbereich Further, there is also the possibility of an influence of a parameter on the Hall region, which has a linear and non-linear component such as a temperature coefficient of the temperature-related effects on the Hall area 10 10 beschreibt, derart durchzuführen, daß der lineare Anteil über die Einstellung des Hallstroms I H durchgeführt wird, während die Kompensation eines nicht-linearen Einflusses über das erfindungsgemäße Anlegen der ersten und/oder zweiten Steuerspannung an die Abdeckung discloses to perform such a manner that the linear portion on the setting of the Hall current I H is carried out, while the compensation of a non-linear influence of the inventive application of the first and / or second control voltage to the cover 22 22 bzw. an das Common-Mode-Potential durchgeführt wird. or is carried out to the common mode potential.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Konzepts besteht darin, daß die Empfindlichkeit durch die Steuerspannungen, die an der Abdeckung An advantage of the inventive concept is that the sensitivity of the control voltages applied to the cover 22 22 und/oder an dem dotierten Bereich anliegen, eine multiplikative Natur aufweisen, dh daß die Ratiometrie des Ausgangssignals durch die Änderung der strombezogenen Empfindlichkeit nicht wesentlich beeinträchtigt wird, wenn der Primärstrom der Sonde ratiometrisch ist. and / or aligned to the doped region, having a multiplicative nature, that is, the ratiometric of the output signal is not substantially affected by the change of the current-related sensitivity when the primary current of the probe is ratiometric. Folglich ist es mit dem erfindungsgemäßen Konzept möglich, auf eine einfache Art und Weise ein ratiometrisches Hallsondensystem zu schaffen, bei dem eine Steuerung der Hallsonde zum Reduzieren von externen Einflüssen ebenfalls ratiometrisch durchgeführt wird und folglich die Ratiometrie des Hallsondensystems nicht beeinträchtigt. Consequently, it is possible with the inventive concept to provide a simple way a ratiometric Hall-effect sensor system in which a controller of the Hall probe is also performed ratiometric to reduce external influences and therefore does not affect the ratiometric of the Hall probe system.
  • Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem das Hallsondensystem ein ratiometrisches Hallsondensystem ist, kann dies erreicht werden, indem das Potential der Abdeckung In a particularly preferred embodiment, in which the Hall probe system is a ratiometric Hall probe system, this can be achieved by making the potential of the cap 22 22 bzw. das Potential des Common-Mode-Punkts unabhängig von der Betriebsspannung sind, wobei jedoch die Regelschaltung zum Festlegen des Common-Mode-Punkts aktiv sein muß. and the potential of the common mode point are independent of the operating voltage, however, the control circuit must be active to set the common-mode point. Dadurch wird eine weitgehendst perfekte Ratiometrie des Sensorsignals der Hallsonde erreicht. Thus, a largely perfect ratiometric of the sensor signal of the Hall probe is achieved.
  • Unter Bezugnahme auf With reference to 3a 3a soll nun ein Schaltungsaufbau zur Linearisierung eines Temperaturgangs der Empfindlichkeit einer Hallsonde erklärt werden, bei dem die Hallsonde als eine ratiometrische Hallsonde ausgebildet ist. will now be explained a circuit configuration for the linearization of a temperature variation of the sensitivity of a Hall probe, wherein the Hall sensor is designed as a ratiometric Hall probe.
  • Der Schaltungsaufbau nach The circuit configuration according 3a 3a entspricht im wesentlichen dem Schaltungsaufbau nach substantially corresponds to the circuit configuration 2 2 , wobei in Wherein in 3a 3a zusätzlich ein bekannter Schaltungsaufbau gezeigt ist, um einen ratiometrischen Hallstrom I H zu erreichen. In addition a well-known circuit construction is shown to achieve a ratiometric Hall current I H. Dazu ist der zweite Anschluß To the second terminal 14 14 mit einem Drainanschluß eines N-MOS-Transistors with a drain of an N-MOS transistor 31 31 verbunden. connected. Der Sourceanschluß des N-MOS-Transistors The source of the N-MOS transistor 31 31 ist über einen Widerstand is through a resistor 33 33 mit Masse verbunden. connected to ground. Ferner ist der Source-Anschluß des N-MOS-Transistors Further, the source terminal of the N-MOS transistor 31 31 mit einem negativen Eingang eines Differenzverstärkers to a negative input of a differential amplifier 33 33 verbunden. connected. Der positive Eingang des Differenzverstärkers The positive input of the differential amplifier 33 33 ist mit einem Spannungsteiler verbunden, der aus einem ersten Widerstand is connected to a voltage divider comprising a first resistor 35a 35a und einem zweiten Widerstand and a second resistor 35b 35b besteht. consists. Der Ausgang des Differenzverstärkers The output of the differential amplifier 33 33 ist mit einem Gate-Anschluß des N-MOS-Transistors is connected to a gate terminal of the N-MOS transistor 31 31 verbunden. connected.
  • An dem Spannungsteiler wird eine Betriebsspannung V DD angelegt, wobei zwischen den Widerständen An operating voltage V DD is applied to the voltage divider, wherein between the resistors 35a 35a und and 35b 35b ein Bruchteil k der Betriebsspannung V DD anliegt. a fraction k of the operating voltage V DD is applied. Die durch den Spannungsteiler auf einen Wert von k·V DD heruntergeteilte Spannung wird in den positiven Eingang des Differenzverstärkers The divided down by the voltage divider to a value of k · V DD voltage is in the positive input of the differential amplifier 33 33 eingegeben und legt die heruntergeteilte Spannung durch die Regelschleife, die aus dem Differenzverstärker input, and the divided voltage sets through the loop, the differential amplifier from the 33 33 und dem N-MOS-Transistor and the N-MOS transistor 31 31 gebildet ist, an einen Widerstand is formed to a resistor 37 37 an. on. Der durch den Widerstand Through the resistor 37 37 , der einen Widerstandswert R S aufweist, zu der Masse fließende Strom I H = k·V DD /Rs ist folglich proportional zu der Betriebsspannung V DD und daher ratiometrisch. Having a resistance value R S to the ground current flowing I H = k · V DD / Rs is therefore proportional to the operating voltage V DD and therefore ratiometric.
  • Um nun eine Hallspannung U h zu erhalten, die linear proportional zu der Betriebsspannung V DD ist, wird das Common-Mode-Potential der Hallsonde, das durch das arithmetische Mittel der Potentiale U 2 und U 3 definiert ist, mittels der Regelschleife, die durch die Additionsvorrichtung In order to U h to obtain a Hall voltage which is linearly proportional to the operating voltage V DD, the common mode potential of the Hall probe, which is defined by the arithmetic mean of the potentials U 2 and U 3 is, by means of the control loop, which by the addition device 21 21 und den Differenzverstärker and the differential amplifier 15 15 gebildet wird, und die bei diesem Ausführungsbeispiel konstante Steuerspannung, die auf einen Wert U const eingestellt ist, konstant bezüglich der Betriebsspannung gehalten werden. is formed, and, the operation voltage can be kept constant in this embodiment, control voltage is set to a value U const constant with respect.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung In the embodiment, the control means is 25 25 ausgebildet, um an die Abdeckung formed to the cover 22 22 eine Steuerspannung U St2 anzulegen, wobei die Steuerspannung verwendet wird, um einen Temperaturgang der Empfindlichkeit einer Hallsonde zu linearisieren. applying a control voltage U St2, wherein the control voltage is used to linearize a temperature coefficient of the sensitivity of a Hall probe. Wie es in As shown in 3a 3a schematisch dargestellt ist, wird dazu eine Steuerspannung mit einer nach unten geöffneten Parabelform verwendet, was im folgenden erklärt wird. is shown schematically, to a control voltage having a downwardly open parabolic shape is used, which is explained in the following.
  • Da der Widerstand Since the resistance 37 37 , der den Hallstrom I H definiert, seinen Widerstandswert R S in Abhängigkeit von der Temperatur nicht linear ändert, verläuft auch der Strom bezüglich der Temperatur nicht linear. Defining the Hall current I H, its resistance value R S as a function of temperature does not change linearly, and the current is not linear with respect to the temperature. Mit anderen Worten gesagt, ändert sich die an den Hallanschlüssen In other words, changes the connections to the Hall 18 18 und and 20 20 abgegriffene Hallspannung U h nicht linear gegenüber der Temperatur, selbst wenn die strombezogene Empfindlichkeit des Hallsondensystems in erster Näherung konstant bezüglich der Temperatur ist. tapped Hall voltage U h is not linear to the temperature, even when the current-related sensitivity of the Hall probe system is constant with respect to temperature in a first approximation.
  • Das Anlegen der geeigneten Steuerspannung erfolgt durch ein Erfassen der Temperatur des Hallbereichs und/oder des Substrats durch eine Temperaturerfassungseinrichtung (nicht gezeigt) und ein Auswählen der zugeordneten Spannung. Applying the appropriate control voltage is performed by a temperature sensing device by detecting the temperature of the Hall area and / or the substrate (not shown), and selecting the associated voltage. Die zugeordnete Spannung wird aus dem parabelförmigen Kurvenverlauf gewonnen, die die jeweils zur Linearisierung des Temperaturverlaufs erforderliche Steuerspannung gegen die Temperatur festlegt. The associated voltage is obtained from the parabolic curve, which defines the required for the linearization of the temperature profile in each control voltage versus temperature. Durch das Anlegen der Spannung U St2 , die aus dem parabelförmigen Kurvenverlauf gewonnen wurde, an die Abdeckung By applying the voltage U St2, which was recovered from the parabolic curve, to the cover 22 22 kann die strombezogene Empfindlichkeit des Hallsondensystems derart gesteuert werden, daß dieselbe bei tiefen und hohen Temperaturen um einige Prozent angehoben wird, so daß die Hallspannung U h eine wesentlich größere Linearität aufweist, dh, daß nicht-lineare Terme bezüglich der Temperatur stark vermindert sind. the current-related sensitivity of the Hall probe system can be controlled such that the same is raised at low and high temperatures by a few percent, so that the Hall voltage V h has a much greater linearity, that is, non-linear terms of the temperature are greatly reduced with respect to. Dabei ist es wichtig, daß die Steuerspannung U St2 im wesentlichen unabhängig von der Betriebsspannung V DD ist, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß ein bekannter Parabelgenerator zum Erzeugen der Steuerspannung U St2 verwendet wird, der von einer On-Chip-Konstantspannungsquelle mit einer Spannung U b versorgt wird, die bezüglich der Betriebsspannung V DD der Hallsonde konstant ist. It is important that the control voltage U St2 is substantially independent of the operating voltage V DD, which can be achieved, for example, that a known parabola generator is used for generating the control voltage U St2, which is one of an on-chip constant voltage source with voltage is supplied U b, which the operating voltage V DD of the Hall probe is constant with respect to.
  • 3b 3b zeigt ein Schaubild, bei dem die Wirkung der obig beschriebenen Linearisierung des Temperaturgangs der strombezogenen Empfindlichkeit dargestellt ist. shows a graph in which the effect of the above-described linearization of the temperature response of the current-related sensitivity is shown.
  • Gemäß According to 3b 3b ist die Empfindlichkeit S = U h /B des Hallsondensystems bezogen auf die Betriebsspannung V DD als Funktion der Temperatur aufgetragen. the sensitivity is S = U applied h / B of the Hall probe system based on the operating voltage V DD as a function of temperature. Eine gestrichelte Kurvenlinie stellt dabei den Verlauf der Empfindlichkeit dar, der sich bei Anlegen eines konstanten Potentials an die Abdeckung Dashed curve line represents the course of this sensitivity is that upon application of a constant potential to the cover 22 22 ergibt. results. Im Vergleich dazu ist als eine durchgezogene Linie ein Kurvenverlauf der Empfindlichkeit dargestellt, der sich durch eine Steuerung des Potentials der Abdeckung In comparison, a graph of the sensitivity is shown as a solid line, which extends through a control of the potential of the cover 22 22 durch einen Parabelgenerator ergibt. obtained by a parabola generator. Wie es zu erkennen ist, zeigt die mittels Steuerung erhaltene durchgezogene Kurve einen Verlauf, der bei niedrigen und hohen Temperaturen eine wesentlich größere Linearität im Vergleich zu dem nicht-gesteuerten Kurvenverlauf aufweist, der durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. As can be seen, the solid curve obtained by means of control is a graph having a substantially greater linearity compared to the non-controlled curve at low and high temperatures, which is shown by a broken line. Folglich eignet sich das in Consequently, suitable in 3a 3a beschriebene Hallsondensystem zur Linearisierung der Empfindlichkeit, wobei die Ratiometrie des Hallspannungs-Ausgangssignals U h erhalten bleibt, da die Beinflußung zum Reduzieren der nicht-linearen Temperaturbeiträge durch das Modulieren der strombezogenen Empfindlichkeit S I erfolgt, wie es obig erklärt wurde. Hall probe system described for linearization of the sensitivity, wherein the ratiometric of the Hall voltage output signal is maintained U h, as the Beinflußung carried out for reducing the non-linear temperature posts by modulating the current-related sensitivity S I, as explained above-.
  • Unter Bezugnahme auf With reference to 4 4 wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt. a further embodiment of the present invention will now be explained. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein nicht-linearer Einfluß des magnetischen Felds auf die Hallsonde reduziert. In this embodiment, a non-linear influence of the magnetic field is reduced to the Hall probe.
  • Der Schaltungsaufbau nach The circuit configuration according 4 4 entspricht dem in corresponds to the in 3a 3a gezeigten Schaltungsaufbau mit der Ausnahme, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Steuereinrichtung Circuitry shown with the exception that in this embodiment, the control device 29 29 ausgebildet ist, um die Steuerspannung U St2 in Abhängigkeit des Magnetfelds, das den Hallbereich is formed to the control voltage U St2 in dependence of the magnetic field the Hall area 10 10 durchsetzt, zu erzeugen. interspersed to produce.
  • Gemäß According to 4 4 ist eine Magnetfelderfassungseinrichtung is a magnetic field detection means 39 39 mit dem ersten Hallanschluß with the first Hall terminal 18 18 und dem zweiten Hallanschluß and the second Hall terminal 20 20 verbunden. connected. Der Ausgang der Magnetfelderfassungseinrichtung The output of the magnetic field detection means 39 39 ist über einen Widerstand mit einem negativen Eingang eines Differenzverstärkers is through a resistor to a negative input of a differential amplifier 41 41 verbunden. connected. Eine Spannungsquelle A voltage source 43 43 ist mit einem ersten Pol auf Masse gelegt, während ein zweiter Pol der Spannungsquelle is set to a first pole connected to ground, while a second pole of the voltage source 43 43 mit dem positiven Eingang des Differenzverstärkers to the positive input of the differential amplifier 41 41 verbunden ist. connected is. Der Ausgang des Differenzverstärkers The output of the differential amplifier 41 41 ist rückkopplungsmäßig über einen Widerstand is a feedback manner via a resistor 45 45 mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers to the negative input of the differential amplifier 41 41 verbunden. connected. Ferner ist der Ausgang des Differenzverstärkers Further, the output of the differential amplifier 41 41 mit der Abdeckung with the cover 22 22 verbunden. connected.
  • Bei dem Schaltungsaufbau nach In the circuit construction for 4 4 wird durch die Magnetfelderfassungseinrichtung is the magnetic field detection means 39 39 ein Signal an die Steuereinrichtung a signal to the control means 25 25 , dh genauer gesagt an den negativen Eingang des Differenzverstärkers , That is, more specifically, to the negative input of the differential amplifier 41 41 , angelegt. Created. Die Erfassung des Magnetfelds durch die Magnetfelderfassungseinrichtung The detection of the magnetic field by the magnetic field detecting means 39 39 erfolgt durch ein Abgreifen der Spannung an dem ersten Hallanschluß is carried out by a tapping of the voltage at the first terminal Hall 18 18 und ein Abgreifen der Spannung an dem zweiten Hallanschluß and a tapping of the voltage at the second terminal Hall 20 20 , wobei das Ausgangssignal der Magnetfelderfassungseinrichtung Wherein the output signal of the magnetic field detection means 39 39 durch Subtraktion U3-U2 mit einer anschließenden Betragsbildung und Invertierung in einem invertierenden Verstärker erzeugt wird. is generated by subtracting U3-U2 with a subsequent magnitude formation and inversion in an inverting amplifier. Das Ausgangssignal, das folglich proportional zu dem Betrag der senkrechten Komponente der magnetischen Induktion ist, wird über den Widerstand an den negativen Eingang des Differenzverstärkers The output signal is therefore proportional to the magnitude of the vertical component of the magnetic induction through the resistor to the negative input of the differential amplifier 41 41 angelegt. created. Der Differenzverstärker The differential amplifier 41 41 subtrahiert die an dem negativen Eingang angelegte Spannung von einer Referenzspannung U ref , die von der Spannungsquelle ref subtracting the voltage applied to the negative input voltage from a reference voltage U, of the voltage source 43 43 erzeugt wird, so daß an dem Ausgang des Differenzverstärkers is generated, so that at the output of the differential amplifier 41 41 die Steuerspannung U St2 erzeugt wird, die von dem Betrag der senkrechten Komponente der magnetischen Induktion abhängt. the control voltage U St2 is generated which depends on the magnitude of the vertical component of the magnetic induction. Bei einem starken Magnetfeld wird dabei eine niedrige Spannung an die Abdeckung In a strong magnetic field there is a low voltage to the cover 22 22 angelegt, wodurch sich die Empfindlichkeit der Hallsonde erhöht, um den nicht-linearen Einfluß des Magnetfelds auf den Hallbereich zu reduzieren bzw. zu kompensieren. applied, whereby the sensitivity of the Hall probe increased in order to reduce the non-linear influence of the magnetic field on the Hall area or to compensate for.
  • Ferner wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Further, according to the embodiment 4 4 über die Regelschleife, die aus dem Differenzverstärker via the control loop consisting of the differential amplifier 15 15 , der Addiervorrichtung , The adder 21 21 , dem Anschluß , The connector 12 12 und den Hallanschlüssen and the Hall terminals 18 18 , . 20 20 gebildet ist, eine elektrische Spannung U SUP an den zweiten Anschluß des Hallbereichs is formed, an electric voltage U SUP to the second terminal of the Hall range 10 10 angelegt, die bewirkt, daß das Common-Mode-Potential auf die durch die Steuereinrichtung applied, which causes the common mode potential on by the control means 27 27 erzeugte Steuerspannung U St1 eingestellt wird, wie es unter Bezugnahme auf die generated control voltage U St1 is set, as described with reference to the 2 2 und and 3a 3a erklärt wurde. was declared. Die Steuerspannung U St1 kann entweder von einem externen Parameter abhängen oder vorzugsweise auf einen konstanten Wert eingestellt sein, so daß die Steuerung der Empfindlichkeit der Hallsonde lediglich durch die Steuereinrichtung The control voltage U St1 may depend either from an external parameters or preferably set to a constant value, so that control of the sensitivity of the Hall probe by only the control device 29 29 , dh über die an die leitfähige Abdeckung , That is, through the conductive to the cover 22 22 angelegte Steuerspannung U St2 , die von dem Wert des Magnetfelds abhängt, erfolgt. applied control voltage U St2, which depends on the value of the magnetic field takes place.
  • Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß As with the embodiment of 3a 3a ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Hallsonde ratiometrisch, da der Hallstrom I H als ein ratiometrischer Hallstrom erzeugt wird und das Common-Mode-Potential über die durch die Additionsvorrichtung the Hall sensor is ratiometric also in this embodiment, because the Hall current I H is generated as a ratiometric Hall current, and the common-mode potential across the device by the addition 21 21 und den Differenzverstärker and the differential amplifier 15 15 gebildete Regelschaltung sowie durch die konstante Spannung, die an dem positiven Eingang des Differenzverstärkers Control circuit formed, as well as by the constant voltage applied to the positive input of the differential amplifier 15 15 anliegt, auf einem festgelegten Potential gehalten wird. is applied, is maintained at a fixed potential.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach In the embodiment according to 4 4 ist zu beachten, daß die durch den Differenzverstärker Note that by the differential amplifier 41 41 und den Widerstand and the resistance 45 45 gebildete Regelschleife eine Schwingneigung entstehen kann, die durch geeignete Stabilisierungsmaßnahmen, wie sie im Stand der Technik in der Theorie über Rückkopplungen hinreichend bekannt sind, vermieden werden kann. Control loop formed has a tendency to oscillation can occur, which can be avoided by appropriate stabilization measures, as are well known in the art to the theory of feedback.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Konzepts besteht darin, daß bei einer Kompensation von Temperatureinwirkungen auf die strombezogene Empfindlichkeit die Krümmung des Verlaufs im Bereich von –40°C bis 150°C zumeist in der Größenordnung von 2% ist, so daß die durch das Anlegen der Steuer spannung an die Abdeckung A further advantage of the inventive concept is that, at a compensation of temperature effects on the current-related sensitivity, the curvature of the curve in the range of -40 ° C to 150 ° C is usually in the order of 2% so that the by the application of control voltage to the cover 22 22 erreichten Änderungen an diese Problemstellung sehr gut angepaßt ist. reaching changes to this problem is very well adapted. Die durch das Anlegen der Steuerspannung erreichten Änderungen sind dabei ausreichend groß, um den genannten Bereich hinreichend abzudecken, wobei dieselben andererseits jedoch nicht zu groß sind, um ein Einstellen der Steuerspannung mit einer aufwendigen und nicht-erwünschten Exaktheit durchzuführen. The changes achieved by the application of the control voltage are large enough to sufficiently cover the aforementioned range, and the same on the other hand, however, are not too large in order to perform an adjustment of the control voltage with a complex and non-desired precision. Dabei läßt sich die Abhängigkeit der strombezogenen Empfindlichkeit S I in gewissen Grenzen dadurch verstärken, daß in dem Fall einer isolierten Abdeckung die Isolationsschicht möglichst dünn gemacht wird. In this case, the dependence of the current-related sensitivity S I within certain limits, can be enhanced by the fact that the insulating layer is made as thin as possible in the case of an insulated cover. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß anstelle eines Feldoxids ein Gate-Oxid verwendet wird. This can for example take place in that a gate oxide is used instead of a field oxide. Bei den Ausführungsbeispielen, bei denen die Steuerung durch eine an einem pn-Übergang ausgebildete Raumladungszone erfolgt, kann die Empfindlichkeit der Steuerung dadurch erhöht werden, daß die Dotierung des Elektrodenbereichs, dh die Dotierung einer Deckschicht oder die Dotierung des Substrats, bzw. einer Wanne des Substrats, größer als die Dotierkonzentration des Hallbereichs In the embodiments in which the control is effected through an opening formed at a pn junction space charge region, the sensitivity of the control can be increased by the fact that the doping of the electrode portion, that is, the doping of a layer or the doping of the substrate, or a well of the substrate is greater than the doping concentration of the Hall range 10 10 gewählt wird. is selected. Dies bewirkt, daß sich die Raumladungszone vorwiegend in dem Hallbereich mit niedrigerer Dotierung ausbreitet, so daß sich bei einer Erhöhung der Sperrspannung an dem gebildeten pn-Übergang die effektive Tiefe des Hallbereichs mit einem größeren Hub moduliert wird, wodurch sich die magnetische Empfindlichkeit stärker ändert. This causes the space charge zone propagates primarily in the Hall area of ​​lower doping, so that the effective depth of the Hall portion is modulated with a larger stroke with an increase of the reverse voltage to the formed p-n junction, whereby the magnetic sensitivity varies stronger.
  • Die erfindungsgemäße Steuerung der Potentiale der Elektrodenbereiche kann ferner verwendet werden, um Einflüsse, die durch mechanische Verspannungen des Substrats hervorgerufen werden, zu reduzieren bzw. zu kompensieren. The inventive control of the potentials of the electrode regions can also be used to reduce influences that are caused by mechanical stress of the substrate, or to compensate for.
  • Unter Bezugnahme auf die Referring to 5 5 bis to 9 9 werden nun weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erklärt, bei denen das erfindungsgemäße Steuerungskonzept verwendet wird, um einen Einfluß einer mechanischen Verspannung auf den Hallbereich zu reduzieren bzw. zu kompensieren. will now be explained more embodiments of the present invention in which control concept according to the invention is used to reduce an influence of a mechanical stress on the Hall area or to compensate for.
  • Bevor auf die einzelnen Ausführungsbeispiele eingegangen wird, soll an dieser Stelle eine kurze Erklärung der Grundlagen von mechanischen Verspannungen und deren Auswirkungen auf den Hallbereich erfolgen. Before discussing the various embodiments is to be a brief explanation of the basics of mechanical stress and its effects on the Hall area at this point.
