DE102012212606A1

DE102012212606A1 - Vertikaler hall-sensor mit hoher elektrischer symmetrie

Info

Publication number: DE102012212606A1
Application number: DE102012212606A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: US20150153425A1; DE102012025743B3; US9784801B2; DE102012212606B4; US8988072B2; US20130021027A1; CN102890250B; CN102890250A

Abstract

Ein vertikaler Hall-Sensor umfasst eine Hall-Effekt-Region und eine Mehrzahl von Kontakten, die in der oder auf einer Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet sind. Die Mehrzahl von Kontakten sind in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt. Die Mehrzahl von Kontakten umfassen zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte. Die Spinning-Current-Kontakte sind dazu konfiguriert, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakte und als Erfassungskontakte zu fungieren. Die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte sind entlang eines mittleren Abschnitts des Pfades angeordnet. Die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte sind auf verteilte Weise auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts angeordnet und dazu konfiguriert, die Hall-Effekt-Region gemäß einer Erweiterung des Spinning-Current-Schemas mit elektrischer Energie zu versorgen.

Description

Die vorliegende Anmeldung ähnelt der US Seriennummer 13/187,935 mit dem Titel „ELECTRONIC DEVICE WITH RING-CONNECTED HALL EFFECT REGIONS” (Anwaltsaktenzeichen: Nr. SZP188US).
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen vertikalen Hall-Sensor und auf ein Magneterfassungsverfahren, das einen vertikalen Hall-Sensor verwendet.
Um die Stärke und Richtung eines Magnetfeldes zu erfassen oder zu messen, das parallel zu der Oberfläche z. B. eines Halbleiterchips ist, können vertikale Hall-Vorrichtungen verwendet werden. Die meisten vertikalen Hall-Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass das Spinning-Current-Verfahren, das zum Aufheben des Nullpunktfehlers der Hall-Vorrichtungen verwendet wird, nicht sehr gut funktioniert. Bei bekannten Verfahren des Spinning-Current-Schemas ist es möglich, Restnullpunktfehler von etwa 1 mT zu erhalten. Ein Grund für dieses ziemlich ungünstige Proportionalveralten ist in der Asymmetrie der vertikalen Hall-Vorrichtung zu finden. Obwohl bekannt ist, wie man vier vertikale Hall-Vorrichtungen verbindet, um die Symmetrie zu verbessern, können die Kontaktwiderstände trotzdem Restasymmetrien bewirken.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, vertikale Hall-Sensoren sowie ein Magneterfassungsverfahren mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern einen vertikalen Hall-Sensor, der eine Hall-Effekt-Region und eine Mehrzahl von Kontakten aufweist, die in der oder auf einer Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet sind. Die Kontakte sind in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt. Die Mehrzahl von Kontakten weisen zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte auf. Die Spinning-Current-Kontakte sind dazu konfiguriert, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakt und als Erfassungskontakt zu fungieren. Die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte sind entlang eines mittleren Abschnitts des Pfades angeordnet. Die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte auf verteilte Weise auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts angeordnet und dazu konfiguriert, die Hall-Effekt-Region gemäß einer Erweiterung des Spinning-Current-Schemas zum Versorgen der Hall-Effekt-Region mit elektrischer Energie mit elektrischer Energie zu versorgen.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern einen vertikalen Hall-Sensor, der eine Hall-Effekt-Region und eine Mehrzahl von Kontakten aufweist, die in oder auf einer Hall-Effekt-Region in einer Sequenz entlang eines Pfades gebildet sind, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt. Die Kontakte sind gemäß der Sequenz fortlaufend nummeriert. Die Mehrzahl von Kontakten weisen Ersttypkontakte und Zweittypkontakte auf, wobei zwischen jeweils zwei Ersttypkontakten M Zweittypkontakte angeordnet sind, wobei M eine positive Ganzzahl ist. Ersttypkontakte, die Ordnungszahlen innerhalb der durch 1 + i·4·(1 + M), i = 0, 1, 2 ... gegebenen Sequenz aufweisen, sind mit einem ersten Knoten N1 verbunden. Ersttypkontakte, die Ordnungszahlen innerhalb der durch 2 + M + i·4·(1 + M), i = 0, 1, 2 ... gegebenen Sequenz aufweisen, sind mit einem zweiten Knoten N2 verbunden. Ersttypkontakte, die Ordnungszahlen innerhalb der durch 3 + 2·M + i·4·(1 + M), i = 0, 1, 2 ... gegebenen Sequenz aufweisen, sind mit einem dritten Knoten N3 verbunden. Schließlich sind Ersttypkontakte, die Ordnungszahlen innerhalb der durch 4 + 3·M + i·4·(1 + M), i = 0, 1, 2 ... gegebenen Sequenz aufweisen, mit einem vierten Knoten N4 verbunden. Die Ersttypkontakte sind dazu konfiguriert, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakte und als Erfassungskontakte zu fungieren, mit der Bedingung, in einer ersten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas elektrische Energie zwischen den ersten und den dritten Knoten N1, N3 und in einer zweiten Betriebsphase zwischen den zweiten und den vierten Knoten N2, N4 bereitzustellen. Die Ersttypkontakte sind ferner dazu konfiguriert, und in der ersten Betriebsphase ein Erfassungssignal (Sense-Signal) zwischen den zweiten und den vierten Knoten N2, N4 zu erfassen und in der zweiten Betriebsphase ein anderes Erfassungssignal zwischen den ersten und den dritten Knoten N1, N3 zu erfassen. Die Zweittypkontakte sind floatende (potentialmäßig schwebende) Kontakte.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern einen vertikalen Hall-Sensor, der eine Hall-Effekt-Region und eine Mehrzahl von Kontakten, die in oder auf einer Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet sind, aufweist. Die Hall-Effekt-Region weist ein erstes und ein zweites Ende auf. Die Hall-Effekt-Region ist bezüglich einer Symmetrieachse derart symmetrisch, dass das erste und das zweite Ende bezüglich der Symmetrieachse zueinander spiegelverkehrt sind. Die Mehrzahl von Kontakten sind auf eine bezüglich der Symmetrieachse symmetrische Weise gebildet. Die Kontakte sind in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet, der sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt. Die Mehrzahl von Kontakten weisen zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte auf. Die Spinning-Current-Kontakte sind dazu konfiguriert, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakte und als Erfassungskontakte zu fungieren. Die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte liegen näher bei der Symmetrieachse als die Nur-Versorgung-Kontakte. Die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte sind dazu konfiguriert, die Hall-Effekt-Region derart mit elektrischer Energie zu versorgen, dass Grenzeffekte, die einen Fluss eines elektrischen Stroms in der Hall-Effekt-Region während einer Ausführung eines Spinning-Current-Schemas beeinträchtigen, verringert werden, wobei die Grenzeffekte durch zumindest entweder das erste und/oder das zweite Ende verursacht werden.
Ferner liefern Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Magneterfassungsverfahren, das ein Anschließen einer Leistungsversorgung zwischen einem Spinning-Current-Kontakt und einem Nur-Versorgung-Kontakt, ein Erfassen eines Erfassungssignals, ein Vertauschen der Funktionen der Spinning-Current-Kontakte, ein Erfassen eines weiteren Erfassungssignals und ein Ermitteln eines Ausgangssignals aufweist. Der Spinning-Current-Kontakt ist dazu konfiguriert, gemäß dem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakt und als Erfassungskontakt zu fungieren. Der Spinning-Current-Kontakt und der Erfassungskontakt gehören zu einer Mehrzahl von Kontakten, die in einer oder auf einer Oberfläche einer Hall-Effekt-Region eines vertikalen Hall-Sensors gebildet sind. Die Mehrzahl von Kontakten weisen zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte auf. Die Kontakte sind in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt, wobei die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte entlang eines mittleren Abschnitts des Pfades angeordnet sind. Die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte sind auf verteilte Weise auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts angeordnet und dazu konfiguriert, die Hall-Effekt-Region gemäß einer Erweiterung des Spinning-Current-Schemas zum Versorgen der Hall-Effekt-Region mit elektrischer Energie mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Vorgang des Erfassen eines Erfassungssignals wird zwischen zumindest zwei Spinning-Current-Kontakten, die aktuell als Erfassungskontakte fungieren, durchgeführt. Der Vorgang des Vertauschens der Funktionen der Spinning-Current-Kontakte hat die Wirkung, dass die Hall-Effekt-Region nun über die Spinning-Current-Kontakte, die zuvor als Erfassungskontakte fungiert haben, und zumindest einen weiteren Nur-Versorgung-Kontakt, der sich von dem zuvor verwendeten Nur-Versorgung-Kontakt unterscheidet, mit der elektrischen Energie versorgt wird. Das andere Erfassungssignal wird zwischen zwei Spinning-Current-Kontakten, die nicht die zuvor verwendeten sind, erfasst. Das Ausgangssignal wird auf der Basis der Erfassungssignale ermittelt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a einen schematischen Grundriss und einen entsprechenden schematischen Querschnitt eines vertikalen Hall-Sensors während einer ersten Betriebsphase (oben) und einer zweiten Betriebsphase (unten) eines Spinning-Current-Schemas;
1b einen schematischen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors, der in der ersten und der zweiten Betriebsphase einen Versorgungskontakt mehr verwendet als der in 1a gezeigte vertikale Hall-Sensor;
1c schematische Grundrisse eines vertikalen Hall-Effekt-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren in einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase;
1d schematische Grundrisse eines vertikalen Hall-Sensors während einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase, um zu veranschaulichen, wie Differenzsensorsignale auf verschachtelte Weise an den Sensorkontakten abgegriffen werden können;
2 eine Erweiterung eines Abgreifens von Differenzsensorsignalen an dem Erfassungskontakt auf verschachtelte Weise;
3 schematische Grundrisse einer vertikalen Hall-Vorrichtung, die zwei Hall-Effekt-Regionen aufweist, in einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase;
4 schematische Grundrisse eines weiteren vertikalen Hall-Sensors, der zwei Hall-Effekt-Regionen aufweist, in einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase;
5 schematische Grundrisse eines vertikalen Hall-Sensors, der zwei Hall-Effekt-Regionen gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehren aufweist, in einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase;
6 schematische Grundrisse eines vertikalen Hall-Sensors in einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase;
7 schematische Grundrisse eines vertikalen Hall-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehren während einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase;
8 einen schematischen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors mit einer L-förmigen Hall-Effekt-Region gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehren;
9 einen schematischen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors, der eine bogenförmige Hall-Effekt-Region gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehren aufweist;
10 schematische Grundrisse eines Hall-Effekt-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehren während einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase;
11 einen schematischen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehren, der ähnlich dem in 11 gezeigten ist;
12a einen schematischen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors, der eine quadratische, ringartige Hall-Effekt-Region aufweist;
12b einen schematischen Querschnitt der in 12a gezeigten vertikalen Hall-Vorrichtung;
12c einen weiteren schematischen Querschnitt der in 12a gezeigten vertikalen Hall-Vorrichtung;
13a, 13b einen vertikalen Hall-Sensor, der eine quadratische, ringartige Hall-Effekt-Region aufweist, in einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand des Spinning-Current-Schemas;
14a, 14b einen weiteren vertikalen Hall-Sensor, der eine ringartige, quadratische Hall-Effekt-Region aufweist, während einer ersten bzw. einer zweiten Betriebsphase; und
15 ein schematisches Flussdiagramm eines Magneterfassungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehren.
Gleiche oder äquivalente Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktionalität sind in der folgenden Beschreibung mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
In der folgenden Beschreibung sind eine Mehrzahl von Einzelheiten dargelegt, um eine gründlichere Erläuterung von Ausführungsbeispielen der hierin offenbarten Lehren zu liefern. Jedoch wird Fachleuten einleuchten, dass Ausführungsbeispiele der hierin offenbarten Lehren ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden können. Merkmale der hiernach beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, wenn nicht speziell etwas anderes angegeben ist. Meist sind die Begriffe „Hall-Effekt-Region” und „Wanne” hierin austauschbar verwendet. Demgemäß kann eine Hall-Effekt-Region eine Wanne oder eine Mulde eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in einem Substrat eingebettet ist, oder eine Wanne eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps sein. Diese Struktur kann eine elektrische Isolierung der Wanne von dem Substrat bewirken, insbesondere dann, wenn der resultierende pn-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist.
Wenn der vertikale Hall-Sensor zwei oder mehr Hall-Effekt-Regionen aufweist, können diese voneinander isoliert sein. Die elektrische Isolierung zweier Hall-Effekt-Regionen voneinander kann mehrere Formen aufweisen. Gemäß einer ersten Form von Isolierung sind die zwei oder mehr Hall-Effekt-Regionen unverbunden, d. h. zwei benachbarte Hall-Effekt-Regionen laufen nicht an einer oder mehreren Stellen zusammen, sondern sind durch ein Material, das nicht das Hall-Effekt-Region-Material ist, getrennt. Als eine mögliche Option kann die Wanne in einer lateralen Richtung anhand von Gräben isoliert sein, die üblicherweise mit einem (dünnen) Oxid ausgekleidet und/oder gefüllt sind. Als weitere Option kann die Wanne nach unten hin mittels einer SOI-Struktur (SOI = silicon on insulator, Silizium auf Isolator) isoliert sein. Obwohl die Wanne üblicherweise einen einzigen Leitfähigkeitstyp aufweist, kann es vorteilhaft sein, die Dotierungskonzentration auf inhomogene Weise, d. h. räumlich variabel, zu konfigurieren. Auf diese Weise kann in dem Bereich des Kontakts eine hohe Konzentration des Dotierungsmittels auftreten, wie dies bei tiefen Wannenkontakten, beispielsweise in der CMOS-Technologie, üblich ist. Alternativ dazu kann man eine Schichtenbildung aus unterschiedlich stark dotierten Schichten anstreben, wie dies z. B. bei einer vergrabenen Schicht der Fall ist. Eine derartige Schichtenbildung kann sich bis zu einem gewissen Grad aus technologischen Gründen in Bezug auf andere elektronische Strukturen, die in dem Substrat gebildet sind, ergeben. Der Entwurf des vertikalen Hall-Sensors muss eventuell mit diesen Umständen in Einklang gebracht werden, obwohl die Schichtenbildung für den vertikalen Hall-Sensor in der Tat ungünstig sein kann.
Eine weitere Form von Isolierung kann anhand von Maßnahmen erzielt werden, die einen elektrischen Strom reduzieren oder im Wesentlichen daran hindern, dass er in einer oder mehreren Teilregionen einer Wanne oder Mulde fließt. Beispielsweise kann man dem elektrischen Strom einen alternativen Strompfad bieten, der einen (möglicherweise um mehrere Größenordnungen) geringeren ohmschen Widerstand aufweist, als ein im Wesentlichen paralleler Strompfad hätte, der durch die Wanne verläuft. Der Strompfad mit dem geringeren ohmschen Widerstand kann ein Leiter sein, der in oder auf der Oberfläche der Wanne gebildet ist.
Vorzugsweise kann die Hall-Effekt-Region ein n-dotierter Halbleiter sein, da dies eine ungefähr dreimal höhere Mobilität und folglich einen höheren Hall-Faktor liefert als mit einem p-dotierten Halbleiter. Die Dotierungskonzentration in dem funktionellen Teil der Hall-Effekt-Region liegt üblicherweise im Bereich von 10¹⁵ cm^–3 bis 10¹⁷ cm^–3.
Ein weiteres mögliches Material für die Hall-Effekt-Region ist Permalloy, das eine Nickel-Eisen-Magnetlegierung ist, oder ein Material, das Permalloy ähnelt. Permalloy weist eine geringe Koerzitivkraft, eine bei nahezu null liegende Magnetostriktion, eine hohe magnetische Permeabilität und einen beträchtlichen anisotropen magnetischen Widerstand auf. Üblicherweise kann eine Schwankung des elektrischen Widerstands von Permalloy in einem Bereich von ungefähr 5% beobachtet werden, je nach der Stärke und der Richtung eines angelegten Magnetfeldes. Dieser Effekt kann auf ähnliche Weise wie der bei einem Halbleiter auftretende Hall-Effekt zum Erfassen und/oder Messen eines Magnetfeldes genutzt werden und ist in der Literatur als anomaler Hall-Effekt bekannt.
Die hierin offenbarten Lehren sind auf die Verwendung des Spinning-Current-Prinzips bezogen, bei dem Versorgungsanschlüsse und Erfassungsanschlüsse in aufeinanderfolgenden Taktphasen/Betriebsphasen vertauscht werden. Ein Erfassungsanschluss bei einem vertikalen Hall-Sensor spricht auf einen elektrischen Strom an, der unter derselben verläuft. Ein Magnetfeld (das parallel zu einer Chipoberfläche und senkrecht zu der Stromströmungslinie ist) kann das Potential an dem Kontakt (der üblicherweise an der Oberfläche des Chips liegt) effizient anheben oder absenken. Kontakte an dem Ende einer Wanne (oder einer Hall-Effekt-Region) sind üblicherweise nicht oder nur in vernachlässigbarem Umfang Stromströmungslinien unterworfen, die unter denselben verlaufen. Deshalb werden Kontakte an den Enden einer Wanne üblicherweise weniger häufig als Erfassungskontakte verwendet.
