DE102013202595B4

DE102013202595B4 - Vorrichtung mit vertikaler Hall-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102013202595B4
Application number: DE102013202595.5A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner; Mario Motz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2033-02-20
Also published as: US20130214775A1; DE102013202595A1; US9312472B2

Abstract

Vorrichtung, die folgendes aufweist:
eine vertikale Hall-Vorrichtung (10, 300, 400), die in einem Substrat gebildet ist,
und die geeignet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das parallel zu einer Oberfläche des Substrats ist, wobei die vertikale Hall-Vorrichtung Folgendes aufweist:
erste, zweite, dritte und vierte Anschlüsse (51, 52, 53, 54);
Kontakte zum Erzeugen eines Hall-Effektsignals, das das Magnetfeld anzeigt;
ein Paar von Hall-Effektregionen (11, 12), die isoliert voneinander ausgebildet sind, wobei das eine Paar von Hall-Effektregionen eine erste Hall-Effektregion und eine zweite Hall-Effektregion aufweist, die in dem Substrat gebildet sind;
eine erste Gruppe der Kontakte (21, 22, 23, 24), die in oder an einer Oberfläche der ersten Hall-Effektregion (11) angeordnet ist, wobei die erste Gruppe erste und zweite äußerste Kontakte (21, 24) aufweist; und
eine zweite Gruppe von Kontakten (31, 32, 33, 34), die in oder an einer Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion (12) angeordnet ist, wobei die zweite Gruppe dritte und vierte äußerste Kontakte (32, 33) aufweist;
wobei jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse an exakt einen der äußersten Kontakte angeschlossen ist, und wobei jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse an einen anderen der äußersten Kontakte angeschlossen ist; und
wobei die erste Gruppe mindestens einen inneren Kontakt (22, 23) enthält und die zweite Gruppe mindestens einen inneren Kontakt (31, 34) enthält, wobei der innere Kontakt der ersten Gruppe an einen der äußersten Kontakte der zweiten Gruppe angeschlossen ist und wobei der innere Kontakt der zweiten Gruppe an einen der äußersten Kontakte der ersten Gruppe angeschlossen ist.

Description

GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine vertikale Hall-Vorrichtung und ein Erfassungsverfahren, das eine solche vertikale Hall-Vorrichtung verwendet.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Vertikale Hall-Vorrichtungen können zum Erfassen oder Messen physikalischer Größen verwendet werden. Vertikale Hall-Vorrichtungen können zum Erfassen oder Messen der Stärke und/oder der Richtung eines Magnetfeldes parallel zur Oberfläche z.B. eines Halbleiterdie verwendet werden. Die meisten vertikalen Hall-Vorrichtungen leiden an der Tatsache, dass das Spinning-Current-Verfahren, das zum Aufheben des Nullpunktfehlers der vertikalen Hall-Vorrichtung verwendet wird, nicht sehr gut funktioniert. Bei bekannten Verfahren des Spinning-Current-Schemas ist es möglich, verbleibende Punktfehler von etwa 1mT zu erhalten. Ein Grund für dieses ziemlich schlechte Versatzverhalten findet sich in der Asymmetrie der vertikalen Hall-Vorrichtung. Dieser restliche Nullpunktfehler von vertikalen Hall-Sensoren, die auf Magnetfeldkomponenten parallel zum Substrat ansprechen, ist den meisten vertikalen Hall-Vorrichtungen gemein. Der Nullpunktfehler wird auch als Versatzfehler bezeichnet.
Der Versatzfehler (oder Versatz) ist das Ausgangssignal bei fehlendem Magnetfeld, das der Sensor erfassen sollte. Der Ursprung des Versatzfehlers ist im Grunde eine Asymmetrie der Vorrichtung. Diese Asymmetrie kann durch eine Asymmetrie in der geometrischen Form verursacht werden (die man natürlich zu vermeiden versucht). Dennoch bewirkt selbst im Falle einer nahezu perfekten geometrischen Asymmetrie die Potentialverteilung in der Vorrichtung eine Asymmetrie aufgrund des Sperrschicht-Feldeffekts. Der Sperrschicht-Feldeffekt verdankt seinen Namen einer Analogie zum Arbeitsprinzip des Sperrschicht-Feldeffekttransistors (JFET). Gemäß dieser Technik ist ein aktives Volumen in dem Substrat durch einen in Sperrrichtung vorgespannten pn-Übergang begrenzt, der eine isolierende Verarmungsschicht bildet. Die Dicke dieser Schicht ist jedoch spannungsabhängig. Während des Betriebs führen Hall-Spannung und magnetischer Widerstandseffekt zu einer Potentialvariation im Inneren der Vorrichtung und das aktive Volumen wird verformt, wodurch eine gewisse Art einer Nichtlinearität des Sperrschicht-Feldeffekts verursacht wird.
Die DE 101 50 955 C1 betrifft einen vertikalen Hall-Sensor, der beispielsweise anhand der 1a-b, 2 und dargestellt ist. Bei dem vertikalen Hall-Sensor erstreckt sich ein elektrisch leitfähiges Gebiet zur Bildung eines Hall-Sensorelementes senkrecht zur Oberfläche eines Substrates in das Substrat, wobei der vertikale Hall-Sensor mehrere erste Anschlussbereiche entlang einer Seitenfläche an der Oberfläche des Substrates aufweist. Der Hall-Sensor umfasst zumindest ein zweites gleichartiges Hall-Sensorelement, das parallel zum ersten Hall-Sensorelement im Substrat angeordnet und derart mit dem ersten Hall-Sensorelement verschaltet ist, dass beim Betrieb des Hall-Sensors mit einer Spinning-Current-Technik in jeder Spinning-Current-Phase die gleiche Kombination von Steuerstromverteilungen im Hall-Sensor erhalten wird. Beide Hall-Elemente sind dabei zu einem symmetrisierten Element verschaltet.
Die DE 10 2012 212 594 A1 bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung mit ringverbundenen Hall-Effektregionen.
Die DE 10 2006 061 883 A1 bezieht sich auf einen Magnetsensor und ein Verfahren zur Magnetfelderfassung. Bei der dortigen 22 (und unter Bezugnahme auf die dortigen Bezugszeichen) ist eine Draufsicht auf den schematischen Aufbau eines Magnetsensors gezeigt, die Elektroden 1 Si, 1 Sj (15g, 15h), wie in 22 gezeigt, derart in dem unterteilten Bereich 12a (12b) angeordnet, dass eine die erste Elektrodengruppe bildende Elektrode 15a (15c) und ein die zweite Elektrodengruppe bildendes diese Elektrode 15a (15c) einschließendes Elektrodenpaar 1 Se, 1 Sf zwischen diesen Elektroden 15i, 15j (15g, 15h) eingeschlossen sind. Wenigstens ein durch die Elektroden 1 Si, 1 Sj (1 Sg, 1 Sh) gebildetes Elektrodenpaar (nachstehend als Hilfselektrodenpaar 1 Si, 1 Sj (1 Sg, 1 Sh) bezeichnet) ist bezüglich jeder die erste Elektrodengruppe bildenden Elektrode 15a (15c) gebildet. Die Elektrode 1 Sa (1 Sc) ist über Verdrahtungen 16c, 16d jeweils elektrisch mit einem Hilfselektrodenpaar 1 Sg, 1 Sh (1 Si, 1 Sj) verbunden, welches die Elektrode 1 Sc (1 Sa) einschließt, welche die erste Elektrodengruppe bildet, sich jedoch von der Elektrode 1 Sa (1 Sc) unterscheidet.
Die DE 10 2012 212 606 A1 betrifft einen vertikalen Hall-Sensor mit hoher elektrischer Symmetrie. Der vertikale Hallsensor ist in einen Halbleiterchip integriert und hat mindestens sechs elektrische Kontakte, die entlang einer Geraden an der Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet sind. Die elektrischen Kontakte sind gemäss einer vorbestimmten Vorschrift verdrahtet, nämlich so, dass, wenn die Kontakte ausgehend von einem der beiden äussersten Kontakte fortlaufend und wiederholt mit den Ziffern 1, 2, 3 und 4 durchnummeriert werden, diejenigen Kontakte, denen die gleiche Ziffer zugeordnet ist, elektrisch miteinander verbunden sind.
KURZDARSTELLUNG
Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Vorrichtungen nach Anspruch 1, 18 und 25. Besondere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu finden.
Figurenliste
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, in welchen:

1A und 1B einen schematischen Querschnitt einer bekannten vertikalen Hall-Vorrichtung mit fünf Kontakten während einer ersten Betriebsphase und einer zweiten Betriebsphase eines Spinning-Current-Schemas zeigt;
2 eine vertikale Hall-Vorrichtung zeigt, die zwei bekannte vertikale Hall-Vorrichtungen wie in den 1A und 1B dargestellt enthält;
3 eine vertikale Hall-Vorrichtung zeigt, die vier miteinander verbundene, bekannte vertikale Hall-Vorrichtungen, wie in 1A und 1B dargestellt, enthält;
4 einen schematischen Querschnitt einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß Ausführungsformen während einer ersten Betriebsphase zeigt;
5 einen schematischen Querschnitt der vertikalen Hall-Vorrichtung von 4 während einer zweiten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas zeigt;
6 eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen zeigt;
7 eine schematische Draufsicht einer beliebig langen vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
8 eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt, um eine erste mögliche Option für die Konfiguration der Enden der zwei Wannen darzustellen;
9 eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung zeigt, um eine zweite Option für eine Konfiguration der Enden der zwei Wannen darzustellen;
10 eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung mit zusätzlichen potentialfreien Kontakten nahe den Enden der zwei Wannen zeigt;
11 eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel mit fünf Kontakten pro Wanne zeigt;
12 eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel mit zwei Wannen, jeweils mit fünf Kontakten, und Simulationsergebnisse zeigt, die eine elektrische Potentialverteilung und eine Stromdichte innerhalb der zwei Wannen während einer erste Betriebsphase zeigen;
13 schematisch eine elektrische Potentialverteilung entlang einer Oberfläche des Substrats für die in 12 dargestellte vertikale Hall-Vorrichtung und für zwei verschiedene Magnetfeldstärken zeigt, wobei der untere Teil von 13 eine Großaufnahme des oberen Teils von 13 ist;
14 einen schematischen Querschnitt der vertikalen Hall-Vorrichtung von 12 während einer zweiten Betriebsphase und entsprechende Simulationsergebnisse für die elektrische Potentialverteilung und die Stromdichte zeigt;
15 schematisch eine elektrische Potentialverteilung entlang einer Oberfläche des Substrats der vertikalen Hall-Vorrichtung von 14 für zwei verschiedene Magnetfeldstärken zeigt, wobei der untere Teil von 15 eine Großaufnahme einer bestimmten Fläche des oberen Teils von 15 ist;
16A und 16B schematische Querschnitte einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel mit einer vergrabenen Schicht während einer ersten Spinning-Phase und einer zweiten Spinning-Phase zeigen;
17A und 17B schematische Querschnitte einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel mit summierenden Amps während einer ersten Spinning-Phase und einer zweiten Spinning-Phase zeigen;
18 einen schematischen Querschnitt einer vertikalen Hall-Vorrichtung mit 13 Kontakten während einer ersten Betriebsphase zeigt;
19 einen schematischen Querschnitt der vertikalen Hall-Vorrichtung von 18 während einer zweiten Betriebsphase zeigt;
20 eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen zeigt, die durch Kombinieren von zwei vertikalen Hall-Vorrichtungen gemäß 18 und 19 erhalten wird;
21 eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung mit mehreren Paaren von Hall-Effektregionen zeigt;
22 ein schematisches Flussdiagramm eines Erfassungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform zeigt; und
23 ein schematisches Flussdiagramm eines Erfassungsverfahrens gemäß anderen Ausführungsformen zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher erklärt und es wird betont, dass dieselben Elemente oder Elemente mit derselben Funktionalität mit denselben Bezugszeichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind. Eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit denselben Bezugszeichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, wird für gewöhnlich unterlassen. Somit sind Beschreibungen von Elementen mit denselben Bezugszeichen wechselseitig austauschbar.