  • Indirekte Halbleiter zeigen, im Gegensatz zu direkten Halbleitern, starke Piezo-Effekte, was die Verwendung von Hallsonden beispielsweise auf Siliziumsubstraten erschwert. show indirect semiconductors, as opposed to direct semiconductors, strong piezoelectric effects, which the use of Hall probes, for example, more difficult on silicon substrates. Da integrierte Hallsonden heutzutage vorwiegend in Siliziumsubstraten hergestellt werden, ist es wünschenswert, derartige Einflüsse zu reduzieren. As integrated Hall-effect sensors are nowadays mainly produced in silicon substrates, it is desirable to reduce such influences.
  • Unter Piezo-Effekt wird eine Änderung elektrischer Parameter des Halbleitermaterials unter dem Einfluß einer mechanischen Spannung verstanden. Under piezo effect a change of electrical parameters of the semiconductor material is understood under the influence of a mechanical stress. Genauer kann ein piezoresistiver Effekt und ein Piezo-Hall-Effekt unterschieden werden. More specifically, a piezoresistive effect and a piezo-Hall effect can be distinguished.
  • Beide Effekte beruhen auf einer Veränderung der Bandstruktur unter der mechanischen Verspannung und einer darausfolgenden Umbesetzung der Energieminimas des Leitungsbandes bzw, der Energiemaximas des Valenzbandes durch die Ladungsträger. Both effects are due to a change in the band structure under mechanical stress and a consequent reshuffle of Energieminimas the conduction band or the energy maxima of the valence band by the carrier.
  • Genauer gesagt, führt die Anwendung von Druck zu einer Aufhebung der Entartung der Energieminima des Leitungsbandes und der Energiemaximas des Valenzbandes und einer darausfolgenden Aufspaltung derselben. More specifically, the application of pressure to a lifting of the degeneracy of the energy minima of the conduction band and the valence band energy maxima and the consequent splitting the same results.
  • Der piezoresistive Effekt gibt an, wie sich der spezifische Ohmsche Widerstand unter dem Einfluß eines mechanischen Spannungssensors verändert. The piezoresistive effect indicates how the specific ohmic resistance changes under the influence of mechanical stress sensor. Dabei gilt: The following applies: ρ = ρ 0 (1 + Σπ i,j σ i,j [1] ρ = ρ 0 (1 + Σπ i, j σ i, j [1]
  • In Gl.1 ist σ i,j ein mechanischer Spannungssensor und π i,j ein piezoresistiver Koeffizient, wobei sich die Summation über i = 1...3, j = 1...3 erstreckt. In equation 1 σ i, j is a mechanical tension sensor and π i, j a piezoresistive coefficient, wherein the summation over i = 1 ... 3, j = 1 ... extends. 3
  • Hinsichtlich des piezoresistiven Effekts und der piezoresistiven Koeffizienten, sowie der Richtungsabhängigkeiten des piezoresistiven Effekts in n- und p-dotiertem Silizium, sind umfangreiche Untersuchungen bekannt, siehe beispielsweise Yozo Kanda: "A graphical representation of the piezoresistive coefficients in silicon", by Y. Kanda, IEEE Trans. With regard to the piezoresistive effect and the piezoresistive coefficient, and the directions of the piezoresistive effect in n- and p-doped silicon, extensive studies are known, see for example, Yozo Kanda: "A graphical representation of the piezoresistive Coefficients in silicon", by Y. Kanda , IEEE Trans.
  • Electron Devices, vol. Electron Devices, vol. ED-29, pp. ED-29, pp. 64-70, Jan. 1982. 64-70, Jan 1,982th
  • Ferner beschreibt der Piezo-Hall-Effekt die Änderung der Hallkonstante abhängig von dem mechanischen Spannungszustand. Furthermore, the piezo-Hall effect describes the change of the Hall constant depending on the mechanical stress state. Dabei gilt: The following applies: R h = R h0 (1 + ΣP i,j σ i,j [2] R h = R h0 (1 + ΣP i, j σ i, j [2]
  • In Gl. In Eq. 2 sind σ i,j ein mechanischer Spannungssensor und P i,j Piezo-Hall-Koeffizienten, wobei sich die Summation wiederum über i = 1...3, j = 1...3 erstreckt. 2, σ i, j, a mechanical tension sensor and P i, j piezo Hall coefficient, where the summation extends over again i = 1 ... 3, j = 1 .... 3
  • Untersuchungen des Piezo-Hall-Effekts und der Piezo-Hall-Koeffizienten sind beispielsweise in der wissenschaftlichen Druckschrift B. Hälg, "Piezo-Hall coefficients of n-type silicon", J. Appl. Investigations of the piezo-Hall effect and the piezo Hall coefficient, for example, in scientific publication as Hälg, "Piezo-Hall Coefficients of n-type silicon", J. Appl. Phys., 64(1), pp. Phys., 64 (1), pp. 276-282, 1. Juli 1988 beschrieben, wobei es aus derselben bekannt ist, daß sich ein Temperaturkoeffizient des Piezo-Hall-Effekts deutlich von einem Temperaturkoeffizienten des piezoresistiven Effekts unterscheidet. 276-282, July 1, 1988, wherein it is known from the same in that a temperature coefficient of the piezo-Hall effect is significantly different from a temperature coefficient of the piezoresistive effect.
  • Wie obig bereits erwähnt wurde, wird insbesondere aufgrund der sehr gut bekannten CMOS- oder BiCMOS-Siliziumtechnologie, dennoch die Nachteile der auftretenden Piezo-Effekte in Kauf genommen, um eine zuverlässige und kostengünstige Herstellung von integrierten Hallsonden in großen Stückzahlen zu erreichen. As above-mentioned, the disadvantages of the occurring piezoelectric effect is taken into account to achieve a reliable and cost-effective production of integrated Hall sensors in large numbers especially because of the very well-known CMOS or BiCMOS silicon technology, though.
  • Daher werden heutzutage überwiegend integrierte Hallsonden aus Silizium verwendet, wobei die Verwendung derselben insbesondere durch das Prinzip der Spinning-Current Hallsonde ermöglicht wurde, bei der durch eine zeitdiskrete Signalverarbeitung erreicht werden kann, daß ein störender Versatz bzw. Offset der Hallspannungen einer integrierten Hallsonde von einem Nutzsignal getrennt wird. Therefore, mostly integrated Hall probes made of silicon are used today, the use of which has been made possible in particular by the principle of spinning current Hall probe in which can be achieved by a time-discrete signal processing in that a disturbing offset of the Hall voltages of an integrated Hall probe of a useful signal is separated.
  • Im folgenden wird die Auswirkung des piezoresistiven Effekts und des Piezo-Hall-Effekt auf den Betrieb einer integrierten Hallsonde und einer Auswerteelektronik näher erläutert. The following describes the impact of the piezoresistive effect and the piezo-Hall effect is explained in detail on the operation of an integrated Hall sensor and an electronic evaluation system.
  • Der Piezo-Hall-Effekt bewirkt eine Veränderung der strombezogenen Empfindlichkeit S I der Hallsonde, je nach dem wie sich die Verspannungen eines Substrats der Hallsonde, beispielsweise durch Änderungen der mechanischen Eigenschaften eines Sensor-Gehäuses, ändern. The piezo-Hall effect causes a change in the current-related sensitivity S of the Hall probe I, depending on how the tension of a substrate of the Hall probe, for example by changes in mechanical properties of a sensor housing, change. Die strombezogene Empfindlichkeit S I ist folgendermaßen definiert: The current-related sensitivity S I is defined as follows:
    Figure 00330001
  • In Gl. In Eq. 3 ist U h die Hallspannung der Hallsonde, I H der Strom durch die Hallsonde, B die magnetische Flußdichte, t die effektive Dicke der aktiven Schicht der Hallsonde und G ein Geometriefaktor, der den Einfluß der Kontaktelektroden auf die Hallspannung beschreibt. 3 is U h is the Hall voltage of the Hall probe, I H of current through the Hall probe, B is the magnetic flux density, the effective thickness of the active layer of the Hall probe and G t is a geometry factor which describes the influence of the contact electrodes to the Hall voltage. R H ist die Hallkonstante, die umgekehrt proportional zu einer Ladungsträgerdichte in der Hallsonde ist. R H is the Hall constant which is inversely proportional to a carrier density in the Hall probe.
  • Zusätzlich zu dem Piezo-Hall-Effekt wirkt auf die Hallsonde der piezoresistive Effekt, der bewirkt, daß sich ein Strom durch die Hallsonde ändert, wenn dieser, wie es bei integrierten Schaltungen üblich ist, über einen Widerstand definiert wird, an dem man, eventuell unter Verwendung einer Regelschleife, eine elektrische Spannung abfallen läßt. In addition to the piezo-Hall effect acts on the Hall sensor of the piezoresistive effect, which causes a current is changed by the Hall sensor when this, as is common in integrated circuits, will be defined through a resistor, to the one, possibly allowed to drop by using a control loop, an electrical voltage. Da sich die Empfindlichkeit S aus dem Produkt der strombezogenen Empfindlichkeit S I mal dem Hallstrom I H ergibt, wirkt sich die Änderung des Stroms durch den piezoresistiven Effekt multiplikativ auf die Änderung der Empfindlichkeit S der Hallsonde auf. Since the sensitivity S I times results from the product of the current-related sensitivity S of the Hall current I H, the change of the current through the piezoresistive effect is multiplicatively on the change in the sensitivity S of the Hall probe. Es gilt: The following applies: S = S i I H = U h /B [4] S = S i I H = U h / B [4]
  • Durch die Tatsache, daß die Halbleiterchips typischerweise mit einem Gehäuse versehen werden, das aus einer Vergußmasse besteht, die einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizient als der Silizium-Chip aufweist, entstehen auf dem Silizium-Chip durch die Verspannung der beiden Komponenten ähnlich einem Bimetallstreifen bei verschiedenen Temperaturen sehr hohe mechanische Verspannungen. By the fact that the semiconductor chips are typically provided with a housing which consists of a sealing compound which has a different thermal expansion coefficient than the silicon-chip, are formed on the silicon chip by the clamping of the two components similar to a bimetal strip at different temperatures very high mechanical tension. Die auftretenden Druck- und Schubspannungskomponenten können ohne weiteres in einer Größenordnung von 100 MPa liegen und sogar zu einer mechanischen Beschädigung des Chips führen, was sich beispielsweise durch Risse in der Oberfläche des Chips oder einen Bruch des Chips zeigt. The pressure and shear stress components occurring can be of the order of 100 MPa, and even lead to mechanical damage to the chip, which is reflected, for example, by cracks in the surface of the chip or a fraction of the chip without difficulty.
  • Eine wohldefinierte Aufbringung dieser mechanischen Verspannungen über die gesamte Lebensdauer und den gesamten Temperaturbereich eines integrierten Hallsondensystems ist bislang noch nicht für kommerzielle Anwendungen gelungen. A well-defined application of mechanical stress over the life and the entire temperature range of an integrated Hall sensor system has yet found not for commercial applications. Daher ist es erforderlich, eine Kompensation der mechanischen Spannungen durchzuführen, bei der die Kompensation geänderten Bedingungen angepaßt wird. Therefore, it is necessary to perform a compensation of the mechanical stresses, in which the compensation changed conditions adapted.
  • Zusätzlich wirkt sich erschwerend aus, daß Magnetfeldsensoren typischerweise in besonders dünne Gehäusetypen vergossen wer den, damit dieselben bei einer Anwendung in schmale Luftspalte eingebaut werden können. In addition, acts from aggravating that magnetic field sensors are typically cast in very thin package types who to, so that the same can be installed in an application in narrow air gaps. Das Vorsehen in einem schmalen Luftspalt wird durchgeführt, um ein hohes Magnetfeld zu erhalten, wobei die Größe des Magnetfelds von der Ausmessung des Spalts abhängt. The provision of a narrow air gap is performed to obtain a high magnetic field, wherein the size of the magnetic field depends on the measurement of the gap. Die Anforderung eines sehr dünnen Gehäuses schließt dabei aufgrund des vorliegenden Platzmangels ein Aufbringen eines Gels auf den Chip der integrierten Schaltung aus, wie es bei anderen Anordnungen verwendet wird, um integrierte Schaltungen verspannungsarm zu vergießen. The requirement of a very thin housing closes thereby due to the lack of space present applying a gel to the integrated circuit chip from how it is used in other arrangements to shed integrated circuits verspannungsarm.
  • Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Hereinafter, with reference to the 5 5 - - 9 9 bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert, bei denen eine Kompensation bzw. Reduktion von Einflößen, die durch mechanische Verspannungen des Substrats bewirkt werden, durchgeführt wird. Preferred embodiments of the present invention will be explained in which a compensation or reduction of instillation, are caused by mechanical stress of the substrate is performed.
  • 5a 5a zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem auf einem Substrat (nicht gezeigt), das vorzugsweise ein (100)-Siliziumsubstrat ist, ein aktiver Bereich bzw. leitfähiger Hallbereich shows a block diagram of an embodiment of the present invention, in which on a substrate (not shown), which is preferably a (100) silicon substrate, an active area or conductive area Hall 10 10 gebildet ist. is formed. Vorzugsweise ist der leitfähige Hallbereich Preferably, the conductive area Hall 10 10 als eine Wanne in dem Substrat integriert, wobei die Wanne durch ein Dotieren mit Dotierstoffatomen gemäß bekannter Techniken für integrierte Schaltungen gebildet ist. integrated as a well in the substrate, wherein the trough is formed by a doping with dopant atoms according to known techniques for integrated circuits.
  • Vorzugsweise ist das Substrat mit einem ersten Ladungsträgertyp, beispielsweise einem p-Typ, leicht dotiert, während der leitfähige Hallbereich Preferably, the substrate comprising a first charge carrier type, for example a p-type, lightly doped, while the conductive Hall area 10 10 mit dem entgegengesetzten Ladungsträgertyp dotiert ist, so daß sich durch eine Raumladungszone, die in einem Grenzbereich des Hallbereichs mit dem Substrat auftritt, eine elektrische Isolation des Hallbereichs gegenüber dem Substrat ergibt. is doped with the opposite type of charge carrier, so that yields by a space charge zone which occurs in a boundary region of the Hall area with the substrate, an electrical insulation of the Hall region with respect to the substrate.
  • Der leitfähige Hallbereich The conductive Hall area 10 10 weist einen ersten Anschluß has a first terminal 12 12 und einen zweiten Anschluß and a second terminal 14 14 auf, um einen vorbestimmten Hallstrom I H durch den Hallbereich on by a predetermined Hall current I H through the Hall region 10 10 zu leiten. to conduct. Der Hall strom I H kann entweder durch eine Stromsteuerung oder eine Spannungssteuerung erzeugt werden, wie es weiter unten erklärt wird. The Hall current I H can be generated by either current control or voltage control, as will be explained below.
  • Durch die an dem ersten Anschluß Through the first at the terminal 12 12 und dem zweiten Anschluß and the second terminal 14 14 anliegenden elektrischen Potentiale wird in dem Hallbereich applied electrical potential is in the range Hall 10 10 ein Common-Mode-Punkt bzw. Gleichtakt-Punkt derart definiert, daß für jedes Magnetfeld das elektrische Potential des Common-Mode-Punkts gleich dem arithmetischen Mittel aus dem an dem ersten Anschluß a common-mode point and the common-mode point defined so that for each magnetic field, the electric potential of the common-mode point is equal to the arithmetic mean from the first to the terminal 18 18 anliegenden elektrischen Potential und dem an dem zweiten Anschluß applied electrical potential and at the second terminal 20 20 anliegenden elektrischen Potential ist. is applied electrical potential.
  • Folglich gilt für das Common-Mode-Potential U CM , wenn U3 das Potential des ersten Anschlusses Therefore, if the potential of the first terminal U3 is true of the common mode potential U CM, 18 18 und U2 das Potential des zweiten Anschlusses U2 and the potential of the second terminal 20 20 ist is U CM = 0,5 × (U2 + U3) [5]. U CM = 0.5 × (U2 + U3) [5].
  • Der Hallbereich The Hall area 10 10 weist ferner senkrecht zu dem Stromverlauf des Hallstroms I H angeordnete Hallanschlüsse further includes perpendicular to the current course of the Hall current I H arranged Hall terminals 18 18 und and 20 20 auf, um eine Hallspannung U h an denselben abzugreifen. on to a Hall voltage U h tap off to the same.
  • Die Hallspannung U h entsteht, wenn ein magnetisches Feld den leitfähigen Hallbereich The Hall voltage U h arises when a magnetic field to the conductive Hall area 10 10 durchsetzt, so daß die durch den Hallstrom I H injizierten Ladungsträger durch die Lorentzkraft senkrecht zu der Hallstromrichtung abgelenkt werden. interspersed such that the injected through the Hall current I H, charge carriers are deflected by the Lorentz force perpendicular to the Hall current direction. Der erste und zweite Hallanschluß The first and second Hall terminal 18 18 und and 20 20 sind vorzugsweise in Richtung des Hallstroms I H in der Mitte zwischen dem ersten Anschluß are preferably in the direction of the Hall current I H in the middle between the first terminal 12 12 und dem zweiten Anschluß and the second terminal 14 14 angeordnet, um die Hallspannung auf eine definierte Weise abzugreifen. arranged for tapping the Hall voltage in a defined manner. Typischerweise, dh bei einem Hallbereich Typically, ie with a Hall area 10 10 mit homogenem spezifischen Widerstand, befindet sich der Common-Mode-Punkt ebenfalls etwa in der Mitte zwischen dem ersten Anschluß with a homogeneous resistivity, the common-mode point is also located approximately in the middle between the first terminal 12 12 und dem zweiten Anschluß and the second terminal 14 14 , so daß sich für den Magnetfeldfreien Fall der erste Hallanschluß So that for the magnetic field outside the case of the first Hall terminal 18 18 und der zweite Hallan schluß and the second circuit Hallan 20 20 näherungsweise auf dem Potential des Common-Mode-Punkts befinden. located approximately at the potential of the common mode point.
  • Auf dem leitfähigen Hallbereich On the conductive Hall area 10 10 ist ferner eine leitfähige Abdeckung is also a conductive cover 22 22 vorgesehen. intended. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung In this embodiment, the cover is 22 22 durch eine isolierende Schicht aus Siliziumoxid von dem leitfähigen Hallbereich by an insulating layer of silicon oxide from the conductive area Hall 10 10 elektrisch isoliert. electrically isolated. Die leitfähige Abdeckung The conductive cover 22 22 dient als elektrischer Schutz für den Hallbereich serves as an electrical protection for the Hall area 10 10 , um elektrische Störungen auf denselben zu reduzieren, und wird mit bekannten Verfahren aufgebracht. To reduce electrical noise to the same, and is applied by known methods.
  • Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist die Abdeckung In alternative embodiments, the cover is 22 22 als eine dotierte Schicht direkt an dem Hallbereich angeordnet, wobei eine elektrische Isolation dadurch erreicht wird, daß die Dotierung der Abdeckung disposed on the Hall area as a doped layer directly, wherein an electrical insulation is achieved in that the doping of the cover 22 22 entgegengesetzt zu der Dotierung des Hallbereichs opposite to the doping of the Hall range 10 10 gewählt ist, so daß sich in einem Grenzbereich Raumladungszone ausbildet, die isolierend wirkt. is selected so that is formed in a boundary space charge zone, which acts as an insulator.
  • Auf dem Substrat ist ferner eine Verspannungssensoreinrichtung On the substrate is also a strain sensor device 24 24 zum Erfassen von mechanischen Verspannungen des Substrats vorgesehen. provided for detecting the mechanical tension of the substrate. Die Ausbildung und Anordnung der Verspannungssensoreinrichtung The design and arrangement of the strain sensor device 24 24 wird weiter unten detaillierter erläutert. is further explained in more detail below. Ein Ausgang der Verspannungssensoreinrichtung An output of the strain sensor device 24 24 ist mit einem Eingang einer Kompensationseinrichtung is connected to an input of a compensation device 26 26 verbunden. connected. Die Kompensationseinrichtung The compensation device 26 26 weist ferner zwei Ausgänge also has two outputs 26a 26a , . 26b 26b , und zwei Eingänge And two inputs 26c 26c , . 26d 26d auf, wobei der Ausgang on, with the output 26a 26a mit dem Versorgungsanschluß to the supply terminal 12 12 , der zweite Ausgang , The second output 26b 26b mit der Abdeckung with the cover 22 22 , der erste Eingang , The first input 26c 26c mit dem Hallanschluß with the Hall terminal 18 18 und der zweite Eingang and the second input 26d 26d mit dem Hallanschluß with the Hall terminal 20 20 verbunden ist. connected is.
  • Im folgenden wird das Durchführen einer Kompensation der Hallspannung bei dem Ausführungsbeispiel hinsichtlich mechanischer Verspannungen des Substrats erläutert. In the following, performing compensation of the Hall voltage in the embodiment will be explained in terms of mechanical tension of the substrate.
  • Die Verspannungssensoreinrichtung The strain sensor device 24 24 erfaßt die mechanische Verspannung und erzeugt ein Verspannungssensorsignal A, das von einer Kompensationseinrichtung detects the mechanical tension and generates a tension sensor signal A of a compensation device 26 26 empfangen wird. Will be received. Das Verspannungssensorsignal A, das von der mechanischen Verspannung des Substrats abhängt, wird an den Eingang der Kompensationseinrichtung The strain sensor signal A, which depends on the mechanical stress of the substrate, to the input of the compensation device 26 26 angelegt und von derselben verwendet, um an einem Ausgang desselben ein Kompensationssignal zur Kompensation bzw. Reduktion von Einflüssen der mechanischen Verspannung des Substrats auf die Empfindlichkeit S der Hallsonde zu erzeugen. applied and of the same used at an output thereof a compensation signal for compensation and reduction of influences of mechanical stress of the substrate on the sensitivity S of the Hall sensor to produce.
  • Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Kompensationssignal eine elektrische Spannung, die von der Kompensationseinrichtung In the described embodiment, the compensation signal is an electric voltage generated by the compensation device 26 26 zwischen dem Common-Mode-Punkt und der Abdeckung between the common-mode point and the cover 22 22 erzeugt wird. is produced.
  • Im folgenden wird das Durchführen der Kompensation unter Verwendung des Verspannungssensorsignals A näher erläutert. In the following the performing the compensation using the tension sensor signal A is explained in detail. Wie bereits vorhergehend erwähnt wurde, kann eine Beeinflussung der Ladungsträger in dem Hallbereich und folglich eine Beeinflussung der Hallspannung durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einer Abdeckung und dem Common-Mode-Punkt des Hallbereichs erfolgen. As mentioned above, an influence of the charge carriers in the Hall area and hence an influencing of the Hall voltage by applying an electrical voltage between a cover and the common-mode point of the Hall area can take place.
  • Die zwischen dem Common-Mode-Punkt und der Abdeckung Between the common mode point and the cover 22 22 angelegte elektrische Spannung bewirkt, daß sich in einem Oberflächenbereich des Hallbereichs applied electrical voltage causes in a surface region of the Hall range 10 10 , der der Abdeckung That the cover 22 22 gegenüberliegt, je nach Polarität der angelegten elektrischen Spannung Ladungsträger anreichern oder abgezogen werden. opposite, depending on the polarity of the applied electric voltage charge carriers accumulate or be removed. Dadurch läßt sich die Empfindlichkeit S einer Hallsonde in gewissen Grenzen beeinflussen, wie es nachfolgend erklärt wird. Thus, the sensitivity S of a Hall probe within certain limits can be influenced, as explained below.
  • Die Empfindlichkeit einer Hallsonde kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: The sensitivity of a Hall probe can be expressed by the following equation: S ≅ S 0 (1 + ΣP S ≅ S 0 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j [6] [6]
  • Gleichung 6 kann aus den in der Beschreibungseinleitung angeführten Gleichungen 1-4 hergeleitet werden, bei denen die Definition für den Piezo-Hall-Effekt und den piezoresistiven Effekt und die Definition der Empfindlichkeit der Hallsonde gegeben wird. Equation 6 can be derived from the cited in the introduction equations 1-4, where the definition of the piezo-Hall effect and the piezoresistive effect and the definition of the sensitivity of the Hall probe is given.