Wenn das Spinning-Current-Prinzip für vertikale Hall-Vorrichtungen verwendet wird, besteht eine Herausforderung darin, dass typische vertikale Hall-Vorrichtungen in Bezug auf eine Austauschbarkeit von Versorgungskontakten und Erfassungskontakten nicht symmetrisch sind. Jedoch benötigt das Spinning-Current-Prinzip üblicherweise eine hochsymmetrische Vorrichtung. Eine typische vertikale Hall-Vorrichtung kann die Form eines Grundbausteins mit mehreren Kontakten aufweisen. Manche der Kontakte befinden sich näher bei einem der Enden des Grundbausteins als andere (mittigere) Kontakte. Aus diesem Grund erzeugen die äußeren Kontakte, wenn sie als Versorgungskontakte verwendet werden, unterschiedliche Potentialverteilungen in dem Grundbaustein als die inneren Kontakte. Deshalb ist die Symmetrie der Potentialverteilungen gering, wenn das Spinning-Current-Prinzip periodisch Eingangs- mit Ausgangsanschlüssen vertauscht.
Gemäß einem Aspekt der hierin offenbarten Lehren kann der Grundbaustein gedehnt werden, und es werden eventuell lediglich die inneren Kontakte verwendet, sodass die äußeren Kontakte weit weg sind und für das Ausgangssignal nicht verwendet werden, während die inneren Kontakte fast perfekt symmetrisch sind.
Neben einem Erfassen von Hall-Effekt-bezogenen Erfassungssignalen hauptsächlich in einem mittleren Abschnitt der Hall-Effekt-Region, d. h. üblicherweise relativ weit weg von einem ersten Ende und einem zweiten Ende einer Hall-Effekt-Region bezüglich einer Längsrichtung, können auch die folgenden Maßnahmen ein symmetrischeres Verhalten des vertikalen Hall-Sensors begünstigen: eine Verwendung von Nur-Versorgung-Kontakten und/oder ein Bereitstellen von floatenden Kontakten zwischen jeweils zwei (benachbarten) Spinning-Current-Kontakten. Üblicherweise liegt eine gerade Anzahl der Nur-Versorgung-Kontakte vor, wobei eine Hälfte der Nur-Versorgung-Kontakte auf einer Seite einer mittleren Region, in der sich die Spinning-Current-Kontakte befinden, angeordnet ist und die andere Hälfte auf der anderen Seite der mittleren Region angeordnet ist, um die Symmetrie des vertikalen Hall-Sensors aufrechtzuerhalten. Vertikale Hall-Sensoren, die vier Nur-Versorgung-Kontakte aufweisen, scheinen in Bezug auf ein Verbessern der Symmetrie des vertikalen Hall-Sensors und somit auf ein Verringern des Restnullpunktfehlers gut zu arbeiten. Trotzdem sind auch Ausführungsbeispiele denkbar, die lediglich zwei Nur-Versorgung-Kontakte aufweisen. Desgleichen können auch vertikale Hall-Sensoren, die sechs oder mehr Nur-Versorgung-Kontakte aufweisen, entworfen werden. In der Nähe jedes Nur-Versorgung-Kontakts kann die Stromdichteverteilung Einflüssen unterworfen sein, die entweder durch das erste Ende oder das zweite Ende der Hall-Effekt-Region bewirkt werden, je nachdem, welches näher bei dem vorliegenden Nur-Versorgung-Kontakt liegt. Unter Annäherung an die mittlere Region und innerhalb der mittleren Region wird die Stromdichteverteilung jedoch immer homogener. Mit anderen Worten haben lokale Unregelmäßigkeiten, die durch das erste Ende oder das zweite Ende der Hall-Effekt-Region bewirkt werden, nur einen relativ geringen Einfluss auf die Stromdichteverteilung in der mittleren Region der Hall-Effekt-Region. Ein weiterer möglicher Grund für eine inhomogene Stromdichteverteilung in der Hall-Effekt-Region findet sich vielleicht in dem Erfordernis, dass der elektrische Strom zweimal seine Stromflussrichtung ändert, während er durch die Hall-Effekt-Region fließt. Man geht davon aus, dass dieses Phänomen nicht nur diejenigen Versorgungskontakte oder Nur-Versorgung-Kontakte beeinflusst, die relativ nah bei dem ersten Ende oder dem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region liegen, sondern im Grunde alle Versorgungskontakte und Nur-Versorgung-Kontakte. Die Nur-Versorgung-Kontakte, die relativ weit weg von der mittleren Region der Hall-Effekt-Region liegen, können die Unregelmäßigkeiten der Stromdichteverteilung in der mittleren Region bis zu einem bestimmten Grad im Durchschnitt ausgleichen. Insbesondere ist die Stromdichteverteilung in der mittleren Region während der ersten Betriebsphase üblicherweise der Stromdichteverteilung in dem mittleren Abschnitt während der zweiten Betriebsphase viel ähnlicher, mit Ausnahme dessen, dass die Stromflussrichtung zumindest in manchen Segmenten der Hall-Effekt-Region in der zweiten Betriebsphase im Vergleich zu der ersten Betriebsphase entgegengesetzt sein kann. Diese Umkehr des Stromflusses ist jedoch beabsichtigt und kann beim Ermitteln des Ausgangssignals des vertikalen Hall-Sensors berücksichtigt werden. Zusammenfassend kann die Symmetrie der Vorrichtung mittels der Nur-Versorgung-Kontakte auf Kosten eines leicht erhöhten Stromverbrauchs erhöht werden.
Gemäß den hierin offenbarten Lehren ist es auch möglich, einen oder mehrere floatende Kontakte zwischen jeweils zwei benachbarten Spinning-Current-Kontakten bereitzustellen. Diese floatenden Kontakte werden in anderen Teilen der vorliegenden Offenbarung auch als Zweittypkontakte bezeichnet. Floatende Kontakte sind niederohmige kompakte Regionen an der Oberfläche (d. h. einer zugänglichen Seite) der Hall-Effekt-Region, die weder zum Zweck des Bereitstellens elektrischer Energie noch zum Abgreifen eines Erfassungssignals verwendet werden. Floatende Kontakte können dazu verwendet werden, das elektrische Potential in der Mulde ähnlich dem Gate (Tor) eines CMOS-Transistors zu beeinflussen. Alternativ dazu könnten die floatenden Kontakte stark dotierte Mulden sein, die nicht unbedingt mit einer Metallregion in Kontakt gebracht sind. Eine wieder andere Alternative besteht darin, dass die floatenden Kontakte Mulden mit einer hohen Dotierungskonzentration sein könnten, die anhand eines Kontaktstiftes mit einem oder mehreren Metallpunkten in Kontakt gebracht werden können. Die floatenden Kontakte weisen den folgenden Effekt auf: Der Stromfluss wird näher zu einer Mittellinie der Hall-Effekt-Region gezogen, die sich auf eine Weise, die zu dem Pfad, entlang dessen die Spinning-Current-Kontakte (Ersttypkontakte) und die floatenden Kontakte (Zweittypkontakte) angeordnet sind, parallel ist oder mit demselben zusammenfähllt, zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt. Floatende Kontakte, die kleiner sind als die Spinning-Current-Kontakte und/oder die Nur-Versorgung-Kontakte, sind besonders effizient darin, den Stromfluss um die Mittellinie der Hall-Effekt-Region herum zu konzentrieren. Man beachte, dass die gewünschte Homogenität des Stromflusses hauptsächlich in der Längsrichtung, d. h. parallel zu dem Pfad, entlang dessen die Kontakte angeordnet sind, wichtig ist. Es kann wichtig sein, den Stromfluss zur Mittellinie hin zu ziehen, wenn es aufgrund prozesstechnologischer Gründe nicht möglich ist, dass sich die Ersttypkontakte über die ganze Breite der Hall-Effekt-Region hinweg erstrecken: In diesem Fall wird die magnetische Empfindlichkeit aufgrund von Anteilen des elektrischen Stroms, die in einer Richtung fließen, die zu der Komponente des zu erfassenden Magnetfelds parallel ist (d. h. der y-Richtung gemäß dem in den meisten Figuren verwendeten Koordinatensystem), verringert. Um diese Anteile des Stroms zu verhindern/zu vermeiden, werden die floatenden Kontakte in der Nähe der Mittellinie angeordnet, die den Strom zur Mitte hin ziehen.
In der oberen Hälfte zeigt 1a einen schematischen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors und einen entsprechenden Querschnitt desselben vertikalen Hall-Sensors während einer ersten Betriebsphase oder Taktphase eines Spinning-Current-Schemas oder -zyklus. In der unteren Hälfte zeigt 1a den schematischen Grundriss und einen schematischen Querschnitt desselben vertikalen Hall-Sensors während einer zweiten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas. Der vertikale Hall-Sensor weist eine Hall-Effekt-Region 11 auf, die in einem Halbleitersubstrat gebildet werden kann, indem das Halbleitersubstrat lokal dotiert wird, um z. B. ein Halbleitermaterial vom n-Typ zu erhalten (ein Halbleiter vom n-Typ weist mehr Elektronen als Löcher auf). Durch ein lokales Dotieren des Halbleitersubstrats wird eine Mulde oder Wanne in dem Halbleitersubstrat gebildet. Die Mulde oder Wanne kann dann als Hall-Effekt-Region 11 verwendet werden. In der oder auf einer Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 sind eine Mehrzahl von Kontakten gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Mehrzahl von Kontakten vier Spinning-Current-Kontakte 21, 22, 23 und 24 auf. Während der ersten Betriebsphase des vertikalen Hall-Sensors fungieren die Spinning-Current-Kontakte 21 und 22 als Versorgungskontakte. Zu diesem Zweck sind die Spinning-Current-Kontakte 21 und 22 mit einer Spannungsversorgung 81 verbunden. Als Alternative zu der Spannungsversorgung 81 könnte auch eine Stromquelle verwendet werden. Die beiden anderen Spinning-Current-Kontakte 23 und 24 sind dazu konfiguriert, während der ersten Betriebsphase als Erfassungskontakte zu fungieren, sodass sie mit einem Spannungserfassungselement 91 verbunden sind. Während des Betriebs bewirkt die Spannungsversorgung 81, dass ein elektrischer Strom zu dem Spinning-Current-Kontakt 21 (Versorgungsspannung in der Betriebsphase 1) und durch einen Abschnitt der Hall-Effekt-Region 11 fließt, wodurch er den Spinning-Current-Kontakte 24 (Erfassungskontakt) passiert, und zu dem Spinning-Current-Kontakt 22 (Versorgungskontakt) und zurück zu der Spannungsversorgung 81 fließt. Ein Magnetfeld By in der y-Richtung, d. h. parallel zu der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 und senkrecht zu einer Längserstreckung der Hall-Effekt-Region 11, hat einen Einfluss auf die elektrischen Ladungsträger, die den elektrischen Strom in dem Abschnitt der Hall-Effekt-Region bilden, der sich zwischen den Versorgungskontakten 22 und 21 erstreckt. Eine Folge dieses Einflusses ist eine Schwankung eines elektrischen Potentials an dem Erfassungskontakt 24, wobei die Schwankung eine Funktion des Magnetfeldes By in der y-Richtung ist. Die Schwankung des elektrischen Potentials an dem Erfassungskontakt 24 ist auf den Erfassungskontakt 23 bezogen, und eine entsprechende elektrische Differenzspannung (differenzielle Spannung) kann seitens des Erfassungselements 91 erfasst werden.
Die Kontakte, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 gebildet werden, lassen sich entweder mit ihrem Bezugszeichen oder ihrer Ordnungszahl benennen. Wo immer dies möglich war, wurden die Bezugszeichen (per definitionem) den verschiedenen Kontakten auf der Basis einer Funktion des jeweiligen Kontakts während der ersten Betriebsphase zugewiesen. Beispielsweise weisen die Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 Bezugszeichen zwischen 20 und 30 auf, wohingegen Nur-Versorgung-Kontakte Bezugszeichen zwischen 30 und 40 aufweisen. Im Gegensatz dazu spiegeln die Ordnungszahlen eine räumliche Anordnung der Kontakte wider. Die Kontakte kann man sich so vorstellen, dass sie in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet sind, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region 11 erstreckt. In den Figuren sind die Ordnungszahlen die Zahlen, die direkt neben oder in dem entsprechenden Kontakt veranschaulicht sind. Die Ordnungszahlen weisen üblicherweise von links nach rechts eine aufsteigende Reihenfolge auf. Um ein Beispiel zu nennen: Der Spinning-Current-Kontakt 21 weist die Ordnungszahl 6 auf. Als Kurzbezeichnung für die Ordnungszahlen wird das Hash-Tastensymbol # verwendet, z. B. „Kontakt #6” für den soeben erwähnten Spinning-Current-Kontakt 21, der sich an der sechsten Position von links befindet.
In den Figuren wurde darauf geachtet, eine Funktion jedes Kontakts während der Betriebsphasen des Spinning-Current-Schemas anzugeben. Spinning-Current-Kontakte, die aktuell als Versorgungskontakte fungieren, sind durchgehend weiß oder durchgehend schwarz, je nach dem Pol der Spannungsversorgung 81, mit dem sie verbunden sind (positiver Pol: schwarz; negativer Pol: weiß). Spinning-Current-Kontakte, die aktuell als Erfassungskontakte fungieren, weisen eine relativ dunkle Aufwärtsschraffierung (z. B. Spinning-Current-Kontakt 23) oder eine relativ helle Abwärtsschraffierung (z. B. Spinning-Current-Kontakt 24) auf, je nach dem Pol des Erfassungselements 91, mit dem ein bestimmter Erfassungskontakt verbunden ist. Nur-Versorgung-Kontakte, die nachstehend ausführlicher erläutert werden, sind ebenfalls durchgehend weiß oder durchgehend schwarz, je nachdem, wie sie mit der Spannungsversorgung 81 verbunden sind. Kontakte, die während der ersten Betriebsphase floaten, können eines der folgenden vier Muster aufweisen: kleines Schachbrettmuster (z. B. Kontakt mit der Ordnungszahl 2), Kreuzschraffierung (z. B. Kontakt mit der Ordnungszahl 8), dichte vertikale Schraffierung (z. B. Kontakt mit der Ordnungszahl 3) und horizontale Schraffierung (z. B. Kontakte mit den Ordnungszahlen 1 und 9); wobei diese Zuweisungen für 1a und nicht unbedingt für andere Figuren gelten.
Der in 1a gezeigte vertikale Hall-Sensor weist eine Mehrzahl von floatenden Kontakten 64-1, 61, 62, 63 und 64-2 auf. Die floatenden Kontakte 64-1, 61 und 63 sind auf einer Seite der vier Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 angeordnet. Die anderen beiden floatenden Kontakte 62 und 64-2 sind auf einer anderen Seite der vier Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 angeordnet. Aufgrund der floatenden Kontakte 61, 62, 63, 64-1 und 64-2 endet die regelmäßige Kontaktstruktur, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 gebildet ist, nicht abrupt an den beiden äußeren Spinning-Current-Kontakten 22 und 23, sondern wird einige wenige Kontakte lang weiter geführt (oder extrapoliert). Somit kann ein Abstand zwischen den beiden äußeren Spinning-Current-Kontakten 22, 23 und dem ersten Ende oder dem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region 11 vergrößert werden, ohne an den Rändern eines mittleren Abschnitts der Hall-Effekt-Region 11, in dem die vier Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 angeordnet sind, eine weitere Inhomogenitätsquelle einzuführen.
Die untere Hälfte der 1a zeigt den vertikalen Hall-Sensor während einer zweiten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas. Die Funktionen der Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 wurden vertauscht, sodass die Spannungsversorgung 81 nun mit den Spinning-Current-Kontakten 23, 24 verbunden ist, während das Erfassungselement 91 mit den Spinning-Current-Kontakten 21, 22 verbunden ist. Getreu dem Prinzip, dass ein Füllmuster eines Kontakts üblicherweise seine aktuelle Funktion veranschaulicht, ist der Spinning-Current-Kontakt 23 als durchgehend schwarz veranschaulicht, der Spinning-Current-Kontakt 24 ist als durchgehend weiß veranschaulicht, der Spinning-Current-Kontakt 21 ist mit einer dunklen Aufwärtsschraffierung veranschaulicht, und der Spinning-Current-Kontakt 22 ist mit einer hellen, dunkelzahligen Schraffierung veranschaulicht. Obwohl sie in 1a nicht mit einer anderen Schaltungsanordnung verbunden sind, sind die Füllmuster der floatenden Kontakte 61, 62, 63, 64-1 und 64-2 auch in der unteren Hälfte der 1a bezüglich der oberen Hälfte derselben geändert.
Der Betrieb des in 1a gezeigten vertikalen Hall-Sensors kann wie folgt beschrieben werden: In einer ersten Taktphase (Betriebsphase) ist eine Spannungsquelle 81 mit zwei Eingängen verbunden, die die Ordnungszahlen 4 und 6 aufweisen. Ein Erfassungselement oder Spannungsmesser 91 ist mit den zwei Ausgängen mit den Ordnungszahlen 5 und 7 verbunden. In der zweiten Betriebsphase werden die Eingänge und die Ausgänge vertauscht: Die Spannungsquelle 81 ist mit den zwei Eingängen mit den Ordnungszahlen 5 und 7 verbunden, und der Spannungsmesser 91 (oder ein anderer Spannungsmesser) ist mit den zwei Ausgängen mit den Ordnungszahlen 4 und 6 verbunden. In einer optionalen dritten Betriebsphase sind die Spannungsquelle 81 und der Spannungsmesser 91 mit denselben Kontakten verbunden wie in der ersten Betriebsphase, jedoch mit umgekehrter Polarität. In einer optionalen vierten Betriebsphase sind die Spannungsquelle 81 und der Spannungsmesser 91 (oder der andere Spannungsmesser) mit denselben Kontakten verbunden wie in der zweiten Betriebsphase, jedoch mit umgekehrter Polarität. Alle anderen Kontakte (d. h. Kontakte mit den Ordnungszahlen 1, 2, 8 und 9) werden in einem floatenden Zustand belassen. Statt die Differenzausgangsspannung zwischen den Kontakten mit den Ordnungszahlen 5 und 7 in der ersten Betriebsphase zu messen, kann man auch nur das elektrische Potential an dem Kontakt mit der Ordnungszahl 5 (auf Massepotential bezogen) messen. Analog dazu kann man, statt die Differentialausgangsspannung zwischen den Kontakten mit den Ordnungszahlen 4 und 6 in der zweiten Betriebsphase zu messen, auch nur das elektrische Potential an dem Kontakt mit der Ordnungszahl 6 messen.