In der folgenden Beschreibung werden mehrere Einzelheiten für eine genauere Erklärung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargelegt. Merkmale von verschiedenen, in der Folge beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, falls nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
1a und 1b zeigen einen schematischen Querschnitt und eine entsprechende schematische Draufsicht einer bekannten vertikalen Hall-Vorrichtung während zwei verschiedenen Betriebsphasen. In 1a ist die vertikale Hall-Vorrichtung während einer ersten Betriebsphase dargestellt, während in 1b die vertikale Hall-Vorrichtung während einer zweiten Betriebsphase dargestellt ist. Die erste und zweite Betriebsphase entsprechen verschiedenen Phasen eines Spinning-Current-Schemas, gemäß dem Versorgungsanschlüsse und Erfassungsanschlüsse der vertikalen Hall-Vorrichtung bei einem Übergang von einer Betriebsphase in eine andere Betriebsphase getauscht werden. Die vertikale Hall-Vorrichtung enthält ein Substrat 2, mehrere Kontakte 3 und vier Anschlüsse A, B, C und D. Während der ersten Betriebsphase (1a) dienen die Anschlüsse B und D als Versorgungskontakte. Daher wird elektrischer Strom der vertikalen Hall-Vorrichtung über Anschluss B zugeleitet und von der vertikalen Hall-Vorrichtung über den Anschluss D abgeleitet oder extrahiert. Der Anschluss B ist an einen zentralen Kontakt der mehreren Kontakte 3 angeschlossen. Der Anschluss D ist an zwei äußerste Kontakte der vertikalen Hall-Vorrichtung angeschlossen. Somit wird der Versorgungsstrom I_S , der der vertikalen Hall-Vorrichtung über den Anschluss B zugeführt wird, in annähernd gleiche Teile I_S/2 geteilt, die durch eine Wanne oder Vertiefung in einem Substrat zu den zwei äußersten Kontakten und von dort zum Anschluss D fließen. Ein Erfassungssignal kann durch Messen einer Hall-Spannung U_H zwischen den Anschlüssen C und A erhalten werden. Der Anschluss A ist an einen Kontakt zwischen dem zentralen Kontakt und dem linken äußersten Kontakt der mehreren Kontakte 3 angeschlossen. Der Anschluss C ist an einen Kontakt zwischen dem zentralen Kontakt (angeschlossen an Anschluss B) und einem rechten äußersten Kontakt der mehreren Kontakte 3 angeschlossen. Eine Magnetfeldkomponente B, die mit der in 1a dargestellten, vertikalen Hall-Vorrichtung erfasst werden kann, ist zu einer Zeichnungsebene von 1a senkrecht und durch ein entsprechendes Symbol angegeben. Bei fehlender Magnetfeldkomponente B (B = 0) kann die elektrische Potentialverteilung im Substrat der vertikalen Hall-Vorrichtung als im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die vertikale zentrale Ebene angenommen werden, d.h., sie verläuft durch den zentralen Kontakt, der an den Anschluss B angeschlossen ist. Daher kann von der Hall-Spannung U_H erwartet werden, dass sie im Wesentlichen Null ist. Mit anderen Worten, bei fehlendem Magnetfeld B ist die Hall-Spannung U_H in 1, Teil a) exakt Null (wenn wir eine perfekt symmetrische Geometrie ohne Toleranzen annehmen).
In 1b ist die vertikale Hall-Vorrichtung während einer zweiten Betriebsphase des Spinning-Current- Schemas dargestellt. Der elektrische Strom wird nun der vertikalen Hall-Vorrichtung über den Anschluss C zugeführt und von Anschluss A extrahiert oder über Anschluss A abgeleitet. Die Anschlüsse D und B dienen als Erfassungsanschlüsse. Die Hall-Spannung U_H in Teil b) von 1 ist aufgrund der Asymmetrie der Kontakte B und D üblicherweise nicht symmetrisch.
2 eine schematische Draufsicht einer bekannten vertikalen Hall-Vorrichtung. Zwei vertikale Hall-Vorrichtungen sind miteinander derart verbunden, dass ein bestimmter Kontakt der ersten vertikalen Hall-Vorrichtung an einen Kontakt der zweiten vertikalen Hall-Vorrichtung angeschlossen ist, der in Bezug auf eine geometrische Anordnung der Kontakte in oder an der jeweiligen Wanne einem linken benachbarten Kontakt entspricht. Mit anderen Worten, die zwei Wannen sind in einer verschobenen oder versetzten Weise miteinander verbunden.
2 zeigt eine Option, um die bekannte vertikale Hall-Vorrichtung symmetrisch zu machen. 2 zeigt jedoch eine unperfekte Symmetrisierung, da eine perfekt symmetrische Vorrichtung von 1a an eine asymmetrische Vorrichtung von 1b angeschlossen ist.
3 zeigt eine verbesserte Symmetrisierung in Bezug auf 2, da jeder Kontakt an alle anderen Kontakte angeschlossen ist, d.h., der Kontakt in Säule A von Wanne 1 ist an den Kontakt von Säule D von Wanne 2 (über die Verbindung der zwei äußersten Kontakte jeder Wanne) und auch an den Kontakt in Säule C von Wanne 3 und auch an den Kontakt in Säule B von Wanne 4 angeschlossen. Unabhängig davon, wie asymmetrisch die einzelne Wanne ist, ist daher durch die Verbindung der vier Wannen, die jeweils vier Anschlüsse aufweisen, die gesamte Anordnung äußerst symmetrisch. Der hohe Grad an Symmetrie geht jedoch zu Lasten von mindestens vier Wannen, die parallel zueinander angeschlossen sind. Im Vergleich zur vertikalen Hall-Vorrichtung, die in 2 dargestellt ist, benötigt die in 3 dargestellte vertikale Hall-Vorrichtung den doppelten Raum und verbraucht zweimal so viel elektrische Leistung.
4 und 5 zeigen schematische Querschnitte einer vertikalen Hall-Vorrichtung 10 gemäß mindestens einer Ausführungsform. 4 zeigt die vertikale Hall-Vorrichtung 10 während einer ersten Spinning-Phase eines Spinning-Current-Schemas und 5 zeigt die vertikale Hall-Vorrichtung 10 während einer zweiten Spinning-Phase des Spinning-Current-Schemas.
Die vertikale Hall-Vorrichtung enthält eine erste Wanne 11 und eine zweite Wanne 12, die im Substrat 9 gebildet sind. Die erste Wanne 11 und die zweite Wanne 12 stellen jeweils eine Hall-Effektregion dar. Daher kann eine Hall-Effektregion eine Wanne oder eine Vertiefung eines ersten Leitfähigkeitstyps sein, die im Substrat 9 eingebettet ist, oder eine Wanne eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps. Diese Struktur kann eine elektrische Isolierung der Wanne gegen das Substrat 9 bewirken, insbesondere, wenn der erhaltene pn-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist. Es kann jedoch auch möglich sein, dass eine Wanne zwei oder mehr Hall-Effektregionen enthält, insbesondere, wenn zwei oder mehr relativ getrennte elektrische Stromflüsse in der Wanne erzeugt werden können. Dies kann zum Beispiel durch effektives Vorsehen einer gewissen Art von Isolierung der zwei Hall-Effektregionen erreicht werden.
Die vertikale Hall-Vorrichtung enthält zwei oder mehr Hall-Effektregionen, wobei jede Hall-Effektregion von der anderen isoliert ist. Die gegenseitige elektrische Isolierung von zwei Hall-Effektregionen kann in Ausführungsformen eine von mehreren Formen annehmen. Gemäß einer ersten Form der Isolierung werden die zwei oder mehr Hall-Effektregionen voneinander getrennt, d.h., zwei benachbarte Hall-Effektregionen sind nicht an einer oder mehreren Stellen zusammengefügt, sondern sind durch ein Material getrennt, das nicht das Material der Hall-Effektregion ist. Als eine mögliche Option kann die Hall-Effektregion in seitlicher Richtung durch Gräben isoliert sein, die für gewöhnlich mit einem Dünnoxid ausgekleidet und/oder gefüllt sind. Als andere Option kann die Hall-Effektregion durch eine SOI (Silizium-auf-Isolator)-Struktur zum Boden hin isoliert sein. Obwohl die Wanne für gewöhnlich einen einzigen Leitfähigkeitstyp hat, kann es vorteilhaft sein, die Dotierungskonzentration inhomogen zu gestalten, d.h., räumlich variabel. Auf diese Weise kann eine hohe Konzentration des Dotierungsmittels in der Fläche der Kontakte auftreten, wie dies bei tiefen CMOS-Wannenkontakten üblich ist. Als Alternative kann eine Schichtung unterschiedlich stark dotierter Schichten gefragt sein, wie z.B., bei einer leitenden vergrabenen Schicht. Eine solche Schichtung kann sich bis zu einem gewissen Grad aus technologischen Gründen relativ zu anderen elektronischen Strukturen ergeben, die in dem Substrat gebildet sind. Die Gestaltung der vertikalen Hall-Vorrichtung kann dann auf diese Umstände abgestimmt werden müssen, obwohl die Schichtung eigentlich für die vertikale Hall-Vorrichtung ungünstig ist.
Die Wanne(n) kann/können ein n-dotierter Halbleiter sein, da dieser eine etwa dreimal höhere Mobilität und folglich einen höheren Hall-Faktor liefert als ein p-dotierter Halbleiter. Die Dotierungskonzentration im funktionellen Teil der Wanne liegt in einer Ausführungsform für gewöhnlich im Bereich von 10¹⁵ cm^-3 bis 10¹⁷ cm^-3.
Ein anderes mögliches Material für die Wannen oder Hall-Effektregionen ist eine magnetische Nickel-Eisenlegierung, wie Permalloy oder ein Material, das Permalloy ähnlich ist. Permalloy weist eine geringe Koerzivität, magnetische Begrenzung von nahezu Null, hohe magnetische Permeabilität und einen signifikanten anisotropischen Magnetwiderstand auf. Für gewöhnlich kann eine Variation des elektrischen Widerstands von Permalloy in einem Bereich von annähernd 5% abhängig von der Stärke und der Richtung eines angelegten Magnetfeldes beobachtet werden. Dieser Effekt kann auf ähnliche Weise wie der Hall-Effekt, der in einem Halbleiter auftritt, zum Erfassen und/oder Messen eines Magnetfeldes genutzt werden und ist in der Literatur als der anomale Hall-Effekt bekannt.
Hierin offenbarte Ausführungsformen können in Verbindung mit einem Spinning-Current-Prinzip angewendet werden, wobei Versorgungs- und Erfassungsanschlüsse in aufeinanderfolgenden Spinning-Phasen getauscht werden. Spinning-Phasen werden manchmal auch als Taktphasen oder Betriebsphasen bezeichnet. Somit sind die Kontakte so konfiguriert, dass sie abwechselnd als ein momentaner Versorgungskontakt und momentaner Erfassungskontakt dienen, d.h., abwechselnd als momentane Versorgungs-/Erfassungskontakte dienen. Ein Erfassungsanschluss in einer vertikalen Hall-Vorrichtung spricht auf einen vorbeiströmenden elektrischen Strom an. Ein Magnetfeld (parallel zur Die-Oberfläche und senkrecht zu den Strömungslinien des Stroms) kann das elektrische Potential am Kontakt effektiv erhöhen oder verringern (das für gewöhnlich an der Oberfläche des Dies vorliegt). Der Begriff „vertikaler Hall-Effekt“ oder „vertikale Hall-Vorrichtung“ kann so verstanden werden, dass er auf der Tatsache beruht, dass die Kraft aufgrund des Hall-Effekts in einer vertikalen Hall-Vorrichtung in einer vertikalen Richtung wirkt (wenn die Oberfläche des Substrats als horizontal angenommen wird). Neben einer Klassifizierung von Hall-Vorrichtungen in „horizontale Hall-Vorrichtungen“ und „vertikale Hall-Vorrichtungen“, können sie auch bezüglich der Richtung unterschieden werden, in die der Strom in einer Region fließt, in der er den Hall-Effekt erfährt. In einer Hall-Vorrichtung, die den „vertikalen Strommodus“ verwendet, fließt der elektrische Strom im Wesentlichen in eine vertikale Richtung in Bezug auf die Oberfläche (die als horizontal angenommen wird). In einer Hall-Vorrichtung, die den „horizontalen Strommodus“ verwendet, fließt der elektrische Strom im Wesentlichen in eine horizontale Richtung, d.h., parallel zur Substratoberfläche, zumindest in einer Region, wo der Hall-Effekt auf den elektrischen Strom wirkt und erfasst werden kann. Mit anderen Worten, die Richtung des erfassten Magnetfeldes ist für gewöhnlich parallel zur Oberfläche des Substrats und senkrecht zu einer Linie oder Kurve, die durch die Kontakte geht.
Die Hall-Effektregionen werden für gewöhnlich voneinander isoliert gebildet, zum Beispiel in demselben Substrat mit einer isolierenden Struktur oder mindestens einer im Wesentlichen stromfreien Region zwischen ihnen, oder in zwei verschiedenen Substraten. Die Hall-Effektregionen können galvanisch in im Wesentlichen paralleler Verbindung angeschlossen sein. Ein elektrischer Strom tritt an einem ersten Versorgungsanschluss in die im Wesentlichen parallele Verbindung und verlässt die im Wesentlichen parallele Verbindung an einem zweiten Versorgungsanschluss.
In einigen Konfigurationen kann eine leitende Region, wie eine n+ vergrabene Schicht (nBL), neben einer zweiten Oberfläche der Hall-Effektregionen gegenüber der ersten Oberfläche vorhanden sein. Gemäß Ausführungsformen sind die Kontakte, die in der/den ersten Oberfläche(n) oder auf der/den ersten Oberfläche(n) der Hall-Effektregion(en) gebildet sind, von der leitenden Region elektrisch getrennt. Insbesondere gibt es keine niederohmige Verbindung, wie eine oder mehrere n+ Senke(n) zwischen einem der Kontakte und der leitenden Region (z.B. der nBL). Vielmehr sind die Kontakte und die leitende Region durch mindestens einen Abschnitt der relativ hochohmigen Hall-Effektregion getrennt.