  • In Gleichung 6 stellt So einen Faktor dar, der jene Terme umfaßt, die nicht von einer mechanischen Verspannung beeinflußt werden. So in Equation 6 represents a factor which comprises those terms which are not affected by a mechanical stress. Gleichung 6 beschreibt den Einfluß auf die Empfindlichkeit, der sich aus dem Piezo-Hall-Effekt auf die Hallsonde und dem piezoresistiven Effekt auf einen Widerstand zusammensetzt, der den Hallstrom definiert. Equation 6 describes the effect on the sensitivity, which is composed of the piezo-Hall-effect on the Hall probe and the piezoresistive effect on a resistor, which defines the Hall current. Ortsabhängige Größen sind dabei mit einem hochgestellten Index gekennzeichnet. Location-dependent variables are marked with a superscript. Der hochgestellte Index H bezieht sich auf den Hallbereich, wohingegen R sich auf den Widerstand bezieht, der den Hallstrom erzeugt. The superscript H refers to the Hall region, whereas R refers to the resistance, which generates the Hall current.
  • In die Empfindlichkeit geht auch der Strom der Sonde ein, wobei der Strom durch eine Stromsteuerung der Hallsonde, bei der eine weitere Schaltung verwendet wird, die durch einen Widerstand einen Strom erzeugt, oder durch eine Spannungsschaltung erzeugt werden. In the sensitivity and the power of the probe is one, wherein the current generated by a current control in which a further circuit is used that generates a current by a resistance of the Hall probe, or by a voltage circuit. Im Fall der Stromsteuerung ist der Widerstand räumlich von dem Hallbereich getrennt, während im Fall einer Spannungssteuerung der Hallsonde der Innenwiderstand der Hallsonde den Strom bestimmt, so daß in diesem Fall der hochgestellte Index R durch den hochgestellten Index H ersetzt werden muß. In the case of the current control the resistance is spatially separated from the Hall region, while in the case of voltage control of the Hall probe, the internal resistance of the Hall probe determines the current, so that it must be replaced by the superscript H in this case, the superscript R.
  • Gleichung 6 suggeriert, daß der Piezo-Hall-Effekt bezüglich einer Wirkung auf die Empfindlichkeit einer Hallsonde dem piezoresistiven Effekt entgegengesetzt ist. Equation 6 suggests that the piezo-Hall effect is opposite with respect to an effect on the sensitivity of a Hall probe to the piezoresistive effect. Tatsächlich hängt es jedoch von dem Vorzeichen der Koeffizienten P i,j und π i,j ab, ob eine reduzierende Wirkung der beiden Effekte oder, bei entgegengesetzten Vorzeichen derselben, eine verstärkende Wirkung vorleigt. Actually, however, it depends on the signs of the coefficients P i, j and π i, j on whether vorleigt a reducing effect of the two effects or in opposite sign of the same, a reinforcing effect.
  • Folglich könnte unter dem günstigen Fall einer reduzierenden Wirkung unter Umständen eine Kompensation dadurch durchgeführt werden, daß sich bei einer geeigneten Wahl der Piezo-Hall-Effekt und der piezoresistive Effekt in der Gleichung 6 gegenseitig aufheben. Consequently, a compensation, under certain circumstances could, under the most favorable case a reducing action be performed by that cancel each other at a suitable choice of the piezo-Hall-effect and the piezoresistive effect in the equation. 6
  • Dieses Verfahren ist jedoch nachteilig, da die Kompensation lediglich bei einer Temperatur erreicht werden kann, da sich die Piezo-Hall-Koeffizienten P i,j und die piezoresistiven Koeffizienten π i,j mit der Temperatur verändern, wobei dieselben erheblich unterschiedliche Temperaturkoeffizienten aufweisen. However, this method is disadvantageous, since the compensation can be achieved only at a temperature, since the piezo-Hall coefficient P i, j and the piezoresistive coefficient π i, j vary with the temperature, have the same substantially different temperature coefficients.
  • Mit der erfindungsgemäßen Durchführung der Kompensation durch eine Beeinflussung der Ladungsträger in dem Hallbereich und damit der Empfindlichkeit der Hallsonde werden die obig genannten Nachteile vermieden. The inventive implementation of compensation by influencing the charge carriers in the Hall area and thus the sensitivity of the Hall probe, the above-mentioned disadvantages are avoided.
  • Anstelle der Beeinflussung der Ladungsträger durch eine über dem Hallbereich angeordnete Abdeckung, wie es obig beschrieben wurde, kann bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das nachfolgend beschrieben wird, eine Beeinflussung von Ladungsträger durch die Veränderung einer Ausdehnung von Raumladungszonen an Grenzbereichen des Hallbereichs Instead of influencing the charge carrier through a disposed over the Hall area coverage, as described above-can, in an alternative embodiment, which will be described below, an influence of charge carriers through the change in an extent of space charge zones at boundary areas of the Hall range 10 10 durchgeführt werden. be performed.
  • Dies kann bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Abdeckung This can, in one embodiment, wherein the cover 22 22 ein auf dem Substrat implantierter leitfähiger Bereich mit einer entgegengesetzten Dotierung zu dem Hallbereich an implanted on the substrate conductive region having an opposite doping to the Hall area 10 10 ist, durch ein Regeln der elektrischen Spannung zwischen dem Common-Mode-Punkt und der Abdeckung is, by controlling the electrical voltage between the common-mode point and the cover 22 22 erfolgen. respectively. Folglich kann die sich in dem Grenzbereich Hallbereich/Abdeckung ausbildende Raumladungszone und dadurch die Empfindlichkeit der Hallsonde in gewissen Grenzen gesteuert werden. Consequently, the forming in the boundary region Hall range / coverage space charge zone, and thereby the sensitivity of the Hall probe can be controlled within certain limits.
  • Ferner kann die Beeinflussung einer Raumladungszone bei einem Ausführungsbeispiel durch ein Regeln einer elektrischen Spannung zwischen dem Common-Mode-Punkt des Hallbereichs und dem Substrat durchgeführt werden, wenn das Substrat und der Hallbereich Dotierungen entgegengesetzter Ladungsträger aufweist. Further, the influence of a space charge region in one embodiment, by controlling a voltage between the common-mode point of the Hall region, and the substrate can be carried out when the substrate and the Hall region comprises dopants of the opposite charge carrier.
  • Alternativ ist der Hallbereich bei dem Ausführungsbeispiel, das unter Bezugnahme auf Alternatively, the Hall area is in the embodiment, the on with reference 5b 5b erklärt wird, selbst in einer Wanne des Substrats gebildet, wobei in diesem Fall die Beeinflussung der Raumladungszone in dem Hallbereich durch ein Regeln einer elektrischen Spannung zwischen der Wanne, in dem der Hallbereich bzw. die integrierte Hallsonde angeordnet ist, und dem Common-Mode-Punkt durchgeführt wird. is explained, even formed in a well of the substrate, in this case, the influence of the space charge zone in the Hall field by controlling an electric voltage between the tub, in which the Hall region, or the integrated Hall probe is disposed, and the common-mode point is performed.
  • 5b 5b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Hallbereich shows an embodiment in which the Hall area 10 10 in einer Wanne in a tub 58 58 angeordnet ist. is arranged. Die Wanne The tub 58 58 ist dabei mit einem Dotierstoff dotiert, der entgegengesetzt zu der Dotierung des Hallbereichs is doped with a dopant of opposite to the doping of the Hall range 10 10 ist. is. Dadurch bildet sich an Grenzbereichen des Hallbereichs This forms at border areas of the Hall area 10 10 zu der Wanne to the tub 58 58 ein Raumladungsbereich aus, dessen Ausdehnung in dem Hallbereich a space charge region from whose expansion in the range Hall 10 10 von der Potentialdifferenz zwischen der Wanne of the potential difference between the well 58 58 und dem Hallbereich and the Hall area 10 10 abhängt. depends. Da der erste Since the first 12 12 und zweite and second 14 14 Anschluß auf unterschiedlichen Potentialen liegen, ist die Ausdehnung der Raumladungszone in dem Hallbereich Connecting to different potentials lie, is the extent of the space charge region in the area of ​​Hall 10 10 nicht konstant, sondern ändert sich in Richtung des Verlaufs des Hallstroms. not constant but varies in the direction of extension of the Hall current. Ist beispielsweise die Wanne For example, if the tub 58 58 p-dotiert und liegt auf Masse, und wird der erste Anschluß p-doped and is connected to ground, and the first terminal 12 12 der n-dotierten Hallsonde the n-doped Hall probe 10 10 auf positives Potential, der zweite Anschluß at a positive potential, the second terminal 14 14 auf Masse gelegt, so weist die Potentialdifferenz zwischen dem Hallbereich grounded, so, the potential difference between the Hall area 10 10 und der Wanne and the well 58 58 in dem Bereich des zweiten Anschlusses in the region of the second terminal 14 14 den geringsten Wert auf und im Bereich des ersten Anschlusses the lowest value and in the area of ​​the first terminal 12 12 die größte Spannungsdifferenz auf. the biggest difference in voltage on. Folglich ist die Dicke der Raumladungszone im Bereich des ersten Anschlusses Consequently, the thickness of the space charge zone is in the range of the first terminal 12 12 maximal, im Bereich des zweiten Anschlusses maximal, in the area of ​​the second terminal 14 14 minimal. minimal.
  • Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß In contrast to the embodiment of 5a 5a ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Kompensationseinrichtung is in this embodiment the compensation device 26 26 mit der Wanne with the tray 58 58 anstelle der Abdeckung instead of the cover 22 22 verbunden. connected. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt die Kompensationseinrichtung In this embodiment, the compensation means performs 26 26 eine Kompensation derart durch, daß unter Verwendung des Verspannungssensorsignals A eine elektrische Spannung zwischen dem Common-Mode-Punkt und der Wanne in such a way by a compensation that using the tension sensor signal A, an electric voltage between the common-mode point and the well 58 58 erzeugt wird, die die Raumladungszone an dem Grenzbereich zwischen der Hallsonde is generated, the space charge region at the boundary portion between the Hall probe 10 10 und der Wanne and the well 58 58 beeinflußt, wodurch wiederum die Sensitivität der Hallsonde und folglich die an dem ersten Hallanschluß influenced, in turn whereby the sensitivity of the Hall probe, and hence the terminal of the first Hall 18 18 und dem zweiten Hallanschluß and the second Hall terminal 20 20 abgegriffene Hallspannung U h beeinflußt wird. tapped Hall voltage U h is influenced.
  • Eine Einstellung der elektrischen Spannung zwischen dem Common-Mode-Punkt und der Wanne An adjustment of the electric voltage between the common-mode point and the well 58 58 wird bevorzugt dadurch erreicht, daß der Wert des Common-Mode-Potentials durch ein Erfassen der Potentiale an dem ersten Hallanschluß is preferably achieved in that the value of the common-mode potential by detecting the potentials at the first terminal Hall 18 18 und dem zweiten Hallanschluß and the second Hall terminal 20 20 und ein Durchführen einer arithmetischen Mittelung dieser Potentiale erfaßt wird. and performing an arithmetic averaging of these potentials is detected. Dabei wird das erfaßte Common-Mode-Potential in einer Nachfolgerschaltung mit dem durch das Kompensationssignal vorgegebenen Wert einer elektrischen Spannung zwischen Common-Mode-Punkt und Substrat bzw. Abdeckung verglichen und daraufhin das Potential an dem Anschluß In this case, the detected common-mode potential is compared in a follower circuit with the predetermined by the compensation signal value of an electrical voltage between common-mode point and substrate or cover and then choose the potential at the terminal 12 12 so eingestellt, daß die zur Kompensation erforderliche elektrische Spannung zwischen dem Common-Mode-Punkt und Substrat bzw. Abdeckung adjusted so that the necessary compensation for the electrical voltage between the common-mode point and substrate or cover 22 22 anliegt. is applied. Wie es weiter unten bei einem Ausführungsbeispiel erklärt wird, kann dazu eine bekannte Regelschleife verwendet werden, die aus einem Mittelwertbilder und einem Differenzverstärker aufgebaut ist. As will be explained further below, in one embodiment, a known control loop can be used to, which is composed of an averager and a differential amplifier.
  • Mathematisch kann die durch die Beeinflussung der Ladungsträger in dem Hallbereich Mathematically, by influencing the charge carriers in the Hall area 10 10 bewirkte Veränderung der Empfindlichkeit der Hallsonde folgendermaßen dargestellt werden. caused change in the sensitivity of the Hall probe are represented as follows. Für die Beeinflussung durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Deckel und dem Common-Mode-Punkt gilt: applies to the influence by applying an electrical voltage between the lid and the common-mode point: S 0 ≅ S 00 (1 + c DB U D-CM ) [7] S 0 ≅ S 00 (1 + c DB U D-CM) [7] wobei c DB ein Deckel-Bias-Koeffizient ist und U D-CM die elektrische Spannung zwischen der Abdeckung und dem Common-Mode-Potential der Hallsonde. where c is a lid DB bias coefficient U and D-CM, the electrical voltage between the cover and the common mode potential of the Hall probe. Der Deckel-Bias-Koeffizient beschreibt die Wirkung der elektrischen Spannung U D-CM zwischen der Abdeckung und dem Common-Mode-Potential der Hallsonde auf die Ladungsträger und folglich auf die strombezogene Empfindlichkeit So. The lid bias coefficient describes the effect of the electrical voltage U D-CM between the cover and the common mode potential of the Hall probe on the charge carriers and thus the current-related sensitivity So.
  • Für den Fall, daß eine Kompensation durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Substrat und Common-Mode-Punkt durchgeführt wird, gilt folgende Beziehung: In the event that compensation is performed by applying an electrical voltage between the substrate and common-mode point, the following relationship applies: S 0 ≅ S 00 (1 + c BB U CM-B ) [8] S 0 ≅ S 00 (1 + c BB U CM-B) [8]
  • Dabei ist c BB ein Back-Bias-Koeffizient und U CM-B die Spannungsdifferenz zwischen dem Common-Mode-Potential und dem Substratpotential. Where c BB is a back-bias coefficient and U CM-B, the voltage difference between the common-mode potential and the substrate potential. Entsprechend zu dem Deckel-Bias-Koeffizient beschreibt der Back-Bias-Koeffizient die Empfindlichkeit der Beeinflußung der strombezogenen Empfindlichkeit So durch die elektrische Spannung U D-CM zwischen dem Substrat und dem Common-Mode-Potential, Typischerweise liegt das Substrat auf Masse, so daß das Potential des Substrats 0 V beträgt. Corresponding to the lid bias coefficient of the back-bias coefficient describes the sensitivity of influencing the current-related sensitivity, that by the electrical voltage U D-CM between the substrate and the common-mode potential, typically the substrate is grounded, so that the potential of the substrate is 0 V.
  • Unter Berücksichtigung der Formeln in Gl. Taking into account the formulas in Eqs. 6, Gl. 6, Eq. 7 und Gl. 7 and Eq. 8 ergibt sich für die Empfindlichkeit der Hallsonde folgende Beziehung: 8 obtained for the sensitivity of the Hall probe following relationship: S 0 ≅ S 00 (1 + ΣP S 0 ≅ S 00 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j + c DB U D-CM [9] C + DB U D-CM [9] S 0 ≅ S 00 (1 + ΣP S 0 ≅ S 00 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j + c BB U CM-B [10] + C BB U CM-B [10]
  • Die von der Kompensationseinrichtung By the compensation device 26 26 angelegte elektrische Spannung U D-CM bzw. U CM-B wird unter Verwendung des Verspannungssensorsignals A so bestimmt, daß die von der Verspannung abhängigen Terme eliminiert werden, wodurch die Empfindlichkeit S der Hallsonde bzw. die abgegriffene Hallspannung U h , weitestgehend unabhängig von mechanischen Verspannungen des Substrats wird. applied electrical voltage U D-CM or U CM-B is determined by using the tension sensor signal A so that depending on the stress terms are eliminated, whereby the sensitivity S of the Hall probe and the sensed Hall voltage U h, mechanical largely independent of is tension of the substrate.
  • Die geeignete Wahl der elektrischen Spannungen U D-CM bzw. U CM-B wird von der Kompensationseinrichtung The appropriate choice of the electrical voltage U D and U-CM CM-B is of the compensation device 26 26 unter Verwendung des Verspannungssensorsignals A durchgeführt. carried out using the strain sensor signal A. Dabei können in dem Verspannungssensorsignal bestimmte Komponenten des Spannungstensors betont werden, wie es im folgenden unter Bezugnahme auf die Certain components of the stress tensor can be emphasized in the strain sensor signal, as in the following with reference to the 6a 6a und and 2b 2 B erklärt wird. is explained.
  • 6a 6a zeigt ein Ausführungsbeispiel der Verspannungssensoreinrichtung shows an embodiment of the strain sensing device 26 26 . , Ein erster a first 28 28 und zweiter and second 30 30 piezoresistiver Widerstand eines ersten Typs und ein erster piezoresistive resistance of a first type and a first 32 32 und zweiter and second 34 34 piezoresistiver Widerstand eines zweiten Typs sind in einer H-Schaltung angeordnet. piezoresistive resistance of a second type are arranged in an H-circuit.
  • Wie es nachfolgend noch genauer erklärt wird, unterscheidet sich der piezoresistive Widerstand eines ersten Typs von einem piezoresistiven Widerstand eines zweiten Typs dadurch, daß dieselben auf dem Substrat in unterschiedliche Richtungen angeordnet sind, wodurch bestimmte Komponenten des Spannungstensors betont werden. As will be explained in more detail below, the piezoresistive resistor of a first type of a piezoresistive resistor of a second type different in that they are arranged on the substrate in different directions, whereby certain components of the stress tensor are emphasized.
  • In der H-Schaltung sind der erste piezoresistive Widerstand eines ersten Typs In the H-circuit, the first piezoresistive resistance of a first type are 28 28 und der zweite piezoresistive Widerstand eines zweiten Typs and the second piezoresistive resistance of a second type 34 34 in einem ersten Zweig in Reihe geschaltet, während in einem zweiten Zweig der erste piezoresistive Widerstand eines zweiten Typs connected in a first branch in series, while in a second branch of the first piezoresistive resistance of a second type 32 32 mit dem zweiten piezoresistiven Widerstand eines ersten Typs in Reihe geschaltet sind. are connected to the second piezoresistive resistance of a first type in series. Der erste Zweig und der zweite Zweig sind ferner parallel verschaltet. The first branch and the second branch are further connected in parallel. Ausgehend von einem ersten Knotenpunkt an dem sich der erste und zweite Zweig verzweigen, ist in dem ersten Zweig der erste piezoresistive Widerstand eines ersten Typs Starting from a first node at which the first and second branch to branch in the first branch is the first piezoresistive resistance of a first type 28 28 mit dem ersten Knotenpunkt with the first node 36 36 verbunden, während in dem zweiten Zweig der erste piezoresistive Widerstand eines zweiten Typs respectively, while in the second branch of the first piezoresistive resistance of a second type 32 32 mit dem ersten Knotenpunkt with the first node 36 36 verbunden ist. connected is.
  • Folglich ist in einem zweiten Knotenpunkt Consequently, in a second node 38 38 der H-Schaltung in dem ersten Zweig der zweite piezoresistive Widerstand eines zweiten Typs the H-bridge circuit in the first branch of the second piezoresistive resistance of a second type 34 34 und der zweite piezoresistive Widerstand eines ersten Typs and the second piezoresistive resistance of a first type 30 30 mit dem zweiten Knotenpunkt with the second node 38 38 verbunden. connected. Der erste Knotenpunkt First node 36 36 und der zweite Knotenpunkt and the second node 38 38 sind ferner mit einer Spannungsquelle are further connected to a voltage source 40 40 verbunden. connected.
  • Indem zwischen dem ersten Knotenpunkt By between the first node 36 36 und dem zweiten Knotenpunkt and the second node 38 38 durch die Spannungsquelle by the voltage source 40 40 eine elektrische Spannung angelegt ist, kann an einem ersten Abgriff an electrical voltage is applied, can be connected to a first tap 42 42 , der zwischen dem ersten piezoresistiven Widerstand eines ersten Typs Between said first piezoresistive resistance of a first type 28 28 und dem zweiten piezoresistiven Widerstand and the second piezoresistive 34 34 eines zweiten Typs in dem ersten Zweig angeordnet ist und einem zweiten Abgriff a second type is arranged in the first branch and a second tap 44 44 , der zwischen dem ersten piezoresistiven Widerstand eines zweiten Typs Between said first piezoresistive resistance of a second type 32 32 und dem zweiten piezoresistiven Widerstand eines ersten Typs and the second piezoresistive resistance of a first type 30 30 angeordnet ist, eine Differenzspannung U Δ abgegriffen werden. is arranged a differential voltage Δ U are tapped.
  • Wie es weiter unten erklärt wird, ist die abgegriffene Differenzspannung U Δ dabei proportional zu bestimmten Komponenten des mechanischen Spannungstensors, der auf die piezoresistiven Widerstände As will be explained further below, the sensed differential voltage Δ U is proportional to specific components of the mechanical stress tensor, of the piezoresistive resistors 28 28 - - 34 34 wirkt. acts.
  • Ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Schaltungsaufbaus der Verspannungssensoreinrichtung, bei dem eine Stromspiegeleinrichtung verwendet wird, ist in An alternative embodiment of a circuit structure of the strain sensor device, in which a current mirror device is used, in 6b 6b gezeigt. shown.
  • Gemäß According to 6b 6b ist ein piezoresistiver Widerstand eines ersten Typs is a piezoresistive resistance of a first type 46 46 über einen ersten Anschluß mit einem ersten Pol einer Spannungsquelle via a first terminal connected to a first pole of a voltage source 50 50 , der auf Masse liegt, verbunden. Which is connected to ground, respectively. Ein zwei ter Anschluß des piezoresistiven Widerstands eines ersten Typs A two-ter connection of the piezoresistive resistance of a first type 46 46 ist mit einem negativen Eingang eines Differenzverstärkers is connected to a negative input of a differential amplifier 52 52 verbunden. connected. Ein positiver Eingang des Differenzverstärkers A positive input of the differential amplifier 52 52 ist mit einem zweiten Pol der Spannungsquelle is connected to a second pole of the voltage source 50 50 verbunden. connected. Der Ausgang des Differenzverstärkers The output of the differential amplifier 52 52 ist mit einem Gate-Anschluß eines nMOS-Transistors is connected to a gate of an nMOS transistor 54 54 verbunden. connected. Ein Source-Anschluß des nMOS-Transistors A source of the nMOS transistor 54 54 ist wiederum mit dem zweiten Anschluß des piezoresistiven Widerstands eines ersten Typs verbunden. is in turn connected to the second terminal of the piezoresistive resistance of a first type. Ein Drain-Anschluß des nMOS-Transistors A drain of the nMOS transistor 54 54 ist mit einem Eingang einer Stromspiegeleinrichtung is connected to an input of a current mirror device 56 56 verbunden. connected. Der Ausgang der Stromspiegelschaltung The output of the current mirror circuit 56 56 ist wiederum mit einem zweiten Anschluß eines piezoresistiven Widerstands eines zweiten Typs is in turn connected to a second terminal of a piezoresistive resistor of a second type 48 48 verbunden. connected. Ein erster Anschluß des piezoresistiven Widerstands eines zweiten Typs A first terminal of the piezoresistive resistance of a second type 48 48 ist wiederum mit dem ersten Pol der Spannungsquelle is in turn connected to the first pole of the voltage source 50 50 , der auf Masse liegt, verbunden. Which is connected to ground, respectively.
  • Die Verschaltung des Differenzverstärkers The interconnection of the differential amplifier 52 52 und des Transistors and transistor 54 54 gemäß according to 6b 6b mit dem zweiten Anschluß des piezoresistiven Widerstands eines ersten Typs to the second terminal of the piezoresistive resistance of a first type 64 64 stellt eine Nachfolgeschaltung dar, die die das an dem zweiten Pol der Spannungsquelle represents a follow-up circuit which attached to said second pole of the voltage source 50 50 anliegende Potential, das durch eine Referenzspannung U 0 der Spannungsquelle applied potential by a reference voltage U 0 of the voltage source 50 50 definiert ist, an den zweiten Anschluß des piezoresistiven Widerstands eines ersten Typs is defined to the second terminal of the piezoresistive resistance of a first type 64 64 anlegt. invests. Gemäß dem Ohmschen Gesetz ergibt sich daraus ein Stromfluß According to Ohm's law, this results in a current flow I ϕ = U 0 /R ϕ I = φ U 0 / R φ
  • Der Strom I ϕ wird über die Drain-Source-Verbindung des Feldeffekt-Transistors The current I is φ via the drain-source junction of the field effect transistor 54 54 in die Stromspiegeleinrichtung in the current mirror device 56 56 übertragen, die einen Strom mit dem Wert des Stroms I ϕ auf den piezoresistiven Widerstand eines zweiten Typs transmitted, the current with the value of the current I φ to the piezoresistive resistor of a second type 48 48 überträgt. transfers. Folglich fließt über den piezoresistiven Widerstand eines ersten Typs Consequently flows through the piezoresistive resistance of a first type 46 46 und den piezoresistiven Widerstand eines zweiten Typs and the piezoresistive resistor of a second type 48 48 der gleiche Strom. the same current.