Man beachte, dass sich die Hall-Effekt-Region 11 über die äußersten Kontakte 64-1 und 64-2 hinaus erstreckt. Dies geschieht zu dem Zweck, die Asymmetrie der äußeren Kontakte 64-1, 64-2 im Vergleich zu den inneren Kontakten zu verringern. Man beachte ferner, dass sich mehrere äußere Kontakte nicht in Gebrauch befinden, was bedeutet, dass sie nicht mit Elektrizität versorgt werden und dass kein (Spannungs-)Messgerät mit denselben verbunden ist: sie floaten einfach. Sie werden nur für den Zweck des Minimierens der Asymmetrie der äußeren Kontakte verwendet. Effektiv sind lediglich die vier Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 in Gebrauch, und die Rolle von Eingängen und Ausgängen wird in den zwei Betriebsphasen vertauscht. Die Kontakte sind üblicherweise größenmäßig identisch und sind auf einem regelmäßigen Gitter angeordnet und auf symmetrische Weise bezüglich der Hall-Effekt-Region 11 positioniert, um ihre Symmetrie zu maximieren. Die zwei äußersten Kontakte 64-1 und 64-2 könnten bei einem Ausführungsbeispiel kurzgeschlossen sein (d. h. anhand eines Leiters verbunden sein), um die Symmetrie zu erhöhen (Kurzschluss nicht in 1a gezeigt).
1b zeigt zwei schematische Grundrisse eines vertikalen Hall-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren in einer ersten Betriebsphase (oben) und einer zweiten Betriebsphase (unten). Im Vergleich zu dem in 1a gezeigten vertikalen Hall-Sensor ist der in 1b gezeigte vertikale Hall-Sensor symmetrischer. Bei der Konfiguration eines in 1b gezeigten vertikalen Hall-Sensors werden manche der äußeren Kontakte dazu verwendet, die elektrische Energie an die Vorrichtung anzulegen, um die Symmetrie der Potentialverteilung zu erhöhen. Der in 1b gezeigte verbesserte vertikale Hall-Streifen weist neun identische Kontakte in einer Hall-Effekt-Region 11 auf, die auf einem regelmäßigen Gitter entlang der x-Achse angeordnet sind, um Magnetfelder in der y-Richtung By zu messen. Der vertikale Hall-Sensor ist derselbe wie in 1a, die Versorgungsspannung ist jedoch mit einem zusätzlichen Kontakt verbunden: In der ersten Betriebsphase ist ein Kontakt 32 (Ordnungszahl 8) zusätzlich geerdet, und in der zweiten Betriebsphase ist ein Kontakt 31 (Ordnungszahl 3) zusätzlich mit einer positiven Versorgungsspannung verbunden, da dies eine bessere Symmetrie zwischen den Kontakten 24 und 23 (#5 bzw. #7) in der Betriebsphase 1 und zwischen den Kontakten 22 und 21 (#4 bzw. #6) ergibt. Deshalb befinden sich die Ausgangsspannungen bei einem Null-Magnetfeld By in der Betriebsphase 1 und in der Betriebsphase 2 viel näher bei null als in 1a.
Die Kontakte 31 und 32 sind Nur-Versorgung-Kontakte, da sie während des gesamten Spinning-Current-Schemas nur als Versorgungskontakte, jedoch nicht als Erfassungskontakte verwendet werden (Erweiterung des Spinning-Current-Schemas oder Verallgemeinerung desselben). Die zwei Nur-Versorgung-Kontakte 31, 32 sind auf beiden Seiten eines mittleren Abschnitts der Mehrzahl von Kontakten angeordnet. Die vier Spinning-Current-Kontakte 22, 24, 21 und 23 befinden sich in dem mittleren Abschnitt. Die zwei Nur-Versorgung-Kontakte 31 und 32 sind auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts auf verteilte Weise angeordnet, d. h. auf einer ersten Seite des mittleren Abschnitts liegen im Wesentlichen genau so viele Nur-Versorgung-Kontakte vor wie auf der zweiten Seite desselben. Die Länge der Hall-Effekt-Region 11 kann um einen Faktor, der in einem Bereich zwischen 1,2 und 20, oder in einem engeren Bereich liegt, beispielsweise zwischen 1,5 und 15, zwischen 2 und 10 oder zwischen 3 und 8, größer sein als eine entsprechende Länge des mittleren Abschnitts. Nur-Versorgung-Kontakte dienen dazu, elektrische Energie in zumindest einer der Betriebsphasen des Spinning-Current-Schemas bereitzustellen, sie dienen jedoch nicht dazu, ein Erfassungssignal während (einer) anderen Betriebsphase(n) zu erfassen. Beispielsweise können sie während der bzw. den anderen Betriebsphase(n) floaten.
Der vertikale Hall-Sensor weist eine zweite Spannungsversorgung 82 auf, die während der ersten Betriebsphase mit den Spinning-Current-Kontakten 21 und 22 verbunden ist und während der zweiten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas mit den Spinning-Current-Kontakten 23 und 24 verbunden ist.
Man beachte, dass die Kontakte in der Betriebsphase 2, jedoch nicht in der Betriebsphase 1, zu der Hall-Effekt-Region 11 symmetrisch sind: Man könnte dies berücksichtigen, indem man die Hall-Effekt-Region 11 auf der linken Seite etwas kürzer macht.
Auch ist es möglich, zusätzlich den Kontakt 61 (#2) in der Betriebsphase 1 mit positiver Versorgungsspannung zu versorgen und die Kontakte 64-1, 64-2 (#1 bzw. #9) in der Betriebsphase 2 mit dem elektrischen Massepotential zu versorgen, um die Potentialverteilung in beiden Betriebsphasen noch symmetrischer zu machen. Dies wird offensichtlich, wenn man den vertikalen Hall-Sensor aus der Perspektive der Ausgangskontakte 23 und 24 (#5 bzw. #7) in der Betriebsphase 1 und aus der Perspektive der Kontakte 21 und 22 (#4 bzw. #6) in der Betriebsphase 2 betrachtet.
Gemäß den in 1b gezeigten Ausführungsbeispielen werden die äußersten Kontakte 64-1 und 64-2 nicht als Eingänge für elektrische Energie verwendet. Stattdessen sind die äußersten Kontakte 64-1, 64-2 floatende Kontakte. Ein weiterer floatender Kontakt ist der Kontakt 61 (#2). Insbesondere kann ein erster floatender Kontakt 64-1 der zumindest zwei floatenden Kontakte 61, 64-1, 64-2 in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 zwischen dem ersten Ende und einem Nur-Versorgung-Kontakt 31 der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte 31, 32, der näher bei dem ersten Ende liegt als der andere bzw. die anderen der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte, gebildet sein. Ein zweiter floatender Kontakt 64-2 der zumindest zwei floatenden Kontakte ist in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 zwischen dem zweiten Ende und einem Nur-Versorgung-Kontakt 32 der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte, der sich näher bei dem zweiten Ende befindet als der andere bzw. die anderen der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte, gebildet.
In Fällen, in denen die äußersten Kontakte und/oder Kontakte, die nicht die äußersten Kontakte sind, jedoch trotzdem relativ weit draußen liegen, als Versorgungskontakte verwendet werden, kann es möglich sein, in Rahmen von Bemühungen, die Symmetrie der Potentialverteilung bei einem Null-Magnetfeld zu erhöhen, eine andere Eingangsspannung oder einen anderen Eingangsstrom für diese Versorgungskontakte zu verwenden.
Die Erfassungskontakte in beiden Betriebsphasen, d. h. Kontakte 23 und 24 in der ersten Betriebsphase und Kontakte 21 und 22 in der zweiten Betriebsphase, werden von Versorgungskontakten, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, „eingerahmt”. Beispielsweise ist der Erfassungskontakt 24 während der ersten Betriebsphase benachbart zu dem Versorgungskontakt 22, der eine negative Polarität aufweist, und auf der anderen Seite benachbart zu dem Versorgungskontakt 21, der eine positive Polarität aufweist. Außerdem sind die Richtungen der elektrischen Ströme, die die Erfassungskontakte 23, 24 während der ersten Betriebsphase passieren, zueinander entgegengesetzt. Das Magnetfeld in der y-Richtung wirkt auf den elektrischen Strom, der in den verschiedenen Abschnitten der Hall-Effekt-Region in entgegengesetzten Richtungen fließt, auf entgegengesetzte Weise ein: In der Nähe des Erfassungskontakts 24 schiebt es die Stromströmungslinien zu der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 hin, und in der Nähe des Erfassungskontakts 23 zieht es die Stromströmungslinien von der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 weg, oder umgekehrt. Dies führt zu einer relativ ausgeprägten Differenz der elektrischen Potentiale, die an den Erfassungskontakten 23, 24 gemessen werden, und somit zu einer relativ hohen Differenzspannung, die durch das Erfassungselement 91 erfasst oder gemessen werden kann. Die Situation ist während der zweiten Betriebsphase bezüglich der Kontakte 21 und 22, die während der zweiten Betriebsphase als Erfassungskontakte fungieren, ähnlich.
1c zeigt einen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehren. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden mehr „innere” Kontakte verwendet, sodass der Prozentsatz an äußeren Kontakten verringert ist. Der in 1c gezeigte vertikale Hall-Sensor weist die Hall-Effekt-Region 11 auf, in der oder auf deren Oberfläche 21 identische Kontakte, die von links nach rechts mit 1 bis 21 nummeriert sind, auf einem regelmäßigen Gitter entlang der x-Achse angeordnet sind, um das Magnetfeld in der y-Richtung By zu messen. Die obere Hälfte der 1c zeigt den vertikalen Hall-Sensor in seiner Konfiguration für die erste Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas, und die untere Hälfte der 1c zeigt denselben vertikalen Hall-Effekt-Sensor in seiner Konfiguration für die zweite Betriebsphase.
Während der ersten Betriebsphase fungieren die Kontakte 31, 21-1, 21-2, 21-3 und 21-4 als positive Versorgungskontakte (durch die durchgehend schwarze Ausfüllung angegeben), und sie sind mit einem positiven Anschluss der Spannungsversorgung 81 verbunden. Die Kontakte 22-1, 22-2, 22-3, 22-4 und 32 sind dazu konfiguriert, während der ersten Betriebsphase als negative Versorgungskontakte zu fungieren (durch die durchgehende weiße Füllung angegeben), und sie sind mit einem negativen Anschluss der Spannungsversorgung 81 verbunden. Eine erste Gruppe von Erfassungskontakten weist die Kontakte 23-1 bis 23-4 auf (dunkle Aufwärtsschraffierung). Jeder der Erfassungskontakte 23-1 bis 23-4 wird auf der linken Seite von einem negativen Versorgungskontakt 22-i und auf der rechten Seite von einem positiven Versorgungskontakt 21-i eingerahmt. Die Erfassungskontakte 23-1 bis 23-4 sind mit zwei Erfassungselementen einer Mehrzahl von Erfassungselementen V1 bis V8 verbunden. Beispielsweise ist der Erfassungskontakt 23-1 mit einem zweiten Eingang eines Erfassungselements V1 und einem ersten Eingang eines Erfassungselements V2 verbunden. Eine zweite Gruppe von Erfassungskontakten weist den Kontakt 24-1 bis 24-5 auf (helle Abwärtsschraffierung), wobei jeder derselben mit einem oder zwei der acht Erfassungselemente V1 bis V8 verbunden ist. Jeder der Erfassungskontakte 24-1 bis 24-5 wird auf der linken Seite von einem positiven Versorgungskontakt 31 oder 24-(i-1) und auf der rechten Seite von einem negativen Versorgungskontakt 22-i oder 32 eingerahmt.
Der vertikale Hall-Sensor weist auch zwei floatende Kontakte 63-1 und 63-5 als äußerste Kontakte auf, d. h. sie weisen die Ordnungszahl 1 bzw. 21 auf.
Die Kontakte mit den Ordnungszahlen von #3 bis #19 sind Spinning-Current-Kontakte, was bedeutet, dass jeder der Spinning-Current-Kontakte während der ersten Betriebsphase als Versorgungskontakt fungiert und während einer zweiten Betriebsphase als Erfassungskontakt fungiert, oder umgekehrt. Ferner sind die Spinning-Current-Kontakte entlang eines mittleren Abschnitts der Hall-Effekt-Region angeordnet. Genauer gesagt sind die gesamte Mehrzahl von Kontakten mit den Nummern 1 bis 21 in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet, der sich zwischen einem ersten Ende (z. B. dem linken Ende) und einem zweiten Ende (z. B. dem rechten Ende) der Hall-Effekt-Region 11 erstreckt. Bei den in 1b und 1c gezeigten Konfigurationen ist der Pfad in den Figuren nicht explizit gezeigt, aus der Anordnung der Kontakte kann man jedoch ableiten, dass der Pfad in beiden Fällen gerade oder geradlinig ist. Allgemein kann der Pfad auch andere Formen aufweisen, beispielsweise gekrümmt, abgewinkelt, polygonal oder stückweise gerade. Bei dem vertikalen Hall-Sensor, der als schematischer Grundriss in 1c gezeigt ist, erstreckt sich der mittlere Abschnitt zwischen den Kontakten mit den Ordnungszahlen #2 und #3 bis zu irgendeiner Stelle zwischen den Kontakten mit den Ordnungszahlen #19 und #20.
Während der zweiten Betriebsphase haben die Spinning-Current-Kontakte ihre jeweiligen Funktionen getauscht, sodass die früheren Versorgungskontakte 21-i, 22-i nun als Erfassungskontakte fungieren und die früheren Erfassungskontakte 23-i, 24-i als Versorgungskontakte fungieren.
Die Kontakte 31 und 32 sind Nur-Versorgung-Kontakte, die während der ersten Betriebsphase als Versorgungskontakte fungieren, während der zweiten Betriebsphase jedoch ein einem floatenden Zustand belassen werden. Das Spinning-Current-Schema wird während der ersten Betriebsphase auf die Nur-Versorgung-Kontakte 31, 32 angewendet oder erweitert, wird während der zweiten Betriebsphase jedoch nicht auf diese Kontakte angewendet. Falls das Spinning-Current-Schema während der zweiten Betriebsphase auf die Nur-Versorgung-Kontakte 31, 32 angewendet würde, müsste der Nur-Versorgung-Kontakt 31 als Erfassungskontakt der ersten Gruppe fungieren, und der Nur-Versorgung-Kontakt 32 müsste als Erfassungskontakt der zweiten oben erwähnten Gruppe fungieren. Da die Nur-Versorgung-Kontakte 31, 32 relativ nahe bei dem ersten bzw. dem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region 11 liegen, kann die Stromverteilung in der Nähe der Nur-Versorgung-Kontakte 31, 32 deutlich asymmetrisch sein, was eine Leistungsfähigkeit des vertikalen Hall-Sensors in Bezug auf möglichst umfassendes Verringern des Nullpunktfehlers wahrscheinlich beeinträchtigt.
Während der zweiten Betriebsphase werden sieben Erfassungselemente V9 bis V15 verwendet, um sieben Differenzspannungen zwischen Paaren von Erfassungskontakten zu erfassen. Auf der Basis der Differenzspannungen, die während der ersten Betriebsphase durch die Erfassungselemente V1 bis V8 und während der zweiten Betriebsphase durch die Erfassungselemente V9 bis V15 erfasst oder gemessen werden, kann ein Ausgangssignal des vertikalen Hall-Sensors beispielsweise anhand einer linearen Kombination der verschiedenen Differenzspannungen ermittelt werden.
Als Option können die floatenden Kontakte 63-1 und 63-5 während der zweiten Betriebsphase als Nur-Versorgung-Kontakte verwendet werden, wie in der unteren Hälfte der 1c durch die gestrichelten Linien angegeben ist, um die Symmetrie der Stromverteilung während der zweiten Betriebsphase weiter zu verbessern. In diesem Fall würde der vertikale Hall-Sensor vier Nur-Versorgung-Kontakte 63-1, 31, 32 und 63-5 (mit den Ordnungszahlen #1, #2, #20 bzw. #21) aufweisen. Die vier Nur-Versorgung-Kontakte umfassen zwei äußerste Nur-Versorgung-Kontakte, die von dem ersten und dem zweiten Ende einen größeren Abstand aufweisen können als eine maximale Beabstandung der zumindest vier Spinning-Current-Kontakte.
Der Betrieb des in 1c gezeigten vertikalen Hall-Sensors kann wie folgt zusammengefasst werden (die Kontakte werden anhand ihrer Ordnungszahlen bezeichnet). In der ersten Betriebsphase fließt der elektrische Strom von Kontakt #2 zu #4, #6 zu #4, #6 zu #8, #10 zu #8, #10 zu #12, #14 zu #12, #14 zu #16, #18 zu #16, #18 zu #20. Die Spannungen werden an den Kontakten zwischen den Versorgungskontakten abgegriffen, wodurch das Potential an den Kontakten #5, #9, #13, #17 (unter Einwirkung eines bestimmten By-Feldes) steigt, während das Potential an den Kontakten #3, #7, #11, #15 und #19 sinkt. Die acht Erfassungselemente oder Spannungsmesser V1 ... V8 können zum differenziellen Messen dieser Signale verwendet werden.