Die in 4 dargestellte vertikale Hall-Vorrichtung 10 weist des Weiteren eine erste Gruppe von Kontakten auf. In der Ausführungsform gemäß 4 sind vier Kontakte 21, 22, 23 und 24 dargestellt, aber andere Ausführungsformen können andere Anzahlen von Kontakten verwenden, wie in der Folge näher erklärt wird. Die Kontakte 21, 22, 23 und 24 sind in oder an einer Oberfläche der ersten Hall-Effektregion 11 angeordnet. Die erste Gruppe von Kontakten 21, 22, 23 und 24 enthält zwei äußerste Kontakte 21, 24 in Bezug auf eine Anordnung in oder an der Oberfläche der ersten Hall-Effektregion 11. Eine zweite Gruppe von Kontakten 31, 32, 33, und 34 ist in oder an der Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion 12 angeordnet. Die zweite Gruppe enthält zwei äußerste Kontakte 32, 33 in Bezug auf eine Anordnung in oder an der Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion 12. Die erste Hall-Effektregion 11 und die zweite Hall-Effektregion 12 bilden ein Paar Hall-Effektregionen. Die Kontakte 21 bis 24 sind so konfiguriert, dass sie ein Hall-Effektsignal erzeugen, das das Magnetfeld angibt. „Erzeugen eines Hall-Effektsignals“ kann sich auf das Zuführen von elektrischem Strom zu Hall-Effektregionen 11, 12 und/oder auf das Erfassen des Hall-Effekts beziehen. Ein Kontakt, der zum Erfassen des Hall-Effekts verwendet wird, wird als Erfassungskontakt bezeichnet. Ein Kontakt kann z.B. abwechselnd als Versorgungskontakt während einer ersten Spinning-Phase und als Erfassungskontakt während einer zweiten Spinning-Phase dienen.
Die äußersten Kontakte der ersten Gruppe oder der zweiten Gruppe können einen wahren Teilsatz der ersten Gruppe bzw. der zweiten Gruppe bilden. Wenn die Kontakte, die zum Beispiel zur ersten Gruppe gehören, entlang einer geraden Linie angeordnet sind, sind der erste Kontakt und der letzte Kontakt auf der Linie bei einer Bewegung entlang der Linie in eine Richtung die äußersten Kontakte, während die übrigen Kontakte als innere Kontakte bezeichnet werden. Dies kann in Ausführungsformen die Linie sein, die der möglichst kürzeste Pfad ist, der alle Kontakte der ersten/zweiten Gruppe enthält. Auch hier sind der erste und der letzte Kontakt die äußersten Kontakte. Die Linie, die die äußeren und inneren Kontakte bei einer Bewegung entlang einer Richtung bestimmt, kann in einigen Ausführungsformen eine Linie in eine Richtung senkrecht zu einer maximalen Empfindlichkeitsrichtung der vertikalen Hall-Vorrichtung sein. Die Bahnkurve der Linie oder des Pfades ist für gewöhnlich in einer leitenden Region in dem Substrat enthalten, d.h., die Linie oder der Pfad verläuft innerhalb der leitenden Region, die die Wanne oder die Hall-Effektregion bildet. Dies bedeutet, dass, wenn die Wanne oder die Hall-Effektregion eine konkave Form hat (z.B., eine L-Form), der Pfad diese konkave Form reproduziert, um innerhalb der Wanne/Hall-Effektregion zu bleiben.
Die äußersten Kontakte können die Kontakte sein, die einer gegenüberliegenden seitlichen Grenze der Hall-Effektregion im Vergleich zu anderen Kontakten am nächsten sind.
In der in 4 dargestellten vertikalen Hall-Vorrichtung 10 sind die Kontakte 21 bis 24 der ersten Gruppe entlang einer geraden Linie angeordnet. Dasselbe gilt für die Kontakte 31 bis 34 der zweiten Gruppe. In anderen Ausführungsformen können jedoch Anordnungen verwendet werden, wo die erste und zweite Gruppe nicht entlang einer geraden Linie liegen. Zum Beispiel können in einer Ausführungsform der erste Kontakt und der zweite Kontakt entlang einer gekrümmten oder gebogenen Linie liegen. In Ausführungsformen können die erste Gruppe von Kontakten und die zweite Gruppe von Kontakten parallel angeordnet sein. In Ausführungsformen können die erste Gruppe von Kontakten und die zweite Gruppe von Kontakten entlang einer Linie angeordnet sein, die im Wesentlichen dieselbe Richtung hat.
Die vertikale Hall-Vorrichtung 10 enthält des Weiteren vier Anschlüsse 51, 52, 53 und 54. Jeder der vier Anschlüsse 51 bis 54 ist an exakt einen der äußersten Kontakte 21, 24, 32 und 33 der ersten Gruppe oder der zweiten Gruppe angeschlossen. Der Anschluss 51 dient während der ersten Betriebsphase als Versorgungsanschluss, was in 4 dargestellt ist. Daher wird ein Versorgungsstrom IN1 über den Anschluss 51 zur vertikalen Hall-Vorrichtung 10 geleitet. Der Versorgungsanschluss 51 ist an einen der äußersten Kontakte der ersten Gruppe, nämlich Kontakt 21 angeschlossen. Der erste Versorgungsanschluss 51 ist auch an den inneren Kontakt 31 der zweiten Gruppe angeschlossen. In Ausführungsformen ist jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse an dieselbe Anzahl von äußersten Kontakten angeschlossen.
Die Vorrichtung gemäß 4 bildet eine Zwei-Wannen-und-Vier-Kontakte-Vorrichtung, da ein Paar von Hall-Effektregionen mit jeweils vier Kontakten über die Kontakte miteinander verbunden ist. Jede Hall-Effektregion kann in einer zugehörigen Wanne gebildet sein, daher die Kurzbezeichnung „Zwei-Wannen-und-Vier-Kontakte-Vorrichtung“. Andere Konfigurationen bezüglich der Hall-Effektregionen und einer oder mehrer Wannen sind jedoch durch diese Bezeichnung nicht ausgeschlossen. Es muss festgehalten werden, dass die elektrische Verbindung zwischen Kontakten der zwei Hall-Effektregionen über eine elektrische Verbindung erreicht wird, zum Beispiel über Leitungen, wie strukturierte Metalldrähte, die einen Kontakt aus der ersten Gruppe von Kontakten mit einem anderen Kontakt aus der zweiten Gruppe von Kontakten verbinden. Eine elektrische Verbindung, die einen Kontakt von einer Hall-Effektregion mit einem Kontakt von einer anderen Hall-Effektregion verbindet, kann als Zwischenverbindung bezeichnet werden. In einer direkten Zwischenverbindung zwischen den zwei Hall-Effektregionen liegt dazwischen kein anderer Kontakt, der als Versorgungs-/Erfassungskontakt dient. In einigen Ausführungsformen sind alle Kontakte von einer Gruppe über direkte Zwischenverbindungen an einen Kontakt aus einer anderen Hall-Effektregion angeschlossen. In Ausführungsformen kann mindestens ein Kontakt aus der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe über eine direkte Zwischenverbindung angeschlossen sein.
Die Ströme in den zwei Hall-Effektregionen fließen in entgegengesetzte Richtungen. Wie in 4 und 5 dargestellt, haben die Ströme in jeder Hall-Effektregion im Wesentlichen dieselbe Stromverteilung, aber die Richtungen der Strömungslinien des Stroms sind vertauscht. Dies kann für mindestens eine bestimmte Konfiguration oder einen Wert des Magnetfeldes gelten (z.B., für ein verschwindendes Magnetfeld oder ein Null-Magnetfeld). Jeder Strom, der in einer Hall-Effektregion fließt, hat einen entsprechenden Strom mit umgekehrter Stromrichtung in der anderen Hall-Effektregion. Dies führt zu Strömungslinien des Stroms in der ersten Hall-Effektregion, die zu den Strömungslinien des Stroms in der zweiten Hall-Effektregion umgekehrt sind. Oder mit anderen Worten, ein Stromfluss in einer Hall-Effektregion kann im Wesentlichen als Spiegelbild eines Stromflusses in der anderen Hall-Effektregion gesehen werden. Jede Strömungslinie des Stroms, die vom ersten oder dritten Teilsatz erzeugt wird, kann so betrachtet werden, dass sie ein Gegenstück mit entgegengesetzter Richtung hat, das vom zweiten oder vierten Teilsatz erzeugt wird. Für jede Strömungslinie des Stroms in der ersten Hall-Effektregion kann man sich eine entsprechende Strömungslinie des Stroms vorstellen, die in der zweiten Hall-Effektregion mit umgekehrter Strömungsrichtung vorhanden ist.
Die vertikale Hall-Vorrichtung, die schematisch in 4 und 5 dargestellt ist, ist so konfiguriert, dass sie einen ersten Teilsatz der Kontakte aus der ersten Gruppe 21 bis 24 als Versorgungskontakte während der ersten Betriebsphase verwendet. Im Falle von 4 enthält der erste Teilsatz die Kontakte 21 und 22. Ein zweiter Teilsatz aus der zweiten Gruppe von Kontakten 31 bis 34 wird während der ersten Spinning-Phase als Versorgungskontakte für die zweite Hall-Effektregion 12 verwendet. In 4, die die erste Spinning-Phase zeigt, enthält der zweite Teilsatz die Kontakte 31 und 32. Sowohl im ersten Teilsatz wie auch im zweiten Teilsatz ist die Anzahl von Kontakten gleich (zwei Kontakte pro Teilsatz in der Ausführungsform, die in 4 und 5 dargestellt ist; andere Anzahlen sind ebenso möglich).
Während der zweiten Spinning-Phase, die in 5 dargestellt ist, wird ein dritter Teilsatz von Kontakten aus der ersten Gruppe von Kontakten 21 bis 24 als Versorgungskontakte für die erste Hall-Effektregion 11 verwendet. Der dritte Teilsatz enthält die Kontakte 23 und 24. Für die zweite Hall-Effektregion 12 wird ein vierter Teilsatz der zweiten Gruppe von Kontakten 31 bis 34 als Versorgungskontakte verwendet. Der vierte Teilsatz enthält die Kontakte 33 und 34. Der dritte Teilsatz 23, 24 enthält Kontakte der ersten Gruppe, die nicht im ersten Teilsatz 21, 22 enthalten sind. Mit anderen Worten, der erste Teilsatz und der dritte Teilsatz können in der ersten Gruppe von Kontakten als komplementär angesehen werden. Der vierte Teilsatz 33, 34 enthält Kontakte der zweiten Gruppe, die nicht im zweiten Teilsatz 23, 24 enthalten sind. Mit anderen Worten, der zweite und vierte Teilsatz können in der zweiten Gruppe von Kontakten als komplementär angesehen werden.
5 zeigt die Zwei-Wannen-und-Vier-Kontakte-Vorrichtung während einer zweiten Spinning-Phase. Die zwei Hall-Effektregionen 11 und 12 sind jeweils mit vier Kontakten dargestellt, nämlich den Kontakten 21 bis 24 für Hall-Effektregion 11 und den Kontakten 31 bis 34 für Hall-Effektregion 12. In der linken Hall-Effektregion 11 fließt der elektrische Strom von links nach rechts und in der rechten Hall-Effektregion 12 fließt der elektrische Strom von rechts nach links. Mit anderen Worten, die Ströme in den zwei Hall-Effektregionen fließen auch in der zweiten Spinning-Phase in entgegengesetzte Richtungen. Daher haben auch in der zweiten Spinning-Phase, und während ein zu erfassendes Magnetfeld eine besondere Konfiguration oder einen besonderen Wert hat (z.B. verschwindet das Magnetfeld und/oder ist im Wesentlichen Null), die Ströme in jeder Hall-Effektregion jedoch im Wesentlichen dieselbe Stromverteilung, wobei die Richtungen des Stromflusses getauscht sind. Dies führt auch in der zweiten Spinning-Phase zu einer Situation, in der elektrische Strömungslinien des Stroms in der ersten Hall-Effektregion zu den Strömungslinien des Stroms in der zweiten Hall-Effektregion umgekehrt sind. Oder mit anderen Worten, ein elektrischer Stromfluss in einer Hall-Effektregion ist das Spiegelbild eines Stromflusses in der anderen Hall-Effektregion. Zum Beispiel kann der elektrische Stromfluss relativ zu einer Spiegelebene gespiegelt sein, die senkrecht zur Oberfläche des Substrats liegt.
Daher ist in Ausführungsformen in jeder Phase eines Spinning-Current- Schemas ein Strom in der ersten Hall-Effektregion einem entsprechenden Strom in der zweiten Hall-Effektregion wie oben beschrieben entgegengesetzt.
Es sollte auch festgehalten werden, dass die Ströme, die durch die Versorgungskontakte induziert werden, die Ströme unter den Erfassungskontakten der ersten und zweiten Kontakte erzeugen, so dass bei den Erfassungskontakten der ersten Gruppe die Ströme die umgekehrte Richtung haben wie bei den Erfassungsströmen der zweiten Gruppe.