  • Um die Schaltung gemäß To the circuit of 6b 6b zum Erfassen einer mechanischen Verspannung des Substrats zu benützen, wird an dem zweiten Anschluß des piezoresistiven Widerstands eines ersten Typs to operate for detecting mechanical tension of the substrate is at the second terminal of the piezoresistive resistance of a first type 46 46 und dem zweiten Anschluß des piezoresistiven Widerstands eines zweiten Typs and the second terminal of the piezoresistive resistance of a second type 48 48 jeweils das Potential erfaßt und die Spannungsdifferenz U Δ der Potentiale als Verspannungssensorsignal A ausgegeben. respectively detected potential and the voltage difference Δ U of the potentials output as signal A strain sensor.
  • Die in den In the 6a 6a und and 2b 2 B gezeigten Ausführungsbeispiele der Verspannungssensoreinrichtung Embodiments of the strain sensor device shown 24 24 verwenden beide das gleiche Prinzip, nämlich daß ein gleicher Strom durch einen Widerstand eines ersten Typs und einen Widerstand eines zweiten Typs fließt. both use the same principle, namely, that an equal current flows through a resistor of a first type and a resistor of a second type.
  • Da der piezoresistive Widerstand eines zweiten Typs um einen Winkel α gegenüber dem piezoresistiven Widerstand eines ersten Typs gedreht ist, unterscheiden sich die beiden Widerstände bezüglich des piezoresistiven Effekts, wenn auf beide Widerstände gleiche mechanische Verspannungen einwirken. Since the piezoresistive resistor of a second type is rotated by an angle α relative to the piezoresistive resistor of a first type, differ with respect to the two resistors of the piezoresistive effect when acting on both resistors same mechanical tension. Folglich fallen in den Widerständen eines ersten Typs und den Widerständen eines zweiten Typs unterschiedliche elektrische Spannungen ab, wenn ein gleicher Strom durch dieselben fließt. Consequently, different electrical voltages fall off in the resistances of a first type and the resistors of a second type when an equal current flows through them. Die abgegriffene Differenz U Δ der elektrischen Spannungen ist folglich proportional zu einer Linearkombination bestimmter Komponenten des Spannungssensors und zu der elektrischen Spannung U 0 , die den elektrischen Strom durch die Widerstände erzeugt. The tapped difference Δ U of the electric voltages is therefore proportional to a linear combination of certain components of the voltage sensor and the electric voltage U 0 which generates the electric current through the resistors. Es gilt: The following applies: U Δ = U 0 Σπ i,j σ i,j Δ U = U 0 Σπ i, j σ i, j
  • Welche Terme des Spannungstensors betont werden, hängt dabei von der Wahl der Richtungen der Referenzwiderstände und der Dotierung, dh ob ein n- oder ein p-Typ vorliegt, ab, wie es nachfolgend für ein (100)-Siliziumsubstrat ausführlich erklärt wird. Which terms of the stress tensor be emphasized here depends on the choice of the directions of the reference resistors and the doping, ie whether n-type or p-type exists on how it is explained in detail below for a (100) silicon substrate. Dabei werden andere Terme des Spannungstensors praktisch vernachlässigbar klein gestaltet. While other terms of the stress tensor are available for virtually negligible. Die Differenz der elektrischen Spannungen an den piezoresistiven Widerständen eines ersten und zweiten Typs stellen somit ein direktes Maß für bestimmte Terme des Spannungssensors dar. The difference in the electrical voltages to the piezoresistive resistors of a first and second type thus represent a direct measure of certain terms of the voltage sensor.
  • Das Ausführungsbeispiel nach The embodiment of 6a 6a weist den Vorteil auf, daß es einfach zu realisieren ist, da zur Realisierung keine aktiven Bauelemente, wie beispielsweise Transistoren oder Differenzverstärker, benötigt werden. has the advantage that it is simple to implement, since for the realization of any active components such as transistors or differential amplifiers are needed.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß The embodiment of 6a 6a weist jedoch den Nachteil auf, daß sich die beiden Widerstandstypen nicht auf dem dem gleichen elektrischen Potential befinden, da sie in Serie geschaltet sind. however, has the disadvantage that the two types of resistance are not located on the same electrical potential, since they are connected in series. Dies kann sich bei einer Ausbildung der piezoresistiven Widerstände als Diffusionswiderstände in dem Substrat störend auswirken, da dieselben zum Teil ausgeprägte Nicht-Linearitäten aufweisen. This may have a disturbing effect in the substrate in an embodiment of the piezo-resistive resistors as diffusion resistors, as have the same pronounced partly non-linearities. Dies bedeutet, daß der Widerstandswert von dem Common-Mode-Potential des Widerstands gegenüber dem Substrat bzw. gegenüber jener Wanne, in der der Widerstand angeordnet ist, abhängig ist. This means that the resistance value of the common-mode potential of resistance to the substrate or over that well in which the resistor is arranged, is dependent.
  • Streng genommen ist es nicht möglich, exakt gleiche Spannungstensoren auf zwei unterschiedliche Widerstände einwirken zu lassen. Strictly speaking, it is not possible to exactly the same stress tensor acting on two different resistances. Für die Funktionsfähigkeit des obig beschriebenen Prinzips, das in den Schaltungen gemäß For the function of the principle according to the above-described in the circuits 6a 6a und and 2b 2 B realisiert ist, lediglich erforderlich ist, daß beide Spannungstensoren, die auf die zwei piezoresistiven, unterschiedlichen Widerstände wirken, einander in einem determinierten Sinn zuordenbar sind. is implemented, is only necessary that both stress tensors, the piezoresistive to the two, act different resistances, can be assigned in a deterministic meaning today. Genauer gesagt, muß die Differenz der maßgeblichen Komponenten des Spannungstensors auf die piezoresistiven Widerstände determiniert sein, da die Differenz der elektrischen Spannungen an den piezoresistiven Widerständen, und folglich das Verspannungssensorsignal A, durch folgenden Ausdruck beschrieben ist: More specifically, the difference of the relevant components of the stress must be determined on the piezoresistive resistors, since the difference in the electrical voltages to the piezoresistive resistors, and thus the tension sensor signal A, is described by the expression: U Δ = U 0 Σπ i,j Δ U = U 0 Σπ i, j (2) (2) i,j i, j – σ - σ (1) (1) i,j i, j ) )
  • Dabei bezeichnet σ (1) / i,j einen Spannungstensor an dem Ort des piezoresistiven Widerstands eines ersten Typs und σ (2) / i,j einen Spannungstensor an dem Ort des piezoresistiven Widerstands eines zweiten Typs. Here σ refers to (1) / i, j a stress tensor at the location of the piezoresistive resistance of a first type and σ (2) / i, j a stress tensor at the location of the piezoresistive resistance of a second type.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, das eine Erweiterung des obig erwähnten Prinzips darstellt, sind für die piezoresistiven Widerstände auch unterschiedliche technologische Realisierungen möglich. In a further embodiment, which is an extension of the above-mentioned principle, also different technological realizations are possible for the piezo-resistive resistances. Dadurch ergeben sich für die piezoresistiven Koeffizienten unterschiedliche Werte, so daß die Differenzausgangsspannung U Δ folgende Form annimmt: This results in the piezoresistive coefficient different values, so that the differential output voltage U Δ takes the following form: U Δ = U 0 Σ(π Δ U = U 0 Σ (π (2) (2) i,j i, j σ σ (2) (2) i,j i, j – π - π (1) (1) i,j i, j σ σ (1) (1) i,j i, j ) )
  • Dabei bezeichnet π (1) / i,j den piezoresistiven Koeffizienten des Widerstands eines ersten Typs und π (2) / i,j den piezoresistiven Koeffizienten des Widerstands eines zweiten Typs. Here, π / designated (1) i, j the piezoresistive coefficient of resistance of a first type and π (2) / i, j the piezoresistive coefficient of resistance of a second type.
  • Die Widerstände können unterschiedlich technologisch realisiert werden, wodurch eine größere Flexibilität bzw. eine größere Auswahl von Widerständen erzielt wird. The resistors can be implemented technologically different, thereby providing greater flexibility and a wider choice of resistors is achieved.
  • Nachteilig dabei ist jedoch, daß die paarweise Toleranz (Matching) der beiden Widerstände wesentlich schlechter ist, insbesondere wenn die beiden Widerstände technologisch mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren hergestellt wurden. However, it is disadvantageous here that the pairs tolerance (matching) of the two resistors is much worse, especially if the two resistors have been prepared with different technological manufacturing process. Beispielsweise kann ein Herstellungsverfahren unterschiedliche Masken und/oder Implantationsschritte umfassen. For example, a manufacturing method different masks and / or implantation steps may include.
  • Die unterschiedlichen piezoresistiven Koeffizienten erfordern daher, daß die prozeßbedingten Toleranzen durch einen nachträglichen Abgleich getrimmt werden. The different piezoresistive coefficient, therefore, require that the process-related tolerances are trimmed by a subsequent adjustment. Bei der Verspannungssensoreinrichtung gemäß In the tension sensor device according to 6b 6b kann dies im einfachsten Fall dadurch erreicht werden, daß die Stromspiegeleinrichtung ausgebildet ist, um einen Abgleich durch das Einstellen unterschiedlicher Ströme zu ermöglichen. this can be achieved in the simplest case, characterized in that the current mirror means is configured to permit alignment by setting different currents. Ein solcher Abgleich wird vorzugsweise bei einem Testen des Wafers durchgeführt, da in diesem Zustand die integrierte Schaltung einen Zustand mit den geringsten mechanischen Verspannungen aufweist, und bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten, die ein Sägen des Wafers und ein Anbringen eines Gehäuses umfassen, große mechanische Verspannung auf den Wafer bzw. das Substrat ausgeübt werden. Such a comparison is preferably carried out at a testing of the wafer, since in this state, the integrated circuit having a state with the least mechanical tension, and during subsequent processing steps, comprising a sawing the wafer and attaching a housing, large mechanical stress on the wafer or substrate to be exercised.
  • Ferner kann es erforderlich sein, einen Abgleich selbst dann durchzuführen, wenn die piezoresistiven Widerstände technologisch gleich hergestellt wurden. Further, it may be necessary to even perform a calibration when the piezoresistive resistors were manufactured technologically identical. Ein solcher Abgleich ist beispielsweise erforderlich, wenn sich durch die unterschiedlichen Stromrichtungen der piezoresistiven Widerstände Lithographie-bedingte Unterschiede ergeben, die zu großen Differenzen der Ausgangsspannungen führen. Such an adjustment is necessary, for example, if there are lithography-related differences by the different current directions of the piezoresistive resistors which lead to large differences in the output voltages.
  • Eine Bestimmung absoluter Größen einzelner Komponenten des Spannungstensors wird dadurch erreicht, daß die Differenzausgangsspannung U Δ gemessen wird. A determination of absolute quantities of individual components of the stress tensor is achieved in that the differential output voltage U Δ is measured. Dies erfordert, daß die exakte Größe der piezoresistiven Koeffizienten bekannt ist. This requires that the exact size of the piezoresistive coefficient is known. Da für Dotierungen unter 10 18 cm –3 die piezoresistiven Koeffizienten weitgehend unabhängig von einer exakten Dotierstoffkonzentration sind, eignen sich vorzugsweise niedrig dotierte piezoresistive Widerstände zur Realisierung als Verspannungssensorelemente zur Erfassung mechanischer Verspannungen. Since the piezoresistive coefficient are largely independent of an accurate dopant concentration for dopants below 10 18 cm -3, doped piezoresistive resistors for realizing are preferably low tension as sensor elements for detecting mechanical tension. Durch diese schwache Dotierungen wird der piezoresistive Koeffizient durch Schwankungen der Dotier-Konzentration, die im Rahmen der Herstellungsprozesse liegen, kaum beeinflußt. By this weak doping of the piezoresistive coefficient is hardly influenced by variations in the doping concentration falling within the scope of the manufacturing processes.
  • Nachdem nun der Schaltungsaufbau der Verspannungssensoreinrichtung erklärt wurde, wird nun die Ausbildung und Anordnung der piezoresistiven Widerstände auf dem Substrat und die damit verbundene Hervorhebung bestimmter Komponenten des mechanischen Spannungstensors bei der Erfassung näher erläutert. Now that the circuit construction of the strain sensing device was explained, the configuration and arrangement of the piezoresistive resistors on the substrate and the associated highlight specific components of the mechanical stress tensor will now be explained in more detail in the detection.
  • Dabei wird im folgenden von einem (100)-Siliziumsubstrat ausgegangen, das typischerweise für CMOS und BiCMOS-Prozesse und teilweise auch für reine Bipolar-Prozesse verwendet. This is based on a (100) silicon substrate, which typically used for CMOS and BiCMOS processes and partly for pure bipolar processes below.
  • Die piezoresistiven Widerstände können entweder p- oder n-dotiert werden. The piezoresistive resistors can be doped either p-type or n-. Bei einem (100)-Siliziumsubstrat bietet sich als Diffusions- bzw. Implantations-Widerstand ein p-Typ an, dh, daß die Majoritätsladungsträgerdichte durch Löcher bestimmt ist. At a (100) silicon substrate that is to say, a p-type presents itself as a diffusion or implantation resistor, that the majority charge carrier density is determined by holes.
  • Im folgenden wird nun für den p-Typ eine bevorzugte Anordnung der piezoresistiven Widerstände erklärt. In the following, a preferred arrangement of piezoresistive resistors will now be explained for the p-type. Die Anordnung der piezoresistiven Widerstände wird dabei als ein Winkel ϕ in Bezug auf die [110]-Richtung in Kristall angegeben. The arrangement of the piezoresistive resistors is thereby an angle φ as shown in crystal with respect to the [110] direction. ϕ ist der Winkel zwischen der Stromflußrichtung durch den piezoresistiven Widerstand und der [110]-Richtung des Wafers, wobei der Winkel bei einer Draufsicht auf die Waferoberseite entgegen dem Uhrzeigersinn positiv gezählt wird. φ is the angle between the direction of current flow through the piezoresistive resistor and the [110] direction of the wafer, wherein the angle in a plan view of the wafer top side in the counterclockwise direction is counted positive. Die [110]-Richtung ist normal zu einem Primary Flat des Wafers, wodurch die Richtung eindeutig definiert ist. The [110] direction is normal to a primary flat of the wafer, whereby the direction is clearly defined.
  • Bevorzugt sind die piezoresistiven Widerstände als längliche integrierte Widerstände in dem Substrat ausgebildet, so daß die Stromflußrichtung der Widerstände parallel zu der längeren Seite der Widerstände ist. the piezoresistive resistors as elongate integrated resistors are preferably formed in the substrate, so that the current flow of the resistors is parallel to the longer side of the resistors.
  • Die Abhängigkeit eines Diffusions- bzw. Implantations-Widerstands vom mechanischen Spannungszustand kann nun durch die folgende Gleichung angegeben werden: The dependence of a diffusion or implantation resistor of the mechanical state of stress can now be represented by the following equation:
    Figure 00520001
  • Dabei wird durch σ´ 11 eine Normalspannungskomponente der mechanischen Verspannung definiert, die in der Waferebene liegt und in die [110]-Richtung zeigt. Here, a normal stress component of the mechanical stress is defined by σ'11, which is located in the wafer plane and points in the [110] direction. Diese Richtung entspricht einem Winkel von ϕ = 0°. This direction corresponds to an angle of φ = 0 °.
  • Ferner zeigt σ´ 22 eine Normalspannungskomponente an, die in der Waferebene liegt und in die [ Further, σ'22 displays a normal stress component, which lies in the wafer plane and in the [ 1 1 ,1,0] zeigt, wobei dies einem Winkel von ϕ = 90° entspricht. , 1,0] shows, and this corresponds to an angle of φ = 90 °. Ferner entspricht σ´ 33 einer Normalspannungskomponente, die normal auf die Waferebene in die [001]-Richtung zeigt. Further corresponds σ'33 of a normal stress component which points to the wafer plane in the [001] direction normal. σ´ 12 zeigt ferner eine in der Waferebene liegende Schubspannung an. σ'12 further displays a lying in the wafer plane shear stress.
  • Eine Änderung des Widerstands durch mechanische Verspannungen des Substrats wird gemäß Gleichung 11 durch die drei piezoresistiven Koeffizienten π 11 , π 12 , π 44 vollständig beschrieben. A change in resistance by mechanical tension of the substrate according to the equation 11 by the three π piezoresistive coefficient 11 π 12 π 44 fully described.
  • Üblicherweise sind die einzelnen Chips auf dem Wafer derart angeordnet, daß die Richtungen ϕ = 0° und ϕ = 90° der Vertikal- bzw. Horizontalrichtung der integrierten Schaltung entsprechen. Typically, the individual chips are arranged on the wafer such that the directions φ = 0 ° and φ = 90 ° corresponding to the vertical and horizontal direction of the integrated circuit. Diese Richtungen können vertauscht sein, je nach dem, ob die integrierte Schaltung hochkant oder liegend vorliegt. These directions may be reversed, depending on whether the integrated circuit upright or lying down is present.
  • Der Vorteil der Anordnung der Widerstände in die Richtungen ϕ = 0° und ϕ = 90° bei p-dotierten Widerständen und die Auswirkungen auf das Verspannungssensorsignal werden nun erklärt. The advantage of the arrangement of the resistors in the directions φ = 0 ° and φ = 90 ° for p-doped resistors and the effects on the strain sensor signal will now be explained.
  • Dazu werden zunächst die bekannten piezoresistiven Konstanten für p-dotierte Widerstände betrachtet. For this, the known piezoresistive constants for p-doped resistors are considered first. In leicht dotiertem p-Silizium gelten für die piezoresistiven Konstanten folgende Zahlenwerte: In lightly doped p-type silicon following numerical values ​​apply to the piezoresistive constants:
    Figure 00530001
  • Dabei bedeutet TPa Tera-Pascal, dh 10 12 N/m 2 . Here means TPa Tera-Pascal, ie, 10 12 N / m 2.
  • Vergleicht man die Werte der piezoresistiven Koeffizienten, so fällt auf, daß π p / 44 einen um etwa 20-fach höheren Wert als der nächstgrößere Koeffizient aufweist. comparing the values ​​of the piezoresistive coefficient, so that π p / 44 has an approximately 20-fold higher than the next largest coefficient is noticeable. Es ist folglich vorteilhaft, diesen Koeffizienten für eine sensitive Messung der mechanischen Verspannung des Substrats zu verwenden. It is therefore advantageous to use these coefficients for a sensitive measurement of the mechanical stress of the substrate. Um in der Gleichung 11 eine Trennung der Terme mit π p / 44 von allen anderen Termen zu erreichen werden im folgenden zwei identische Widerstände betrachtet, die sich lediglich in einer Ausrichtung bezüglich der Stromflußrichtung unterscheiden. In order to achieve in the equation 11 is a separation of the terms with p π / 44 for all other terms are considered identical resistors in the following two, which differ only in one orientation relative to the direction of current flow. Folglich gilt für einen ersten Widerstand, der eine Ausrichtung mit ϕ = 0° aufweist, dh dessen Stromrichtung in die [110]-Richtung zeigt, die folgende Gleichung: Consequently applies to a first resistor having an alignment with φ = 0 °, ie, the current direction is in the [110] direction, the following equation:
    Figure 00530002
  • Ferner gilt für einen Widerstand, der bezüglich der [110]-Richtung um α = 90° gedreht ist, dh der eine Stromflußrichtung in die [ Moreover, for a resistance that the [110] direction is 90 ° rotated with respect to α =, ie a current flow in the [ 1 1 ,1,0]-Richtung zeigt, folgende Gleichung für den Widerstand: , 1,0] direction shows the following equation for the resistance:
    Figure 00530003
  • Betrachtet man die Gleichungen 12 und 13, so erkennt man, daß in beiden eine π p / 44-Abhängigkeit auftritt, wobei sich die jeweiligen Terme bezüglich des Vorzeichens unterscheiden. Considering the equations 12 and 13, it can be seen that occurs in both a p π / 44-dependence, with the respective terms different in sign. Ferner ist zu erkennen, daß sämtliche anderen Terme in beiden Gleichungen 12 und 13 mit dem gleichen Vorzeichen auftreten. Further, it can be seen that all of the other terms occurring in both equations 12 and 13 with the same sign. Folglich kann durch eine Subtraktion der Gleichung 12 von der Gleichung 13 der π p / 44-Term isoliert werden, wobei gilt: Thus it can be isolated by subtracting equation 12 from equation 13, the p π / 44-Term, wherein: R R p p ϕ+α φ + α – R - R p p ϕ φ = 2R = 2R p p 0 0 p p 11 11 – π - π p p 12 12 )σ´ 12 ) σ'12
  • Die Realisierung eines Schaltungsaufbaus, der eine solche Subtraktion durchführt, wird durch den Schaltungsaufbau gemäß The realization of a circuit structure that performs such a subtraction, is determined by the circuit configuration according 6a 6a oder den Schaltungsaufbau gemäß or the circuit configuration according 6b 6b erreicht. reached.
  • Nachdem nun erklärt wurde, daß die Differenzausgangsspannung von der Differenz der Normalspannungskomponenten in horizontaler und vertikaler Richtung der integrierten Schaltung direkt proportional abhängig ist, wobei die Proportionalitätskonstante das Produkt aus π p / 44 und der Referenzspannung U 0 ist, ist es zum Erfassen der mechanischen Verspannung notwendig, daß die Differenz der Normalspannungskomponente nicht verschwindet. Having now explained that the differential output voltage of the difference between the normal stress components is directly proportional to a function in the horizontal and vertical direction of the integrated circuit, the constant of proportionality is the product of π p / 44 and the reference voltage U 0, it is for detecting the mechanical stress necessary that the difference of the normal stress component does not disappear. Mit anderen Worten gilt In other words, true σ´ 11 – σ´ 22 ≠ 0 σ'11 - σ'22 ≠ 0
  • Wird die Differenz der Normalspannungskomponenten null oder liegt dieselbe in der Nähe von null, so verschwindet die Differenzausgangsspannung bzw. nimmt einen kleinen Wert an, obwohl die einzelnen Normalspannungskomponenten groß sein können. Is the difference between the normal stress components zero or is the same near zero, the differential output voltage disappears or takes a small value, although the individual normal stress components can be great. Dies stellt den Fall dar, bei dem die Schaltungsanordnung der Widerstände eine Messung der Verspannung des Substrats nicht mehr ermöglicht bzw. ungenau ist. This represents the case where the circuit arrangement of the resistors no longer allows a measurement of the strain of the substrate or is inaccurate.
  • Um die Auslöschung der Differenz der Normalspannungskomponenten zu verhindern, ist es notwendig, gewisse ungünstige Symmetrien zu erkennen, bei denen sich die Normalspannungskomponenten aufheben. To prevent the extinction of the difference between the normal stress components, it is necessary to recognize certain unfavorable symmetries, which cancel out the normal stress components. Eine solche Symmetrie stellt der Fall dar, daß auf einem quadratischen Substrat ein quadratisches Gehäuse mit einem quadratischen Führungsrahmen zentrisch angebracht ist. Such symmetry is the case that a square housing is mounted concentrically with a square guide frame on a square substrate. Eine solche Symmetrie kann verhindert werden, indem das Substrat bzw. der Chip, auf dem die Hallsonde angebracht ist, mit einem großen Längenverhältnis (Aspect Ratio) verwendet wird, bei dem eine Breite deutlich größer als eine Höhe oder eine Höhe wesentlich größer als eine Breite ist. Such symmetry can be prevented by the substrate or the chip on which the Hall probe is located, with a large aspect ratio (Aspect Ratio) is used, wherein a width substantially greater than a height or a height substantially greater than a width is.