In der zweiten Betriebsphase fließt der Strom von Kontakt #3 zu #5, #7 zu #5, #7 zu #9, #11 zu #9, #11 zu #13, #15 zu #13, #15 zu #17, #19 zu #17. Die Spannungen werden wieder an den Kontakten zwischen diesen Versorgungskontakten abgegriffen. Immer wenn die Potentiale in der ersten Betriebsphase an den Kontakten #5, #9, #13, #17 aufgrund eines By-Feldes zunehmen, nehmen auch die Potentiale in der zweiten Betriebsphase an den Kontakten #6, #10, #14, #18 zu, während die Potentiale in der Betriebsphase 2 an den Kontakten #4, #8, #12, #16 abnehmen. Man kann diese Potentiale mit den sieben Erfassungselementen oder Spannungsmessern V9 ... V15 messen.
Man beachte, dass wir die Vorrichtung, die in der zweiten Betriebsphase von dem Kontakt #3 bis zu dem Kontakt #5 reicht, als Grundbaustein ansehen können, dessen Spiegel-Gegenstück an seiner Rechten platziert wird, dann an dem rechten Rand erneut gespiegelt wird und rechts platziert wird, dann erneut an dem rechten Rand gespiegelt wird usw. Deshalb nimmt der Stromverbrauch eines langen Streifens als Hall-Effekt-Region zu, da mehrere Strompfade parallel geschaltet sind. Als Gegenmaßnahme kann die Breite (d. h. die Erstreckung der Kontakte und der Hall-Effekt-Region 11 in y-Richtung) klein gehalten werden. Trotzdem sind mehrere Vorrichtungen üblicherweise parallel geschaltet, um den Widerstand und das Rauschen des Ausgangssignals zu verringern. Drei Optionen können in Betracht gezogen werden: (i) Verwenden mehrerer Vorrichtungen in mehreren Hall-Effekt-Regionen und Parallelschalten derselben anhand von Drähten, (ii) Verwenden einer breiteren Hall-Effekt-Region 11 und breiterer Kontaktstreifen, um den inneren Widerstand zu verringern, und (iii) Verwenden eines längeren Streifens mit mehr Kontakten mit einer schmalen Hall-Effekt-Region und schmalen Kontakten zu verringern. Aus diesen drei Optionen ist die Nummer (iii) bei einem Ausführungsbeispiel üblicherweise erwünscht, da der Einfluss der Asymmetrien an dem rechten und dem linken Rand viel stärker reduziert sind als bei den anderen Lösungen. Üblicherweise skaliert die Beabstandung des Kontakts mit der Tiefe (d. h. der Erstreckung in die Zeichnungsebene in 1c) der Hall-Effekt-Region. Die Tiefe liegt bei modernen CMOS-Prozessen im Bereich von 5 μm, beispielsweise 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm oder 9 μm. Deshalb ist die Beabstandung der Kontakte ähnlich (+/–1 μm oder +/–2 μm). Somit kann eine Vorrichtung mit 21 Kontakten bei einem Ausführungsbeispiel etwa 130 μm lang sein (oder, allgemeiner, zwischen 50 μm und 250 μm, je nach der Kontaktbeabstandung), was für die meisten Anwendungen akzeptabel ist.
In 1c sind separate Spannungsmesser V1 bis V15 gezeigt, die zum Messen der Ausgangsspannungen benachbarter Zellen oder elementarer Grundbausteine verwendet werden. Zwei benachbarte Spannungen können subtrahiert werden, und all diese Terme können summiert werden, um das Gesamtsignal pro Betriebsphase zu erhalten. Allgemein kann eine lineare Kombination der Ablesewerte der Spannungsmesser V1 bis V8 und der Spannungsmesser V9 bis V15 verwendet werden. Als weitere Option ist es möglich, den Durchschnitt der Ausgänge der Spannungsmesser V1 bis V8 und auch den Durchschnitt der Ausgänge der Spannungsmesser V9 bis V15 zu berechnen. Dies kann mittels Hardware erfolgen, wenn in der ersten Betriebsphase die Kontakte #3, #7, #11, #15, #19 miteinander verbunden sind und die Kontakte #5, #9, #13, #17 miteinander verbunden sind. Das Potential kann dann zwischen diesen beiden Knoten gemessen werden. Dies kann jedoch zu einer verringerten Leistungsfähigkeit (nämlich einem größeren Restnullpunktfehler) führen, da aufgrund einer Fehlanpassung üblicherweise ein Strom zwischen dem Ausgangstor fließt und dies zu größeren Nullpunktfehlern führt. Eine elegante Art und Weise, den Durchschnitt aller Ausgangsspannungen auf isolierte Weise zu berechnen, besteht darin, die großen MOSFETs des differenziellen Eingangspaares eines Vorverstärkers (d. h. des ersten mit den Ausgängen der Hall-Vorrichtungen verbundenen Verstärkers) aufzuteilen und den Spannungsmesser V1 mit dem ersten Teil desselben, den Spannungsmesser V2 mit dem zweiten, den Spannungsmesser V3 mit dem dritten usw. zu verbinden. Dieses Verfahren verringert das Rauschen, erhöht jedoch nicht das Signal.
1d zeigt eine schematische Draufsicht auf einen vertikalen Hall-Sensor mit sieben von 1 bis 7 nummerierten identischen Kontakten in der Hall-Effekt-Region 11, die auf einem regelmäßigen Gitter entlang der x-Achse angeordnet sind, um By-Felder zu messen.
Während der ersten Betriebsphase sind die Kontakte 21-1 und 21-2 (#1 bzw. #5) dazu konfiguriert, als positive Versorgungskontakte zu fungieren. Die Kontakte 22-1 und 22-2 (#2 bzw. #7) sind dazu konfiguriert, während der ersten Betriebsphase als negative Versorgungskontakte zu fungieren. Der Erfassungskontakt 23 (#4) befindet sich im Wesentlichen in der Mitte der Hall-Effekt-Region 11 und ist mit einem positiven Eingang eines ersten Erfassungselements V1 und einem negativen Eingang eines zweiten Erfassungselements V2 verbunden. Zwei weitere Erfassungskontakte 24-1 und 24-2 sind ebenfalls mit dem ersten und dem zweiten Erfassungselement V1, V2 verbunden. Die Versorgungskontakte 21-1, 21-2, 22-1 und 22-2 sind mit einer oder zwei Spannungsversorgungen der Spannungsversorgungen 81, 82 und 83 verbunden.
In der zweiten Betriebsphase werden lediglich zwei Spannungsversorgungen 81, 82 verwendet, um den vertikalen Hall-Sensor mit elektrischer Energie zu versorgen. Alle sieben Kontakte des vertikalen Hall-Sensors sind Spinning-Current-Kontakte, sodass die früheren Versorgungskontakte 21-1, 22-1, 21-2 und 22-2 während der zweiten Betriebsphase als Erfassungskontakte fungieren. Die Kontakte 23, 24-1 und 24-2 fungieren als Versorgungskontakte und sind somit auf die in 1d gezeigte Weise mit den Spannungsversorgungen 81, 82 verbunden. Anhand des Erfassungselements oder Spannungsmessers V1 kann eine erste Differenzspannung zwischen den Kontakten 22-1 und 21-2 abgegriffen werden. Anhand des Erfassungselements oder Spannungsmessers V2 kann eine zweite Differenzspannung als zweites Erfassungssignal zwischen den Erfassungskontakten 21-1 und 22-2 abgegriffen werden. Man beachte, dass die zwei Erfassungselemente V1 und V2 ihre jeweiligen Differenzspannungen bezüglich der Sequenz der sieben Kontakte auf verschachtelte Weise abgreifen.
Der in 1d gezeigte vertikale Hall-Sensor weist eine ungerade Anzahl von Kontakten auf (7 oder 11 oder 15; 1d veranschaulicht eine Konfiguration mit sieben Kontakten). Die Symmetrie kann erhöht werden, indem die äußersten Kontakte 21-1 und 22-2 in der ersten Betriebsphase als Versorgungskontakte (= Eingangskontakte) und in der zweiten Betriebsphase als Erfassungskontakte (= Ausgangskontakte) verwendet werden. Außerdem können sie in beiden Phasen eine unterschiedliche Polarität aufweisen, wie in 1d veranschaulicht ist: In der ersten Betriebsphase liegt einer der äußersten Kontakte bei einem positiven Potential (Kontakt 21-1 mit der Ordnungszahl 1 in 1d), während der andere bei einem negativen Potential liegt (Kontakt 22-2 mit der Ordnungszahl 7 in 1d). In der zweiten Betriebsphase nimmt einer der Ausgänge mit einem angelegten Magnetfeld By zu, wohingegen der andere abnimmt (vgl. Kontakte 21-1 (#1) und 22-2 (#7) in der zweiten Betriebsphase in 1d). Man beachte, dass sich in der zweiten Betriebsphase das elektrische Potential (ohne angelegtes Magnetfeld) an dem Kontakt 21-1 von dem elektrischen Potential an dem Kontakt 22-1 unterscheidet, die (Gleichtakt)Potentiale an dem Kontakt 21-1 und 22-2 aufgrund der Symmetrie jedoch identisch sind und die (Gleich-takt)Potentiale an 22-1 und 21-2 ebenfalls identisch sind. Deshalb können die Ausgangssignale zwischen den Kontakten 21-1 und 22-2 sowie zwischen den Kontakten 22-1 und 21-2 gemessen werden und subtrahiert werden, um ein Signal des vertikalen Hall-Sensors während einer zweiten Betriebsphase zu erhalten. In der ersten Betriebsphase werden die zwei gemessenen Spannungen zwischen den Kontakten 24-1 und 23 sowie zwischen den Kontakten 23 und 24-2 ebenfalls subtrahiert, um ein Signal des vertikalen Hall-Sensors für die erste Betriebsphase zu erhalten. Ein Mitteln oder Tiefpassfiltern des Ausgangssignals des vertikalen Hall-Sensors für die erste Betriebsphase und die zweite Betriebsphase ergibt eine relativ genaue Messung des Magnetfeldes in der y-Richtung mit einem geringen Nullpunktfehler oder Versatz.
Der in 1d gezeigte vertikale Hall-Sensor verwendet drei Spannungsversorgungen 81, 82, 83 in der ersten Betriebsphase und lediglich zwei Spannungsversorgungen 81, 82 in der zweiten Betriebsphase. Zwei Erfassungselemente oder Spannungsmesser V1 und V2 werden sowohl in der ersten als auch in der zweiten Betriebsphase verwendet.
Das in 1d veranschaulichte Prinzip kann auf mehr als sieben Kontakte verallgemeinert werden: Immer wenn in zumindest einer der Betriebsphasen die Potentialverteilung symmetrisch zur Mitte ist, können die Differenzspannungen auf verschachtelte Weise gemessen werden, wie in 2 veranschaulicht ist. 2 zeigt drei Spannungsmesser V1, V2 und Vk einer Mehrzahl von k Spannungsmessern, die Differenzspannungen entlang der Hall-Effekt-Region auf verschachtelte Weise abgreifen. Der innerste Spannungsmesser V1 ist mit den zwei innersten Erfassungskontakten verbunden, während der äußerste Spannungsmesser Vk mit den zwei äußersten Erfassungskontakten verbunden ist. Bei der Konfiguration der 1d, untere Hälfte, fließt der elektrische Strom zwischen den zwei Versorgungskontakten 24-1 und 23 von links nach rechts, wohingegen der elektrische Strom zwischen den zwei Versorgungskontakten 24-2 und 23 von rechts nach links fließt. Diese Beobachtung kann man auch für einen vertikalen Hall-Sensor machen, der die in 2 gezeigte Spannungsmesserkonfiguration implementiert: Die Flussrichtung des elektrischen Stroms ist in der Nähe der zwei Erfassungskontakte, die mit einem der k Spannungsmesser V1 bis Vk verbunden sind, entgegengesetzt. Zusammenfassend können die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte eine ungerade Anzahl von Spinning-Current-Kontakten umfassen, die gleich oder größer als sieben ist. Während zumindest einer Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas kann eine gerade Anzahl, die gleich oder größer als vier ist, der Spinning-Current-Kontakte dazu konfiguriert sein, als Erfassungskontakte zu fungieren. Differenzielle Erfassungssignale können zwischen Paaren der Spinning-Current-Kontakte, die während besagter Betriebsphase als Erfassungskontakte fungieren, abgegriffen werden, wobei die Paare auf verschachtelte Weise entlang des Pfades angeordnet sind.
3 zeigt den schematischen Grundriss oder die schematische Draufsicht auf einen vertikalen Hall-Sensor mit zwei Hall-Effekt-Regionen 11 und 11'. Der gesamte vertikale Hall-Sensor weist 18 im Wesentlichen identische Kontakte auf, von denen Kontakte mit den Ordnungszahlen 1 bis 9 in der ersten Hall-Effekt-Region 11 angeordnet sind und Kontakte mit den Ordnungszahlen 1' bis 9' in der zweiten Hall-Effekt-Region 11' angeordnet sind. In jeder der Hall-Effekt-Regionen 11, 11' sind die Kontakte auf einem regelmäßigen Gitter entlang der x-Achse angeordnet, um ein Magnetfeld By in der y-Richtung zu messen. Somit kann der vertikale Hall-Sensor zwei in einem Substrat gebildete separate Mulden aufweisen, von denen jede neun Kontakte aufweist. Die Eingänge der ersten Hall-Effekt-Region sind während der ersten Betriebsphase Kontakte 21 und 22 (#6 bzw. #4). Die entsprechenden Kontakte an der zweiten Hall-Effekt-Region 11', d. h. Kontakte 23' und 24' (#6' bzw. #4') werden als Ausgänge der zweiten Hall-Effekt-Region 11' genutzt. Die Ausgänge der ersten Hall-Effekt-Region 11 sind die Kontakte 23 und 24 (#7 bzw. #5), wobei die entsprechenden Kontakte 23' und 24' (#6' bzw. #4') der zweiten Hall-Effekt-Region 11' als Eingänge genutzt werden. Beide Ausgangssignale (zwischen Kontakten #5 und #7 sowie zwischen Kontakten #4' und #6') werden in der ersten Betriebsphase addiert, um ein Gesamtausgangssignal zu ergeben. In der zweiten Betriebsphase werden die Ausgangssignale zwischen den Kontakten #4 und #6 sowie zwischen #5' und #7' addiert, um das Gesamtausgangssignal zu ergeben. Die Summe beider Gesamtausgangssignale ist proportional zu dem Magnetfeld in der y-Richtung By mit einem stark verringerten Nullpunktfehler. Beide Hall-Effekt-Regionen 11, 11' könnten an ihrem bzw. ihrer äußersten linken und/oder äußersten rechten Ende bzw. Kante verbunden sein.
Die erste Hall-Effekt-Region 11 weist fünf floatende Kontakte auf. Drei Kontakte 64-1, 61 und 63 sind auf der linken Seite der Region angeordnet, in der die Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 angeordnet sind (mittlerer Abschnitt). Zwei andere floatende Kontakte 62 und 64-2 sind auf der rechten Seite der Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 angeordnet. Die zweite Hall-Effekt-Region 11' weist drei floatende Kontakte 62-1', 63' und 61' auf der linken Seite der Spinning-Current-Kontakte 21' bis 24' und zwei floatende Kontakte 64', 62-2' auf der rechten Seite der Spinning-Current-Kontakte 21' bis 24' auf.
4 zeigt eine schematische Draufsicht oder einen schematischen Grundriss eines weiteren vertikalen Hall-Sensors mit 18 im Wesentlichen identischen Kontakten. Neun der im Wesentlichen identischen Kontakte, die von 1 bis 9 nummeriert sind, sind auf einer ersten Hall-Effekt-Region 11 angeordnet, und die übrigen neun der im Wesentlichen identischen Kontakte, die mit 1' bis 9' nummeriert sind, sind auf der zweiten Hall-Effekt-Region 11' angeordnet. Die auf derselben Hall-Effekt-Region 11 oder 11' angeordneten neun Kontakte sind auf einem regelmäßigen Gitter entlang der x-Achse angeordnet, um Magnetfelder in der y-Richtung By zu messen. Der in 4 gezeigte vertikale Hall-Sensor verwendet wie folgt kreuzgekoppelte Ausgänge: In der ersten Betriebsphase wird eine erste Ausgangsspannung zwischen einem Erfassungskontakt 23 der ersten Hall-Effekt-Region 11 und einem Erfassungskontakt 24' der zweiten Hall-Effekt-Region 11' anhand eines Erfassungselements oder Spannungsmessers V11 gemessen, sodass eine Spannung an dem Erfassungselement V11 gleich V11 = V5 – V4', wobei V5 das elektrische Potential an dem Erfassungskontakt 23 (#5 in der Sequenz der ersten Hall-Effekt-Region 11) und V4' das elektrische Potential an dem Erfassungskontakt 24' (#4' in der Sequenz der zweiten Hall-Effekt-Region 11') ist. Eine zweite Ausgangsspannung wird zwischen den Erfassungskontakten 24 (#7 in der Hall-Effekt-Region 11) und dem Erfassungskontakt 23' (#6' für die Hall-Effekt-Region 11') anhand des Erfassungselements oder Spannungsmessers V12 gemessen, sodass V12 = V7 – V6', wobei V7 das elektrische Potential an dem Kontakt #7 der ersten Hall-Effekt-Region 11 bezeichnet und V6' das elektrische Potential an dem Kontakt #6' der zweiten Hall-Effekt-Region 11' bezeichnet. Die Gesamtausgangsspannung für die erste Betriebsphase wird als Differenz beider berechnet: Sig1 = V11 – V12. Desgleichen wird in der zweiten Betriebsphase die erste Ausgangsspannung zwischen dem Kontakt 22 (#4) und dem Kontakt 22' (#5') anhand eines Erfassungselements oder Voltmeters V21 mit einer Differenzspannung V21 = V4 – V5' gemessen, wobei V4 das elektrische Potential ist, das an dem Erfassungskontakt 22 der ersten Hall-Effekt-Region 11 gemessen wird, und V5' das elektrische Potential an dem Erfassungskontakt 22' der zweiten Hall-Effekt-Region 11' ist. Eine zweite Ausgangsspannung wird zwischen den Erfassungskontakten 21 und 21' anhand eines Erfassungselements oder Spannungsmessers V22 als Differenzspannung V22 = V6 – V7' gemessen, wobei V6 das elektrische Potential an dem Erfassungskontakt 21 (#6 in der Hall-Effekt-Region 11) ist und V7' das elektrische Potential an dem Erfassungskontakt 21' (#7' in der zweiten Hall-Effekt-Region 11') ist. Eine Gesamtausgangsspannung wird als Differenz beider berechnet: Sig2 = V21 – V22. Die Differenz beider Gesamtausgangsspannungen ist Sig1 – Sig2 = V11 – V12 – V21 + V22 und ist proportional zu dem Magnetfeld in der y-Richtung By mit einem stark verringerten Nullpunktfehler.