Bahnkurven von Strömungslinien des Stroms, die vom ersten Teilsatz von Kontakten in der ersten Hall-Effektregion erzeugt werden, können mit Bahnkurven von Strömungslinien des Stroms, die vom zweiten Teilsatz von Kontakten in der zweiten Hall-Effektregion erzeugt werden, entgegengesetzt identisch sein. Eine Bahnkurve einer Strömungslinie des Stroms versteht sich als ein Pfad, den sich eine elektrische Ladung durch die entsprechende Hall-Effektregion entlang bewegt, beginnend bei einem ersten Kontakt der Kontakte 21 bis 24 (für gewöhnlich ein Versorgungskontakt). Die elektrische Ladung bewegt sich entlang der Bahnkurve und trifft schließlich bei einem zweiten Versorgungskontakt der Kontakte 21 bis 24 ein. Eine Stärke oder eine Amplitude des elektrischen Stroms/der Stromdichte kann als die Anzahl elektrischer Ladungen angesehen werden, die sich entlang der Strömungslinie des Stroms pro Zeiteinheit bewegen. Somit kann die Bahnkurve an sich für gewöhnlich als im Wesentlichen unabhängig von der Stromdichte angesehen werden. Zwei entgegengesetzt identische Strömungslinien oder Bahnkurven sind in Bezug auf ihre Formen exakt identisch oder im Wesentlichen identisch, sind aber in Bezug auf die Richtung, in die sich die elektrische(n) Ladung(en) entlang der Strömungslinie oder Bahnkurve bewegen, einander entgegengesetzt.
Kontakte B (Bezugszeichen 23 und 33) und C (Bezugszeichen 22 und 32) verbinden beide Hall-Effektregionen 11 und 12 so dass die Hall-Signale, die von der ersten Hall-Effektregion 11 und der zweiten Hall-Effektregion 12 erzeugt werden, analog addiert werden, wie für die erste Betriebsphase in 4 dargestellt.
In der zweiten Betriebsphase (Taktphase) werden die Versorgungsanschlüsse 51, 52 und die Erfassungsanschlüsse 53, 54 getauscht. Auch hier fließen Ströme in beiden Hall-Effektregionen 11, 12 in entgegengesetzte Richtungen. Somit stellen die Anschlüsse 53, 54 während der zweiten Betriebsphase die Versorgungsanschlüsse dar. Die Anschlüsse 51, 52 stellen während der zweiten Betriebsphase die Erfassungsanschlüsse dar.
Eine zusätzliche dritte Betriebsphase kann ausgeführt werden, in der die Richtungen beider elektrischer Ströme der ersten Betriebsphase umgekehrt sind: dann ändert auch das Ausgangssignal zwischen den Erfassungsanschlüssen 53, 54 sein Vorzeichen. Eine zusätzliche vierte Betriebsphase kann ausgeführt werden, in der die Richtungen beider elektrischer Ströme der zweiten Betriebsphase umgekehrt sind: dann ändert auch das Ausgangssignal zwischen den Anschlüssen 51, 52 sein Vorzeichen.
Die Eingänge IN1, IN2, ... können Spannungen oder elektrische Ströme sein. Die Ausgänge OUT1, OUT2, ... können ebenso Spannungen oder elektrische Ströme sein.
Obwohl für die in 4 und 5 dargestellte Ausführungsform der Grad an Symmetrisierung nicht so hoch sein mag wie in 3, erreichen die Ausführungsformen hierin einen wesentlichen Grad an Symmetrisierung mit verringerten Kosten: die in 4 und 5 dargestellte vertikale Hall-Vorrichtung kann aus nur zwei Hall-Effektregionen gebildet sein, zum Beispiel zwei Wannen wie oben erklärt. Somit spart eine Vorrichtung gemäß der beschriebenen Ausführungsform Raum und Stromverbrauch.
Gemäß Ausführungsformen kann bei der vertikalen Hall-Vorrichtung ein äußerster Kontakt der ersten Hall-Effektregion 11 an einen oder mindestens einen inneren Kontakt in der zweiten Hall-Effektregion 12 angeschlossen (oder „kurzgeschlossen“) sein oder umgekehrt.
Die Hall-Effektregionen 11 und 12 können durch in Sperrrichtung vorgespannte pn- Übergänge oder durch Gräben, die mit dünnen dielektrischen Schichten beschichtet sind, oder andere Formen einer elektrischen Isolierung, wie oben erklärt, voneinander isoliert sein.
Die geometrische Anordnung der Hall-Effektregionen kann entlang einer geraden Linie verlaufen, deren kurze Seiten beieinander liegen, d.h., in einer Reihe ähnlich jener, die in 4 und 5 dargestellt ist. Dennoch kann die geometrische Anordnung auch eine Säule sein, wobei die langen Seiten der Hall-Effektregionen 11, 12 nebeneinander liegen.
Durch Anlegen einer konstanten oder temperaturabhängigen Versorgungsspannung an die vorgeschlagene Anordnung können verschiedene Stromwerte und -verhältnisse zu verschiedenen Spinning-Phasen führen. Dies verschlechtert für gewöhnlich das restliche Ausgangssignal der vertikalen Hall-Vorrichtung im Falle von geeigneten Ausgangsknotenbedingungen nicht. Insbesondere kann ein Ausgangsstrom anstelle einer Ausgangsspannung erfasst oder ausgewertet werden. In einigen Ausführungsformen kann eine im Wesentlichen gleiche Kombination von Steuerstromverteilungen innerhalb der Hall-Vorrichtung durch Verwendung eines Strom-Spannung-Biasing (lu-Biasing) erreicht werden. Der Begriff „lu Biasing“ kann so verstanden werden, dass „ein Strom angelegt und eine Spannung gemessen wird“. Andere Optionen für ein Biasing sind Ui-Biasing (Spannung-Strom-Biasing), Uu-Biasing (Spannung-Spannung-Biasing), und Ii-Biasing (Strom-Strom-Biasing). Wenn ein Ui-Biasing (Spannung-Strom-Biasing) verwendet wird, wird eine Spannung angelegt und ein Ausgangsstrom gemessen (z.B., über einen virtuellen Kurzschluss einer Operationsverstärkeranordnung).
Eine elektrische Verbindung von zwei Hall-Effektregionen kann zum Beispiel seriell, parallel, anti-seriell oder anti-parallel sein. Jede Hall-Effektregion enthält zwei Versorgungskontakte oder Gruppen von Versorgungskontakten. Ein erster Versorgungskontakt oder eine Gruppe von Versorgungskontakten ist an ein oberes Versorgungspotential angeschlossen. Ein zweiter Versorgungskontakt oder eine Gruppe von Versorgungskontakten ist an ein unteres Versorgungspotential angeschlossen. Im Falle einer anti-parallelen Verbindung ist das untere Potential der ersten Hall-Effektregion im Wesentlichen mit dem unteren Potential der zweiten Hall-Effektregion identisch. Das obere Versorgungspotential der ersten Hall-Effektregion ist ebenso im Wesentlichen mit dem oberen Versorgungspotential der zweiten Hall-Effektregion identisch. Die Versorgungskontakte sind derart an die erste und zweite Hall-Effektregion angeschlossen, dass die erhaltenen elektrischen Ströme im Wesentlichen in umgekehrten Richtungen fließen. Im Falle einer anti-seriellen Verbindung fließen die elektrischen Ströme in den zwei Hall-Effektregionen auch in entgegengesetzte Richtungen. Das untere Versorgungspotential der ersten Hall-Effektregion ist jedoch im Wesentlichen mit dem oberen Versorgungspotential der zweiten Hall-Effektregion identisch. Ferner ist das obere Versorgungspotential der ersten Hall-Effektregion nicht gleich dem oberen Versorgungspotential und auch nicht gleich dem unteren Versorgungspotential der zweiten Hall-Effektregion.
Andere vertikale Hall-Vorrichtungen, wie zum Beispiel die in 2 und 3 dargestellte vertikale Hall-Vorrichtung, beruhen auf einer so genannten 90 Grad-Verbindung zwischen zwei oder mehr Hall-Effektregionen, während Ausführungsformen eine 180 Grad-Verbindung von mindestens zwei Hall-Effektregionen vorschlagen. Die 90 Grad-Verbindung sieht dieselbe Kombination einer Stromverteilung in jeder Spinning-Phase vor, führt aber für gewöhnlich zu verschiedenen Strömungslinien des Stroms in mindestens einigen der Hall-Effektregionen. Im Gegensatz dazu sieht die 180 Grad-Verbindung für gewöhnlich im Wesentlichen identische Strömungslinien des Stroms oder Bahnkurven in allen Hall-Effektregionen vor, die die 180 Grad-Verbindung bilden, wenn auch mit umgekehrten Richtungen in einem Teilsatz (für gewöhnlich einer Hälfte) der Hall-Effektregionen. Mindestens einige Ausführungsformen weisen eine elektrische 180 Grad-Symmetrie auf.
6 zeigt eine schematische Draufsicht einer möglichen Säulenanordnung für die erste Spinning-Phase. Wie bereits oben in Verbindung mit der in 4 und 5 dargestellten Linienanordnung beschrieben, ist jeder der Anschlüsse 51 bis 54 an exakt einen äußersten Kontakt angeschlossen. Der Anschluss 51 ist an den äußersten Kontakt 21 der ersten Hall-Effektregion 11 angeschlossen. Der Anschluss 52 ist an den äußersten Kontakt 32 der zweiten Hall-Effektregion 12 angeschlossen. Der Anschluss 53 ist an den äußersten Kontakt 33 der zweiten Hall-Effektregion 12 angeschlossen. Der Anschluss 54 ist an den äußersten Kontakt 24 der ersten Hall-Effektregion 11 angeschlossen. In den in 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen ist jeder der Anschlüsse 51 bis 54 auch an exakt einen der inneren Kontakte angeschlossen. Diese Zuordnung jedes Anschlusses zu exakt einem äußersten Kontakt und exakt einem inneren Kontakt ist aufgrund der Anzahl von Hall-Effektregionen (nämlich zwei Hall-Effektregionen) und der Anzahl von Kontakten pro Hall-Effektregion (nämlich vier Kontakte pro Hall-Effektregion) möglich. Ferner sind die vier Kontakte pro Hall-Effektregion 11, 12 in geordneter Weise entlang einer geraden Linie oder entlang einem offenen Pfad angeordnet. Somit ist eine Reihenfolge der vier Kontakte innerhalb der entsprechenden Hall-Effektregion bei einer Bewegung entlang einer geraden Linie oder entlang dem Pfad in eine Richtung definiert (z.B. von links nach rechts oder von -∞ bis +∞, usw.). Aufgrund dieser geordneten Anordnung innerhalb der Hall-Effektregion hat jeder Satz von Kontakten mit einer Anzahl von Kontakten gleich oder größer zwei exakt zwei äußerste Kontakte. Die Anzahl von inneren Kontakten wird durch die Gesamtanzahl von Kontakten innerhalb der Hall-Effektregion minus 2 bestimmt.
In Bezug auf die geometrische Anordnung der Hall-Effektregionen 11 und 12 kann die zweite Hall-Effektregion 12 durch jede Verschiebung im Layout in Bezug auf die erste Hall-Effektregion 11 willkürlich versetzt werden. Es ist auch möglich, eine Vorrichtung (z.B. die zweite Hall-Effektregion 12) gegen die andere (z.B. die erste Hall-Effektregion 11) im Layout zu drehen. Auf diese Weise kann eine winkelige Anordnung erhalten werden, z.B. in der Form eines L. In diesem Fall reagiert jede Hall-Effektregion 11, 12 auf verschiedene Richtungen des Magnetfeldes in der Ebene empfindlich und das System kann mehrere Vorrichtungen wie diese verwenden, um mindestens zwei Sensorsignale zu erhalten und diese zu kombinieren, um auf beide Komponenten in der Ebene zu schließen.
7 zeigt eine schematische Draufsicht einer Säulenanordnung von zwei Hall-Effektregionen gemäß einem Vergleichsbeispiel. Insbesondere ist die in 7 dargestellte Ausführungsform eine Verallgemeinerung für beliebig lange Vorrichtungen mit vier Anschlüssen 51, 52, 53 und 54. Die in 7 dargestellte vertikale Hall-Vorrichtung 100 enthält die erste Hall-Effektregion 11 und die zweite Hall-Effektregion 12. Die erste Gruppe von Kontakten enthält Kontakte 21-1, 21-2, 21-3, die in oder an einer Oberfläche der ersten Hall-Effektregion 11 gebildet und an den Anschluss 51 angeschlossen sind. Ferner enthält die erste Gruppe Kontakte 22-1, 22-2, 22-3, die in oder an der Oberfläche der ersten Hall-Effektregion 11 gebildet und an den Anschluss 52 angeschlossen sind. Ebenso sind die Kontakte 23-1, 23-2 an den Anschluss 53 angeschlossen und die Kontakte 24-1, 24-2, 24-3 sind an den Anschluss 54 angeschlossen. Auf ähnliche Weise enthält die zweite Gruppe von Kontakten, die in oder an der Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion 12 gebildet ist, vier Teilgruppen, die an die Anschlüsse 51, 52, 53 bzw. 54 angeschlossen sind. Die erste Teilgruppe (angeschlossen an Anschluss 51) enthält die Kontakte 31-1, 31-2, 31-3. Die zweite Teilgruppe (angeschlossen an Anschluss 52) enthält die Kontakte 32-1, 32-2, 32-3. Die dritte Teilgruppe (angeschlossen an Anschluss 53) enthält die Kontakte 33-1, 33-2, 33-3. Die vierte Teilgruppe (angeschlossen an Anschluss 54) enthält die Kontakte 34-1, 34-2. Wie durch die punktierten Linien in beiden Hall-Effektregionen 11, 12 links und rechts der dargestellten Kontakte angegeben, kann das Kontaktmuster in die Richtungen der Hauptachsen der ersten Hall-Effektregion 11 und der zweiten Hall-Effektregion 12 verlängert werden. Es ist jedoch zu beachten, dass der Stromverbrauch der vertikalen Hall-Vorrichtung 100, wie in 7 dargestellt, höher ist als der Stromverbrauch der vertikalen Hall-Vorrichtung 10, die in 4 bis 6 dargestellt ist.