  • Weiters besteht eine Möglichkeit, ein Verschwinden der Differenz der Normalspannungskomponenten zu verhindern, darin, daß die Widerstände nicht in der Mitte des Chips sondern in der Nähe des Randes angeordnet werden. Furthermore, there is a possibility to prevent disappearance of the difference of the normal stress components, the fact that the resistors are not in the center of the chip but also in the vicinity of the edge are arranged. Im Gegensatz zu der Mitte des Chips unterscheiden sich die Hauptachsenkomponenten am Rand des Chips selbst dann, wenn die obig beschriebene quadratische Symmetrie vorliegt. In contrast to the center of the chip, the major axis components differ at the edge of the chip, even if the quadratic symmetry above-described present. Vorzugsweise werden die piezoresistiven Widerstände nicht direkt an dem Rand sondern mit einem Abstand zu dem Rand angeordnet, der einer Dicke des Chips entspricht, da die mechanischen Verspannungen in der Nähe des Rands extrem unterschiedlich zu den Verspannungen in der Mitte sind, was als Prinzip de Saint Venant bekannt ist, und sich ferner die mechanischen Verspannungen an dem Rand nach dem Durchlaufen von thermischen Zyklen während einer Lebensdauer stark ändern können, wodurch ein deterministischer Zusammenhang nicht mehr vorhanden ist. Preferably, the piezoresistive resistors are not directly at the edge but at a distance from the edge are arranged corresponding to a thickness of the chip, since the mechanical stresses in the vicinity of the edge are extremely different from the tension in the middle, which as a principle de Saint Venant is known, and may change the mechanical stress on the rim after the passage of thermal cycles greatly during a life further, whereby a deterministic relationship no longer exists.
  • Nachdem nun für p-dotierte integrierte Widerstände eine vorteilhafte Ausrichtung zum empfindlichen Erfassen einer mechanischen Verspannung des Substrats hergeleitet wurde, werden nun Ausrichtungen für n-dotierte integrierte Widerstände betrachtet. Having now described an advantageous alignment for the sensitive detection of a mechanical stress of the substrate was derived for p-doped integrated resistors, orientations, for n-doped integrated resistors will now be considered.
  • Die piezoresistiven Koeffizienten für n-dotiertes Silizium sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt: The piezoresistive coefficients for n-doped silicon are summarized in the following table:
    Figure 00560001
  • Aus der obigen Tabelle ist zu erkennen, daß der größte Term π p / 11 – π p / 12 ist, wodurch zur Erzielung einer großen Empfindlichkeit die Anordnung der n-dotierten piezoresistiven Widerstände mit einem Winkel von ϕ = ± 45° bezüglich der [110]-Richtung des (100)-Siliziumwafers vorzusehen ist. From the above table it can be seen that the largest term π p / 11 - π p / 12, whereby to obtain a large sensitivity, the arrangement of the n-type piezoresistive resistors having an angle of φ = ± 45 ° with respect to the [110 is] direction of the (100) -Siliziumwafers provided. Dabei ergibt sich für den Widerstand mit ϕ = –45° der folgende Zusammenhang: Here results for the resistance with φ = -45 °, the following relationship:
    Figure 00560002
  • Ebenso ergibt sich für die Anordnung des Widerstands mit ϕ = +45° folgender Zusammenhang: Also, results for the arrangement of the resistor with φ = + 45 °, the following relationship:
    Figure 00560003
  • Die obigen Gleichungen zeigen nun, daß durch eine Subtraktion von R ϕ – R ϕ+α der Term mit π n / 11 – π n / 12 isoliert werden kann, so daß gilt: The above equations show now that by a subtraction of R φ - φ R + α with the term π n / 11 - n π / 12 can be isolated, so that: R ϕ+α – R ϕ = 2R 0 R φ + α - φ R = 2R 0 n n 11 11 – π - π n n 12 12 )σ´ 12 ) σ'12
  • Indem man für den Widerstand R ϕ und den Widerstand R ϕ+α einen gleichen Strom vorsieht, beispielsweise durch die H-Brückenschaltung gemäß By φ for the resistor R and the resistor R φ + α provides for a same current, for example, by the H-bridge circuit according to 6a 6a oder die Stromspiegel-Schaltung gemäß or the current mirror circuit according to 6b 6b , kann ein Signal U Δ als eine Differenzspannung abgegriffen werden, die proportional zu der Schubspannungskomponente σ´ 12 ist. A signal Δ U can be tapped as a difference voltage which is proportional to the shear stress component σ'12th Folglich gilt: Consequently, the following applies: U Δ = U 0 Δ U = U 0 n n 11 11 – π - π n n 12 12 )σ´ 12 ) σ'12
  • Aus der obigen Gleichung läßt sich erkennen, daß n-dotierte Widerstände vorzugsweise zur Erfassung der Schubspannungskomponente σ´ 12 eingesetzt werden, wobei wiederum gewährleistet sein muß, daß diese Komponente an dem Ort des Chips, an dem der Widerstand zum Erfassen der mechanischen Verspannung qangebracht ist, nicht verschwindet. Can be from the above equation be seen that n-doped resistors preferably σ'for sensing the shear stress component 12 are inserted, and again it must be guaranteed that this component is in the place of the chip on which the resistor for detecting the mechanical stress qangebracht , does not disappear. Wie bei der Anordnung der p-dotierten Widerstände ist auch für die Anordnung der n-dotierten Widerstände zu fordern, daß der n-dotierte Widerstand nicht in der Mitte eines Chips angeordnet wird, wenn der Chip selbst eine quadratische Form aufweist und insbesondere ein auf dem Chip angebrachtes Gehäuse mit einer quadratischen Form zentrisch auf dem Chip angebracht ist. As with the arrangement of the p-doped resistors of the n-type resistors is also available for the arrangement to require that the n-doped resistor is not arranged in the center of a chip when the chip itself has a square shape and in particular a on the chip mounted housing having a square shape is mounted centrally on the chip.
  • Vorteilhafterweise bieten sich wieder die Möglichkeiten, einen Chip mit einem großen Längenverhältnis zu wählen oder die Widerstände in der Nähe des Randes mit entsprechendem Abstand zu dem Rand hin anzuordnen. Advantageously offer again the possibility to choose a chip with a high aspect ratio or to arrange the resistors near the border with the appropriate distance from the edge.
  • Nachdem nun die vorteilhaften Ausrichtungen von p-dotierten Widerständen und n-dotierten Widerständen zur Erfassung mechanischer Verspannungen erklärt wurde, soll nun auf die Frage eingegangen werden, welche Widerstandsanordnung, dh p-dotierte Widerstände mit ϕ = 0° und 90° oder n-dotierte Widerstände mit einer Ausrichtung von ϕ von +45° und –45° am vorteilhaftesten verwendet wird. Having now described the advantageous alignments of p-type resistors and n-type resistors was declared for detecting mechanical tension, will now be discussed on the question of which resistor arrangement, that is p-doped resistors with φ = 0 ° and 90 ° or n-doped resistors with an alignment of φ of + 45 ° and -45 ° is most vorteilhaftesten.
  • Die Auswahl hängt davon ab, welche der Spannungstensoren, σ´ 11 und σ´ 22 oder σ´ 12 für die jeweilige Anwendung relevanter ist, dh den größten Einfluß auf die Hallspannung aufweist. The selection depends on which σ'of stress tensors, 11 and 22 or σ'σ'12 for the respective application is relevant, that has the greatest influence on the Hall voltage. Da sich dies für die unterschiedlichen Anwendungen und Ausführungsformen des Chips stark ändern kann, lassen sich dafür keime allgemein gültigen Regeln angeben. Since this can vary greatly for different applications and embodiments of the chip can be for germs specify general rules. Vorzugsweise erfolgt eine Bestimmung durch Finite-Elemente-Simulationen und/oder experimentelle Messungen, um für den jeweiligen Chip und das jeweilige Gehäuse den Spannungstensor auf dem Chip zu analysieren. Preferably, a determination is made by the finite element simulations and / or experimental measurements, to analyze for the respective chip and the respective housing the stress on the chip.
  • Aus fertigungstechnischer Sicht empfiehlt sich eine gleiche Dotierung der Widerstände zum Erfassen der mechanischen Verspannung und des Hallbereichs. From a manufacturing point of view same doping the resistors for detecting the mechanical tension and the Hall area is recommended. Bei einer Stromsteuerung empfiehlt sich ferner auch die Dotierung des Widerstands, der den Hallstrom definiert, gleich zu wählen. In a current control furthermore also recommends the doping of the resistor which defines the Hall current to choose the same. Das heißt, daß bei n-dotierte Widerstände bevorzugt sind, wenn der Hallbereich und/oder der Widerstand n-dotiert sind. This means that are preferably n-doped resistors when the Hall area and / or the resistance are n-doped. Ebenso ist es aus fertigungstechnischer Sicht vorteilhaft, für eine Kompensation eines p-dotierten Hallstromwiderstands und/oder eines p-dotierten Hallbereichs p-dotierte Widerstände als Verspannungssensorelemente zum Erfassung der mechanischen Verspannung zu verwenden. It is also advantageous from a manufacturing point of view, to use P-doped resistors as strain sensor elements for sensing the mechanical stress for a compensation of a p-doped Hall current resistance and / or a p-doped region Hall.
  • Der Vorteil dieser Vorgangsweise besteht darin, daß sich fertigungsbedingte Streuungen des piezoresistiven Effekts sowohl auf die als Verspannungssensorelement zum Erfassen mechanischer Verspannungen dienenden Widerstände als auch auf den Hallstromwiderstand und den Hallbereich auswirken und sich weitgehend ausgleichen. The advantage of this procedure consists in the fact that production-related variations of the piezoresistive effect affect both serving as strain sensor element for detecting mechanical tension resistors and to the Hall current resistance and the Hall area and largely offset. Beispielsweise kann aufgrund einer überhöhten Implantationsdosis ein piezoresistiver Koeffizient vorliegen, der kleiner als der nominale, gewünschte ist, wodurch das Ausgangssignal A des Verspannungssensorelements kleiner als das gewünschte wird. For example, may be present due to an excessive implant dose a piezoresistive coefficient which is less than the nominal, desired, whereby the output signal A of the strain sensor element is smaller than the desired. Entgegengesetzt dazu wird jedoch aufgrund der überhöhten Implantationsdosis der Hallstromwiderstand und/oder der Hallbereich weniger stark als erwartet auf den Piezo-Effekt reagieren, wodurch zur Kompensation auch ein kleineres Verspannungssensorsignal benötigt wird. Opposed to this, however, the Hall current resistance and / or the Hall area will react less strongly than expected to the piezoelectric effect due to the excessive implant dose, which is also a smaller strain sensor signal is required for compensation.
  • Nachdem nun die Erzeugung des Verspannungssensorsignals durch eine Anordnung von piezoresistiven Widerständen erklärt wurde, soll nun unter Bezugnahme auf die Having now described the generation of the stress sensor signal has been explained by an arrangement of piezoresistive resistors shall now with reference to the 7a 7a und and 7b 7b auf die Erzeugung des Hallstroms eingegangen werden. be addressed in the generation of the Hall current. Dabei kann entweder eine Stromsteuerung oder eine Spannungssteuerung verwendet werden. Here, a current controller or a voltage controller can be used either.
  • 7a 7a zeigt eine Stromsteuerung, bei der der Hallstrom unabhängig von dem Widerstand der Hallsonde ist. shows a current control in which the Hall current is independent of the resistance of the Hall probe. Ein erster Pol einer Spannungsquelle A first pole of a voltage source 60 60 , der auf Masse liegt, ist mit einem ersten Anschluß eines Referenzwiderstands Which is grounded, is connected to a first terminal of a reference resistor 62 62 verbunden. connected. Ein zweiter Anschluß des Referenzwiderstands A second terminal of the reference resistor 62 62 ist mit einem negativen Eingang eines Differenzverstärkers is connected to a negative input of a differential amplifier 64 64 verbunden. connected. Der positive Eingang des Differenzverstärkers ist mit einem zweiten Pol der Spannungsquelle The positive input of the differential amplifier is connected to a second pole of the voltage source 60 60 verbunden. connected. Der zweite Anschluß des Referenzwiderstands The second terminal of the reference resistor 62 62 ist ferner mit einem Drain-Anschluß eines Feldeffekt-Transistors is further connected to a drain of a field effect transistor 66 66 verbunden. connected. Das Gate des Transistors The gate of transistor 66 66 ist mit dem Ausgang des Differenzverstärkers is connected to the output of the differential amplifier 64 64 verbunden, während das Drain des Transistors mit einem Eingang einer Stromspiegeleinrichtung respectively, while the drain of the transistor is connected to an input of a current mirror device 68 68 verbunden ist. connected is. Ein Ausgang der Stromspiegeleinrichtung An output of the current mirror means 68 68 ist mit dem ersten Anschluß des Hallbereichs is connected to the first terminal of the Hall range 10 10 verbunden, wohingegen der zweite Anschluß des Hallbereichs connected, whereas the second terminal of the Hall range 10 10 mit dem ersten Pol der Spannungsquelle to the first pole of the voltage source 60 60 verbunden ist. connected is. Der Hallbereich The Hall area 10 10 weist ferner den ersten Hallanschluß further includes the first Hall terminal 18 18 und den zweiten Hallanschluß and the second Hall terminal 20 20 zum Abgreifen der Hallspannung auf. for tapping on the Hall voltage.
  • Wie es zu erkennen ist, entspricht der Schaltungsaufbau dem Schaltungsaufbau eines Ausführungsbeispiels der Verspannungssensoreinrichtung As can be seen, the circuit structure corresponds to the circuit configuration of an embodiment of the strain sensor device 24 24 , bei dem eine Stromspiegel-Einrichtung verwendet wird, um einen identischen Strom zu erzeugen. In which a current mirror device is used to generate an identical current. Im Gegensatz dazu sind bei diesem Schaltungsaufbau die piezore sistiven Widerstände durch den Referenzwiderstand In contrast, in this circuit configuration, the piezore sistiven resistances through the reference resistor 62 62 und den Widerstand des Hallbereichs and the resistance of the Hall range 10 10 ersetzt. replaced.
  • Durch den Regelkreis, der aus der Spannungsquelle By the control circuit from the voltage source 60 60 , dem Differenzverstärker , The differential amplifier 64 64 , dem Transistor , Transistor 66 66 und dem Referenzwiderstand and the reference resistor 62 62 besteht, wird eine durch die Spannungsquelle consists, is represented by the voltage source 60 60 definierte Spannung an dem zweiten Anschluß des Referenzwiderstands defined voltage at the second terminal of the reference resistor 62 62 erzeugt, der gemäß dem Ohmschen Gesetz einen Strom durch den Referenzwiderstand generates, in accordance with Ohm's law, a current through the reference resistor 62 62 erzeugt. generated. Dieser Strom wird durch die Stromspiegeleinrichtung This current is determined by the current mirror device 68 68 auf den Hallbereich the Hall area 10 10 kopiert, so daß durch den Hallbereich copied, so that through the Hall region 10 10 ein Strom mit dem gleichen Wert, wie der Strom durch den Referenzwiderstand a current having the same value as the current through the reference resistor 62 62 , erzeugt wird. , is produced. Der Schaltungsaufbau stellt eine Stromsteuerung dar, da der Ausgangswiderstand der Stromspiegeleinrichtung wesentlich höherohmiger als der Widerstand des Hallbereichs The circuit configuration is a current control because the output resistance of the current mirror means significantly higher ohm as the resistance of the Hall area 10 10 ist, so daß der Strom durch den Hallbereich is such that the current through the Hall region 10 10 unabhängig von dem Widerstand desselben ist. is the same irrespective of the resistance.
  • Wie es für einen Fachmann bekannt ist, können auch andere Schaltungen verwendet werden, um einen konstanten Strom zu erzeugen, der unabhängig von dem Widerstand des Hallbereichs ist. As is known to a skilled person, also other circuits can be used to generate a constant current which is independent of the resistance of the Hall portion. Allgemein gilt jedoch, daß die auf dem Substrat untergebrachte Stromquelle Widerstände und/oder MOS-Transistoren aufweist, die einer piezoresistiven Beeinflussung unterliegen. In general, however, it holds that the accommodated on the substrate current source resistors and / or MOS transistors which are subject to a piezoresistive interference. In In 7a 7a ist dies durch den Spannungstensor σ R / i,j der auf den Referenzwiderstand this is due to the stress σ R / i, j of the reference resistor 62 62 wirkt, und den Spannungstensor σ H / i,j, der auf den Hallbereich acts, and the stress σ H / i, j, the Hall area on the 10 10 wirkt, dargestellt. acts represented.
  • Wie es bereits vorhergehend erklärt wurde, wirkt ferner auf den Hallbereich der Piezo-Hall-Effekt, so daß sich die Gesamtbeeinflussung der Empfindlichkeit als Summe des piezoresistiven Effekts an dem Ort des stromdefinierenden Widerstands As already explained above, also acts on the Hall region of the piezo-Hall-effect so that the total effect on the sensitivity as the sum of the piezoresistive effect in the place of the current-defining resistance 62 62 und aus dem Piezo-Hall-Effekt auf den Hallbereich and from the piezo-Hall effect on the Hall area 10 10 ergibt. results. Folglich gilt: Consequently, the following applies: S ≅ S 0 (1 + ΣP S ≅ S 0 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j ) )
  • Da der mechanische Spannungstensor im allgemeinen nicht homogen über die Chipoberfläche verteilt ist, unterscheiden sich die Spannungstensoren an dem Ort des Referenzwiderstands Since the mechanical stress tensor is not homogeneously distributed generally across the chip surface, the stress tensors differ at the location of the reference resistor 62 62 und dem Hallbereich and the Hall area 10 10 . ,
  • Unter Bezugnahme auf With reference to 7b 7b wird nun ein Ausführungsbeispiel für eine Spannungssteuerung einer integrierten Hallsonde erläutert. will now be described an embodiment of a voltage controller of an integrated Hall probe. Eine Spannungsquelle A voltage source 70 70 ist über einen ersten Pol, der auf Masse liegt, mit dem zweiten Anschluß des Hallbereichs is connected via a first pole, which is connected to ground, the second terminal of the Hall range 10 10 verbunden. connected. Ferner ist der zweite Pol der Spannungsquelle Further, the second pole of the voltage source 70 70 mit dem positiven Eingang eines Differenzverstärkers to the positive input of a differential amplifier 72 72 verbunden. connected. Der negative Eingang des Differenzverstärkers The negative input of the differential amplifier 72 72 ist rückkopplungsmäßig mit einem Ausgang des Differenzverstärkers is feedback-connected to an output of the differential amplifier 72 72 verbunden. connected. Der Ausgang des Differenzverstärkers The output of the differential amplifier 72 72 ist ferner mit dem ersten Anschluß is further connected to the first terminal 12 12 des Hallbereichs the Hall area 10 10 verbunden. connected. Der Hallbereich The Hall area 10 10 weist ferner den ersten Hallanschluß further includes the first Hall terminal 18 18 und den zweiten Hallanschluß and the second Hall terminal 20 20 zum Abgreifen der Hallspannung auf. for tapping on the Hall voltage. Durch die rückkopplungsmäßige Verschaltung des Differenzverstärkers By the feedback moderate interconnection of the differential amplifier 72 72 wirkt die Spannungsquelle in Verbindung mit dem Differenzverstärkers the voltage source acts in conjunction with the differential amplifier 72 72 als Spannungsfolger, so daß an dem ersten Anschluß as a voltage follower, so that at the first terminal 14 14 des Hallbereichs the Hall area 10 10 die durch die Spannungsquelle by the voltage source 70 70 definierte elektrische Spannung U H anliegt. defined electrical voltage U H is applied. Gemäß dem Ohmschen Gesetz ergibt sich durch den Hallbereich According to Ohm's Law is given by the Hall area 10 10 ein Hallstrom I H , der durch einen piezoresistiven Einfluß auf den Hallbereich a Hall current I H, by a piezoresistive effect on the Hall area 10 10 beeinflußt wird. being affected. Zusätzlich unterliegt der Hallbereich In addition, the Hall area subject 10 10 dem Einfluß des Piezo-Hall-Effekts, so daß sich die Gesamtempfindlichkeit folgendermaßen ergibt: , So that there is the influence of the piezo-Hall effect the overall sensitivity as follows: S ≅ S 0 (1 + ΣP S ≅ S 0 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j ) )
  • Im Unterschied zu der Stromsteuerung ist folglich bei der Spannungssteuerung die Empfindlichkeit lediglich von einem mechanischen Spannungstensor an dem Ort des Hallbereichs In contrast to the current control is thus under the tension control only the sensitivity of a mechanical stress tensor at the location of the Hall range 10 10 abhängig, wobei die Empfindlichkeit durch den Piezo-Hall-Effekt und den piezoresistiven Effekt des Hallbereichs dependent, with the sensitivity of the piezo-Hall effect and the piezoresistive effect of the Hall range 10 10 beeinflußt wird. being affected.
  • Im folgenden soll anhand der Ausführungsbeispiele gemäß In the following, with reference to the embodiments according to 5 5 (Deckel-Common-Mode-Potential) und gemäß (Lid common mode potential) and in accordance with 5b 5b (Wanne-Common-Mode-Potential) die Erzeugung des Signals zur Kompensation durch die Kompensationseinerichtung (Pan-common-mode potential) generating the signal for compensation by the compensation A direction 26 26 näher erklärt werden. are explained in detail.
  • Bei beiden Ausführungsbeispielen führt die Kompensationseinrichtung In both embodiments, the compensation device leads 26 26 eine Verstärkung des Verspannungssensorsignals A mit einem Verstärkungsfaktor V A durch. a gain of the tension sensor signal by a gain factor A V A through. Folglich ergibt sich für das erste Ausführungsbeispiel gemäß Consequently, obtained according to the first embodiment 5 5 eine Abhängigkeit der Empfindlichkeit gemäß den folgenden Formeln: a dependence of the sensitivity according to the following formulas: S ≅ S 00 (1 + ΣP S ≅ S 00 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j + c DB V A U 0 π C + DB V A U 0 π p p 44 44 p p 11 11 – σ - σ p p 22 22 )) )) S ≅ S 00 (1 + ΣP S ≅ S 00 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j + c DB V A U 0 C + DB V A U 0 n n 11 11 – π - π n n 12 12 ) σ n n 12 12 ) )
  • Dabei beschreibt die erste Gleichung den Fall, daß zur Erfassung der mechanischen Verspannung p-dotierte piezoresistive Widerstände in einer Anordnung mit 0° bzw. 90° verwendet werden. Here, the first equation describes the case where p-type piezoresistive resistors in an array at 0 ° and 90 ° are used for detecting the mechanical stress. Die untere Gleichung beschreibt den Fall, das n-dotierte piezoresistive Widerstände als Verspannungssensorelemente verwendet werden, die in einer Anordnung mit +45° und –45° angeordnet sind. The lower equation describes the case where the n-type piezoresistive resistors are used as strain sensor elements, which are arranged in an array with + 45 ° and -45 °.
  • Ferner ergibt sich für das Ausführungsbeispiel gemäß It is also clear for the embodiment according to 5b 5b für die Hallempfindlichkeit: for the Hall sensitivity: S ≅ S 00 (1 + ΣP S ≅ S 00 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j + c BB V A U 0 π BB + c V U 0 A π p p 44 44 p p 11 11 – σ - σ p p 22 22 )) )) S ≅ S 00 (1 + ΣP S ≅ S 00 (1 + ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j + c BB V A U 0 BB + c V A U 0 n n 11 11 – π - π n n 12 12 ) σ n n 12 12 ) )
  • Die erste Gleichung beschreibt dabei den Fall von p-dotierten piezoresistiven Widerständen in einer Anordnung von 0° bzw. 90°, während die untere Gleichung den Fall beschreibt, daß als Verspannungssensorelemente n-dotierte piezoresistive Widerstände mit einer Anordnung von +45° bzw. –45° verwendet werden. The first equation here describes the case of p-type piezoresistive resistors in an array of 0 ° or 90 °, while the lower equation describes the case that a strain sensor elements n-type piezoresistive resistors having an array of + 45 ° or - 45 ° can be used.
  • Wie bereits erwähnt wurde beschreibt der hochgestellte Index einen Ort auf dem Substrat. As already mentioned the superscript describes a place on the substrate. Durch die obigen Gleichungen werden folglich die Komponenten an den drei verschiedenen Orten, dh dem Ort des Hallbereichs, dem Ort des stromdefinierenden Widerstands und dem Ort des zur Erfassung der mechanischen Verspannung dienenden piezoresistiven Widerstands verknüpft. By the above equations consequently the components at the three different places, that is linked to the location of the Hall region, the location of the current defining resistor and the location of the serving for detecting the mechanical stress piezoresistive resistor. Da diese im allgemeinen nicht identisch sind, ergeben sich komplizierte funktionelle Abhängigkeiten. Since these are not identical, in general, there are complicated functional dependencies.