Drei floatende Kontakte 63-1, 61 und 64 sind auf der linken Seite der Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 in der oder auf der Oberfläche der ersten Hall-Effekt-Region 11 angeordnet. Zwei weitere floatende Kontakte 62 und 63-2 sind auf der rechten Seite der Spinning-Current-Kontakte 21 bis 24 angeordnet. Bezüglich der zweiten Hall-Effekt-Region sind drei floatende Kontakte 62-1', 63' und 61' auf der linken Seite der Spinning-Current-Kontakte 21' bis 24' angeordnet, und zwei floatende Kontakte 64', 62-3' sind auf der rechten Seite derselben angeordnet.
5 zeigt eine schematische Draufsicht oder einen schematischen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren. Der vertikale Hall-Sensor weist 16 im Wesentlichen identische Kontakte auf, von denen acht in der oder auf der Oberfläche der ersten Hall-Effekt-Region 11 angeordnet sind und die übrigen acht Kontakte in der oder auf der Oberfläche der zweiten Hall-Effekt-Region 11' angeordnet sind. In oder auf der Oberfläche der ersten und der zweiten Hall-Effekt-Region 11, 11' sind die entsprechenden Kontakte auf einem regelmäßigen Gitter entlang der x-Achse angeordnet, um Magnetfelder in der y-Richtung By zu messen. Die Konfiguration des in 5 gezeigten vertikalen Hall-Sensors verwendet kreuzgekoppelte Ausgänge der ersten und der zweiten Hall-Effekt-Region 11, 11'.
Für die erste Hall-Effekt-Region 11 sind die Spinning-Current-Kontakte die Kontakte, die Ordnungszahlen zwischen 2 und 7 aufweisen, und für die zweite Hall-Effekt-Region 11' sind die Spinning-Current-Kontakte die Kontakte, die Ordnungszahlen zwischen 2' und 7' aufweisen. Die äußersten Kontakte in oder auf jeder Hall-Effekt-Region 11, 11' sind Nur-Versorgung-Kontakte. Insbesondere weist die erste Hall-Effekt-Region 11 einen Nur-Versorgung-Kontakt 31 auf, der während der ersten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas mit einem positiven Pol der Spannungsversorgung verbunden ist. Ein zweiter Nur-Versorgung-Kontakt 33, der in oder auf der ersten Hall-Effekt-Region 11 gebildet ist, werden während der ersten Betriebsphase in einem floatenden Zustand belassen. Bezüglich der zweiten Hall-Effekt-Region 11' ist ein Nur-Versorgung-Kontakt 32' während der ersten Betriebsphase mit einem negativen Pol der Spannungsversorgung verbunden. Der andere Nur-Versorgung-Kontakt 34' wird während der ersten Betriebsphase in einem floatenden Zustand belassen.
Während der zweiten Betriebsphase wird der Nur-Versorgung-Kontakt 31 der ersten Hall-Effekt-Region 11 in einem floatenden Zustand belassen, während der andere Nur-Versorgung-Kontakt 33 der ersten Hall-Effekt-Region 11 nun mit dem negativen Pol einer Spannungsversorgung verbunden ist und somit als Versorgungskontakt fungiert. Der linke Nur-Versorgung-Kontakt 32' der zweiten Hall-Effekt-Region 11' wird während der zweiten Betriebsphase ebenfalls in einem floatenden Zustand belassen, wohingegen der rechte Nur-Versorgung-Kontakt 34' der zweiten Hall-Effekt-Region 11' mit einem positiven Pol einer Spannungsversorgung verbunden ist, d. h. der Nur-Versorgung-Kontakt 34' fungiert während der zweiten Betriebsphase als Versorgungskontakt.
Bezüglich der Symmetrie des vertikalen Hall-Sensors sind während der ersten Betriebsphase die Kontakte, die Ordnungszahlen 8 und 8' aufweisen, floatend, während die äußersten linken Kontakte mit den Ordnungszahlen 1 und 1' bei Referenz- bzw. Versorgungspotential liegen. Während der zweiten Betriebsphase sind die Kontakte mit den Ordnungszahlen 1 und 1' floatend, während die äußersten rechten Kontakte bei Referenz- bzw. Versorgungspotential liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Beabstandung zwischen der ersten und der zweiten Hall-Effekt-Region 11, 11' in der y-Richtung gering (z. B. < 10 μm). Die Beabstandung hängt von der Anwendung ab: Falls die Anwendung homogene Felder aufweist, kann die Beabstandung auch größer sein, und beispielsweise könnte zwischen der ersten und der zweiten Hall-Effekt-Region 11, 11' eine konventionelle Hall-Platte zum Messen von Magnetfeldkomponenten, die zu der Oberfläche der Hall-Effekt-Regionen 11, 11' senkrecht sind, eingefügt werden.
Während der ersten Betriebsphase werden drei Differenzspannungen auf eine die Hall-Effekt-Region(en) überspannende Weise abgegriffen. Anhand eines entsprechenden Erfassungselements oder Spannungsmessers wird eine erste Differenzspannung V11 zwischen den Kontakten 23-1 und 24-1' abgegriffen. Ein zweites Differenzsignal (differenzielles Signal) V12 wird zwischen den Kontakten 24 und 23' abgegriffen. Eine dritte Differenzspannung V13 wird zwischen den Erfassungskontakten 23-2 und 24-2' abgegriffen. Während der zweiten Betriebsphase werden drei weitere Differenzspannungen V21, V22 und V23 auf eine die Hall-Effekt-Region(en) überspannende Weise abgegriffen. Die während der ersten und der zweiten Betriebsphase gemessenen sechs Differenzspannungen können auf ähnliche Weise verarbeitet werden, wie dies in Verbindung mit 4 erklärt wurde. Insbesondere kann eine lineare Kombination der Differenzspannungen V11 bis V23 ermittelt werden.
Wenn man die Kontaktkonfigurationen der ersten und der zweiten Hall-Effekt-Region 11, 11' untersucht, kann man erkennen, dass die Funktionen der verschiedenen mit 1' bis 8' nummerierten Elektroden der zweiten Hall-Effekt-Region 11' im Wesentlichen komplementär zu den Funktionen der entsprechenden mit 1 bis 8 nummerierten Kontakte der ersten Hall-Effekt-Region 11 sind. Beispielsweise fungiert der Kontakt, der in der Sequenz der ersten Hall-Effekt-Region 11 die Ordnungszahl 1 aufweist, während der ersten Betriebsphase als positiver Versorgungskontakt, während sein Gegenspieler, der in der zweiten Hall-Effekt-Region 11' die Ordnungszahl 1' aufweist, während der ersten Betriebsphase als negativer Versorgungskontakt fungiert. Ähnliche Beobachtungen können für die übrigen Kontakte 2 bis 8 und ihre entsprechenden Kontakte 2' bis 8' gemacht werden. Die Kontakte der ersten Hall-Effekt-Region 11 und die Kontakte der zweiten Hall-Effekt-Region 11' sind auch während der zweiten Betriebsphase zueinander komplementär.
Um das Ausführungsbeispiel des in 5 gezeigten vertikalen Hall-Sensors zusammenzufassen: Der vertikale Hall-Sensor kann ferner eine weitere Hall-Effekt-Region 11' aufweisen, in der oder auf deren Oberfläche eine weitere Mehrzahl von Kontakten gebildet ist, die der Mehrzahl von Kontakten, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 gebildet sind, ähneln. Die weitere Mehrzahl von Kontakten sind dazu konfiguriert, auf komplementäre Weise zu der Mehrzahl von Kontakten zu fungieren. Während jeder Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas wird zumindest ein erstes Sensorsignal zwischen zumindest zwei der Spinning-Current-Kontakte der Mehrzahl von Kontakten, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet sind, abgegriffen, und zumindest ein zweites Erfassungssignal wird zwischen zumindest zwei Spinning-Current-Kontakten der weiteren Mehrzahl von Kontakten, die in der oder auf der Oberfläche der weiteren Hall-Effekt-Region gebildet sind, abgegriffen, wobei das zumindest eine erste Erfassungssignal und das zumindest eine zweite Erfassungssignal seitens eines Ausgangssignalseimittlers des vertikalen Hall-Sensors addiert oder voneinander subtrahiert werden. Die weitere Hall-Effekt-Region 11' ist im Wesentlichen parallel zu der Hall-Effekt-Region 11. Die Spinning-Current-Kontakte der Hall-Effekt-Region 11 und der weiteren Hall-Effekt-Region 11', zwischen denen das Erfassungssignal abgegriffen wird, weisen eine entsprechende Position in der Mehrzahl von Kontakten bzw. der weiteren Mehrzahl von Kontakten auf. Eine Mehrzahl der Spinning-Current-Kontakte, die als Versorgungskontakte fungieren, und der Nur-Versorgung-Kontakte wird für eine bestimmte Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas zwischen der Hall-Effekt-Region 11 und der weiteren Hall-Effekt-Region 11' invertiert (d. h. Kontakte an entsprechenden Positionen in der Hall-Effekt-Region 11 und der weiteren Hall-Effekt-Region 11' weisen eine entgegengesetzte elektrische Polarität auf), sodass Flussrichtungen des elektrischen Stroms in entsprechenden Abschnitten der Hall-Effekt-Region und der weiteren Hall-Effekt-Region zueinander entgegengesetzt sind.
6 zeigt schematische Grundrisse eines vertikalen Hall-Sensors während einer ersten Betriebsphase und einer zweiten Betriebsphase. Der vertikale Hall-Sensor weist eine einzelne Hall-Effekt-Region 11 und eine Mehrzahl von 20 im Wesentlichen identischen Kontakten auf. Die 20 im Wesentlichen identischen Kontakte sind auf eine gleichmäßig beabstandete Weise entlang einer Geraden oder eines Pfades (die bzw. der mit der x-Achse zusammenfällt) angeordnet. Die Kontakte sind in aufsteigender Reihenfolge ihrer x-Koordinaten auf eine selbe Weise wie an einer anderen Stelle der Beschreibung der anderen Figuren in der vorliegenden Schrift nummeriert. Die 20 im Wesentlichen identischen Kontakte sind Spinning-Current-Kontakte, und sie sind dazu konfiguriert, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakte und Erfassungskontakte zu fungieren. Jeder vierte Kontakt wird kurzgeschlossen: Somit wird der Kontakt 21-1 (#1) mit dem Kontakt 21-2 (#5), 21-3 (#9), 21-4 (#13) und 21-5 (#17) kurzgeschlossen, was zu einem einzigen Knoten N1 (gestrichelte Linie in 6) führt. Auf ähnliche Weise werden die Kontakte 22-1 bis 22-5, die die Ordnungszahlen #3, #7, #11, #15 und #19 aufweisen, kurzgeschlossen (gestrichelte Linie), was zu einem einzigen Knoten N3 führt. Ein Kurzschließen der Kontakte 23-1 bis 23-5 (lose strichpunktierte Linie) führt zu einem einzigen Knoten N4. Schließlich werden die Kontakte 24-1 bis 24-5 (Ordnungszahlen #2, #6, #10, #14 und #18) kurzgeschlossen (eng strichpunktierte Linie), was zu einem einzigen Knoten N2 führt. Ein Kurzschießen der verschiedenen Spinning-Current-Kontakte liefert somit vier Knoten N1, N2, N3, N4. In einer ersten Betriebsphase wird elektrische Leistung zwischen den Knoten N1 und N3 bereitgestellt, und das Signal wird zwischen N2 und N4 abgegriffen. In einer zweiten Betriebsphase wird elektrische Leistung zwischen den Knoten N2 und N4 bereitgestellt, und das Signal wird zwischen N1 und N3 abgegriffen. Es besteht kein Bedarf an Schaltern oder anderen elektronischen Vorrichtungen, um den Kontakt 21-1 bis 21-5 mit dem Knoten N1 kurzzuschließen; dies erfolgt lediglich über einen niederohmigen Leiter wie Aluminiumdrähte oder -streifen auf dem Chip. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Schalter zu zusätzlichen Widerständen führen, die sich in der ersten und der zweiten Betriebsphase unterscheiden, da dies zu Fehlern bei der Spinning-Current-Technik führen könnte.
Die Idee, die hinter dem vertikalen Hall-Sensor, wie er in 6 gezeigt ist, steckt, lautet wie folgt: Es gibt mehrere parallele Hall-Vorrichtungen: Die erste Hall-Vorrichtung weist Kontakte 21-1 (#1), 24-1 (#2) und 22-1 (#3) auf. Wenn man lediglich die Ordnungszahlen verwendet, um die Kontakte zu bezeichnen, weist die zweite Hall-Vorrichtung die Kontakte #3, #4 und #5 auf. Die dritte Hall-Vorrichtung weist die Kontakte #5, #6 und #7 usw. auf. Schließlich weist eine neunte Hall-Vorrichtung die Kontakte #17, #18 und #19 auf. Jede Hall-Vorrichtung weist einen individuellen stochastischen Versatz (Nullpunktfehler) auf. Die Verbindung von Kontakten ist effektiv eine Parallelschaltung all dieser Vorrichtungen. Der Gesamtstrom teilt sich in neun im Wesentlichen gleiche Teile auf, wobei jeder durch eine der neun Hall-Vorrichtungen fließt. Die Ausgänge sind ebenfalls parallel geschaltet: Dies erzeugt einen Mittelwert aller Ausgänge. Insbesondere erzeugt dies einen Mittelwert des Gesamtversatzfehlers: Der mittlere Gesamtversatzfehler ist √(9) (sqrt(9)) mal kleiner als der Versatz einer einzelnen Vorrichtung.
Überdies macht die Parallelschaltung/der Parallelschaltkreis einer ungeraden Anzahl einzelner Hall-Vorrichtungen die Gesamtvorrichtung symmetrischer: In der ersten Betriebsphase liegt der positive Versorgungskontakt 21-1 (#1) nahe bei einem Ende der Hall-Effekt-Region 11, während ein Erfassungskontakt 23-5 (#20) nahe bei dem entgegengesetzten Ende der Hall-Effekt-Region 11 liegt. In der zweiten Betriebsphase haben wir ähnliche Bedingungen: Der positive Versorgungskontakt 23-5 (#20) liegt nahe bei einem Ende der Hall-Effekt-Region 11, während ein Erfassungskontakt 21-1 (#1) nahe bei dem anderen Ende der Hall-Effekt-Region 11 liegt. Somit sind die unvermeidlichen Asymmetrien an dem Ende der Hall-Effekt-Region(en) in beiden Betriebsphasen im Wesentlichen identisch: Folglich ist es wahrscheinlich, dass sie sich fast vollständig aufheben, falls die Signale der ersten und der zweiten Betriebsphase addiert/subtrahiert werden.
Ferner liegt zwischen der ersten und der zweiten Betriebsphase für den inneren Kontakt im Wesentlichen keine Asymmetrie vor, lediglich das (nahezu perfekte) Vertauschen von Versorgungskontakten mit Erfassungskontakten, was eine sehr genaue Spinning-Current-Technik ergibt.
Man beachte, dass der Stromverbrauch im Vergleich zu einer einzelnen Vorrichtung um den Faktor 9 steigt. Andererseits nimmt das Rauschen aufgrund genau derselben Tatsache ab. Die Stromentnahme kann auf einem Minimum gehalten werden, wenn die Kontakte klein sind und die Breite der Kontakte und der Hall-Effekt-Region(en) in der y-Richtung gering ist.
7 zeigt schematische Grundrisse eines vertikalen Hall-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren in einer Konfiguration für eine erste Betriebsphase (oben) und einer Konfiguration für eine zweite Betriebsphase (unten). Der in 7 gezeigte vertikale Hall-Sensor ist von dem in 6 gezeigten vertikalen Hall-Sensor abgeleitet.
Der in 7 gezeigte vertikale Hall-Sensor weist 24 im Wesentlichen identische Kontakte auf, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 angeordnet sind. Spinning-Current-Kontakte sind in einem mittleren Abschnitt eines Pfades angeordnet, der sich zwischen einem ersten Ende (z. B. dem linken Ende) und einem zweiten Ende (z. B. dem rechten Ende) der Hall-Effekt-Region 11 erstreckt und entlang dessen die Mehrzahl von Kontakten angeordnet sind. Der mittlere Abschnitt beginnt im Wesentlichen links von dem Spinning-Current-Kontakt 21-1 und endet im Wesentlichen rechts von dem Spinning-Current-Kontakt 23-5. Zwei Nur-Versorgung-Kontakte 32, 33 sind links von dem mittleren Abschnitt angeordnet, und zwei weitere Nur-Versorgung-Kontakte 31, 34 sind rechts von dem mittleren Abschnitt angeordnet. Jeder Spinning-Current-Kontakt in dem mittleren Abschnitt ist mit einem von vier Knoten N1, N2, N3 und N4 verbunden, je nach seiner Position in der Sequenz der Kontakte. Bezüglich dieses Aspekts wird auf die Beschreibung der 6 verwiesen. Jeder Nur-Versorgung-Kontakt ist über einen von vier Schaltern SW1, SW2, SW3 und SW4 mit einem der Knoten N1 bis N4 verbunden. Der Nur-Versorgung-Kontakt 32 ist über den Schalter SW1 mit dem Knoten N3 verbunden. Der Nur-Versorgung-Kontakt 33 ist über den Schalter SW2 mit dem Knoten N4 verbunden. Der Nur-Versorgung-Kontakt 31 ist über den Schalter SW3 mit dem Knoten N3 verbunden. Der Nur-Versorgung-Kontakt 34 ist über den Schalter SW4 mit dem Knoten N2 verbunden.