Wie in den beschriebenen Ausführungsformen festgestellt werden kann, sind Kontakte der ersten Gruppe, d.h. Kontakte, die der ersten Hall-Effektregion zugeordnet sind, und Kontakte der zweiten Gruppe, d.h. Kontakte, die der zweiten Hall-Effektregion zugeordnet sind, miteinander durch eine allgemeine Regel verbunden. Wenn die Kontakte der ersten Gruppe in einer Serie angeordnet sind, zum Beispiel in der Reihenfolge, die von 1 bis n zunimmt, und die Kontakte der zweiten Gruppe in einer Serie angeordnet sind, zum Beispiel in der Reihenfolge 1 bis n, dann ist, wenn m eine ganze Zahl zwischen 1 und n-2 ist,
der m-te Kontakt der ersten Serie von Kontakten elektrisch an den (m+2)-ten Kontakt des entsprechenden Kontakts in der zweiten Serie angeschlossen, und
der (m+2)-te Kontakt der ersten Serie elektrisch an den m-ten Kontakt der zweiten Serie angeschlossen.
Zum Beispiel ist bei der Ausführungsform von 6 mit n=4 Kontakten in jeder Hall-Effektregion, wobei m=1, der erste Kontakt 21 der ersten Gruppe an den dritten Kontakt 31 der zweiten Gruppe angeschlossen und der dritte Kontakt 22 der ersten Gruppe ist an den ersten Kontakt 32 der zweiten Gruppe angeschlossen. Wenn m = 2, ist der zweite Kontakt der ersten Gruppe an den vierten Kontakt der zweiten Gruppe angeschlossen und der vierte Kontakt der ersten Gruppe ist an den zweiten Kontakt der zweiten Gruppe angeschlossen. Es kann festgestellt werden, dass die oben stehende Regel das Zwischenverbindungsschema der Ausführungsform von 7 wie auch für andere in der Folge beschriebene Ausführungsformen ist.
Die erste Serie von n Kontakten kann sich entlang einer ersten Richtung erstrecken und die zweite Serie von Kontakten kann sich entlang einer zweiten Richtung erstrecken. Die erste Richtung kann dieselbe sein wie die zweite Richtung oder die erste und zweite Richtung können verschieden sein.
8 zeigt eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung 200, um ein Vergleichsbeispiel für die linken und rechten Enden der zwei Hall-Effektregionen 11, 12 zu zeigen. Die erste Gruppe von Kontakten, die in oder an der Oberfläche der ersten Hall-Effektregion 11 angeordnet ist, enthält 11 Kontakte. Die zweite Gruppe von Kontakten, die in oder an der Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion 12 angeordnet ist, enthält auch 11 Kontakte. Die äußersten Kontakte 22-1 und 21-3 der ersten Gruppe, d.h., die der ersten Hall-Effektregion 11 zugeordnet sind, sind an den Anschluss 52 bzw. den Anschluss 51 angeschlossen. Die äußersten Kontakte 31-1 und 32-3 der zweiten Gruppe, d.h., die der zweiten Hall-Effektregion 12 zugeordnet sind, sind an den Anschluss 51 bzw. den Anschluss 52 angeschlossen.
Die vertikale Hall-Vorrichtung 200 enthält somit mindestens die zwei Hall-Effektregionen 11, 12 im Substrat (Substrat in 8 nicht dargestellt). Jede der zwei Hall-Effektregionen 11, 12 hat mindestens fünf Kontakte, die derart verdrahtet sind, dass die gesamte Konfiguration vier Anschlüsse 51, 52, 53 und 54 hat. In der ersten Betriebsphase werden zwei Anschlüsse 51, 52 als Versorgungsanschlüsse verwendet und zwei Anschlüsse 53, 54 werden als Erfassungsanschlüsse des Spinning-Current-Schemas verwendet. In der zweiten Betriebsphase sind die Rollen der Versorgungs- und Erfassungsanschlüsse getauscht. Während der Zufuhr von elektrischem Strom über die Versorgungsanschlüsse sind Strömungslinien des Stroms in der ersten Hall-Effektregion 11 (für ein verschwindendes Magnetfeld) im Wesentlichen dieselben wie in der zweiten Hall-Effektregion 12, aber mit entgegengesetzter Richtung des Stromflusses. Dies gilt für beide Betriebsphasen. Insbesondere sind die Strömungslinien des Stroms im ersten Abschnitt der ersten Hall-Effektregion 11 den Strömungslinien des Stroms in einem entsprechenden Abschnitt der zweiten Hall-Effektregion 12 entgegengesetzt. Während der ersten Betriebsphase wird zum Beispiel ein elektrischer Strom der ersten Hall-Effektregion 11 über den Anschluss 51 zugeführt und folglich wird ein Anteil dieses elektrischen Stroms über den Kontakt 21-2 in die erste Hall-Effektregion 11 eingeleitet. Der elektrische Strom wird von der vertikalen Hall-Vorrichtung 200 über den Anschluss 52 abgeleitet, so dass folglich ein Anteil des elektrischen Stroms in der ersten Hall-Effektregion 11 aus der ersten Hall-Effektregion 11 über den Kontakt 22-3 abgeleitet wird. Dies bedeutet, dass in einem Abschnitt der ersten Hall-Effektregion 11, der sich zwischen dem Kontakt 21-2 und dem Kontakt 22-3 erstreckt, die Strömungslinien des Stroms im Wesentlichen von links nach rechts in der Darstellung gemäß 8 gelenkt werden. Insofern als die zweite Hall-Effektregion 12 betrachtet wird, ist erkennbar, dass der Anschluss 51 an den Kontakt 31-3 angeschlossen ist, der mit dem Kontakt 22-3 in der ersten Hall-Effektregion 11 vertikal ausgerichtet ist (d.h., in Bezug auf die Orientierung von 8). Es ist auch erkennbar, dass der Anschluss 52 an den Kontakt 32-2 angeschlossen ist, der mit dem Kontakt 21-2 in der ersten Hall-Effektregion 11 vertikal ausgerichtet ist. Daher werden die elektrischen Strömungslinien des Stroms in einem Abschnitt der zweiten Hall-Effektregion 12, der sich vom Kontakt 32-2 zum Kontakt 31-3 erstreckt, im Wesentlichen von rechts nach links gelenkt, d.h., in die entgegengesetzte Richtung zu den Strömungslinien des Stroms im entsprechenden Abschnitt der ersten Hall-Effektregion 11.
Die Zuordnung von verschiedenen Abschnitten der ersten Hall-Effektregion 11 zu entsprechenden Abschnitten in der zweiten Hall-Effektregion 12 kann auch auf einem anderen Kriterium als einer vertikalen Ausrichtung oder säulenförmigen Ausrichtung beruhen, wie in Verbindung mit einer Säulenanordnung der ersten Hall-Effektregion 11 und der zweiten Hall-Effektregion 12 verwendet. Zum Beispiel kann eine Entsprechung zwischen einem Abschnitt in der ersten Hall-Effektregion 11 und der zweiten Hall-Effektregion 12 auf einer Ähnlichkeit der ersten und zweiten Hall-Effektregionen 11, 12 beruhen. Zum Beispiel können die erste und zweite Hall-Effektregion 11, 12 im Wesentlichen länglich sein und daher ein erstes Ende bzw. ein zweites Ende aufweisen. Zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende kann jede Hall-Effektregion 11, 12 in entsprechende Abschnitte oder Sektionen unterteilt sein.
In dem in 8 dargestellten Vergleichsbeispiel ist mindestens ein äußerer Kontakt (d.h., Kontakt 22-1 oder Kontakt 21-3) der ersten Hall-Effektregion 11 elektrisch an einen zentralen Kontakt (d.h., Kontakte 32-1, 32-2 und Kontakte 31-2 bzw. 31-3) der zweiten Hall-Effektregion 12 angeschlossen. Auf ähnliche Weise ist mindestens ein äußerer Kontakt (d.h., Kontakt 31-1 oder Kontakt 32-3) der zweiten Hall-Effektregion 12 elektrisch an einen zentralen Kontakt (d.h., Kontakte 21-1, 21-2 und Kontakte 22-2, 22-3) der ersten Hall-Effektregion 11 angeschlossen. In dem in 8 dargestellten Vergleichsbeispiel, werden die äußeren Kontakte 22-1, 21-3, 31-1 und 32-3 vorübergehend als Erfassungskontakte verwendet, nämlich während der zweiten Betriebsphase. Während der ersten Betriebsphase werden diese äußersten Kontakte 22-1, 21-3, 31-1 und 32-3 als Versorgungskontakte verwendet.
9 zeigt eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die vertikale Hall-Vorrichtung 300 enthält die erste Hall-Effektregion 11 und die zweite Hall-Effektregion 12, die in einer Säulenanordnung angeordnet sind. Wie bereits oben erwähnt, sind auch andere Anordnungen der ersten und zweiten Hall-Effektregion 11, 12 möglich. Insbesondere können die erste und zweite Hall-Effektregion 11, 12 in Bezug zueinander gemäß einer der folgenden Anordnungen angeordnet sein: ausgerichtete Anordnung, parallele Anordnung, Säulenanordnung oder winkelige Anordnung. Gemäß der ausgerichteten Anordnung sind eine Längsachse der ersten Hall-Effektregion 11 und eine Längsachse der zweiten Hall-Effektregion 12 ausgerichtet. Gemäß der parallelen Anordnung sind die Längsachsen der ersten und zweiten Hall-Effektregion 11, 12 parallel und zueinander versetzt. Gemäß der Säulenanordnung (wie in 6 bis 9 dargestellt) ist die zweite Hall-Effektregion 12 zur ersten Hall-Effektregion 11 in eine Richtung orthogonal zur Längsachse der ersten und zweiten Hall-Effektregion 11, 12 versetzt.
Die erste Gruppe von Kontakten in der ersten Hall-Effektregion 11 hat 10 Kontakte. Die zweite Gruppe von Kontakten hat auch 10 Kontakte, die in oder an der Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion 12 angeordnet sind. Die erste Gruppe von Kontakten ist entlang einer geraden Linie angeordnet, die parallel zur Längsachse der ersten Hall-Effektregion 11 liegt oder mit dieser übereinstimmt. Die zweite Gruppe von Kontakten ist entlang einer geraden Linie angeordnet, die parallel zur Längsachse der zweiten Hall-Effektregion 12 liegt oder mit dieser übereinstimmt.
Die Anzahl von zehn Kontakten pro Hall-Effektregionen erfüllt die Bedingungen 4*n+2, wobei n eine natürliche Zahl ist. Somit ist jeder Anschluss der vier Anschlüsse 51 bis 54 an exakt einen der äußersten Kontakte 24-1, 21-3, 33-1, und 32-3 angeschlossen. Zu Illustrationszwecken sind die äußersten Kontakte durch andere Füllmuster dargestellt.
Die Anzahl von Kontakten, die an die vier Anschlüsse 51 bis 54 pro Hall-Effektregion angeschlossen sind, ist gerade (10 in dem in 9 dargestellten Beispiel), da dann jeder Anschluss exakt an einen äußersten Kontakt angeschlossen ist (wie durch die vier anderen Muster der äußersten Kontakte symbolisch dargestellt). Gleichzeitig kann die Anzahl von Kontakten pro Anschluss ungerade (fünf in dem in 9 dargestellten Beispiel) oder gerade sein (wenn zwei Kontakte pro Hall-Effektregion der in 9 dargestellten Ausführungsform hinzugefügt werden).
Die erste Gruppe von Kontakten enthält mindestens einen inneren Kontakt und die zweite Gruppe von Kontakten enthält auch mindestens einen inneren Kontakt, nämlich acht innere Kontakte für jede Gruppe von Kontakten. Jeder der inneren Kontakte der ersten Gruppe ist an exakt einen der äußersten Kontakte 24-1, 21-3, 33-1 und 32-3 angeschlossen.