  • Um eine Kompensation durchzuführen, ist die Verstärkung V A so bestimmt, daß die Empfindlichkeit S unabhängig von einer mechanischen Verspannung auf dem Substrat wird. To perform compensation, the gain V A is determined so that the sensitivity S is independent of a mechanical stress on the substrate. In diesem Fall gilt S = S 00 wobei sich für die Größe V A U 0 die folgenden Abhängigkeiten ergeben: In this case, S = S 00 is true where there are the following dependencies for the size V A U 0: V A U 0 = (Σπ V A = U 0 (Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j – ΣP - ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j )/(c DB π π) / (c DB p p 44 44 p p 11 11 – σ - σ p p 22 22 )) [14] )) [14] V A U 0 = (Σπ V A = U 0 (Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j – ΣP - ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j )/(c DB ) / (c DB n n 11 11 – π - π n n 12 12 ) σ n n 12 12 ) ) V A U 0 = (Σπ V A = U 0 (Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j – ΣP - ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j )/(c BB π ) / (c BB π p p 44 44 p p 11 11 – σ - σ p p 22 22 )) )) V A U 0 = (Σπ V A = U 0 (Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j – ΣP - ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j )/(c BB ) / (c BB n n 11 11 – π - π n n 12 12 ) σ n n 12 12 ) )
  • Die erste Gleichung der obigen Gleichungen beschreibt dabei den Fall von p-dotierten piezoresistiven Verspannungssensorwiderständen mit einer Beeinflussung des Deckel/Common-Mode-Potentials durch die Kompensationseinrichtung The first equation of the above equations here describes the case of p-type piezoresistive strain sensor resistors with a manipulation of the lid / common mode potential by the compensation device 26 26 , die zweite Gleichung beschreibt den Fall von n-dotierten piezoresistiven Verspannungssensorwiderständen mit einer Beeinflussung des Deckel/Common-Mode-Potentials, die dritte Gleichung be schreibt den Fall von p-dotierten piezoresistiven Verspannungssensorwiderständen mit einer Beeinflussung des Wannen/Common-Mode-Potentials und die vierte Gleichung beschreibt den Fall von n-dotierten piezoresistiven Verspannungssensorwiderständen mit einer Beeinflussung des Wanne/Common-Mode-Potentials durch die Kompensationseinrichtung , The second equation describes the case of n-type piezoresistive strain sensor resistors with a manipulation of the lid / common-mode potential, be the third equation writes the case of p-type piezoresistive strain sensor resistors with an influence of the tubs / common-mode potential, and the fourth equation describes the case of n-type piezoresistive strain sensor resistors with an influence of the tub / common mode potential by the compensation device 26 26 . ,
  • Die zur Kompensation benötigte geeignete Verstärkung V A muß aus numerischen Berechnungen zur Verspannung des Gehäuses, die sehr umfangreich sein können, und/oder aus experimentell ermittelten Daten bestimmt werden. The appropriate gain required to compensate for V A has from numerical calculations for bracing the housing, which can be very large, and / or are determined from experimental data.
  • Die obigen Herleitungen wurden unter der Annahme durchgeführt, daß auf dem Substrat eine konstante Temperatur vorliegt. The above derivations were carried out under the assumption that on the substrate at a constant temperature is present. Es ist jedoch bekannt, daß sich die piezoresistiven Koeffizienten, die Hall-Piezo-Koeffizienten sowie Verspannungen des Substrats abhängig von der Substrattemperatur ändern. It is known, however, that the piezoresistive coefficient, the Hall piezoelectric coefficients and tension of the substrate change depending on the substrate temperature. Folglich ist es vorteilhaft, die Kompensation abhängig von der Substrattemperatur durchzuführen, wie es bei einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel erklärt wird. Consequently, it is advantageous to carry out the compensation depends on the substrate temperature, as will be explained in an embodiment described below.
  • Um eine temperaturabhängige Kompensation mechanischer Spannungszustände zu erreichen, muß die von der Kompensationseinrichtung In order to achieve a temperature-dependent compensation of mechanical stress conditions, the compensation device of the must 26 26 ausgegebene elektrische Spannung einen Temperaturgang aufweisen, der diese Temperatur-bedingten Einflüsse kompensiert, derart, daß die Hallspannung zumindest in einem bestimmten Temperaturbereich unabhängig von Verspannungseinflüssen des Substrats und unabhängig von der Temperatur des Substrats ist. output voltage having a temperature coefficient which compensates for these temperature-related effects, such that the Hall voltage is independent of stress influences of the substrate and independent of the temperature of the substrate at least in a certain temperature range.
  • Die Temperaturabhängigkeit der Verspannung des Substrats ergibt sich dabei aus der Tatsache, daß die beteiligten Materialien, die typischerweise das Silizium-Halbleitermaterial, die Vergußmasse, den Führungsrahmen und ein Haftmittel umfassen, unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. The temperature dependence of the tensioning of the substrate results from the fact that the materials involved, which typically include the silicon semiconductor material, the sealing compound, the guide frame and an adhesive, have different thermal expansion coefficients. Dabei kann es auch zu einer Aufhebung der Ver spannung an dem Substrat kommen, wenn die Vergußmasse eine hohe Temperatur aufweisen, die über ihrer Glassivierungstemperatur liegt. It may also cause a lifting of the Ver voltage to the substrate when the potting compound have a high temperature which is above its Glassivierungstemperatur.
  • Bezüglich der Temperaturabhängigkeiten der piezoresistiven Koeffizienten π i,j und der Piezo-Hall-Koeffizienten P i,j ist zu bemerken, daß dieselben zwar ausgeprägte Temperaturkoeffizienten aufweisen, wobei für niedrig dotierte Widerstände und Hallbereiche diese Temperaturkoeffizienten jedoch robust gegenüber prozeßbedingten Schwankungen der Dotierstoffkonzentrationen, die im üblichen Maß liegen, sind. With respect to the temperature dependencies of the piezoresistive coefficient π i, j and the piezo-Hall coefficient P i, j Note that, although the same have pronounced temperature coefficient, for lightly doped resistors and Hall areas, these temperature coefficients but robust against process-related variations in the dopant concentrations that are within the usual measure are. Ferner unterscheiden sich die Temperaturkoeffizienten der piezoresistiven Koeffizienten π i,j und der Piezo-Hall-Koeffizienten P i,j wesentlich. Further, the temperature coefficients of piezoresistive coefficient π i, j and the piezo-Hall coefficient P i differ, j essential.
  • Dadurch hebt sich der Term Thus, the term rises ΣP ΣP H H i,j i, j σ σ H H i,j i, j – Σπ - Σπ R R i,j i, j σ σ R R i,j i, j lediglich für eine bestimmte Temperatur auf, wohingegen derselbe für andere Temperaturen die Empfindlichkeit der Hallsonde bei einem Vorliegen von mechanischen Verspannungen beeinflußt. only for a given temperature, whereas the same for other temperatures affects the sensitivity of the Hall probe in a presence of mechanical tension.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der durch die Temperatur bestimmte Einfluß dadurch ausgeglichen, daß an das Verspannungssensorelement eine elektrische Spannung U 0 angelegt wird, die einen Temperaturgang U 0 (T) aufweist, so daß die Gleichungen 14 für alle Temperaturen gelten. In one embodiment of the present invention determined by the effect of temperature is compensated for by an electrical voltage U 0 is applied to the strain sensing element having a temperature coefficient U 0 (T), so that the equations 14 are valid for all temperatures. Unter Bezugnahme auf With reference to 6a 6a und and 6b 6b kann dies dadurch erfolgen, daß die Spannungsquelle this can be done in that the voltage source 40 40 bzw. Spannungsquelle or voltage source 50 50 mit einer Temperatursteuereinrichtung verbunden ist, die die Spannungsquelle is connected to a temperature control means, the voltage source, the 40 40 bzw. Spannungsquelle or voltage source 50 50 steuert, so daß diese einen voreingestellten Temperaturgang auf weist. controls, so that this has a preset temperature response on. Die Temperatursteuereinrichtung weist dabei einen Temperatursensor auf, der eine Temperatur des Substrats erfaßt. The temperature control device in this case has a temperature sensor which detects a temperature of the substrate.
  • Unter Verwendung des erfaßten Temperaturwerts des Substrats liefert die Steuereinrichtung daraufhin ein Signal, das die Spannungsquelle Using the detected temperature value of the substrate, the controller then supplies a signal voltage source, the 40 40 bzw. or. 50 50 steuert, so daß die von der Spannungsquelle controls so that the voltage of the source 40 40 bzw. or. 50 50 angelegte elektrische Spannung temperaturabhängig ist und einen Temperaturgang aufweist, so daß das von dem Verspannungssensorelement ausgegebene Verspannungssensorsignal A ebenfalls einen Temperaturgang aufweist. applied electric voltage is temperature dependent and has a temperature response, so that the output from the strain sensor element stress sensor signal A also has a temperature coefficient. Da das Verspannungssensorsignal A von der Kompensationseinrichtung Since the strain sensor signal A of the compensation device 26 26 empfangen wird und die Kompensationseinrichtung is received and the compensation device 26 26 eine Kompensation unter Verwendung des Verspannungssensorsignals A durchführt, wird die durchgeführte Kompensation ebenfalls temperaturabhängig, wobei durch den geeignet gewählten Temperaturgang der Spannungsquelle der Temperatureinfluß auf die Piezo-Empfindlichkeit des Hallsondensystems ausgeglichen wird. a compensation using the tension sensor signal A performs the processing performed compensation is also temperature dependent, being offset by the suitably selected temperature coefficient of the voltage source of the temperature influence on the piezo-sensitivity of the Hall probe system.
  • Die geeignete Wahl des Temperaturgangs muß dabei aus den bekannten Temperaturkoeffizienten der piezoresistiven Koeffizienten und der Piezo-Hall-Koeffizienten ermittelt werden. The appropriate selection of the temperature response must thereby be determined from the known temperature coefficient of the piezoresistive coefficient and the piezo Hall coefficient.
  • Die Einstellung eines definierten Temperaturgangs kann ferner durch bekannte Schaltungen erfolgen, die die Temperaturabhängigkeit der Bandlücke von Halbleitern ausnützen. The setting of a defined temperature variation may also be effected by known circuits which exploit the temperature dependence of the band gap of semiconductors.
  • 8 8th zeigt eine solche bekannte Schaltung, die eine temperaturabhängige elektrische Spannung U(T) aufgrund eines sogenannten Bandlücken-Prinzips erzeugt. shows such a known circuit which generates a temperature-dependent electric voltage U (t) due to a so-called bandgap principle. Ein erster Transistor A first transistor 74 74 mit einer Emitterfläche F1 und ein zweiter Transistor with an emitter surface F1 and a second transistor 76 76 mit einer Emitterfläche F2 sind jeweils durch Verbinden eines Kollektors und Basis zu einer Diode verschaltet, wobei der Kollektor bzw. Basis jeweils auf Masse gelegt ist. with an emitter area F2 are each connected by connecting a collector and base to a diode, the collector and base is respectively placed at ground. Dadurch ist der Transistor As a result, the transistor 74 74 und der Transistor and transistor 76 76 zu einer Diode verschaltet und masseseitig miteinander verbunden. connected as a diode and the ground side connected to each other. Ein erster Anschluß eines Widerstands A first terminal of a resistor 78 78 ist mit dem Emitter des Transi stors is connected to the emitter of the transi stors 76 76 verbunden. connected. Der zweite Anschluß des Widerstands The second terminal of the resistor 78 78 ist mit einem negativen Eingang eines Differenzverstärkers is connected to a negative input of a differential amplifier 80 80 verbunden. connected. Der positive Eingang des Differenzverstärkers The positive input of the differential amplifier 80 80 ist ferner mit dem Emitter des Transistors is further connected to the emitter of transistor 74 74 verbunden. connected. Ferner ist der Emitter des Transistors Further, the emitter of the transistor 74 74 mit einem ersten Eingang einer regelbaren Stromquelle to a first input of a controllable current source 82 82 verbunden. connected. Der Ausgang des Differenzverstärkers The output of the differential amplifier 80 80 ist mit einem Steuereingang der regelbaren Stromquelle is connected to a control input of the controllable current source 82 82 verbunden. connected. Ferner ist der zweite Anschluß des Widerstands Further, the second terminal of the resistor 78 78 mit einem ersten Anschluß eines Widerstands to a first terminal of a resistor 84 84 verbunden, wobei der zweite Anschluß des Widerstands connected with the second terminal of the resistor 84 84 mit einem zweiten Eingang der regelbaren Stromquelle to a second input of the controllable current source 82 82 verbunden ist. connected is. Die Wirkungsweise des Schaltungsaufbaus beruht auf der Tatsache, daß bei einem gleichem Strom zwischen Emitter und Kollektor in dem Transistor The operation of the circuit structure based on the fact that in a same current between emitter and collector in the transistor 76 76 eine geringere elektrische Spannung abfällt, da der Transistor a lower electrical voltage drops, since the transistor 76 76 eine Emitterfläche F2 aufweist, die größer als die Emitterfläche F1 des Transistors has an emitter area F2, which is greater than the emitter area of ​​the transistor F1 74 74 ist. is. Der Differenzverstärker The differential amplifier 80 80 führt einen Vergleich des Potentials des Emitters des Transistors performs a comparison of the potential of the emitter of the transistor 74 74 und des zweiten Anschlusses des Widerstands and the second terminal of the resistor 78 78 durch, wobei die regelbare Stromquelle through, wherein the variable current source 82 82 einen Strom, der von dem zweiten Eingang der regelbaren Stromquelle a current from the second input of the controllable current source 82 82 über den Emitter des Transistors via the emitter of the transistor 74 74 zu der Masse fließt gleich einem Strom einstellt, der von dem zweiten Eingang der regelbaren Stromquelle to the mass flow equal to adjust a current flowing from the second input of the controllable current source 82 82 über den Transistor through transistor 84 84 , den Transistor , Transistor 78 78 und den Transistor and transistor 76 76 zu der Masse fließt. flows to the ground. Durch die Regelschleife wird der Stromwert I, der durch den Widerstand Due to the control loop of the current value I flowing through the resistor 74 74 bzw. durch die Widerstände or by the resistors 84 84 , . 78 78 und den Transistor and transistor 76 76 fließt, derart eingestellt, daß der Spannungsabfall an dem Transistor flows adjusted such that the voltage drop across the transistor 76 76 und an dem Widerstand and the resistor 78 78 gleich dem Spannungsabfall an dem Transistor equal to the voltage drop across the transistor 74 74 ist. is. Indem nun die Diffusionsspannungen der Transistor By now, the diffusion voltages of transistor 74 74 und der Transistor and transistor 76 76 aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Halbleiter-Bandlücken einen Temperaturgang aufweisen, kann durch ein Einstellen des Verhältnisses der Emitterflächen F1 und F2 sowie durch eine geeignete Wahl der Widerstandswerte der Widerstände due to the temperature dependence of the semiconductor band gaps have a transition temperature, by adjusting the ratio of the emitter areas F1 and F2 as well as by a suitable choice of the resistance values ​​of the resistors 78 78 und and 84 84 der Temperaturgang des Stroms I auf einen gewünschten Temperaturgang eingestellt werden. the temperature transition of the current I can be set to a desired temperature transition.
  • Durch ein Abgreifen einer elektrischen Spannung zwischen Masse und dem zweiten Anschluß des Widerstands By tapping an electric voltage between ground and the second terminal of resistor 84 84 kann über den Temperaturgang des Stroms I ein Temperaturgang einer elektrischen Spannung U(T) eingestellt werden. a temperature variation of an electric voltage U (T) can be adjusted via the temperature response of the current I. Diese elektrische Spannung U(T) wird nun durch einen Spannungsfolger gebuffert und als temperaturabhängige elektrische Spannung anstatt der elektrischen Spannung U 0 an die Verspannungssensorelemente angelegt, wie es in den This electric voltage U (T) is then buffered by a voltage follower and applied as a temperature-dependent electrical voltage instead of the voltage U 0 of the strain sensor elements, as in the 6a 6a und and 2b 2 B dargestellt ist. is shown.
  • Die Erzeugung der elektrischen Verspannungssensorelement-Spannungen durch die bekannten Bandlücke-Prinzipien, wie beispielsweise durch die Schaltung gemäß The generation of the electrical stress sensor element voltages by the known band-gap principles, such as for example by the circuit of 8 8th , weist ferner den Vorteil auf, daß eine solche Schaltung in integrierter Schaltungstechnik leicht zu erzeugen ist, wobei dennoch eine Unempfindlichkeit gegenüber mechanischen Verspannungen des Substrats weitgehend erreicht ist. , Also has the advantage that such a circuit is easily produced in integrated circuit technology while still providing insensitivity to mechanical stress of the substrate is largely achieved. Folglich kann sowohl der Absolutwert der Verspannungssensorspannung U 0 als auch der Temperaturgang von U 0 mit einer hinreichend guten Genauigkeit reproduziert werden. Consequently, both the absolute value of the strain sensor voltage U 0 and the temperature coefficient of U 0 with a sufficiently good accuracy can be reproduced.
  • Die Temperaturabhängigkeit von U 0 stellt dahingehend einen Vorteil dar, daß es erst durch diese Temperaturabhängigkeit möglich wird, auf dem Chip ein temperaturkompensiertes Signal zu erzeugen, das proportional zu der Verspannung des Chips ist. The temperature dependence of U 0 is the effect is an advantage that it is possible by this temperature dependence, to generate on-chip a temperature-compensated signal which is proportional to the tension of the chip. Im Gegensatz zu bekannten Verspannungssensoren, bei denen Widerstandsrosetten verwendet werden, die jedoch einzeln vermessen werden und folglich mit Anschlüssen versehen werden müssen, um sie mit weiter verarbeitenden Vorrichtungen zu verbinden, stellt die beschriebene Lösung, bei der aus einer Versorgungsspannung des Chips eine Verspannungssensorspannung erzeugt wird und in der weiteren Folge ein Verspannungssensorsignal U Δ , das als ein Eingangssignal an die Kompensationseinrichtung In contrast to known stress sensors in which resistance rosettes be used, but which are measured individually, and consequently must be provided with ports to connect them to further processing devices, the described solution, in which from a supply voltage of the chip a strain sensor voltage is generated and in the further course of a tension sensor signal U Δ, which as an input signal to the compensation device 26 26 angelegt wird, ein vollständig autarkes Prinzip dar. a fully self-sufficient principle is applied, is.
  • Das erfindungsgemäße Konzept bietet eine große Flexibilität, da sowohl für die Wahl der Verspannungssensoreinrichtung (n-Typ, p-Typ, Anordnung und Ort auf dem Substrat) als auch für die Durchführung der Kompensation (Abdeckung/Common-Mode-Spannung, Wanne/Common-Mode-Spannung) mehrere Möglichkeiten existieren. The inventive concept provides great flexibility, since both for the choice of the strain sensing means (n-type, p-type, arrangement, and location on the substrate) as well as for the implementation of compensation (cover / common-mode voltage, pan / Common mode voltage) several possibilities exist. Dabei können die einzelnen Möglichkeiten auch kombiniert werden, wodurch sich eine große Menge an Realisierungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung bietet. The individual options can be combined, thus offering a large amount of possible implementations of the present invention.
  • Ein Ausführungsbeispiel, bei dem Verspannungssensorelemente verschiedener Art und unterschiedliche Kompensationsmöglichkeiten verwendet werden, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf An embodiment used in the strain sensor elements of different types and different compensation options will hereinafter with reference to 9 9 näher erläutert. explained.
  • Gemäß According to 9 9 weist die Verspannungssensoreinrichtung mehrere auf einem Substrat angeordnete Verspannungssensorelemente , the strain sensor means comprises a plurality arranged on a substrate strain sensor elements 85 85 auf. on. Die Verspannungssensorelemente können sich dabei bezüglich der Dotierung (n-Dotierung, p-Dotierung) und bezüglich einer Ausrichtung unterscheiden. The strain sensor elements can thereby with respect to the impurity (n-type impurity, p-type doping) and differ with respect to one orientation. Ein Verspannungssensorelement weist ein Paar von Widerständen auf, die in vorbestimmten Richtungen auf dem Substrat angeordnet sind, wie es vorhergehend beschrieben wurde. A strain sensor element has a pair of resistors, which are arranged in predetermined directions on the substrate, as described above. Ferner können sich die Verspannungssensorelemente durch den Ort unterscheiden, an dem dieselben angeordnet sind. Furthermore, the strain sensor elements may differ by the location, are arranged on the same.
  • Jedes der Verspannungssensorelemente weist eine Spannungsquelle auf, die eine Verspannungssensorspannung U 0 für jedes Verspannungssensorelement liefert. Each of the strain sensor elements has a voltage source providing a strain sensor voltage U 0 for each strain sensor element. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel weist jede der Spannungsquellen für die Verspannungssensorelemente einen eigenen Temperaturgang auf, was eine verbesserte Temperaturkompensation ermöglicht. In an alternative embodiment, each of the voltage sources for the strain sensor elements has its own temperature response, which allows for improved temperature compensation.
  • Jedes der Verspannungssensorelemente erzeugt ein Verspannungssensorsignal A (1) , A (n) , das proportional zu der Verspannungssensorspannung U (1) / 0, U (n) / 0 ist. Each of the strain sensor elements generates a tension sensor signal A (1), A (n) which is proportional to the strain sensor voltage U (1) / 0, U (n) / 0th Das Verspannungssensorsignal ist proportional zu der mechanischen Verspannung am Ort des Verspannungssensorelements, so daß für das n-te Verspannungssensorelement gilt: The strain sensor signal is proportional, so that the following applies to the mechanical stress at the location of the stress sensor element for the n-th strain sensor element: U U (n) (N) 0 0 Σπ Σπ (n) (N) i,j i, j σ σ (n) (N) i,j i, j
  • Jedes der von den Verspannungssensorelementen erzeugten Verspannungssensorsignale A (1) , A (n) wird über einen Ausgang der jeweiligen Verspannungssensorelemente an einen ersten (E (1) ) bis n-ten (E (n) ) Eingang einer Kombinationseinrichtung angelegt. Each of the strain sensor signals A generated by the stress sensor elements (1), A (n) is an output of the respective strain sensing elements to a first (E (1)) to n-th (E (n)) applied input of a combining means. Die Kombinationseinrichtung führt eine Linearkombination der Verspannungssensorsignale A (1) , A (n) durch und erzeugt ein erstes Ausgangssignal A1 und ein zweites Ausgangssignal A2. The combination means performs a linear combination of the strain sensor signals A (1), A (n) and generates a first output A1 and a second output signal A2. Das erste Ausgangssignal A1 wird über einen ersten Ausgang The first output signal via a first output A1 88 88 an den positiven Eingang eines Differenzverstärkers to the positive input of a differential amplifier 92 92 angelegt. created. Der Ausgang des Differenzverstärkers The output of the differential amplifier 92 92 wird an den ersten Anschluß is applied to the first terminal 12 12 eines Hallbereichs a Hall area 10 10 angelegt. created. Ein erster Hallanschluß A first terminal Hall 18 18 und ein zweiter Hallanschluß and a second Hall terminal 20 20 , an denen die Hallspannung U h als Differenzspannung abgegriffen wird, sind jeweils mit einem ersten und zweiten Eingang einer Mittelwert-Einrichtung In which the Hall voltage V h is tapped off as a voltage difference, each having first and second input means of a mean- 94 94 verbunden. connected. Ein Ausgang der Mittelwert-Einrichtung An output of the averaging means 94 94 ist ferner mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers is further connected to the negative input of the differential amplifier 92 92 verbunden. connected. Der zweite Ausgang The second output 90 90 der Kombinationseinrichtung the combiner 86 86 ist ferner mit einer Abdeckung is further provided with a cover 22 22 des Hallbereichs the Hall area 10 10 verbunden, wobei der Hallbereich , wherein the Hall area 10 10 in einer Wanne des Substrats angeordnet ist. is disposed in a well of the substrate. Der Hallbereich The Hall area 10 10 ist ferner mit einer Stromerzeugungseinrichtung verbunden, so daß das Hallsondensystem in Stormsteuerung betrieben wird, wie es in is further connected to a current generating means, so that the Hall probe system is operated in Storm control as in 7a 7a gezeigt wurde. was shown.