Während der ersten Betriebsphase fungiert der Nur-Versorgung-Kontakt 32 als negativer Versorgungskontakt, da der Schalter SW1 geschlossen und mit dem negativen Pol der Spannungsversorgung 81 verbunden ist. Während der ersten Betriebsphase wird der Nur-Versorgung-Kontakt 33 in einem floatenden Zustand belassen, da der Schalter SW2 offen ist. Der Nur-Versorgung-Kontakt 33 fungiert als positiver Versorgungskontakt, da der Schalter SW3 geschlossen ist, sodass eine Verbindung mit dem positiven Kontakt der Spannungsversorgung 81 hergestellt wird. Der Nur-Versorgung-Kontakt 34 wird während der ersten Betriebsphase in einem floatenden Zustand belassen, da der Schalter SW4 offen ist.
Beim Übergang von der ersten Betriebsphase zur zweiten Betriebsphase werden die Zustände der Schalter S1 bis S4 umgeschaltet, d. h. die Schalter SW1 und SW3 sind offen, während die Schalter SW2 und SW4 geschlossen sind. Demgemäß floaten die Nur-Versorgung-Kontakten 32 und 31 während der zweiten Betriebsphase. Der Nur-Versorgung-Kontakt 33 fungiert als positiver Versorgungskontakt, da der Nur-Versorgung-Kontakt 33 aufgrund des geschlossenen Schalters SW2 mit dem Knoten N4 und somit mit dem positiven Pol der Spannungsversorgung 81 verbunden ist. Der Nur-Versorgung-Kontakt 34 fungiert während der zweiten Betriebsphase als negativer Versorgungskontakt, da der Schalter SW4 geschlossen ist, sodass der Nur-Versorgung-Kontakt 34 mit dem Knoten N2 und dem negativen Pol der Spannungsversorgung 81 verbunden ist.
Das Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten vertikalen Hall-Sensors weist eine höhere Symmetrie auf als der in 6 gezeigte vertikale Hall-Sensor. Die höhere Symmetrie hat jedoch den Nachteil eines leicht erhöhten Stromverbrauchs: Bei den vier Schaltern SW1 bis SW4 wird ein Versorgungskontakt auf der linken Seite und auf der rechten Seite des mittleren Abschnitts, d. h. des Spinning-Current-Kontakts, hinzugefügt, um den Bereich der potentialmäßigen Symmetrie an beiden Enden der Hall-Effekt-Region 11 zu verlängern.
8 und 9 zeigen vertikale Hall-Sensoren, die Hall-Effekt-Regionen 11 aufweisen, die nicht gerade sind. Folglich sind auch die Pfade, die sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstrecken und entlang derer die Mehrzahl von Kontakten angeordnet sind, nicht gerade.
8 zeigt einen vertikalen Hall-Sensor, bei dem die Hall-Effekt-Region 11 eine L-Form aufweist. Der vertikale Hall-Sensor weist 16 Kontakte auf, von denen acht in oder auf der Oberfläche eines Abschnitts der Hall-Effekt-Region 11 gebildet sind, der sich in der x-Richtung erstreckt, und die übrigen acht Kontakte in oder auf der Oberfläche eines Abschnitts gebildet sind, der sich in der y-Richtung erstreckt. Kontakte, die während einer gegebenen Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas gleiche Funktionen aufweisen, sind miteinander verbunden und bilden somit einen Knoten. Üblicherweise kann ein Spinning-Current-Kontakt eine der folgenden vier Funktionen erfüllen: positiver Versorgungskontakt, negativer Versorgungskontakt, „positiver” Erfassungskontakt und „negativer” Erfassungskontakt. Die Spinning-Current-Kontakte 22-1 bis 22-4 fungieren während der ersten Betriebsphase als negative Versorgungskontakte und sind mit dem Knoten N1 verbunden. Die Spinning-Current-Kontakts 23-1 bis 23-4 fungieren während der ersten Betriebsphase als positive Erfassungskontakte und sind mit dem Knoten N2 verbunden. Die Spinning-Current-Kontakte 21-2 bis 21-4 fungieren während der ersten Betriebsphase als positive Versorgungskontakte und sind mit dem Knoten N3 verbunden. Die Spinning-Current-Kontakte 24-1 bis 24-4 fungieren während der ersten Betriebsphase als negative Erfassungskontakte und sind mit dem Knoten N4 verbunden.
Wie bei anderen hierin offenbarten vertikalen Hall-Sensoren sind die Kontakte im Wesentlichen identisch. Außerdem sind die Kontakte in gleichem Abstand entlang einer Polygonkurve, hier der L-Form, angeordnet. Eine Ausnahme der gleichen Beabstandung zwischen zwei benachbarten Kontakten der Mehrzahl von Kontakten ist der Abstand zwischen den zwei innersten Kontakten 24-2 und 22-3.
9 zeigt einen weiteren logischen Hall-Sensor, der ebenfalls 16 im Wesentlichen identische Kontakte aufweist, die in der oder auf der Oberfläche einer Hall-Effekt-Region 11 gebildet sind. Die Hall-Effekt-Region 11 ist bogenförmig. Der Pfad, der sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region 11 erstreckt, ist ebenfalls bogenförmig, d. h. eine stetige Kurve. Andere mögliche Konfigurationen der Hall-Effekt-Region 11 und des Pfades könnten stückweise gerade Kurven umfassen. Obwohl dies nicht explizit in 9 gezeigt ist, können die verschiedenen Spinning-Current-Kontakte auf ähnliche Weise, wie dies in 8 gezeigt ist, miteinander verbunden sein. Die Spinning-Current-Kontakte weisen entlang des Pfades eine gleiche Beabstandung auf.
10 zeigt eine schematische Draufsicht oder einen schematischen Grundriss eines vertikalen Hall-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren. Der in 7 gezeigte vertikale Hall-Sensor kann als Vorgänger des in 10 gezeigten Ausführungsbeispiels angesehen werden. Die Spinning-Current-Kontakte 21-i, 22-i, 23-i und 24-i werden im Zusammenhang mit der Beschreibung der 10 und 11 als Ersttypkontakte bezeichnet. Die Nur-Versorgung-Kontakte 31 bis 33 werden ebenfalls als Ersttypkontakte bezeichnet. Zwischen diesen Kontakten des ersten Typs, die mit den Knoten N1 bis N4 verbunden sind, können zusätzliche Kontakte 65 eingefügt werden. Diese Kontakte eines zweiten Typs befinden sich üblicherweise auf symmetrische Weise zwischen den Kontakten des ersten Typs. Einer oder mehrere der Zweittypkontakte 65 können sich zwischen jeweils zwei Kontakten des ersten Typs befinden. Der Zweittypkontakt 65 kann eine andere Gestalt oder Form aufweisen als der Ersttypkontakt: Bei dem Ausführungsbeispiel der 10 sind die Zweittypkontakte 65 nur halb so breit wie die Ersttypkontakte. Ein Effekt der Zweittypkontakte 65, wie sie in 10 gezeigt sind, besteht darin, dass sie den Stromfluss zu einer Mittellinie 68 der Hall-Effekt-Region 11 hin ziehen. Ferner ziehen sie den Stromfluss zu der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 hin, d. h. sie verhindern, dass der Strom zu sehr in die Tiefe fließt. Dies kann für Fälle wichtig sein, in denen ein Halbleiterherstellungsprozess eine äußerst leitfähige vergrabene Schicht bildet, beispielsweise eine n⁺-dotierte vergrabene Schicht (nBL), die den Strom zur Tiefe hin ziehen und einen Kurzschluss verursachen könnte. Der erste Aspekt beim Ziehen des Stromflusses zur Mittellinie 68 der Hall-Effekt-Region hin kann wichtig sein, wenn es nicht möglich ist, dass sich die Kontakte des ersten Typs, d. h. die Spinning-Current-Kontakte, über die gesamte Breite der Hall-Effekt-Region erstrecken: In diesem Fall ist die magnetische Empfindlichkeit aufgrund von Komponenten der Ströme, die in der y-Richtung fließen, verringert. Um diese Stromkomponenten zu verringern/verhindern, sind die Zweittypkontakte 65 nahe bei der Mittellinie 68 angeordnet, wodurch der Strom zur Mitte hin gezogen wird.
Wie in 11 gezeigt ist, können die Zweittypkontakte oder floatenden Kontakte 65 auch auf ähnliche Weise wie die Ersttypkontakte miteinander verbunden sein. 11 zeigt einen schematischen Grundriss einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren während der ersten Betriebsphase. Zweittypkontakte, die sich rechts von einem negativen Versorgungskontakt befinden, haben die Bezugszeichen 61-1 bis 61-6. Zweittypkontakte, die sich rechts von einem positiven Erfassungskontakt befinden, haben die Bezugszeichen 62-1 bis 62-6. Zweittypkontakte, die sich rechts von den positiven Versorgungskontakten befinden, haben die Bezugszeichen 63-1 bis 63-6. Zweittypkontakte, die sich rechts von negativen Erfassungskontakten befinden, haben die Bezugszeichen 64-1 bis 64-6. Die Zweittypkontakte mit den Bezugszeichen 61-1 bis 61-6 sind miteinander verbunden und bilden somit einen floatenden Knoten. Die übrigen Zweittypkontakte sind ebenfalls in Gruppen miteinander verbunden und bilden somit drei weitere floatende Knoten. Dadurch, dass ein Zweittypkontakt mit anderen Zweittypkontakten verbunden wird, floaten die einzelnen Zweittypkontakte eigentlich nicht mehr im Sinne eines einzelnen Kontakts. Trotzdem floaten die verbundenen Zweittypkontakte als Netzwerkknoten, da sie äußerlich nicht mit anderen Schaltungselementen verbunden sind. Die die Spinning-Current-Kontakte verbindenden Knoten N1 bis N4 wurden der Übersichtlichkeit halber bei der Veranschaulichung der 11 weggelassen.
Sowohl in 10 als auch 11 ist die Hall-Effekt-Region 11 länglich und kann eine in einem Substrat gebildete Wanne sein. Auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region 11 können Kontakte des ersten und des zweiten Typs so platziert sein, dass zwischen jeweils zwei Kontakten des ersten Typs M Kontakte des zweiten Typs vorliegen (M = 1 ist ebenfalls möglich). Alle Kontakte sind in aufsteigender Reihenfolge entlang der Hall-Effekt-Region 11 nummeriert. Die Kontakte 1, 1 + 4·(1 + M), 1 + 2·4·(1 + M), ... 1 + N·4·(1 + M) sind mit dem Knoten N1 verbunden. Die Kontakte 2 + M, 2 + M + 4·(1 + M), 2 + M + 2·4·(1 + M), ..., 2 + M + N·4·(1 + M) sind mit dem Knoten N2 verbunden. Die Kontakte 3 + 2·M, 3 + 2·M + 4·(1 + M), 3 + 2·M + 2·4·(1 + M), ..., 3 + 2·M + N·4·(1 + M) sind mit dem Knoten N3 verbunden. Schließlich sind die Kontakte 4 + 3·M, 4 + 3·M + 4·(1 + M), 4 + 3·M + 2·4·(1 + M), ..., 4 + 3·M + N·4·(1 + M) mit dem Knoten N4 verbunden.
Üblicherweise beträgt die Anzahl von Ersttypkontakten zumindest acht. Alternativ dazu könnte die Anzahl 12 oder 16 sein, wobei erwartet wird, dass Letzteres zu einer besseren Leistungsfähigkeit des vertikalen Hall-Sensors führt, insbesondere bezüglich einer Verringerung des Nullpunktfehlers.
Wie in 8 und 9 gezeigt ist, muss die Hall-Effekt-Region nicht unbedingt gerade sein, d. h. die Kontakte müssen nicht unbedingt entlang einer geraden Linie oder eines geraden Pfades angeordnet sein. Die Hall-Effekt-Region 11 muss einfach länglich sein, und ihre Längsrichtung kann eine stetige Kurve sein (ein Segment eines Kreises oder einer Ellipse, oder sie kann eine L-Form (oder ein Polygonsegment) aufweisen). Die Kontakte können dann entlang dieser Kurve in einer Sequenz angeordnet werden.
Die Verbindung einzelner Kontakte mit einem Knoten kann fest verdrahtet sein, was bedeutet, dass die Verbindungen in den Betriebsphasen des Spinning-Current-Schemas nicht verändert werden müssen (es muss nicht unbedingt eine feste Verdrahtung anhand eines Leiters sein, sondern es könnte auch ein elektronisches Element wie beispielsweise ein MOS-Schalter sein, der jedoch in einer Betriebsphase geöffnet und in einer anderen Betriebsphase geschlossen sein muss).
Üblicherweise ist die Anzahl der Ersttypkontakte eine gerade Zahl.
In den folgenden 12a bis 14b werden mehrere vertikale Hall-Sensoren eingeführt, die anhand einer ringförmigen Hall-Effekt-Region ein hohes Maß an Symmetrie erzielen. Insbesondere sind die Kontakte der in 12a bis 14b gezeigten vertikalen Hall-Sensoren stark symmetrisch zueinander, da ein Ring keinen Anfang und kein Ende hat. Deshalb muss innerhalb der Mehrzahl von Kontakten keine Unterscheidung bezüglich dessen getroffen werden, welche Kontakte als „innere” Kontakte zählen und welche als „äußere” Kontakte zählen. Grenzeffekte, die die Funktion der Kontakte beeinträchtigen, beispielsweise bezüglich einer Verteilung eines elektrischen Stroms oder eines elektrischen Potentials innerhalb der Hall-Effekt-Region, sind im Wesentlichen für alle Kontakte dieselben.
12a zeigt ein schematisches Layout oder einen schematischen Grundriss eines ringförmigen vertikalen Hall-Elements 100. Das ringförmige vertikale Hall-Element 100 kann in einem Substrat 101 gebildet sein, das beispielsweise ein p-dotierter Halbleiter oder ein isolierendes Material sein kann. In dem Substrat 101 wird eine ringförmige Wanne oder Mulde 103 gebildet, beispielsweise indem das Substrat 101 an Stellen, an denen die ringförmige Wanne 103 gebildet werden soll, n-dotiert wird. Die ringförmige Wanne weist eine Symmetrie von 90° auf, die auf eine Mitte 105 der ringförmigen Wanne 103 bezogen ist. Alternativ dazu könnte die ringförmige Wanne 103 eine höhere Symmetrie aufweisen (z. B. oktagonale oder Kreisformen). In oder auf einer Oberfläche einer ringförmigen Wanne 103 sind vier Kontakte 102a, 102b, 102c, 102d gebildet. Anhand der vier Kontakte 102a bis 102d können mit der Wanne 103 an verschiedenen Stellen derselben elektrische Verbindungen hergestellt werden. Die vier Kontakte 102a bis 102d erstrecken sich im Wesentlichen von einem inneren Umfang 104a zu einem äußeren Umfang 104b der ringförmigen Wanne 103.
Die Oberfläche des Substrats 101 ist parallel zu der xy-Ebene. Das ringförmige vertikale Hall-Element 100 gibt üblicherweise Magnetfeldkomponenten an, die zu der xy-Ebene parallel sind. Zu der z-Richtung parallele Magnetfeldkomponenten sollten keinen beträchtlichen Einfluss auf das Ausgangssignal der Vorrichtung 100 haben.
Die Vorrichtung 100 weist in der Darstellung zwei Abschnitte des Rings auf, die parallel zu der x-Achse sind, und zwei Abschnitte des Rings, die parallel zu der y-Achse sind. Andere ringförmige vertikale Hall-Elemente können in einem beliebigen Winkel um das Symmetriezentrum 105 herum gedreht werden. Beispielsweise kann eine andere ringförmige vertikale Hall-Vorrichtung 100 Abschnitte des Rings aufweisen, die +/–45° zur x-Achse und zur y-Achse aufweisen.
Die vier Kontakte 102a bis 102d können als Spinning-Current-Kontakte konfiguriert sein, wobei während der ersten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas beispielsweise die Kontakte 102a und 102c Versorgungskontakte sind und die zwei anderen Kontakte 102b und 102d Erfassungskontakte sind.