10 zeigt eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung 400 gemäß Ausführungsformen. Die vertikale Hall-Vorrichtung 400 ist der in 9 dargestellten vertikalen Hall-Vorrichtung 300 ähnlich. Zusätzlich enthält die vertikale Hall-Vorrichtung 400 vier weitere Kontakte 61, 62, 63 und 64. Die weiteren Kontakte gehören nicht zur ersten Gruppe oder zur zweiten Gruppe. Mit anderen Worten, die weiteren Kontakte 61, 62, 63 und 64 werden nicht zur Stromversorgung oder zum Erfassen des Hall-Effekts verwendet. Insbesondere sind die weiteren Kontakte 61 bis 64 nicht elektrisch an einen der vier Anschlüsse 51 bis 54 angeschlossen. Jeder der weiteren Kontakte 61 bis 64 ist zwischen einem der äußersten Kontakte 24-1, 21-3, 33-1 und 32-3 und einem Ende einer entsprechenden Hall-Effektregion 11, 12 angeordnet, das dem einen der äußersten Kontakte am nächsten ist. Die weiteren Kontakte 61 bis 64 können potentialfreie Kontakte sein, die zur Verringerung von Randeffekten vorgesehen sind, die zum Beispiel nahe den Enden der ersten und zweiten Hall-Effektregion 11, 12 auftreten. Die weiteren Kontakte 61 bis 64 können aneinander angeschlossen sein. Zum Beispiel kann der weitere Kontakt 61 an den weiteren Kontakt 63 über eine elektrische Verbindung 65 angeschlossen sein, wie in 10 dargestellt. Ebenso kann der weitere Kontakt 62 an den weiteren Kontakt 64 über eine elektrische Verbindung 66 angeschlossen sein. Ein äußerster Kontakt oder äußerer Kontakt kann ein Kontakt sein, der einem ersten Ende oder einem zweiten Ende der entsprechenden Hall-Effektregion 11, 12 am nächsten liegt und an einen der Anschlüsse 51 bis 54 angeschlossen ist. Ein Hinzufügen von weiteren potentialfreien Kontakten oder Kontakten, die nicht als Versorgung- oder Erfassungsanschlüsse verwendet werden, die dem ersten oder zweiten Ende der entsprechenden Hall-Effektregion näher liegen, sieht in diesem Zusammenhang keine äußersten Kontakte oder äußeren Kontakte vor. Mit anderen Worten, die Kontakte der ersten und zweiten Gruppe enthalten nur Kontakte, die in Spinning-Phasen zur Stromversorgung oder zum Erfassen des Hall-Effekts verwendet werden.
11 zeigt eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung 500 gemäß einem Vergleichsbeispiel. Das in 11 dargestellte Vergleichsbeispiel ist eine Zwei-Wannen-und-Fünf-Kontakte-Vorrichtung. Die vertikale Hall-Vorrichtung enthält zwei Hall-Effektregionen, die derart angeschlossen sind, dass in beiden Spinning-Phasen die Ströme in den zwei Hall-Effektregionen 11, 12 in entgegengesetzte Richtungen (bei einem verschwindenden Magnetfeld) fließen. Ein hochleitender Boden kann für beide Hall-Effektregionen angenommen werden (d.h., eine n-vergrabene Schicht, nBL).
Die vertikale Hall-Vorrichtung 500 zeigt ein Magnetfeld parallel zur Oberfläche des Substrats (Substrat in 11 nicht dargestellt) mit mindestens zwei Hall-Effektregionen 11, 12 im Substrat, die jeweils mindestens fünf Kontakte haben. Die mindestens fünf Kontakte pro Hall-Effektregion 11, 12 sind so verdrahtet, dass die gesamte Konfiguration vier Anschlüsse 51, 52, 53 und 54 hat. Zwei der vier Anschlüsse, zum Beispiel die Anschlüsse 51 und 52, werden in einer ersten Betriebsphase eines Spinning-Current-Schemas als Versorgungsanschlüsse verwendet und die zwei anderen Anschlüsse, zum Beispiel die Anschlüsse 53 und 54, werden als Erfassungsanschlüsse verwendet. In einer zweiten Spinning-Phase des Spinning-Current-Schemas sind Versorgungs- und Erfassungsanschlüsse getauscht. Die Strömungslinien des Stroms in der ersten Hall-Effektregion sind in beiden Spinning-Phasen im Wesentlichen dieselben wie in der zweiten Hall-Effektregion, aber mit entgegengesetzter Richtung des Stromflusses in der zweiten Hall-Effektregion 12 im Vergleich zur ersten Hall-Effektregion 11 (wieder für ein verschwindendes Magnetfeld, das von der vertikalen Hall-Vorrichtung erfasst werden soll).
Mindestens ein äußerer Kontakt der ersten Hall-Effektregion 11 ist mit einem zentralen Kontakt der zweiten Hall-Effektregion 12 kurzgeschlossen. Mindestens ein äußerer Kontakt der zweiten Hall-Effektregion 12 ist mit einem zentralen Kontakt der ersten Hall-Effektregion 11 kurzgeschlossen.
Ferner sind die äußeren Kontakte der ersten Hall-Effektregion 11 kurzgeschlossen. Ebenso sind die äußeren Kontakte der zweiten Hall-Effektregion 12 kurzgeschlossen (kurzgeschlossen = elektrisch angeschlossen an).
Es kann beobachtet werden, dass die vertikale Hall-Vorrichtung 500, die 2 Hall-Effektregionen mit 5 Kontakten hat, durch Ausschneiden einer Region von 5 Kontakten in beiden Wannen aus dem in 7 dargestellten Vergleichsbeispiel gebildet werden kann.
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine vertikale Hall-Vorrichtung 600 mit zwei Hall-Effektregionen 11, 12 und fünf Kontakten pro Hall-Effektregion. Während der ersten Betriebsphase, die in 12 dargestellt ist, wird der ersten Hall-Effektregion 11 elektrischer Strom über den Kontakt 21 (C3) zugeführt. Der Kontakt 21 ist elektrisch an zwei Kontakte 31-1, 31-2 der zweiten Hall-Effektregion 12 angeschlossen, so dass der zweiten Hall-Effektregion 12 über diese zwei Kontakte 31-1, 31-2 elektrischer Strom zugeführt wird. In der ersten Hall-Effektregion 11 teilt sich der elektrische Strom in annähernd gleiche Teile, von welchen einer nach links zu einem Kontakt 22-1 fließt und der andere Teil nach rechts zu einem Kontakt 22-2 fließt. In der zweiten Hall-Effektregion 12 fließen die zwei Teile des elektrischen Stroms, die über die Kontakte 31-1 und 31-2 eingeleitet werden, von links bzw. von rechts zum zentralen Kontakt 32. Die Kontakte 22-1 und 22-2 sind äußerste Kontakte der ersten Hall-Effektregion 11 und sind elektrisch an den Kontakt 32 der zweiten Hall-Effektregion 12 angeschlossen. Ein Erfassungssignal für die erste Hall-Effektregion 11 kann zwischen den Kontakten 23 (C2) und 24 (C4) erfasst werden. Ein Erfassungssignal für die zweite Hall-Effektregion 12 kann zwischen den Kontakten 33 und 34 erfasst werden. Die Kontakte 23 und 33 sind elektrisch angeschlossen (kurzgeschlossen). Die Kontakte 24 und 34 sind auch elektrisch angeschlossen (kurzgeschlossen).
12 zeigt, dass während der ersten Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas der ersten Hall-Effektregion 11 elektrischer Strom über einen inneren Kontakt, nämlich den zentralen Kontakt 21 zugeleitet wird, der sich auf der Symmetriachse der ersten Hall-Effektregion 11 in Bezug auf eine Links-Rechts-Symmetrie befindet. Der elektrische Strom wird aus der ersten Hall-Effektregion 11 über zwei äußerste Kontakte 22-1, 22-2 extrahiert. In der zweiten Hall-Effektregion 12 ist die Situation im Wesentlichen umgekehrt. Der elektrische Strom, der der zweiten Hall-Effektregion 12 zugeleitet wird, wird über zwei äußerste Kontakte 31-1, 31-2 eingeleitet und aus der zweiten Hall-Effektregion 12 über einen inneren Kontakt, nämlich den zentralen Kontakt 32 extrahiert.
Der untere Teil von 12 zeigt ein Ergebnis einer numerischen Simulation für eine elektrische Potentialverteilung und für elektrische Strömungslinien des Stroms in der ersten und zweiten Hall-Effektregion 11, 12, die für die erste Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas gilt. Für die Simulation wurde ein Magnetfeld von 0,1 T in z-Richtung (d.h., senkrecht zur Zeichnungsebene von 12) angenommen. Die Kontakte 21, 31-1 und 31-2 sind an ein elektrisches Potential von 1 V angeschlossen. Die Kontakte 22-1, 22-2 und 32 sind geerdet (d.h., sie sind bei einem elektrischen Potential von 0 V). Bei beiden Hall-Effektregionen 11, 12 wird ein hochleitender Boden angenommen, z.B., eine n+ dotierte vergrabene Schicht (nBL). Aus diesem Grund verschwinden einige der Strömungslinien des Stroms in der nBL und/oder tauchen wieder aus dieser auf. Die nBL der ersten Hall-Effektregion 11 ist bei einem elektrischen Potential von annähernd 0,35 V, während die nBL der zweiten Hall-Effektregion 12 bei einem elektrischen Potential von annähernd 0,6 V ist.
13 zeigt eine Verteilung des elektrischen Potentials entlang der x-Achse an einer Oberfläche der ersten und zweiten Hall-Effektregion 11, 12 (y = 0) für zwei verschiedene Magnetfeldstärken der Magnetfeldkomponente in der z-Richtung Bz (senkrecht zur Zeichnungsebene in 12). Eine erste Kurve, die in Volllinie gezeichnet ist, entspricht einer Magnetfeldstärke Bz = 0T und eine zweite Kurve, die in Strichlinie gezogen ist, entspricht einem Magnetfeld Bz = 0,1T. Der obere Teil in 13 zeigt die gesamte Potentialverteilung von x = -2 × 10^-5 m bis x = +2 × 10^-5 m und den gesamten Bereich des elektrischen Potentials von 0V bis 1V. Es ist erkennbar, dass die Differenzen zwischen der 0T-Kurve und der 0,1T-Kurve ziemlich gering sind.
Der untere Teil von 13 zeigt eine Großaufnahme des Intervalls x = -1,5 × 10^-5 m bis x = +1,5 × 10^-5 m wie auch für das elektrische Potential im Bereich von etwa 0,475V bis etwa 0,483V.
In 13 ist erkennbar, dass das Potential des Allgemeinmodus aufgrund von Back-Bias-Effekten etwas unter 0,5V ist. Insbesondere zeigt der untere, gezoomte Teil der elektrischen Potentialverteilung in 13, dass ein systematischer Versatz gleich 0 ist, mit einer sehr hohen Präzision, da die Erfassungskontakte 23 und 24 für den 0T-Fall bei gleichem Potential sind. Vom praktischen Standpunkt aus gesehen, kann der systematische Versatz sogar als exakt 0 betrachtet werden, da die Kontakte 23, 24 als exakt auf gleichem Potential für den 0T-Fall angesehen werden können. Es ist zu beachten, dass der Kontakt 34 der zweiten Hall-Effektregion 12 an den Kontakt 24 der ersten Hall-Effektregion 11 angeschlossen ist. Ferner ist der Kontakt 33 der zweiten Hall-Effektregion 12 an den Kontakt 23 der ersten Hall-Effektregion 11 angeschlossen. Aus diesem Grund kann von den Kontakten 34 und 33 auch angenommen werden, dass sie im 0T-Fall auf exakt demselben elektrischen Potential sind.
Der systematische Versatz, der im Wesentlichen 0 ist, ist eine direkte Folge der Symmetrisierung durch die 180° Anti-Parallelverbindung.
Die gestrichelte Kurve für den 0,1T-Fall zeigt eine 6,4mV Differenz zwischen den Kontakten 23 und 24, die eine magnetische Empfindlichkeit von 64mV/V/T ergibt.
14 entspricht 12, aber für die zweite Betriebsphase des Spinning-Current-Schemas. Demnach wird der elektrische Strom nun über den Kontakt 24 zur ersten Hall-Effektregion 11 geleitet und über den Kontakt 23 aus der ersten Hall-Effektregion 11 extrahiert. Bei der zweiten Hall-Effektregion 12 wird der elektrische Strom über den Kontakt 34 zugeleitet und über den Kontakt 33 extrahiert. Die Kontakte 22-1, 22-2 und 21 dienen während der zweiten Betriebsphase als Erfassungskontakte für die erste Hall-Effektregion 11. Die Kontakte 31-1, 31-2 und 32 dienen während der zweiten Betriebsphase, die in 14 dargestellt ist, als Erfassungskontakte für die zweite Hall-Effektregion 12.
Der untere Teil von 14 zeigt das Ergebnis der numerischen Simulation für die zweite Betriebsphase und eine Magnetfeldstärke von 0,1T in z-Richtung. Ein elektrisches Potential von 1V wurde an die Kontakte 24 und 34 angelegt, während Kontakte 23 und 33 geerdet sind.