  • Die Kombinationseinrichtung erzeugt aus den Verspannungssensorsignalen A (1) , A (n) unter Verwendung geeigneter Gewichtungen für die Verspannungssensorsignale das erste Ausgangssignal A1, gemäß der Vorschrift The combining means generates from the strain sensor signals A (1), A (n) using appropriate weights for the strain sensor signals the first output signal A1, according to the procedure A1 = a (0) + a (1) ·E (1) +...+ ) +a (n) ·E (n) A1 = a (0) + a (1) * E (1) + ... +) + a (n) · e (n)
  • Entsprechend wird mit einer zweiten Gewichtung das Ausgangssignal A2 gemäß der folgenden Vorschrift erzeugt: Accordingly, the output signal A2 is generated according to the following protocol with a second weighting: A2 = b (0) + b (1) ·E (1) +...+ ) +b (n) ·E (n) A2 = b (0) + b (1) * E (1) + ... +) + b (n) · E (n)
  • Die Erzeugung der Ausgangssignale A1 und A2 als gewichtete Linearkombinationen aus den Verspannungssensorsignalen weist nun den Vorteil auf, daß bestimmte Verspannungskomponenten, die einen starken Einfluß auf die Veränderung der Hallspannung an dem Ort des Hallbereichs The generation of the output signals A1 and A2 as a weighted linear combinations of the strain sensor signals now has the advantage that certain stress components that a strong influence on the change of the Hall voltage at the location of the Hall range 10 10 ausüben, betont werden können, so daß über die Ausgangssignale A1 und A2 eine Kompensation mit großer Genauigkeit durchgeführt werden kann. exercise can be emphasized, so that compensation can be performed with high accuracy on the output signals A1 and A2.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Kombinationseinrichtung derart ausgebildet, daß lediglich eine Addition der Verspannungssensorsignale A (1) , A (n) durchgeführt wird, wobei die Gewichtung durch die jeweils an den Verspannungssensorelementen anliegenden elektrischen Spannungen U 0 durchgeführt wird. In one embodiment, the combination device is designed such that only an addition of the strain sensor signals A (1), A (n) is performed, wherein the weighting is performed by the appended respectively to the strain sensor elements voltages U 0th Dies weist den Vorteil auf, daß die Kombinationseinrichtung This has the advantage that the combiner 86 86 einfach ausgebildet ist, wobei dennoch über die Verspannungssensorspannung U 0 ein Hervorheben einzelner Spannungskomponenten des mechanischen Spannungstensors und eine Einstellung der Gewichtungsfaktoren über die Einstellung des elektrischen Spannungswerts ermöglicht ist. is easily formed, wherein a highlighting of individual voltage components of the mechanical stress tensor and a setting of the weighting factors on the adjustment of the electric voltage value still allows about the strain sensor voltage U 0th
  • Ferner wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für jedes Verspannungssensorelement ein eigener Temperaturgang eingestellt, um die unterschiedliche Temperaturabhängigkeit der Komponenten des mechanischen Verspannungstensors zu berücksichtigen und eine Kompensation mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Further, in a preferred embodiment, for each distortion sensor element has its own temperature response is adjusted to take account of the different temperature dependence of the components of the mechanical Verspannungstensors and perform compensation with high accuracy.
  • Die Auswahl der Verspannungssensorelemente hinsichtlich Dotierung, Ausrichtung und Ort auf dem Substrat wird dabei durch das Kriterium festgelegt, daß die wesentlichen Komponenten des mechanischen Verspannungstensors auf dem Substrat erfaßt werden sollen. The selection of the strain sensor elements with respect to doping, orientation and location on the substrate is then determined by the criterion that the essential components of the mechanical Verspannungstensors to be detected on the substrate. Die Orte der Verspannungssensorelemente sollen ferner derart gewählt sein, daß ein deterministischer Rückschluß mit einem möglichst einfachen Zusammenhang zwischen den an den Orten der Verspannungssensorelemente vorliegenden Verspannungen und den Verspannungen an dem Ort des Hallbereichs und dem Ort des stromdefinierenden Widerstands vorliegt, an denen die Beeinflussung der Hallspannung U h stattfindet. The locations of the strain sensor elements should be further selected such that a deterministic inference is present with a simple possible correlation between present at the locations of the strain sensor elements tension and the tension at the location of the Hall area and the location of the current-defining resistance, in which the influence on the Hall voltage U h takes place. Zur Festlegung dieser Auswahlkriterien ist es erforderlich, Berechnungen, beispielsweise durch eine Finite-Elemente-Methode, der Verspannungen an dem Substrat und/oder experimentelle Messungen durchzuführen. For specifying the selection criteria, it is necessary calculations to perform, for example, by a finite element method, the tension on the substrate and / or experimental measurements. Unter Zuhilfenahme dieser berechneten oder experimentell gewonnenen Ergebnisse kann daraufhin eine Auswahl der Verspannungssensorelemente zusammen mit dem Festlegen der geeigneten Gewichtungen der Linearkombinationen und der Verspannungssensorspannung oder der Verspannungssensorspannung mit einem Temperaturverlauf erfolgen. With the aid of these calculated or experimentally obtained results then can be done together with the setting of the appropriate weights of linear combinations and the tension sensor tension or strain sensor voltage with a temperature profile a selection of the strain sensor elements.
  • Das von der Kombinationseinrichtung Launched by the combiner 86 86 erzeugte erste Signal A1 wird über den ersten Ausgang generated first signal is A1 via the first output 88 88 an den positiven Eingang des Differenzverstärkers to the positive input of the differential amplifier 92 92 angelegt. created. Das Ausgangssignal A1 stellt eine elektrische Spannung dar, die zwischen dem Common-Mode-Punkt des Hallbereichs The output signal A1 represents an electric voltage applied between the common-mode point of the Hall range 10 10 und einem Wannenbereich, in dem der Hallbereich and a well region in which the Hall area 10 10 angeordnet ist, angelegt werden soll, um die auf dem Substrat vorliegenden Verspannungen zu kompensieren. is arranged to be applied to compensate for the present tension on the substrate. Wie es bereits erklärt wurde, kann durch eine Mittelwertbildung der Potentiale an dem ersten Hallanschluß As already explained, by averaging the potentials at the first Hall connection 18 18 und dem zweiten Hallanschluß and the second Hall terminal 20 20 das Common-Mode-Potential erfaßt werden. the common mode potential can be detected. Indem nun das Potential des ersten Hallanschluß By now, the potential of the first terminal Hall 18 18 an dem ersten Eingang der Mittelwertbildungseinrichtung at the first input of the averaging means 94 94 und das Potential des zweiten Hallanschluß and the potential of the second terminal Hall 20 20 an dem zweiten Eingang der Mittelwertbildungseinrichtung at the second input of the averaging means 94 94 anliegt, liegt an dem Ausgang der Mittelwertbildungseinrichtung present, is present at the output of the averaging means 94 94 ein Potential an, das dem Potential des Common-Mode-Punkts des Hallbereichs a potential at which the potential of the common-mode point of the Hall area 10 10 entspricht. equivalent.
  • Da das Common-Mode-Potential an den negativen Eingang des Differenzverstärkers Since the common-mode potential at the negative input of the differential amplifier 92 92 angelegt wird, wirkt der Differenzverstärker is applied, the differential amplifier works 92 92 als aktiver Teil einer Regelschaltung, und stellt das Potential an dem ersten Anschluß as an active part of a control circuit, and sets the potential at the first terminal 12 12 des Hallbereichs the Hall area 10 10 so ein, daß das Common-Mode-Potential gegenüber Masse einen Wert aufweist, der dem Ausgangssignal A1 entspricht. in such a way that the common mode potential with respect to ground having a value corresponding to the output signal A1. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Hallbereich Since in this embodiment the Hall area 10 10 in einer Wanne angeordnet ist, die auf Masse gelegt ist, weist der Common-Mode-Punkt nach dem Durchführen der obig beschriebenen Kompensation eine elektrische Spannung gegenüber dem Wannenbereich auf, der dem gewünschten Ausgangssignal A1 entspricht. is arranged in a trough which is connected to ground, comprises the common-mode point after performing the above-described compensation electric voltage relative to the well region that corresponds to the desired output signal A1.
  • Wie es bereits beschrieben wurde, wird dadurch die Raumladungszone in dem Hallbereich As already described, thereby the space-charge zone in the area of ​​Hall 10 10 beeinflußt, wodurch wiederum die Empfindlichkeit so beeinflußt wird, daß Einflüsse aufgrund mechanischer Verspannungen reduziert bzw. kompensiert ist. influenced, which, in turn, the sensitivity is so influenced that influences is reduced due to mechanical stresses or compensated.
  • Wie es durch die Pfeile in As indicated by the arrows in 9 9 angedeutet ist, wird die Empfindlichkeit S durch die piezoresistive Beeinflussung und Piezo-Hall-Beeinflussung in dem Hallbereich is indicated, the sensitivity S through the piezoresistive influencing and piezo-Hall-interference in the reverberant field 10 10 und die piezoresistive Beeinflussung eines Widerstands, der in der Stromerzeugungseinrichtung and the piezoresistive influence of a resistor in the power generation facility 96 96 den Hallstrom definiert, beeinflußt. the Hall current defined affected.
  • Es soll an dieser Stelle bemerkt werden, daß der Wert des Hallstrom durch die Änderung des Common-Mode-Potentials nicht verändert wird, da der Hallstrom bei diesem Ausführungsbeispiel von der Stromerzeugungseinrichtung It should be noted at this point that the value of the Hall current is not changed by the change in the common mode potential, since the Hall current in this embodiment of the current generating means 96 96 in einer Stromsteuerung erzeugt wird. is generated in a current control.
  • Ferner wird das zweite Ausgangssignal A2 über den zweiten Ausgang Further, the second output signal A2 via the second output is 86 86 der Kombinationseinrichtung an die Abdeckung the combining means to the cover 22 22 angelegt. created. Da für die Beeinflussung das Potential zwischen der Abdeckung As for influencing the potential between the cover 22 22 und dem Common-Mode-Potential des Hallbereichs and the common mode potential of the Hall area 10 10 entscheidend ist, das Common-Mode-Potential jedoch bereits durch den Differenzverstärker However, the common mode potential is crucial, already by the differential amplifier 92 92 auf einen Wert festgelegt ist, wird das Ausgangssignals A2 an die Abdeckung is set to a value, the output signal A2 is applied to the cover 22 22 angelegt, um dieselbe auf ein definiertes Potential einzustellen. applied to set the same at a defined potential. Dazu muß das Ausgangssignal A2 in der Kompensationseinrichtung For this purpose, the output signal A2 has in the compensation device 26 26 unter Berücksichtigung des festgelegten Common-Mode-Potentials geeignet bestimmt werden. be suitably determined in consideration of the determined common-mode potential.
  • Durch die geeignete Abstimmung der Koeffizienten bei der Linearkombination, der Verspannungssensorspannungen sowie der Anordnung der Spannungssensoren auf dem Siliziumchip kompensiert diese Schaltung die störenden Piezo-Effekte auf die Hallsonde und auf die zugehörige Stromerzeugungseinrichtung mit großer Genauigkeit. By suitable matching of the coefficients of the linear combination, of the strain sensor voltages as well as the arrangement of the voltage sensors on the silicon chip, this circuit compensates for the disturbing effects on the piezo-Hall probe and the associated power generation facility with great accuracy. Zusätzlich kann, wie es obig beschrieben wurde, durch das Vorsehen eines definierten Temperaturgangs der Verspannungssensorspannung für jedes Verspannungssensorelement die Kompensation der mechanischen Verspannung in einem weiten Temperaturbereich durchgeführt werden, so daß die magnetische Empfindlichkeit und folglich die Hallspannung weitestgehend unabhängig von mechanischen Verspannungen des Chips ist. In addition, as described above-can be performed in a wide temperature range by the provision of a defined temperature response of the strain sensor voltage for each strain sensor element to compensate for the mechanical stress, so that the magnetic sensitivity and consequently the Hall voltage is largely independent of the mechanical tension of the chip.

Claims (28)

  1. Hallsondensystem mit folgenden Merkmalen: einem leitfähigen Hallbereich ( Hall probe system comprising: (a conductive Hall area 10 10 ), durch den ein Hallstrom fließen kann und an dem an einem ersten Sekundär-Hallanschluß ein erstes Hallanschlußpotential (U2) und an einem zweiten Sekundär-Hallanschluß ein zweites Hallanschlußpotential (U3) abgreifbar ist, wobei eine Differenz des ersten Hallanschlußpotentials (U2) und zweiten Hallanschlußpotentials (U3) eine von einem äußeren Magnetfeld abhängige Hallspannung definiert und wobei der Hallbereich einen Common-Mode-Punkt mit einem Common-Mode-Potential aufweist, das der arithmetische Mittelwert des ersten und zweiten Hallanschlußpotentials ist; ) Through which can flow a Hall current and a second Hall terminal potential (at which a first Hall terminal potential (at a first secondary Hall terminal U2) and at a second secondary Hall terminal U3) can be tapped, wherein a difference of the first Hall terminal potential (U2) and second Hall terminal potential (U3) defines a dependent of an external magnetic field Hall voltage and Hall wherein the region has a common-mode point with a common-mode potential, which is the arithmetic mean of the first and second Hall terminal potential; einem Elektrodenbereich ( (An electrode area 22 22 ; ; 58 58 ), der von dem Hallbereich ( ) Of the (from the Hall area 10 10 ) elektrisch isoliert ist; ) Is electrically isolated; einer Einrichtung ( (Means 26 26 ; ; 27 27 ; ; 29 29 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung zwischen dem Elektrodenbereich und dem Common-Mode-Punkt, wobei die Einrichtung zum Erzeugen der Steuerspannung ausgebildet ist, um die Steuerspannung in Abhängigkeit eines Einflußparameters, der einen Einfluß einer externen Größe auf den leitfähigen Hallbereich ( ) For generating an electrical control voltage between the electrode region and the common-mode point, wherein the means for generating the control voltage is formed to the control voltage in response to an influence parameter (an influence of an external size of the conductive Hall area 10 10 ) darstellt, zu verändern, wobei bei dem Anlegen der Steuerspannung zwischen dem Elektrodenbereich ( ) Is to change, where (in which the control voltage between the electrode area 22 22 ; ; 58 58 ) und dem Common-Mode-Punkt die Hallspannung durch eine Beeinflussung der für den Hallstrom zur Verfügung stehenden Ladungsträger durch die angelegte Steuerspannung gesteuert wird. ) And the common-mode point of the Hall voltage is controlled by influencing the property for the Hall current available to charge carriers by the applied control voltage.
  2. Hallsondensystem nach Anspruch 1, bei dem das Hallsondensystem ein Substrat aufweist, wobei der Hallbereich ( Hall probe system of claim 1, wherein the Hall sensor system comprising a substrate, wherein the Hall region ( 10 10 ), die Steuereinrichtung und der Elektrodenbereich ( ), The control device and the electrode region ( 22 22 ; ; 58 58 ) in dem Substrat angeordnet sind. ) Are arranged in the substrate.
  3. Hallsondensystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Elektrodenbereich ( Hall probe system of claim 1 or 2, wherein (the electrode area 22 22 ) durch eine Isolationsschicht, die zwischen dem Hallbereich ( ) By an insulating layer (between the Hall area 10 10 ) und der leitfähigen Abdeckung angeordnet ist, von dem Hallbereich ( ) And the conductive cover is arranged (region of the Hall 10 10 ) elektrisch isoliert ist, wobei die Beeinflussung der für den Hallstrom zur Verfügung stehenden Ladungsträger durch ein Verarmen oder Anreichern von Ladungsträgern in dem Hallbereich ( ) Is electrically isolated, the effect on the property of the Hall current available to charge carriers by depletion or enrichment of charge carriers in the Hall region ( 10 10 ) erfolgt. ) he follows.
  4. Hallsondensystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Elektrodenbereich ( Hall probe system of claim 1 or 2, wherein (the electrode area 58 58 ) durch eine Raumladungszone eines gesperrten pn-Übergangs von dem Hallbereich ( ) (By a space charge region of a blocked pn junction of the Hall area 10 10 ) elektrisch isoliert ist, wobei eine Beeinflussung der für den Hallstrom zur Verfügung stehenden Ladungsträger durch ein Verändern der Ausdehnung der Raumladungszone erfolgt. ) Is electrically isolated, wherein an influencing of the property for the Hall current available to charge carriers takes place by changing the extent of the space charge zone.
  5. Hallsondensystem nach Anspruch 4, bei dem der Elektrodenbereich ein dotierter Bereich ( Hall probe system of claim 4, wherein the electrode area (a doped region 58 58 ) ist, der an dem leitfähigen Hallbereich ( ), The (Hall to the conductive area 10 10 ) angrenzt, wobei der dotierte Bereich ( ) Adjacent said doped region ( 58 58 ) einen Dotiertyp aufweist, der entgegengesetzt zu einem Dotiertyp des Hallbereichs ( ) Has a doping type which is opposite to a doping type of the Hall region ( 10 10 ) ist, wobei sich zwischen dem Hallbereich ( ) Is, wherein (between the Hall area 10 10 ) und dem dotierten Bereich ( ) And the doped region ( 58 58 ) die elektrisch isolierende Raumladungszone ausbildet. ) Forms the electrically insulating space charge zone.
  6. Hallsondensystem nach Anspruch 5, bei dem der dotierte Bereich ( Hall probe system of claim 5, wherein the doped region ( 58 58 ) eine Dotierkonzentration aufweist, die größer als eine Dotierkonzentration des Hallbereichs ( ) Has a doping concentration greater than a doping concentration of the Hall region ( 10 10 ) ist. ) Is.
  7. Hallsondensystem nach Anspruch 6, bei dem der dotierter Bereich entweder eine dotierte Abdeckung, eine dotierte Wanne ( Hall probe system of claim 6, wherein the doped region of either a doped cover a doped well ( 58 58 ) des Substrats oder das Substrat ist. is) of the substrate or the substrate.
  8. Hallsondensystem nach Anspruch 3, bei dem der Elektrodenbereich eine leitfähige Abdeckung ( Hall probe system of claim 3, wherein the electrode area (a conductive cover 22 22 ) ist, wobei die leitfähige Abdeckung eine durchgehende Schicht, eine Schicht mit Schlitzen, eine gitterförmige Struktur oder eine stabförmige Struktur aufweist. ), Said conductive cover has a continuous layer, a layer with slits, a lattice-shaped structure or a rod-shaped structure.
  9. Hallsondensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Elektrodenbereich ( Hall probe system according to any one of claims 1 to 8, wherein (the electrode area 22 22 ; ; 58 58 ) zumindest einen ersten Ab schnitt und zumindest einen zweiten Abschnitt, der von dem ersten elektrisch isoliert ist, aufweist, wobei die elektrischen Steuerspannung zum Steuern der Hallspannung an dem zumindest einen ersten Abschnitt anliegt, während an dem zumindest einen zweiten Bereich eine konstante elektrische Spannung anliegt. ) Is at least cut a first Ab and at least a second portion that is electrically isolated from the first, said electrical control voltage for controlling the Hall voltage at the at least abuts a first portion, whereas at the at least one second portion is applied a constant electric voltage ,
  10. Hallsondensystem nach Anspruch 3, 8 oder 9, bei dem der Elektrodenbereich eine leitfähige Abdeckung ( Hall probe system of claim 3, 8 or 9, wherein the electrode area (a conductive cover 22 22 ) ist, die mehrere voneinander isolierte Schichten aufweist. ) Which has a plurality of mutually insulated layers.
  11. Hallsondensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Einrichtung ( Hall probe system according to any one of claims 1 to 10, wherein said means ( 26 26 ; ; 27 27 ; ; 29 29 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung ferner eine Einrichtung ( ) For generating an electrical control voltage further comprises means ( 12 12 , . 15 15 , . 18 18 , . 20 20 , . 21 21 ; ; 92 92 , . 94 94 ) zum Regeln des elektrischen Potentials des Common-Mode-Punkts des Hallbereichs ( ) (For controlling the electric potential of the common-mode point of the Hall area 10 10 ) auf ein vorbestimmtes Potential aufweist. ) On a predetermined potential.
  12. Hallsondensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Einrichtung ( Hall probe system according to any one of claims 1 to 11, wherein said means ( 26 26 ; ; 27 27 ; ; 29 29 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung ausgebildet ist, um eine zweite elektrische Steuerspannung in Abhängigkeit eines Einflußparameters des leitfähigen Hallbereichs ( ) Is adapted to generate an electrical control voltage (a second electric control voltage in dependence on a parameter of the influence of Hall conductive portion 10 10 ) zu erzeugen, wobei das Hallsondensystem zusätzlich zu dem einen Elektrodenbereich ( to generate), the Hall probe system in addition to the (an electrode region 22 22 ; ; 58 58 ) einen zweiten Elektrodenbereich aufweist, der von dem Hallbereich ( ) Has a second electrode region (region from the Hall 10 10 ) isoliert ist und ausgebildet ist, um die Hallspannung durch eine Beeinflussung der für den Hallstrom zur Verfügung stehenden Ladungsträger durch die angelegte zweite Steuerspannung zu steuern. ) Is isolated and is adapted to control the Hall voltage by influencing the property for the Hall current available to charge carriers by the applied second control voltage.
  13. Hallsondensystem nach Anspruch 12, wobei der eine Elektrodenbereich eine leitfähige Abdeckung ( Hall probe system of claim 12, wherein the one electrode portion (a conductive cover 22 22 ) ist, die von dem Hallbereich ( ) Is the (area of ​​the Hall 10 10 ) durch eine Isolationsschicht elektrisch isoliert ist, während der zweite Elektrodenbereich ein dotierter Bereich ( ) Is electrically insulated by an insulating layer, while the second electrode portion (a doped region 58 58 ) des Substrats ist, der an den leitfähigen Hallbereich ( is) of the substrate (on the conductive region Hall 10 10 ) angrenzt. ) Adjoins.
  14. Hallsondensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Hallsondensystem ferner eine Magnetfelderfassungsvorrichtung ( Hall probe system according to any one of claims 1 to 13, wherein the Hall sensor system further comprises a magnetic field detecting device ( 39 39 ) aufweist, um die den leitfähigen Hallbereich ( ) Having the (conductive Hall area 10 10 ) durchsetzende magnetische Induktion zu erfassen und wobei die Einrichtung ( to detect) passing through magnetic induction, and wherein the means ( 26 26 ; ; 27 27 ; ; 29 29 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung ausgebildet ist, um die elektrische Steuerspannung in Abhängigkeit der erfaßten magnetischen Induktion derart zu erzeugen, daß durch das Anlegen der Steuerspannung ein nicht-linearer Magnetfeldeinfluß auf die Hallspannung reduziert wird. ) Is adapted to generate an electrical control voltage to generate the electrical control voltage in response to the detected magnetic induction so that a non-linear magnetic field influence is reduced to the Hall voltage by applying the control voltage.
  15. Hallsondensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Hallsondensystem ferner eine Temperaturerfassungsvorrichtung aufweist, um die Temperatur des Hallbereichs ( Hall probe system according to any one of claims 1 to 13, wherein the Hall sensor system further comprises a temperature sensing device, the temperature of the Hall region ( 10 10 ) zu erfassen, und wobei die Einrichtung ( ) To be detected, and wherein the means ( 26 26 ; ; 27 27 ; ; 29 29 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung ausgebildet ist, um die elektrische Steuerspannung in Abhängigkeit von der Temperatur derart zu erzeugen, daß durch das Anlegen der Steuerspannung Temperatureinflüsse auf die Hallspannung reduziert werden. ) Is adapted to generate an electrical control voltage in order to generate the electric control voltage in dependence on the temperature such that the Hall voltage can be reduced to by applying the control voltage to temperature influences.
  16. Hallsondensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei das Hallsondensystem ferner eine Verspannungssensoreinrichtung ( Hall probe system according to any one of claims 2 to 13, wherein the system further comprises a Hall probe tension sensor means ( 24 24 ) zum Erfassen einer mechanischen Verspannung des Substrats und zum Erzeugen eines Verspannungssensorsignals, das von einer mechanischen Verspannung des Substrats abhängt, aufweist, und wobei die Einrichtung ( ) For detecting a mechanical strain of the substrate and for generating a tension sensor signal which is dependent from a mechanical stress of the substrate, and wherein the means ( 26 26 ; ; 27 27 ; ; 29 29 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung ausgebildet ist, um das Verspannungssensorsignal zu empfangen und die elektrische Steuerspannung unter Verwendung des Verspannungssensorsignals zu erzeugen. ) Is adapted to generate an electrical control voltage in order to receive the strain sensor signal and to generate the electrical control voltage using the tension sensor signal.
  17. Hallsondensystem nach Anspruch 16, bei dem die Verspannungssensoreinrichtung ( Hall probe system of claim 16, wherein (the strain sensor device 24 24 ) ein Verspannungssensorelement aufweist, das auf dem Substrat angeordnet ist, wobei das Verspannungssensorelement eine Spannungsquelle ( having) a strain sensor element which is arranged on the substrate, wherein the strain sensor element (a voltage source 40 40 ; ; 50 50 ) zum Erzeugen eines Stroms in dem Verspannungssensorelement aufweist, wobei das Verspannungssensorsignal (A) als eine elek trische Spannung an dem Verspannungssensorelement abgreifbar ist. ) For generating a current in the strain sensor element, wherein the strain sensor signal (A) as an elec tric tension on the tension sensor element can be picked off.