12b zeigt einen schematischen Querschnitt der Vorrichtung entlang der x-Achse und durch die Kontakte 102b und 102c hindurch. Man kann erkennen, dass die Kontakte 102c und 102b in einer Oberfläche 106a der Wanne 103 gebildet sind und flacher sind als die Wanne 103. Da die Vorrichtung 100 symmetrisch ist, gilt dasselbe für die beiden anderen Kontakte 102a und 102d, die in 12b nicht zu sehen sind. Um eine Vorstellung der Abmessungen zu vermitteln, um die es geht, wird folgende Information bereitgestellt: Die Wanne 103 kann bei einem Ausführungsbeispiel in der z-Richtung etwa 5 μm dick sein, während die Kontakte 102a bis 102d üblicherweise weniger als 1 μm (vorzugsweise 0,2 μm) dick sind. Andere mögliche Abmessungen sind beispielsweise: Wannendicke von 2 μm, 3 μm, 4 μm, 6 μm, 7 μm oder 8 μm und Kontaktdicke von 0,05 μm, 0,1 μm, 0,5 μm oder 0,8 μm. Die Wanne 103 kann mit einer Dosis von 10¹⁵ cm^–3 bis 10¹⁷ cm^–3 leicht n-dotiert sein, während die Kontakte 102a bis 102d mit einer Dosis von mehr als 10¹⁷ cm^–3 (z. B. 10¹⁹ cm^–3) stark n-dotiert sein können. Die Wanne 103 kann mit einer n-Epitaxialschicht gegenwärtiger CMOS-Prozesse identisch sein, wobei die Kontakte 102a bis 102d identisch mit flachen n⁺-S/D-Source-Drain-Kontakten sein können. Die Kontakte können durch zusätzliche n-CMOS-Mulden verstärkt sein. An einem Boden 106b der Wanne 103 kann eine vergrabene Schicht 107 vorliegen, wie dies für robuste BiC-MOS/CMOS-Prozesse der Fall ist, dies ist jedoch nicht zwangsläufig so. Im Fall einer Epitaxialschicht ist es oft so, dass Gräben die Epitaxialschicht und die Wanne 103 lateral von dem Substrat 101 isolieren (diese Gräben sind in 12a bis 12c nicht gezeigt).
12c zeigt einen schematischen Querschnitt der Vorrichtung entlang der x-Achse und durch den Mittelpunkt oder das Symmetriezentrum 105 der Vorrichtung hindurch. Die zwei Abschnitte der Wanne 103, die sich in der y-Richtung erstrecken, sind in diesem Querschnitt zu sehen. Während des Betriebs fließt ein elektrischer Strom in der y-Richtung, d. h. senkrecht zu der Zeichenebene, durch diese Abschnitte. Die Gesamtsektion jedes Abschnitts ist die Breite des Abschnitts mal die Tiefe der Wanne 103. Die Breite ist gleich dem Abstand zwischen dem inneren Umfang 104a und dem äußeren Umfang 104b der ringförmigen Wanne 103. Wenn jedoch die optionale n-vergrabene Schicht 107 vorliegt, fließt wahrscheinlich ein beträchtlicher Teil des elektrischen Stroms in der n-vergrabenen Schicht 107.
13a zeigt ein schematisches Layout oder einen schematischen Grundriss einer ringförmigen vertikalen Hall-Vorrichtung 200. 13a zeigt außerdem schematisch, wie sie in einer Schaltung verbunden ist. Zwei diagonal gegenüberliegende Kontakte 202b und 202d sind mit einer Elektrizitätsversorgung (einem Netzanschluss) 220 verbunden. Der Netzanschluss kann eine Strom- oder eine Spannungsquelle sein; in 13a ist eine Stromquelle 220 gezeigt. An den anderen zwei diagonal gegenüberliegenden Kontakten 202a und 202c wird das Ausgangssignal 222a gemessen. Das Ausgangssignal 222a kann die Ausgangsspannung sein, die mit einem hochohmigen Spannungsmesser 221 gemessen wird. Als Alternative könnte ein Ausgangsstrom anhand eines niederohmigen Amperemeters gemessen werden.
In Fällen, in denen kein Magnetfeld vorliegt, wäre die Ausgangsspannung im Idealfall 0: Die Hälfte des Stroms fließt zwischen den Kontakten 202b und 202d über den rechten Zweig des Rings, der den Kontakt 202a enthält, wohingegen die andere Hälfte des Stroms zwischen den Kontakten 202b und 202d über den linken Zweig des Rings fließt, der den Kontakt 202c enthält. In der Praxis beträgt die Ausgangsspannung aufgrund unvermeidlicher Asymmetrien der Geometrie oder der Verbindbarkeit der Vorrichtung 200 üblicherweise nicht 0.
Falls eine Magnetfeldkomponente Bx < > 0, wobei By = 0, vorliegt, wirkt dieses Feld auf die Ladungsträger ein, die durch die Zweige 203cd und 203ab fließen. Falls eine Magnetfeldkomponente By < > 0, wobei Bx = 0, vorliegt, wirkt dieses Feld auf die durch die Zweige 203ad und 203bc fließenden Ladungsträger ein.
Angenommen, Bx > 0 und By = 0: Falls der Strom in den Kontakt 202d hinein und aus dem Kontakt 202b heraus fließt, dann fließen die Elektronen in den Wannen 203ab und 203cd hauptsächlich in positiver y-Richtung. Genauer gesagt fließen die Elektronen in Halbbögen, da sie an dem Kontakt 202b in die Wanne eintreten und gleichzeitig in die Tiefe (= negative z-Richtung = in die Zeichenebene) der Wanne 203ab und hin zu dem Kontakt 202a fließen. Nach ungefähr der Hälfte der Länge des Wannenabschnitts 203ab fließen die Elektronen nach oben zur Oberfläche hin, wo sich der Kontakt 202a befindet (= in positiver z-Richtung = aus der Zeichenebene heraus). Aufgrund der Lorentz-Kraft der Bx-Felder, die auf die Elektronen einwirkt, werden sie zu der Oberfläche der Wanne (106a in 12b, 12c) hin gezogen. Dies ist auf den Hall-Effekt zurückzuführen: Der Hall-Effekt zieht die Elektronen in kleineren, flacheren Halbbögen. Dies geschieht bei beiden Wannen 203ab und 203cd. Folglich wird das elektrische Potential an dem Kontakt 202a gesenkt, wohingegen das elektrische Potential an dem Kontakt 202c angehoben wird, und deshalb nimmt das Signal 222a aufgrund der Wirkung eines positiven Bx-Feldes zu. Man beachte, dass das Ausgangssignal 222a positiv ist, falls das Eingangssignal an dem mit einem „+” bezeichneten nicht-invertierenden Eingang größer ist als das Eingangssignal an dem mit einem „–” bezeichneten invertierenden Eingang.
Nun sei angenommen, dass das Magnetfeld in der y-Richtung By > 0 und Bx = 0 ist: Die Lorentz-Kraft, die auf die Elektronen einwirkt, die durch die Wannenabschnitte 203ad und 203bc fließen, zieht sie wieder zu der Oberfläche der Wanne, was den Widerstand dieser Wannen verringert. Die in den anderen beiden Zweigen der Wanne, d. h. den Wannenabschnitten 203ab und 203cd, fließenden Elektronen werden durch die By-Komponente nicht beeinträchtigt, da sie parallel zur Driftgeschwindigkeit ist. Folglich wird das elektrische Potential an dem Kontakt 202a angehoben, und das elektrische Potential an dem Kontakt 202c wird gesenkt, sodass das Signal 222a abnimmt.
Zusammenfassend sei gesagt, dass das Ausgangssignal 222a proportional zu der Differenz der Magnetfeldkomponenten in der x- und der y-Richtung Bx und By ist: S_out(222a) = K·(Bx – By), wobei K > 0. Der Proportionalitätsfaktor K ist für beide Komponenten Bx und By gleich, solange die Vorrichtung eine Symmetrie von zumindest 90° aufweist (in unserem Fall ist der Wannenabschnitt 203ad genau so lang wie der Wannenabschnitt 203ab). Eine Änderung der Stromrichtung veranlasst das Ausgangssignal S_out(222a), sein Vorzeichen zu ändern.
Ein Tauschen oder Vertauschen der Eingänge und Ausgänge der ringförmigen vertikalen Hall-Vorrichtung führt zu der in 13b gezeigten Situation. Falls Bx > 0 und By = 0, nehmen die Widerstände der Wannenabschnitte 203ab und 203cd ab, und das Ausgangssignal 222b ist positiv. Falls By > 0 und Bx = 0, nehmen die Widerstände der Wannenabschnitte 203bc und 203ad zu, und das Ausgangssignal 222b ist positiv. Das Ausgangssignal während der zweiten Betriebsphase, die in 13b veranschaulicht ist, hängt somit von den Magnetfeldkomponenten in der x- und der y-Richtung Bx und By ab, somit gilt: S_out(222b) = K·(Bx + By).
Die Ausgangssignale beider Betriebsphasen können subtrahiert werden: S_out(222a) – S_out(222b) = K·(Bx – By) – K·(Bx + By) = (–2)·K·By. S_out(222a) – S_out(222b) = K·(Bx – By) – K·(Bx + By) = (–2)·K·By
Gleichzeitig hebt sich ein Nullpunktfehler auf oder wird beträchtlich verringert, wie als Nächstes gezeigt ist. Angenommen, dass der Wannenabschnitt 203ab etwas länger ist als die anderen Zweige der Vorrichtung. Bei verschwindenden Magnetfeldern bekommen wir S_out(222a) = (–1)·Off und S_out(222b) = (–1)·Off, wobei Off > 0. Deshalb verschwindet der Versatz Off, falls die zwei Signale für die zwei Betriebsphasen subtrahiert werden: S_out(222a) – S_out(222b) = 0 (für Bx = By = 0). Somit ist die Differenz des Signals S_out(222a) – S_out(222b) proportional zu dem By-Feld und ist gleichzeitig im Wesentlichen frei von den Nullpunktfehlern der Vorrichtung. Dies ist das auf ringförmige vertikale Hall-Vorrichtungen angewendete Spinning-Current-Prinzip.
Die Stromrichtung kann in beiden 13a und 13b umgekehrt werden, um insgesamt vier Messpunkte für alle vier Stromrichtungen zu haben. Falls alle vier Werte subtrahiert werden, kann mit einem Ausgangssignal, das immer noch proportional zu der Magnetfeldkomponente in der y-Richtung By ist, ein sogar noch besseres Spinning-Current-Verfahren erhalten werden.
Allgemein können die Verbindungen in vielen Permutationen geändert werden, und es ist auch möglich, die Vorrichtung auf dem Wafer so zu drehen, dass die Abschnitte der Wanne 103, 203 einen nicht 0° und nicht 90° betragenden Winkel zu der x-Achse aufweisen. Die Magnetfeldkomponenten in der x-Richtung Bx und in der y-Richtung By können separat gemessen werden, und gleichzeitig kann ein sehr geringer Versatzfehler oder Nullpunktfehler erzielt werden.
14a und 14b zeigen eine weitere ringförmige Hall-Vorrichtung 300a, 300b, die im Vergleich zu der in 13a und 13b gezeigten ringförmigen Hall-Vorrichtung 200a, 200b um 45° gedreht ist. Die Abkürzungen nx und ny werden dazu verwendet, die Einheitsvektoren in der x-Richtung bzw. der y-Richtung zu bezeichnen. Falls das Magnetfeld in die Richtung (nx + ny)/√(2) zeigt, nehmen die Widerstände der Wannenabschnitte 303ad und 303bc ab, und somit ist das Ausgangssignal 322a negativ.
Falls das Magnetfeld in die Richtung (nx – ny)/√(2) zeigt, nehmen die Widerstände der Wannenabschnitte 303ab und 303cd ab, und somit ist das Ausgangssignal 322a positiv.
Hieraus folgt, dass S_out(322a) = –K·(Bx + By)/√(2) + K·(Bx – By)/√(2) = –√(2)·K·By, wobei K > 0.
Ein Tauschen oder Vertauschen der Eingänge und der Ausgänge der Vorrichtung führt zu der in 14b gezeigten Konfiguration, die beispielsweise während der zweiten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas verwendet wird.
Falls das Magnetfeld in die Richtung (nx + ny)/√(2) zeigt, nehmen die Widerstände der Wannenabschnitte 303ad und 303bc zu, und somit ist das Ausgangssignal 322b positiv.
Falls das Magnetfeld in die Richtung (nx – ny)/√(2) zeigt, nehmen die Widerstände der Wannenabschnitte 303ab und 303cd ab, und somit ist das Ausgangssignal 322b positiv.
Es folgt, dass S_out(322b) = K·(Bx + By)/√(2) + K·(Bx – By)/√(2) = √(2)·K·Bx, wobei K > 0.
Wie bei der in 13a, 13b gezeigten ringförmigen vertikalen Hall-Vorrichtung 200a, 200b kann der Nullpunktfehler oder der Versatz beträchtlich verringert werden, was durch ähnliche Berechnungen demonstriert werden kann. Wenn wieder angenommen wird, dass der Wannenabschnitt 303ab etwas länger ist als die anderen Zweige, lauten bei einem Magnetfeld von null die zwei Ausgangssignale für die zwei Betriebsphasen: S_out(322a) = (–1)·Off und S_out(322b) = (–1)·Off, wobei Off > 0.
Deshalb kann dieser Nullpunktfehler aufgehoben werden, indem die Ausgangssignale der zwei Betriebsphasen subtrahiert werden; S_out(322a) – S_out(322b). Dies führt zu der folgenden Gleichung: S_out(322a) – S_out(322b) = –2·K·By/√(2) – 2·K·Bx/√(2) = –√(2)·K·(Bx + By).
Die in 13a, 13b bzw. 14a, 14b gezeigten ringförmigen vertikalen Hall-Vorrichtungen 200 bzw. 300 können kombiniert werden, um ein Messsystem zu bilden. Ein derartiges Messsystem, das beide Vorrichtungen 200 und 300 umfasst, ist in der Lage, die Magnetfeldkomponenten Bx und By separat zu berechnen. Es ist möglich, beide Vorrichtungen nebeneinander anzuordnen. Jedoch kann man auch eine Vorrichtung innerhalb des inneren Umfangs der anderen Vorrichtung platzieren, um identische Symmetriezentren 105 zu haben.
Die hierin offenbarten vertikalen Hall-Sensoren oder -Vorrichtungen können anhand einer oder mehrerer der folgenden Konfigurationen, Strukturen und/oder Maßnahmen modifiziert oder weiter spezifiziert werden. Eine oder mehrere p-Isolationswannen können zwischen die n⁺-Kontakte, d. h. zwischen beliebige zwei oder mehr Kontakte, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region oder Wanne gebildet sind, eingefügt werden. Die p-Isolationswannen können dazu verwendet werden, eine bestimmte gewünschte Stromdichteverteilung in der Hall-Effekt-Region oder Wanne zu erzielen, beispielsweise indem sie verhindern, dass ein beträchtlicher Teil des elektrischen Stroms in der Nähe der Oberfläche der Hall-Effekt-Region oder Wanne fließt.
Besonders in Bezug auf die in 12a bis 14b gezeigten ringförmigen vertikalen Hall-Vorrichtungen 100, 200, 300 können die Wannen kreisförmig oder oktagonal sein. Als weitere Option kann eine Vielzahl ringförmiger vertikaler Hall-Vorrichtungen verwendet werden. Die Vielzahl ringförmiger vertikaler Hall-Vorrichtungen kann beispielsweise in einem Array, einem Gitter oder einer kreuzförmigen Anordnung angeordnet sein.
Die vertikalen Hall-Sensoren oder -Vorrichtungen können eine vergrabene n⁺-Schicht (nBL) aufweisen, müssen aber nicht. Falls eine vergrabene n⁺-Schicht vorliegt, kann diese vergrabene n⁺-Schicht zwischen den verschiedenen Sektionen einer Hall-Effekt-Region oder Abschnitten einer Wanne unterbrochen sein, falls dies bei dem zum Herstellen eines bestimmten vertikalen Hall-Effekt-Sensors oder einer bestimmten vertikalen Hall-Vorrichtung verwendeten Halbleiterherstellungsprozess technologisch durchführbar ist.
Bezüglich der ringförmigen vertikalen Hall-Vorrichtungen kann die Anzahl von Kontakten auf lediglich drei Kontakte verringert sein. In diesem Fall würde die ringförmige vertikale Hall-Vorrichtung zwei Versorgungskontakte und lediglich einen Erfassungskontakt aufweisen. Statt ein Erfassungsdifferenzialsignal zwischen zwei Erfassungskontakten zu messen, würde ein Erfassungssignal an den einzelnen, auf ein Referenzpotential wie z. B. Massepotential bezogenen Erfassungskontakten gemessen werden.
15 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Magneterfassungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren. Während eines ersten Vorgangs 152 wird eine Leistungsversorgung zwischen einem Spinning-Current-Kontakt und einem Nur-Versorgung-Kontakt einer Hall-Effekt-Region angeschlossen. Der Spinning-Current-Kontakt ist dazu konfiguriert, gemäß dem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakt und als Erfassungskontakt zu fungieren. Der Spinning-Current-Kontakt und der Erfassungskontakt gehören zu einer Mehrzahl von Kontakten, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region eines vertikalen Hall-Sensors gebildet sind, der zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte aufweist. Die Kontakte sind in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt, wobei die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte entlang eines mittleren Abschnitts des Pfades angeordnet sind und wobei die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte auf verteilte Weise auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts angeordnet sind. Die Nur-Versorgung-Kontakte sind dazu konfiguriert, die Hall-Effekt-Region gemäß einer Erweiterung des Spinning-Current-Schemas zum Versorgen der Hall-Effekt-Region mit elektrischer Energie mit elektrischer Energie zu versorgen.
Während eines Vorgangs 154 wird zwischen zumindest zwei Spinning-Current-Kontakten, die aktuell als Erfassungskontakte fungieren, ein Erfassungssignal erfasst.
Dann werden bei einem Vorgang 156 die Funktionen der Spinning-Current-Kontakte vertauscht, sodass die elektrische Energie nun über einen der Spinning-Current-Kontakte, der zuvor als Erfassungskontakt fungiert hat, und zumindest einen anderen Nur-Versorgung-Kontakt, der sich von dem zuvor verwendeten Nur-Versorgung-Kontakt unterscheidet, d. h. während der Vorgänge 152 und 154, der Hall-Effekt-Region bereitgestellt wird.
Während eines Vorgangs 158 wird zwischen zwei Spinning-Current-Kontakten erfasst, die nicht die zuvor als Erfassungskontakte verwendeten sind, ein anderes Erfassungssignal erfasst.