15 zeigt die Verteilung des elektrischen Potentials entlang der x-Richtung an der Oberfläche der ersten und zweiten Hall-Effektregion 11, 12 für 0T (Volllinie) und 0,1T (Strichlinie) als die Magnetfeldstärken entlang der z-Richtung (senkrecht zur Zeichnungsebene von 14). In 15 ist erkennbar, dass der Allgemeinmodus aufgrund von Back-Bias-Effekten wieder nicht bei 0,5V ist. Der gezoomte Abschnitt, der im unteren Teil von 15 dargestellt ist, zeigt, dass das Allgemeinmoduspotential in der zweiten Betriebsphase annähernd bei 477,5mV ist, was mit dem Allgemeinmoduspotential während der ersten Betriebsphase (479mV) nicht identisch ist. Der systematische Versatz in der zweiten Betriebsphase ist jedoch auch 0 mit einem hohen Präzisionsgrad (kann als im Wesentlichen exakt 0 angenommen werden). Somit stellt die Anti-Parallelverbindung gemäß Ausführungsformen ein leistungsstarkes Instrument zur Verringerung eines systematischen Versatzes aufgrund eines Back-Bias für nicht-symmetrische Vorrichtungen dar.
Aus der gestrichelten Kurve, die dem 0,1 T-Fall entspricht, kann abgeleitet werden, dass die magnetische Empfindlichkeit 48,84mV/V/T ist.
Es ist erkennbar, dass die Anti-Parallelverbindung von zwei vertikalen 5-Kontakt-Hall-Vorrichtungen relativ gute Ergebnisse und Verbesserungen gegenüber bekannten Vorrichtungen liefert. Eine solche vertikale Hall-Vorrichtung, wie hierin offenbart, kann einen systematischen Rohversatz in beiden Betriebsphasen aufheben. Ferner bietet sie eine relativ gute magnetische Empfindlichkeit.
16A und 16B zeigen schematische Querschnitte einer Zwei-Wannen-und-Fünf-Kontakte-Vorrichtung gemäß Ausführungsformen während einer ersten Spinning-Phase (16A) und einer zweiten Spinning-Phase (16B). Die vertikale Hall-Vorrichtung enthält zwei Hall-Effektregionen 11, 12, die antiparallel angeschlossen sind, mit anderen Worten, gemäß einer 180 Grad-Zwischenverbindung. Der Begriff antiparallele Zwischenverbindung bezeichnet die umgekehrten Richtungen eines Stromflusses in der ersten Hall-Effektregion 11 und der zweiten Hall-Effektregion 12, die für gewöhnlich für mindestens einen bestimmten Wert des zu erfassenden Magnetfeldes beobachtet werden, z.B. für ein verschwindendes Magnetfeld.
Eine erste vergrabene Schicht 71 liegt neben einer Oberfläche der ersten Hall-Effektregion 11, wobei die Oberfläche der Oberfläche gegenüberliegt, an der die Kontakte 21, 22, 23-1, 23-2 und 24 angeordnet sind. Eine zweite vergrabene Schicht 72 liegt neben der zweiten Hall-Effektregion 12 an einer Oberfläche, die der Oberfläche gegenüberliegt, an der die Kontakte 31 bis 33, 34-1 und 34-2 angeordnet sind. Die vergrabenen Schichten 71, 72 sind für gewöhnlich hochleitende Schichten. Falls die vergrabenen Schichten 71, 72 durch n+ dotierte Regionen gebildet sind, werden sie manchmal als nBL (n+ dotierte vergrabene Schicht) bezeichnet. An den vergrabenen Schichten 71, 72 kann ein elektrisches Potential beobachtet werden, das annähernd der Durchschnitt der oberen und unteren Versorgungspotentiale ist, die den Hall-Effektregionen 11, 12 über die Versorgungsanschlüsse 51, 52 und die Versorgungskontakte 21, 22, 31 und 32 zugeleitet werden. Da das Substrat 9 für gewöhnlich bei einem anderen elektrischen Potential ist (zum Beispiel einem elektrischen Massepotential einer elektronischen Vorrichtung oder eines Halbleiter-Chips, die bzw. der die vertikale Hall-Vorrichtung enthält), bilden die vergrabenen Schichten 71, 72 parasitäre Kapazitäten 81, 82 mit dem Substrat 9. Ferner kann auch ein Leckstrom zwischen der vergrabenen Schicht 71, 72 und dem Substrat 9 beobachtet werden. Die Leckströme sind in 16A und 16B durch Stromquellen 91 und 92 dargestellt. Wenn die vertikale Hall-Vorrichtung von der ersten Spinning-Phase zur zweiten Spinning-Phase wechselt, müssen die Kapazitäten 81, 82 wieder aufgeladen werden, da in den zwei Spinning-Phasen andere elektrische Potentialverteilungen eingerichtet sein können, wodurch ein elektrisches Potential der vergrabenen Schichten 71, 72 variieren kann. Insbesondere kann es notwendig sein, dass vertikale Hall-Vorrichtungen bei einer relativ hohen Frequenz arbeiten, der so genannten Chopper-Frequenz. Andererseits zeigen die Leckströme, die durch die Stromquellen 91, 92 dargestellt sind, nur eine schwache Abhängigkeit vom elektrischen Potential und/oder der elektrischen Potentialverteilung. Für eine antiparallele Zwischenverbindung können die Leckströme in den zwei Hall-Effektregionen einander im Wesentlichen ausgleichen. In mindestens einigen Ausführungsformen ist ein Beitrag der Leckströme während einer Spinning-Phase bei den Erfassungsanschlüssen im Wesentlichen gleich, während in einer anderen Spinning-Phase die Leckströme im Wesentlichen vernachlässigbar sind, da einer der Leckströme (z.B., das untere Versorgungspotential) zur Erde kurzgeschlossen ist und der andere an ein Versorgungspotential oder Vorspannungsversorgungspotential (z.B. das obere Versorgungspotential) kurzgeschlossen ist.
Wie in 16A erkennbar ist, kann für ein bestimmtes Magnetfeld eine annähernd gleiche Stromverteilung, aber mit umgekehrter Richtung des Stromflusses, in der ersten und zweiten Hall-Effektregion 11, 12 beobachtet werden. Als ein Beispiel ist ein erster Widerstand zwischen den Versorgungskontakten 21, 22 der ersten Hall-Effektregion 11 mit 1kOhm angegeben. Ein entsprechender Widerstand zwischen den Versorgungskontakten 31, 32 der zweiten Hall-Effektregion 12 ist auch mit 1kOhm angegeben.
Die Situation ist während der zweiten Spinning-Phase, die in 16B schematisch dargestellt ist, etwas anders. Der erste Widerstand zwischen den Versorgungskontakten 24 und 23-1, 23-2 der ersten Hall-Effektregion 11 ist 0,7kOhm, während der zweite Widerstand zwischen den Versorgungskontakten 34-1, 34-2 und 33 0,8kOhm ist. Ein Grund dafür könnte sein, dass die äußersten Kontakte wie die Kontakte 23-1, 23-2, 34-1 und 34-2 durch Grenzeffekte stärker beeinflusst sind als die zentralen Kontakte. Solche Grenzeffekte können durch Sperrschicht-Feldeffekte und MOS-Feldeffekte verursacht werden. Infolgedessen kann das Stromverhältnis möglicherweise nicht in jeder Spinning-Richtung dasselbe sein, es wird aber ein symmetrischer Widerstand und eine symmetrische Stromverteilung in Spinning-Phasen mit entgegengesetzter Stromeinleitung durch die beschriebene Ausführungsform erreicht.
In Bezug auf die parasitären Kapazitäten 81, 82 und die Leckströme 91, 92 kann eine kapazitive Symmetrie und eine Lecksymmetrie vorhanden sein. Von dieser Symmetrie kann angenommen werden, dass sie einem Back-Bias-Effekt entgegenwirkt oder diesen mildert, der in den Hall-Effektregionen 11, 12 auftreten kann. Somit können die vergrabenen Schichten 71, 72 eine positive Wirkung auf eine Symmetrie der vertikalen Hall-Vorrichtung haben.
Wenn nur einige Hall-Effektregionen parallel angeschlossen sind, kann es relativ einfach sein, die vertikale Hall-Spannung mit einem On-Chip-Draht und einem angelegten Strom zu messen (je schmaler der Draht, umso höher das erzeugte Feld). Ferner ist der Flächenverbrauch einer vertikalen Hall-Vorrichtung mit zum Beispiel nur zwei Hall-Effektregionen kleiner als der Flächenverbrauch einer vertikalen Hall-Vorrichtung mit zum Beispiel vier Hall-Effektregionen.
17A und 17B zeigen schematische Querschnitte und interne Zwischenverbindungen einer vertikalen Hall-Vorrichtung gemäß Ausführungsformen während einer ersten Spinning-Phase (17A) und einer zweiten Spinning-Phase (17B). Zusätzlich zu der/den Ausführungsform(en), die in 16A und 16B dargestellt ist/sind, enthält/enthalten die Ausführungsform(en), die in 17A und 17B dargestellt ist/sind, Summierungsverstärker 55, 56 und Schaltelemente 57-1 bis 57-8 (dargestellt in 17A) und 58-1 bis 58-8 (dargestellt in 17B). Die Summierungsverstärker 55 und 56 sind so konfiguriert, dass sie die Spannungen an den verschiedenen Erfassungskontakten summieren. Somit sind die Erfassungskontakte nicht durch einen Kurzschluss wie in anderen Ausführungsformen angeschlossen (z.B. die Ausführungsform(en), die in 16A und 16B dargestellt ist/sind). Zum Beispiel ist in der/den Ausführungsform(en), die in 16A und 16B dargestellt ist/sind, der Kontakt 24 der ersten Hall-Effektregion 11 an die Kontakte 34-1, 34-2 der zweiten Hall-Effektregion 12 durch einen Kurzschluss oder eine andere niederohmige Verbindung angeschlossen. In der/den Ausführungsform(en), die in 17A, 17B dargestellt ist/sind, ist jeder Erfassungskontakt (z.B. Kontakte 24 und 33 während der ersten Spinning-Phase und Kontakte 21, 22, 31 und 32 während der zweiten Spinning-Phase) oder sind ein Paar Erfassungskontakte (z.B., Kontakte 23-1, 23-2 und 34-1, 34-2 während der ersten Spinning-Phase) an einen relativ hochohmigen Eingang eines der Summierungsverstärker 55, 56 angeschlossen. Ausgänge der Summierungsverstärker sind an die Anschlüsse 53, 54 der vertikalen Hall-Vorrichtung angeschlossen. Jeder Summierungsverstärker 55, 56 verstärkt und invertiert die Verstärkereingangsspannung zwischen dem invertierenden Eingang („-“) und dem nicht-invertierenden Eingang („+“) des entsprechenden Summierungsverstärkers 55, 56. In Ausführungsformen ist es auch möglich, dass die Summierungsverstärker 55, 56 Transkonduktanzverstärker sind. Die Summierungsverstärker 55, 56 sind für eine Verbindung zwischen den Kontakten 21 bis 24, 31 bis 34 und den Anschlüssen 51 bis 54 transparent, so dass während einer bestimmten Spinning-Phase jeder Erfassungsanschluss 53, 54 als an dieselbe Anzahl von äußersten Kontakten 23-1, 23-2, 34-1, 34-2 angeschlossen betrachtet werden kann. Während der ersten Spinning-Phase ist jeder Erfassungsanschluss 53, 54 an zwei äußerste Kontakte angeschlossen. Während der zweiten Spinning-Phase ist jeder Erfassungsanschluss 53, 54 an keinen der äußersten Kontakte angeschlossen. In Bezug auf die Versorgungsanschlüsse 51, 52 ist jeder Versorgungsanschluss während der ersten Spinning-Phase an keinen der äußerste Kontakte und während der zweite Spinning-Phase an zwei äußerste Kontakte angeschlossen.
Die Schaltelemente 57-1 bis 57-8 und 58-1 bis 58-8 sind für einen selektiven Anschluss der Kontakte der ersten und zweiten Hall-Effektregion an die Eingänge der Summierungsverstärker konfiguriert. Der Deutlichkeit wegen sind nur jene Schaltelemente in 17A, 17B dargestellt, die während der jeweiligen Spinning-Phase leitend sind.
18 und 19 zeigen schematische Querschnitte einer vertikalen Hall-Vorrichtung während einer ersten Betriebsphase (18) und einer zweiten Betriebsphase ( 19). Die in 18 und 19 dargestellte vertikale Hall-Vorrichtung ist eine Zwei-Wannen-und-13-Kontakte-Vorrichtung. Es ist zu beachten, dass nur eine der zwei Wannen dargestellt ist. Die elektrische Verbindung der zweiten, anti-parallelen Wanne kann von der ersten Wanne abgeleitet werden. Der elektrische Stromfluss fließt in der ersten und zweiten Wanne spiegelsymmetrisch.