  18. Hallsondensystem nach Anspruch 17, bei dem das Verspannungssensorelement eine H-Brückenschaltung ist, die einen ersten und zweiten Zweig aufweist, wobei in dem ersten Zweig ein erster Widerstand eines ersten Typs ( Hall probe system of claim 17, wherein the strain sensor element is an H-bridge circuit having a first and second branch, wherein in the first branch a first resistor of a first type ( 28 28 ) und ein zweiter Widerstand eines zweiten Typs ( ) And a second resistance of a second type ( 34 34 ) in Reihe verschaltet sind und zwischen denselben ein erster Abgriffpunkt ( ) Are connected in series and (between the same, a first tapping point 42 42 ) definiert ist und wobei ein erster Widerstand des zweiten Typs ( ) Is defined and wherein a first resistance of the second type ( 32 32 ) und ein zweiter Widerstand des ersten Typs ( ) And a second resistor of the first type ( 32 32 ) in dem zweiten Zweig in Reihe geschaltet sind und zwischen denselben ein zweiter Abgriffpunkt ( ) Are connected in the second branch in series, and (between the same a second tapping point 44 44 ) definiert ist, wobei die Spannungsquelle ( is defined), wherein the voltage source ( 40 40 ) ausgebildet ist, um eine Spannung an den ersten und zweiten Zweig, die parallel verschaltet sind, anzulegen, und wobei das Verspannungssensorsignal an dem ersten ( ) Is configured to apply a voltage to the first and second branches which are connected in parallel, and wherein the strain sensor signal (at the first 42 42 ) und zweiten ( ) And second ( 44 44 ) Abgriffpunkt abgreifbar ist. ) Tap point can be tapped.
  19. Hallsondensystem nach Anspruch 17, bei dem das Verspannungssensorelement eine Schaltungsanordnung aus einem Widerstand eines ersten Typs ( Hall probe system of claim 17, wherein the strain sensor element circuitry (of a resistance of a first type 46 46 ), einem Widerstand eines zweiten Typs ( (), A resistance of a second type 48 48 ) und einer Stromspiegeleinrichtung ist, wobei die Stromspiegeleinrichtung ( ) And a current mirror means, said current mirror means ( 56 56 ) ausgebildet ist, um einen Strom der durch das Anlegen einer elektrischen Spannung durch die Spannungsquelle ( is formed) to a stream of (by applying an electric voltage by the voltage source 50 50 ) an den Widerstand eines ersten Typs ( ) (The resistance of a first type 46 46 ) erzeugt wird, in dem Widerstand eines zweiten Typs ( ) Is produced (in the resistance of a second type 48 48 ) zu erzeugen, wobei das Verspannungssensorsignal als die Spannungsdifferenz der elektrischen Spannung, die an dem Widerstand des ersten Typs ( to generate), the tension sensor signal as the voltage difference of the electric voltage (across the resistor of the first type 46 46 ) abfällt, und der elektrischen Spannung abgreifbar ist, die an dem Widerstand des zweiten Typs ( ) Drops, and is tapped off the electrical voltage (across the resistor of the second type 48 48 ) abfällt. ) Drops.
  20. Hallsondensystem nach Anspruch 18 oder 19, bei dem der Widerstand des ersten Typs ( Hall probe system of claim 18 or 19, in which the resistance of the first type ( 28 28 , . 30 30 ; ; 46 46 ) ein integrierter Widerstand ist, der eine Stromrichtung in einer ersten Richtung des Substrats aufweist, und der Widerstand des zweiten Typs ( ) Is an integrated resistor, which has a current direction in a first direction of the substrate, and (the resistance of the second type 32 32 , . 34 34 ; ; 48 48 ) ein integrierter Widerstand ist, der eine Stromrichtung in einer zweiten Richtung des Substrats aufweist. ) Is an integrated resistor, which has a current direction in a second direction of the substrate.
  21. Hallsondensystem nach Anspruch 20, bei dem das Substrat ein (100)-Substrat aus Silizium ist und der Widerstand des ersten Typs ( Hall probe system of claim 20, wherein the substrate is a (100) substrate of silicon, and (the resistance of the first type 28 28 , . 30 30 ; ; 46 46 ) ein p-dotierter integrierter Widerstand mit einer Stromrichtung in einer [100]-Richtung ist, und der Widerstand des zweiten Typs ( ) Is a p-doped integrated resistor with a current direction in a [100] direction, and (the resistance of the second type 32 32 , . 34 34 ; ; 48 48 ) ein p-dotierter integrierter Widerstand ist, der eine Stromrichtung in einer Richtung aufweist, die in einer Ebene des Substrats um einen Winkel von 90° bezüglich der [100]-Richtung gedreht ist. ) A p-type integrated resistor having a current direction in a direction with respect to an angle of 90 ° to the [100] direction is rotated in a plane of the substrate.
  22. Hallsondensystem nach Anspruch 20, bei dem das Substrat ein (100)-Substrat aus Silizium ist und der Widerstand eines ersten Typs ( Hall probe system of claim 20, wherein the substrate is a (100) substrate of silicon, and (the resistance of a first type 28 28 , . 30 30 ; ; 46 46 ) ein n-dotierter integrierter Widerstand ist, der eine Stromrichtung in einer Richtung aufweist, die in der Ebene des Substrats gegenüber der [100]-Richtung um +45° gedreht ist, und der Widerstand eines zweiten Typs ein n-dotierter integrierter Widerstand ist, der eine Stromrichtung in einer Richtung des Substrats aufweist, die in der Ebene des Substrats um einen Winkel von 45° gegenüber der [100]-Richtung gedreht ist. ) Is an n-type integrated resistor having a current direction in a direction which is rotated in the plane of the substrate opposite to the [100] direction by + 45 °, and the resistance of a second type is an n-type integrated resistor having a current direction in a direction of the substrate which is rotated in the plane of the substrate by an angle of 45 ° relative to the [100] direction.
  23. Hallsondensystem nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem die Verspannungssensoreinrichtung ( Hall probe system according to any one of claims 16 to 22, wherein (the strain sensor device 24 24 ) mehrere Verspannungssensorelemente aufweist, wobei jedes der Verspannungssensorelemente eine Spannungsquelle aufweist, um eine elektrische Spannung an jedes der Verspannungssensorelemente anzulegen, so daß an jedem Verspannungssensorelement ein Verspannungssensorsignal abgreifbar ist, das von der mechanischen Verspannung und der durch die Spannungsquelle angelegten Sensorspannung abhängt, und wobei die Einrichtung ( ) Having a plurality of strain sensor elements, each of the strain sensor elements comprises a voltage source for applying an electrical voltage to each of the strain sensor elements, so that a tension sensor signal can be tapped at each strain sensor element, which depends on the mechanical stress and the voltage applied by the voltage source sensor voltage, and wherein the Facility ( 26 26 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung ausgebildet ist, um unter Verwendung der Verspannungssensorsignale eine elektrische Steuerspannung zum Reduzieren eines Einflusses einer mechanischen Verspannung auf die Hallspannung zu erzeugen. ) Is adapted to generate an electrical control voltage, to generate using the strain sensor signals, an electrical control voltage to reduce an influence of a mechanical stress to the Hall voltage.
  24. Hallsondensystem nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei dem das Verspannungssensorelement ferner eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Substrats und Ausgeben eines Temperatursignals, das von einer Temperatur abhängt, und eine Temperatursteuereinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Temperatursignals die Spannungsquelle ( Hall probe system according to any one of claims 16 to 23, wherein the strain sensor element further comprises a temperature detecting means for detecting a temperature of the substrate and outputting a temperature signal that depends on a temperature, and a temperature control means is adapted to (the voltage source by using the temperature signal 40 40 ; ; 50 50 ) derart zu steuern, daß die von der Einrichtung ( to control) such that the (by the means 26 26 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung erzeugte elektrische Steuerspannung einen Einfluß einer mechanischen Verspannung auf die Hallspannung für unterschiedliche Temperaturen reduziert. ) Generated for generating an electrical control voltage electrical control voltage an influence of a mechanical stress is reduced to the Hall voltage for different temperatures.
  25. Hallsondensystem nach Anspruch 23 oder 24, bei dem die Einrichtung ( Hall probe system of claim 23 or 24, wherein said means ( 26 26 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung eine Kombinationseinrichtung ( ) For generating an electrical control voltage (combining means 86 86 ) aufweist, die ausgebildet ist, um durch eine erste Kombination der Verspannungssensorsignale ein erstes Kompensationssignal (A1) zu erzeugen und durch eine zweite Kombination der Verspannungssensorsignale ein zweites Kompensationssignal (A2) zu erzeugen, und wobei die Einrichtung ( ) Which is adapted to produce (through a first combination of the strain sensor signals a first compensation signal A1) and to produce (by means of a second combination of the strain sensor signals a second compensation signal A2), and wherein the means ( 26 26 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung eine erste Vorrichtung ( ) For generating an electrical control voltage (a first device 92 92 , . 94 94 ) zum Kompensieren aufweist, die das erste Kompensationssignal empfängt, um unter Verwendung desselben einen Einfluß einer mechanischen Verspannung des Substrats auf die Hallspannung zu reduzieren und eine zweite Vorrichtung zum Kompensieren aufweist, die das zweite Kompensationssignal empfängt, um unter Verwendung desselben einen Einfluß einer mechanischen Verspannung des Substrats auf die Hallspannung zu reduzieren. ) For compensating, which receives the first compensation signal using the same to reduce an influence of a mechanical stress of the substrate to the Hall voltage and a second apparatus for compensating for receiving the second compensation signal by using the same an influence of a mechanical stress to reduce the substrate to the Hall voltage.
  26. Verfahren zum Herstellen eines Hallsondensystems mit folgenden Schritten: Erzeugen eines leitfähigen Hallbereichs ( A method for producing a Hall probe system comprising the steps of: generating a Hall conductive region ( 10 10 ), durch den ein Hallstrom fließen kann und an dem an einem ersten Sekundär- Hallanschluß ein erstes Hallanschlußpotential (U2) und an einem zweiten Sekundär-Hallanschluß ein zweites Hallanschlußpotential (U3) abgreifbar ist, wobei eine Differenz des ersten Hallanschlußpotentials (U2) und zweiten Hallanschlußpotentials (U3) eine von einem äußeren Magnetfeld abhängige Hallspannung definiert und wobei der Hallbereich einen Common-Mode-Punkt mit einem Common-Mode-Potential aufweist, das der arithmetische Mittelwert des ersten und zweiten Hallanschlußpotentials ist; ) Through which can flow a Hall current and a second Hall terminal potential (at which a first Hall terminal potential (at a first secondary Hall terminal U2) and at a second secondary Hall terminal U3) can be tapped, wherein a difference of the first Hall terminal potential (U2) and second Hall terminal potential (U3) defines a dependent of an external magnetic field Hall voltage and Hall wherein the region has a common-mode point with a common-mode potential, which is the arithmetic mean of the first and second Hall terminal potential; Erzeugen eines Elektrodenbereichs ( Generating an electrode region ( 22 22 ; ; 58 58 ) der von dem Hallbereich ( ) Of the (from the Hall area 10 10 ) elektrisch isoliert ist; ) Is electrically isolated; und Erzeugen einer Einrichtung ( and generating means ( 26 26 ; ; 27 27 ; ; 29 29 ) zum Erzeugen einer elektrischen Steuerspannung zwischen dem Elektrodenbereich und dem Common-Mode-Punkt, wobei die Einrichtung zum Erzeugen der Steuerspannung ausgebildet ist, um die Steuerspannung in Abhängigkeit eines Einflußparameters, der einen Einfluß einer externen Größe auf den leitfähigen Hallbereich ( ) For generating an electrical control voltage between the electrode region and the common-mode point, wherein the means for generating the control voltage is formed to the control voltage in response to an influence parameter (an influence of an external size of the conductive Hall area 10 10 ) darstellt, zu verändern, wobei bei dem Anlegen der Steuerspannung zwischen dem Elektrodenbereich ( ) Is to change, where (in which the control voltage between the electrode area 22 22 ; ; 58 58 ) und dem Common-Mode-Punkt die Hallspannung durch eine Beeinflussung der für den Hallstrom zur Verfügung stehenden Ladungsträger durch die angelegte Steuerspannunggesteuert wird. ) And the common mode point, the Hall voltage is by influencing the standing for the Hall current available charge carriers by the applied control voltage controlled.
  27. Verfahren zum Steuern einer Hallspannung, die an einem Hallbereich ( A method for controlling a Hall voltage (in a range Hall 10 10 ), durch den ein Hallstrom fließen kann und an dem an einem ersten Sekundär-Hallanschluß ein erstes Hallanschlußpotential (U2) und an einem zweiten Sekundär-Hallanschluß ein zweites Hallanschlußpotential (U3) abgreifbar ist, wobei eine Differenz des ersten Hallanschlußpotentials (U2) und zweiten Hallanschlußpotentials (U3) eine von einem äußeren Magnetfeld abhängige Hallspannung definiert und wobei der Hallbereich einen Common-Mode-Punkt mit einem Common-Mode-Potential aufweist, das der arithmetische Mittelwert des ersten und zweiten Hallanschlußpotentials ist, mit folgenden Schritten: (a) Erfassen eines Einflußparameters des Hallbereichs ( ) Through which can flow a Hall current and a second Hall terminal potential (at which a first Hall terminal potential (at a first secondary Hall terminal U2) and at a second secondary Hall terminal U3) can be tapped, wherein a difference of the first Hall terminal potential (U2) and second Hall terminal potential (U3) defines a dependent of an external magnetic field Hall voltage, and wherein the Hall region has a common-mode point with a common-mode potential, which is the arithmetic mean of the first and second Hall terminal potential, comprising the steps of: (a) detecting a parameter influence the Hall region ( 10 10 ), der einen Einfluß einer externen Größe auf den leitfähigen Hallbereich ( ), The (an influence of an external size of the conductive region Hall 10 10 ) darstellt; ) Group; (b) Verändern einer elektrischen Steuerspannung zwischen einem von dem Hallbereich ( (B) changing an electrical control voltage between a (from the Hall area 10 10 ) elektrisch isolierten Elektrodenbereich ( ) Electrically insulated electrode region ( 22 22 ; ; 58 58 ) und dem Common-Mode-Punkt in Abhängigkeit des erfaßten Einflußparameters des Hallbereichs ( ) And the common-mode point as a function of the sensed parameter of the Hall effect region ( 10 10 ), um die Hallspannung durch eine Beeinflußung der für den Hallstrom zur Verfügung stehenden Ladungsträger zu steuern. ), To control the Hall voltage by influencing the property for the Hall current available to charge carriers.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem Schritt (a) ein Erfassen der mechanischen Verspannung eines Substrats, auf dem der leitfähige Hallbereich ( The method of claim 27, wherein step (a) detecting the mechanical tension of a substrate on which the Hall conductive region ( 10 10 ) angeordnet ist, und Schritt (b) ein Verändern einer elektrischen Steuerspannung in Abhängigkeit von der mechanischen Verspannung des Substrats umfaßt. ) Is arranged, and step (b) a change of an electrical control voltage in dependence on the mechanical stress of the substrate comprises.
DE2001154498 2001-11-07 2001-11-07 Hall probe system and method for fabricating a Hall probe system and method for controlling a Hall voltage Expired - Fee Related DE10154498B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001154498 DE10154498B4 (en) 2001-11-07 2001-11-07 Hall probe system and method for fabricating a Hall probe system and method for controlling a Hall voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001154498 DE10154498B4 (en) 2001-11-07 2001-11-07 Hall probe system and method for fabricating a Hall probe system and method for controlling a Hall voltage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10154498A1 DE10154498A1 (en) 2003-05-22
DE10154498B4 true DE10154498B4 (en) 2005-08-25

Family

ID=7704810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2001154498 Expired - Fee Related DE10154498B4 (en) 2001-11-07 2001-11-07 Hall probe system and method for fabricating a Hall probe system and method for controlling a Hall voltage

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10154498B4 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009034664A1 (en) 2009-07-24 2011-01-27 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Method and apparatus for determining the setting position of an adjusting element of a motor vehicle
DE102010009821A1 (en) * 2010-03-02 2011-09-08 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Method for determining the position of an adjustment part adjusting
DE102010023999A1 (en) 2010-06-16 2011-12-22 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Method for determining position of e.g. window lifter of motor car, involves acquiring magnetic field alterations generated by displacement of window lifter during active cycle of Hall sensor in current saving mode
DE202010017499U1 (en) 2010-06-16 2012-02-09 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Apparatus for determining the setting position of a motor-driven actuating element of a motor vehicle
DE202015009335U1 (en) 2015-10-26 2017-03-03 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Apparatus for determining the setting position of an adjustable motor vehicle part
DE102015220839A1 (en) 2015-10-26 2017-04-27 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Method and apparatus for determining the setting position of an adjustable motor vehicle part

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10313948B4 (en) * 2003-03-27 2010-07-29 Infineon Technologies Ag Circuit including a Hall element, method for operating the same, and methods for manufacturing the same
DE10331096B4 (en) * 2003-07-09 2014-02-13 Austriamicrosystems Ag Integrated semiconductor device and method
DE10339939B4 (en) * 2003-08-29 2010-02-11 Infineon Technologies Ag Inter-alloy circuitry and methods for preparation and evaluation thereof
DE102004003853B4 (en) * 2004-01-26 2009-12-17 Infineon Technologies Ag Apparatus and method for compensating piezo influences on an integrated circuit arrangement
DE102004010613B4 (en) 2004-03-02 2015-04-02 Austriamicrosystems Ag Magnetic field sensor and method for its operation
DE102004015611B9 (en) * 2004-03-30 2009-12-03 Infineon Technologies Ag Apparatus and method for offset compensation
DE102004034277B4 (en) * 2004-07-15 2009-12-03 Infineon Technologies Ag Device, in particular in an integrated circuit arrangement and method for detecting a mechanical stress state in a semiconductor substrate
DE102004042077A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-30 Texas Instruments Deutschland Gmbh Integrated circuit for use with an external Hall sensor, and a Hall sensor module
DE102005029464B4 (en) 2005-06-24 2009-11-26 Infineon Technologies Ag Apparatus and method for determining a compensation signal for compensating piezo influences on a semiconductor integrated circuit
CN100495017C (en) 2005-10-14 2009-06-03 南京大学 High-temperature Hall measuring apparatus for semiconductor materials
US7847536B2 (en) * 2006-08-31 2010-12-07 Itron, Inc. Hall sensor with temperature drift control
DE102006045141B9 (en) 2006-09-25 2009-02-19 Infineon Technologies Ag Magnetic field sensor device
DE102006052692B3 (en) * 2006-11-08 2008-05-15 Austriamicrosystems Ag And sensor evaluation method of operating a sensor arrangement
US7980138B2 (en) * 2007-10-29 2011-07-19 Infineon Technologies Ag Integrated circuit with stress sensing element
EP2490036B1 (en) 2011-02-18 2013-08-28 Melexis Technologies NV Stress sensor for measuring mechanical stresses in a semiconductor chip and stress compensated Hall sensor
EP2662675A1 (en) 2012-05-07 2013-11-13 Melexis Technologies NV Method for determining a stress value for isotropic stress and method for determining a magnetic field and stress sensor and Hall effect sensor
US9362485B2 (en) * 2013-03-14 2016-06-07 Robert Bosch Gmbh Vertical hall effect sensor with offset reduction using depletion regions
US10261137B2 (en) 2015-11-09 2019-04-16 Infineon Technologies Ag Magnetic sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3886446A (en) * 1972-10-16 1975-05-27 Sergei Glebovich Laranov Digital indicator of the electromotive force of a hall-effect device which eliminates the influence of the non equipotential voltage
US4037150A (en) * 1973-05-30 1977-07-19 Sergei Glebovich Taranov Method of and apparatus for eliminating the effect of non-equipotentiality voltage on the hall voltage
US5260614A (en) * 1991-07-31 1993-11-09 Deutsche Itt Industries Gmbh Hall sensor with automatic compensation
US5614754A (en) * 1994-08-02 1997-03-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Hall device
WO1998010302A2 (en) * 1996-09-09 1998-03-12 Physical Electronics Laboratory Method for reducing the offset voltage of a hall device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3886446A (en) * 1972-10-16 1975-05-27 Sergei Glebovich Laranov Digital indicator of the electromotive force of a hall-effect device which eliminates the influence of the non equipotential voltage
US4037150A (en) * 1973-05-30 1977-07-19 Sergei Glebovich Taranov Method of and apparatus for eliminating the effect of non-equipotentiality voltage on the hall voltage
US5260614A (en) * 1991-07-31 1993-11-09 Deutsche Itt Industries Gmbh Hall sensor with automatic compensation
US5614754A (en) * 1994-08-02 1997-03-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Hall device
WO1998010302A2 (en) * 1996-09-09 1998-03-12 Physical Electronics Laboratory Method for reducing the offset voltage of a hall device

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SCHOTT,Ch., POPVIC, R.S.: Linearizing Integrated Hall Devices. In: Transducers '97, International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago 16-19 Juni 1997, S. 393-396 *
SCHOTT,Ch., u.a.: High-Accuracy Analog Hall An- melderin Probe. In: IEEE Trans. Instrum. Meas., Bd 46, Nr.2, April 1997, S.613-616 *
STEINER,R. u.a.: Offset reduction in Hall devices by continuous spinning current method. In: Sensors and Actuators A 66, 1998, S. 167-172
STEINER,R. u.a.: Offset reduction in Hall devices by continuous spinning current method. In: Sensorsand Actuators A 66, 1998, S. 167-172 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009034664A1 (en) 2009-07-24 2011-01-27 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Method and apparatus for determining the setting position of an adjusting element of a motor vehicle
DE102009034664B4 (en) * 2009-07-24 2014-05-08 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Method and apparatus for determining the setting position of an adjusting element of a motor vehicle
DE102010009821A1 (en) * 2010-03-02 2011-09-08 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Method for determining the position of an adjustment part adjusting
WO2011107185A1 (en) 2010-03-02 2011-09-09 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Method for determining the set position of an adjustment part
DE102010023999A1 (en) 2010-06-16 2011-12-22 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Method for determining position of e.g. window lifter of motor car, involves acquiring magnetic field alterations generated by displacement of window lifter during active cycle of Hall sensor in current saving mode
DE202010017499U1 (en) 2010-06-16 2012-02-09 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Apparatus for determining the setting position of a motor-driven actuating element of a motor vehicle
DE202015009335U1 (en) 2015-10-26 2017-03-03 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Apparatus for determining the setting position of an adjustable motor vehicle part
DE102015220839A1 (en) 2015-10-26 2017-04-27 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Method and apparatus for determining the setting position of an adjustable motor vehicle part

Also Published As

Publication number Publication date
DE10154498A1 (en) 2003-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1269552B1 (en) Hall-effect element with integrated offset control and method for operating hall-effect element to reduce null offset
KR940001298B1 (en) Hall element
CN100388523C (en) Magnetic field sensor comprising Hall element
DE69920890T2 (en) current sensor
US4823075A (en) Current sensor using hall-effect device with feedback
EP0772046B1 (en) Magnetic field probe and current or energy probe
DE10392748B4 (en) Current measuring method and current measuring device
DE69735147T2 (en) Electronic biasing a magnetoresistive sensor
DE4192215B4 (en) Semiconductor device with temperature sensing circuit
DE60219561T2 (en) Hall effect current detector
DE69836981T2 (en) METHOD FOR OPERATING A SILICON OXIDE INSULATOR (SOI) -HALBLEITERs WITH SELECTIVE AREA CONNECTED
US4937521A (en) Current detecting device using ferromagnetic magnetoresistance element
DE10360874B4 (en) Field effect transistor with a heterostructure, and manufacturing method thereof
DE4112072C2 (en) MIS transistor with a high withstand voltage and process for its preparation
DE69912887T2 (en) sensor
EP2524389B1 (en) Semiconductor sensor component
DE2806858C2 (en)
DE19701189B4 (en) Semiconductor device
DE60222751T2 (en) Field effect transistor structure and manufacturing process
DE69728259T2 (en) Silicon carbide cmos and manufacturing processes
DE69831967T2 (en) Monolithic magnetic sensor with externally adjustable temperature compensation
DE69738435T2 (en) Magnetic current sensor
EP0607595A2 (en) Sensor chip
EP0450910B1 (en) Temperature compensation circuit for hall effect element
DE19825761C2 (en) Means for detecting a strain and / or a compression of a body

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20130601