Bei einem Vorgang 159 wird ein Ausgangssignal auf der Basis der während der Vorgänge 154 und 158 erhaltenen Erfassungssignale ermittelt. Das Magneterfassungsverfahren kann dann für einen weiteren Zyklus des Spinning-Current-Schemas wiederholt werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Postens oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Manche der oder alle Verfahrensschritte können durch eine (oder unter Verwendung einer) Hardwarevorrichtung wie beispielsweise einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen können manche oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch eine derartige Vorrichtung ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung lediglich veranschaulichen. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, lediglich durch den Schutzumfang der folgenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten beschränkt zu sein, die anhand einer Beschreibung und Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert werden.

Claims

Vertikaler Hall-Sensor, der folgende Merkmale aufweist: eine Hall-Effekt-Region (11); eine Mehrzahl von Kontakten (21–24), die in der oder auf einer Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet sind, wobei die Kontakte in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet sind, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt; wobei die Mehrzahl von Kontakten zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte aufweisen; wobei die Spinning-Current-Kontakte dazu konfiguriert sind, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakte und als Erfassungskontakte zu fungieren; wobei die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte entlang eines mittleren Abschnitts des Pfades angeordnet sind; und wobei die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte auf verteilte Weise auf gegenüberliegenden Seiten des mittleren Abschnitts angeordnet und dazu konfiguriert sind, die Hall-Effekt-Region gemäß einer Erweiterung des Spinning-Current-Schemas mit elektrischer Energie zu versorgen.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß Anspruch 1, bei dem die Hall-Effekt-Region (11) länglich ist und entweder eine gerade Form, eine gekrümmte Form, eine winkelige Form, eine L-Form, eine Bogenform und eine stückweise gerade Form aufweist.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mehrzahl von Kontakten (21–24) zumindest vier der Nur-Versorgung-Kontakte aufweist, sodass während zumindest zwei Betriebsphasen des Spinning-Current-Schemas zumindest ein Nur-Versorgung-Kontakt auf jeder Seite des mittleren Abschnitts dazu konfiguriert ist, die Hall-Effekt-Region mit elektrischer Energie zu versorgen.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte zwei äußerste Nur-Versorgung-Kontakte aufweisen, die von dem ersten Ende und dem zweiten Ende einen größeren Abstand aufweisen als eine maximale Beabstandung der zumindest vier Spinning-Current-Kontakte.
Vertikale Hall-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der eine Länge der Hall-Effekt-Region (11) um einen Faktor, der in einem Bereich zwischen 1,2 und 20 liegt, größer ist als eine Länge des mittleren Abschnitts.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zwei der zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und einer der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte dazu konfiguriert sind, die Hall-Effekt-Region (11) mit elektrischer Energie zu versorgen, und zwei andere Spinning-Current-Kontakte dazu konfiguriert sind, während einer ersten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas als Erfassungskontakte zu fungieren, und bei dem die zwei Spinning-Current-Kontakte, die während der ersten Betriebsphase als Erfassungskontakte fungieren, und die anderen der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte dazu konfiguriert sind, die Hall-Effekt-Region (11) mit elektrischer Energie zu versorgen, und die zwei Spinning-Current-Kontakte, die während der ersten Betriebsphase als Versorgungskontakte fungiert haben, dazu konfiguriert sind, während einer zweiten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas als Erfassungskontakte zu fungieren.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner zumindest zwei floatende Kontakte (64-1, 61, 63, 62 und 64-2) aufweist, wobei ein erster der zumindest zwei floatenden Kontakte in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region zwischen dem ersten Ende und einem der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte, der näher bei dem ersten Ende liegt als der andere beziehungsweise die anderen der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte, gebildet ist; und wobei ein zweiter floatender Kontakt der zumindest zwei floatenden Kontakte in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region zwischen dem zweiten Ende und einem der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte, der näher bei dem zweiten Ende liegt als der andere beziehungsweise die anderen der zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte, gebildet ist.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte eine ungerade Anzahl von Spinning-Current-Kontakten, die gleich oder größer als sieben ist, aufweisen, bei dem während zumindest einer Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas eine gerade Anzahl, die gleich oder größer als vier ist, der Spinning-Current-Kontakte dazu konfiguriert sind, als Erfassungskontakte zu fungieren, und bei dem differenzielle Erfassungssignale zwischen Paaren der Spinning-Current-Kontakte, die während der Betriebsphase als Erfassungskontakte fungieren, abgegriffen werden, wobei die Paare auf verschachtelte Weise entlang des Pfades angeordnet sind.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, der ferner eine Hall-Effekt-Region (11) aufweist, in der oder auf deren Oberfläche eine weitere Mehrzahl von Kontakten gebildet sind, die ähnlich der Mehrzahl von Kontakten sind, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region (11) gebildet sind, wobei die weitere Mehrzahl von Kontakten dazu konfiguriert ist, auf komplementäre Weise zu der Mehrzahl von Kontakten zu fungieren, und wobei während jeder Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas zumindest ein erstes Sensorsignal zwischen zumindest zwei der Spinning-Current-Kontakte der Mehrzahl von Kontakten abgegriffen wird, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region (11) gebildet sind, und zumindest ein zweites Erfassungssignal zwischen zumindest zwei Spinning-Current-Kontakten der weiteren Mehrzahl von Kontakten abgegriffen wird, die in der oder auf der Oberfläche der weiteren Hall-Effekt-Region gebildet sind, und wobei das zumindest eine erste Erfassungssignal und das zumindest eine zweite Erfassungssignal durch einen Ausgangssignalermittler des vertikalen Hall-Sensors addiert oder voneinander subtrahiert werden.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, der ferner eine weitere Hall-Effekt-Region (11') und eine weitere Mehrzahl von Kontakten aufweist, die in der oder auf der Oberfläche einer weiteren Hall-Effekt-Region (11') gebildet sind, wobei die Mehrzahl von Kontakten und die weitere Mehrzahl von Kontakten im Wesentlichen ähnlich sind; wobei zumindest ein Erfassungssignal zwischen einem Spinning-Current-Kontakt, der in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet ist, und einem Spinning-Current-Kontakt, der in oder auf der Oberfläche der weiteren Hall-Effekt-Region gebildet ist, wobei beide während einer selben Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas als Erfassungskontakt fungieren, abgegriffen wird.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß Anspruch 10, bei dem die weitere Hall-Effekt-Region (11') im Wesentlichen parallel zu der Hall-Effekt-Region (11) ist, und bei dem die Spinning-Current-Kontakte der Hall-Effekt-Region (11) und der weiteren Hall-Effekt-Region (11'), zwischen denen das Erfassungssignal abgegriffen wird, eine entsprechende Position innerhalb der Mehrzahl von Kontakten beziehungsweise der weiteren Mehrzahl von Kontakten aufweisen, und bei dem eine Mehrzahl der Spinning-Current-Kontakte, die als Versorgungskontakte fungieren, und der Nur-Versorgung-Kontakt zwischen der Hall-Effekt-Region und der weiteren Hall-Effekt-Region für eine bestimmte Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas invertiert werden, sodass Flussrichtungen des elektrischen Stroms in entsprechenden Abschnitten der Hall-Effekt-Region und der weiteren Hall-Effekt-Region zueinander entgegengesetzt sind.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte zumindest vier geschaltete Nur-Versorgung-Kontakte aufweisen, wobei jeder der zumindest vier geschalteten Nur-Versorgung-Kontakte gemäß der Erweiterung des Spinning-Current-Schemas durch ein Schaltelement mit zumindest einem der zumindest vier Spinning-Current-Kontakte verbunden ist.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, der ferner eine Mehrzahl floatender Kontakte aufweist, wobei zwischen jeweils zwei Spinning-Current-Kontakten M floatende Kontakte angeordnet sind, wobei M eine positive Ganzzahl ist.
Vertikaler Hall-Sensor, der folgende Merkmale aufweist: eine Hall-Effekt-Region; eine Mehrzahl von Kontakten, die in oder auf der Hall-Effekt-Region in einer Sequenz entlang eines Pfades gebildet sind, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt, wobei die Kontakte gemäß der Sequenz fortlaufend nummeriert sind, wobei die Mehrzahl von Kontakten Ersttypkontakte und Zweittypkontakte aufweisen, wobei zwischen jeweils zwei Ersttypkontakten M Zweittypkontakte angeordnet sind, wobei M eine positive Ganzzahl ist; wobei Ersttypkontakte, die Ordnungszahlen innerhalb der durch 1 + i·4·(1 + M), i = 0, 1, 2 ... gegebenen Sequenz aufweisen, mit einem ersten Knoten N1 verbunden sind; wobei Ersttypkontakte, die Ordnungszahlen innerhalb der durch 2 + M + i·4·(1 + M), i = 0, 1, 2 ... gegebenen Sequenz aufweisen, mit einem zweiten Knoten N2 verbunden sind; wobei Ersttypkontakte, die Ordnungszahlen innerhalb der durch 3 + 2·M + i·4·(1 + M), i = 0, 1, 2 ... gegebenen Sequenz aufweisen, mit einem dritten Knoten N3 verbunden sind; und wobei Ersttypkontakte, die Ordnungszahlen innerhalb der durch 4 + 3·M + i·4·(1 + M), i = 0, 1, 2 ... gegebenen Sequenz aufweisen, mit einem vierten Knoten N4 verbunden sind; wobei die Ersttypkontakte dazu konfiguriert sind, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakte und Erfassungskontakte zu fungieren, mit der Bedingung, in einer ersten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas elektrische Energie zwischen den ersten Knoten N1 und dritten Knoten N3 bereitzustellen und in einer zweiten Betriebsphase zwischen den zweiten Knoten N2 und vierten Knoten N4 bereitzustellen, und in der ersten Betriebsphase ein Erfassungssignal zwischen den zweiten Knoten N2 und vierten Knoten N4 zu erfassen und in der zweiten Betriebsphase ein anderes Erfassungssignal zwischen den ersten Knoten N1 und dritten Knoten N3 zu erfassen; und wobei die Zweittypkontakte floatende Kontakte sind.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß Anspruch 14, bei dem die Zweittypkontakte eine andere Form aufweisen als die Ersttypkontakte.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem die Zweittypkontakte in einer zu dem Pfad senkrechten Richtung eine Erweiterung aufweisen, die kleiner ist als eine entsprechende Erweiterung des Ersttypkontakts.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Hall-Effekt-Region länglich ist und bei dem die Ersttypkontakte und die Zweittypkontakte bezüglich einer Mittellinie der Hall-Effekt-Region, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt, symmetrisch sind.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Zweittypkontakte eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe aufweisen, bei dem die Zweittypkontakte der ersten Gruppe mit einem ersten floatenden Knoten verbunden sind und die Zweittypkontakte der zweiten Gruppe mit einem zweiten, anderen floatenden Knoten verbunden sind.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, der ferner zumindest ein Schaltelement aufweist, das dazu konfiguriert ist, zumindest einen der Ersttypknoten selektiv mit den entsprechenden Knoten des ersten Knotens, des zweiten Knotens, des dritten Knotens und des vierten Knotens zu verbinden.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem die Hall-Effekt-Region länglich ist und entweder eine gerade Form, eine gekrümmte Form, eine winklige Form, eine L-Form, eine Bogenform oder eine stückweise gerade Form aufweist.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem die Mehrzahl von Kontakten einen ersten äußersten Kontakt und einen zweiten äußersten Kontakt aufweist, wobei der erste äußerste Kontakt einen ersten Abstand von dem ersten Ende aufweist und der zweite äußerste Kontakt einen zweiten Abstand von dem zweiten Ende aufweist, wobei der erste Abstand und der zweite Abstand größer sind als eine maximale Beabstandung der Ersttypkontakte.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, der ferner eine weitere Hall-Effekt-Region aufweist, in der oder auf deren Oberfläche eine weitere Mehrzahl von Kontakten gebildet sind, die ähnlich der in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildeten Mehrzahl von Kontakten sind, wobei die weitere Mehrzahl von Kontakten dazu konfiguriert sind, auf komplementäre Weise zu der Mehrzahl von Kontakten zu fungieren, und wobei während jeder Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas zumindest ein erstes Sensorsignal zwischen zumindest zwei der Ersttypkontakte der Mehrzahl von Kontakten, die in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet sind, abgegriffen wird und zumindest ein zweites Erfassungssignal zwischen zumindest zwei Ersttypkontakten der weiteren Mehrzahl von Kontakten, die in der oder auf der Oberfläche der weiteren Hall-Effekt-Region gebildet sind, abgegriffen wird, und wobei das zumindest eine erste Erfassungssignal und das zumindest eine zweite Erfassungssignal durch einen Ausgangssignalermittler des vertikalen Hall-Sensors addiert oder voneinander subtrahiert werden.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22, der ferner eine weitere Hall-Effekt-Region und eine weitere Mehrzahl von Kontakten, die in der oder auf der Oberfläche einer weiteren Hall-Effekt-Region gebildet sind, aufweist, wobei die Mehrzahl von Kontakten und die weitere Mehrzahl von Kontakten im Wesentlichen ähnlich sind; wobei zumindest ein Erfassungssignal zwischen einem Spinning-Current-Kontakt, der in der oder auf der Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet ist, und einem Spinning-Current-Kontakt, der in der oder auf der Oberfläche der weiteren Hall-Effekt-Region gebildet ist, wobei beide während einer selben Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas als Erfassungskontakt fungieren, abgegriffen wird.
Vertikaler Hall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 14 bis 23, bei dem die Mehrzahl von Kontakten zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte als die äußersten Kontakte der Mehrzahl von Kontakten aufweisen, wobei die Nur-Versorgung-Kontakte dazu konfiguriert sind, gemäß einer Erweiterung des Spinning-Current-Schemas die Hall-Effekt-Region mit elektrischer Energie zu versorgen.
Vertikaler Hall-Sensor, der folgende Merkmale aufweist: eine Hall-Effekt-Region, die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und die bezüglich einer Symmetrieachse derart symmetrisch ist, dass das erste und das zweite Ende bezüglich der Symmetrieachse zueinander spiegelverkehrt sind; eine Mehrzahl von Kontakten (21–24), die auf eine bezüglich der Symmetrieachse symmetrische Weise in der oder auf einer Oberfläche der Hall-Effekt-Region gebildet sind, wobei die Kontakte in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet sind, der sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt; wobei die Mehrzahl von Kontakten zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte aufweisen; wobei die Spinning-Current-Kontakte dazu konfiguriert sind, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakte und als Erfassungskontakte zu fungieren; wobei die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte näher bei der Symmetrieachse liegen als die Nur-Versorgung-Kontakte; wobei die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte dazu konfiguriert sind, die Hall-Effekt-Region derart mit elektrischer Energie zu versorgen, dass Grenzeffekte, die einen Fluss eines elektrischen Stroms in der Hall-Effekt-Region während einer Ausführung des Spinning-Current-Schemas beeinträchtigen, verringert werden, wobei die Grenzeffekte durch zumindest entweder das erste und/oder das zweite Ende verursacht werden.
Magneterfassungsverfahren, das folgende Schritte aufweist: Anschließen einer Leistungsversorgung zwischen einem Spinning-Current-Kontakt und einem Nur-Versorgung-Kontakt, wobei der Spinning-Current-Kontakt dazu konfiguriert ist, gemäß einem Spinning-Current-Schema wechselweise als Versorgungskontakt und als Erfassungskontakt zu fungieren, wobei der Spinning-Current-Kontakt und der Erfassungskontakt zu einer Mehrzahl von Kontakten gehören, die in einer oder auf der Oberfläche einer Hall-Effekt-Region eines vertikalen Hall-Sensors gebildet sind, der zumindest vier Spinning-Current-Kontakte und zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte aufweist, wobei die Kontakte in einer Sequenz entlang eines Pfades angeordnet sind, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hall-Effekt-Region erstreckt, wobei die zumindest vier Spinning-Current-Kontakte entlang eines mittleren Abschnitts des Pfades angeordnet sind, und wobei die zumindest zwei Nur-Versorgung-Kontakte auf verteilte Weise auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts angeordnet und dazu konfiguriert sind, die Hall-Effekt-Region gemäß einer Erweiterung des Spinning-Current-Schemas zum Versorgen der Hall-Effekt-Region mit elektrischer Energie mit elektrischer Energie zu versorgen; Erfassen eines Erfassungssignals zwischen zumindest zwei Spinning-Current-Kontakten, die aktuell als Erfassungskontakte fungieren; Vertauschen der Funktionen der Spinning-Current-Kontakte, sodass die Hall-Effekt-Region nun über einen der Spinning-Current-Kontakte, die zuvor als Erfassungskontakte fungiert haben, und zumindest einen weiteren Nur-Versorgung-Kontakt, der sich von dem zuvor verwendeten Nur-Versorgung-Kontakt unterscheidet, mit der elektrischen Energie versorgt wird; Erfassen eines Erfassungssignals zwischen zwei Spinning-Current-Kontakten, die nicht die zuvor verwendeten sind; und Ermitteln eines Ausgangssignals auf der Basis der Erfassungssignale.
Magneterfassungsverfahren gemäß Anspruch 26, bei dem das Ermitteln des Ausgangssignals ein Multiplizieren zumindest eines der Erfassungssignale mit +/–1 und zumindest eines der Folgenden aufweist: Addieren, Mitteln und Tiefpassfiltern zweier oder mehrerer Erfassungssignale.
Magneterfassungsverfahren gemäß Anspruch 26 oder 27, das ferner folgenden Schritt aufweist: Schalten zumindest eines Schaltelements, das mit zumindest einem der Nur-Versorgung-Kontakte verbunden ist, sodass der zumindest eine Nur-Versorgung-Kontakt dazu konfiguriert ist, die Hall-Effekt-Region während zumindest einer Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas mit elektrischer Energie zu versorgen und während zumindest einer anderen Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas als floatender Kontakt zu fungieren.