Es ist zu beachten, dass die vertikale Hall-Vorrichtung eine perfekt symmetrische Geometrie (natürlich unter Vernachlässigung von Herstellungstoleranzen) in Bezug auf elektrische Eigenschaften aufweist. Wenn eine Potentialverteilung entsteht, wie in 19 (= zweite Betriebsphase) dargestellt, ist diese Potentialverteilung im Wesentlichen auch perfekt symmetrisch. Dennoch ist die Potentialverteilung, die entsteht, wenn die vertikale Hall-Vorrichtung wie in 18 dargestellt angeschlossen ist, nicht mehr symmetrisch (zumindest zum zentralen Kontakt CC nicht symmetrisch). Somit ist aufgrund eines Sperrschicht-Feldeffekts das leitende Volumen asymmetrisch.
In der ersten Betriebsphase, die in 18 dargestellt ist, wird der elektrische Strom 11 dem Kontakt L1 und R3 zugeleitet. In der Wanne der vertikalen Hall-Vorrichtung teilt sich der elektrische Strom I1 in drei annähernd gleiche Stromanteile, von welchen zwei zum Kontakt L3 fließen und ein Anteil zum Kontakt R1 fließt. Die Kontakte L3 und R1 sind aneinander angeschlossen und auch geerdet, so dass der elektrische Strom I1 die Wanne über die Kontakte L3 und R1 verlässt. Die Kontakte L2 und R2 dienen während der ersten Betriebsphase als Erfassungskontakte. Ferner dient auch der zentrale Kontakt CC als Erfassungskontakt. Daher kann ein Erfassungssignal U1 zwischen den Kontakten L2, R2 (die elektrisch angeschlossen sind) und dem zentralen Kontakt CC erfasst werden.
Während der zweiten Betriebsphase, die in 19 dargestellt ist, wird elektrischer Strom I2 über den zentralen Kontakt zugeleitet. In der Wanne der vertikalen Hall-Vorrichtung teilt sich der elektrische Strom in zwei annähernd gleiche Anteile. Ein erster Anteil durchquert die Wanne nach links und verlässt diese bei Kontakt L2, während ein zweiter Anteil die Wanne in entgegengesetzter Richtung durchquert und die Wanne bei Kontakt R2 verlässt. In der zweiten Betriebsphase sind die Kontakte L2 und R2 aneinander angeschlossen und auch geerdet. Das Erfassungssignal U2 für die zweite Betriebsphase wird zwischen den Kontakten L3 und R1 einerseits und den Kontakten L1 und R3 andererseits erhalten.
20 ist eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung 700 gemäß Ausführungsformen. Die vertikale Hall-Vorrichtung 700 wird durch Verdrahten der in 18 und 19 dargestellten vertikalen Hall-Vorrichtungen gemäß Ausführungsform erhalten, so dass der Strom in beiden Wannen in entgegengesetzte Richtungen fließt (gilt für beide Betriebsphasen). Dadurch wird ein hoher Grad an Gesamtsymmetrie in beiden Betriebsphasen erhalten.
Eine erste Gruppe von Kontakten U1 bis U13 ist in oder an einer Oberfläche einer ersten Wanne 11 angeordnet. Eine zweite Gruppe von Kontakten L1 bis L13 ist in oder an einer Oberfläche einer zweiten Wanne 12 angeordnet. Die gerade nummerierten Kontakte U2, U4, U6, ... und L2, L4, ... sind optional. Ferner sind die Verbindungen zwischen den gerade nummerierten Kontakten ebenso optional, was bedeutet, dass die gerade nummerierten Kontakte U2, U4, ... vorhanden sein können, nicht aber die Verbindungen zwischen ihnen (zum Beispiel die Verbindung zwischen den Kontakten U2 und U10), wobei in diesem Fall die gerade nummerierten Kontakte U2, U4, ... und L2, L4, ... zum Beispiel potentialfreie Kontakte sind.
Die in 20 dargestellte vertikale Hall-Vorrichtung 700 erfüllt auch die Bedingung für die Strömungslinien des Stroms, wonach die Strömungslinien des Stroms in der ersten Wanne 11 im Wesentlichen gleich den Strömungslinien des Stroms in der zweiten Wanne 12 sind, aber mit entgegengesetzten Richtungen. Wenn zum Beispiel elektrischer Strom einem Anschluss C1 zugeleitet und am Anschluss C3 abgeleitet wird, durchquert zumindest ein Anteil des elektrischen Stroms die erste, beginnend bei Kontakt U9 und endend bei Kontakt U5. In der zweiten Wanne 12 tritt ein Anteil des elektrischen Stroms in die zweite Wanne 12 bei Kontakt L5 ein, der mit dem Kontakt U5 der ersten Wanne 11 vertikal ausgerichtet ist. Der Stromanteil quert die zweite Wanne 12 im Wesentlichen von links nach rechts, bis er die zweite Wanne 12 beim Kontakt L9 verlässt, der an die Kontakte U13 und U5 der ersten Wanne 11 elektrisch angeschlossen ist. Ferner ist der Kontakt L9 mit dem Kontakt U9 der ersten Wanne 11 vertikal ausgerichtet. Wie oben erwähnt kann ein anderes Kriterium für eine Entsprechung von Kontakten in der ersten Wanne 11 und der zweite Wanne 12 als die vertikale Ausrichtung in einer Säulenanordnung verwendet werden.
Es sollte festgehalten werden, dass die Ähnlichkeit der Strömungslinien des Stroms in entsprechenden Abschnitten der ersten und zweiten Wanne für gewöhnlich nur für ein verschwindendes Magnetfeld parallel zur Substratoberfläche und senkrecht zur Hauptrichtung des Stromflusses gilt. Mit einem zunehmenden Magnetfeld in der erwähnten Richtung (an verschiedenen Stellen in diesem Dokument als die z-Richtung bezeichnet) sind die Strömungslinien des Stroms zunehmend unterschiedlich. Diese Differenz der Strömungslinie des Stroms in der ersten Wanne und der zweite Wanne mit zunehmender Größe des Magnetfeldes in der z-Richtung zeigt sich in einer unterschiedlichen Verteilung des elektrischen Potentials an der Oberfläche der Wannen. Diese Differenz der elektrischen Potentialverteilung kann wiederum durch das Erfassungssignal ausgewertet werden. Daher kann das Merkmal, wonach in beiden Betriebsphasen die Strömungslinien des Stroms in der ersten Wanne 11 im Wesentlichen dieselben wie in der zweiten Wanne 12 sind, aber mit entgegengesetzter Richtung des Stromflusses, nur für eine bestimmte Magnetfeldstärke gültig sein, für gewöhnlich eine verschwindende Magnetfeldstärke (0T).
21 zeigt eine schematische Draufsicht einer vertikalen Hall-Vorrichtung mit mehreren Paaren von Hall-Effektregionen. Die vertikale Hall-Vorrichtung enthält vier Hall-Effektregionen 11, 12, 13 und 14. Die vertikale Hall-Vorrichtung enthält des Weiteren vier Gruppen von Kontakten. Eine erste Gruppe von Kontakten 23-1, 21, 24, 22, 23-2 ist an einer Oberfläche der ersten Hall-Effektregion 11 angeordnet. Eine zweite Gruppe von Kontakten 34-1, 32, 33, 31, 34-2 ist an einer Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion 12 angeordnet. Eine dritte Gruppe von Kontakten 123-1, 121, 124, 122, 123-2 ist an einer Oberfläche der dritten Hall-Effektregion 13 angeordnet. Eine vierte Gruppe von Kontakten 134-1, 132, 133, 131, 134-2 ist an einer Oberfläche der vierten Hall-Effektregion 14 angeordnet. Die erste Hall-Effektregion 11 und die zweite Hall-Effektregion bilden ein Paar von Hall-Effektregionen. Ebenso bilden die dritte Hall-Effektregion 13 und die vierte Hall-Effektregion 14 ein anderes Paar von Hall-Effektregionen. Die zwei Paare sind verbunden und im Wesentlichen identisch. Das in 21 dargestellte Schema kann auf mehr als zwei Paare, d.h. mehrere Paare, erweitert werden.
22 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Erfassungsverfahrens gemäß Ausführungsformen. Während eines Schritts 192 wird elektrischer Strom einem ersten Versorgungsanschluss einer vertikalen Hall-Vorrichtung zugeleitet und bei einem zweiten Versorgungsanschluss von der vertikalen Hall-Vorrichtung abgeleitet. Der erste Versorgungsanschluss ist an einen äußersten Kontakt einer ersten Gruppe von Kontakten angeschlossen, die in oder an einer Oberfläche einer ersten Hall-Effektregion angeordnet ist, die in einem Substrat gebildet ist. Der erste Versorgungsanschluss ist auch an einen inneren Kontakt einer zweiten Gruppe von Kontakten angeschlossen, die in oder an einer Oberfläche einer zweiten Hall-Effektregion angeordnet ist, die im Substrat gebildet ist. Gemäß Schritt 194 wird dann ein Erfassungssignal zwischen einem ersten Erfassungsanschluss und einem zweiten Erfassungsanschluss erfasst. Der erste Erfassungsanschluss ist an einen inneren Kontakt der ersten Gruppe und auch an einen äußersten Kontakt der zweiten Gruppe angeschlossen. Der elektrische Strom oder ein weiterer elektrischer Strom wird dann der vertikalen Hall-Vorrichtung über den ersten Erfassungsanschluss zugeführt, wie bei 196 des Erfassungsverfahrens angezeigt. Der elektrische Strom oder der weitere elektrische Strom wird von der vertikalen Hall-Vorrichtung über den zweiten Erfassungsanschluss abgeleitet. Ein weiteres Erfassungssignal wird in einem Schritt 198 zwischen dem (erstgenannten) ersten und zweiten Versorgungskontakt erfasst. Während eines Schritts 199 wird ein Ausgangssignal der vertikalen Hall-Vorrichtung auf der Basis des Erfassungssignals und des weiteren Erfassungssignals bestimmt.
Es sollte auch festgehalten werden, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen alle Kontakte der vertikalen Hall-Vorrichtung, die zum Erzeugen eines Signals, das das Magnetfeld angibt, verwendet werden, d.h. alle Kontakte, die in den Spinning-Phasen austauschbar zum Erzeugen elektrischer Ströme oder zum Erfassen des Hall-Effekts verwendet werden, einer der oben beschriebenen zwei Hall-Effektregionen, d.h. den oben beschriebenen Wannen 11, 12, zugeordnet sind. Mit anderen Worten, jeder Kontakt der vertikalen Hall-Vorrichtung, der in den Spinning-Phasen austauschbar zum Erzeugen elektrischer Ströme oder zum Erfassen des Hall-Effekts verwendet wird, gehört zur ersten Gruppe von Kontakten oder zur zweiten Gruppe von Kontakten.
Während die oben beschriebenen Ausführungsformen ein Paar von Hall-Effektregionen verwenden, können andere Ausführungsformen mehrere Paare von Hall-Effektregionen verwenden. Die mehreren Paare von Hall-Effektregionen können an gemeinsame Anschlüsse angeschlossen sein. In Ausführungsformen mit mehreren Paaren ist für jede Spinning-Phase von jedem Paar von Hall-Effektregionen aus den mehreren Paaren eine Hall-Effektregion an die andere Hall-Effektregion diese Paares so angeschlossen, dass Stromflüsse umgekehrte Richtungen haben. In Ausführungsformen mit mehreren Paaren kann jedoch eine Hall-Effektregion für jedes Paar vorhanden sein, die dieselbe Stromverteilung und dieselbe Richtung des Stromflusses wie eine andere Hall-Effektregion eines anderen Paares hat.
Obwohl einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wo ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrenschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Punkts oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle Verfahrensschritte können mit einer Hardware-Vorrichtung (oder unter Verwendung dieser) ausgeführt werden, wie zum Beispiel mit einem Mikroprozessor, einem programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung. In einigen Ausführungsformen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte mit einer solchen Vorrichtung ausgeführt werden.

Claims

Vorrichtung, die folgendes aufweist: eine vertikale Hall-Vorrichtung (10, 300, 400), die in einem Substrat gebildet ist, und die geeignet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das parallel zu einer Oberfläche des Substrats ist, wobei die vertikale Hall-Vorrichtung Folgendes aufweist: erste, zweite, dritte und vierte Anschlüsse (51, 52, 53, 54); Kontakte zum Erzeugen eines Hall-Effektsignals, das das Magnetfeld anzeigt; ein Paar von Hall-Effektregionen (11, 12), die isoliert voneinander ausgebildet sind, wobei das eine Paar von Hall-Effektregionen eine erste Hall-Effektregion und eine zweite Hall-Effektregion aufweist, die in dem Substrat gebildet sind; eine erste Gruppe der Kontakte (21, 22, 23, 24), die in oder an einer Oberfläche der ersten Hall-Effektregion (11) angeordnet ist, wobei die erste Gruppe erste und zweite äußerste Kontakte (21, 24) aufweist; und eine zweite Gruppe von Kontakten (31, 32, 33, 34), die in oder an einer Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion (12) angeordnet ist, wobei die zweite Gruppe dritte und vierte äußerste Kontakte (32, 33) aufweist; wobei jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse an exakt einen der äußersten Kontakte angeschlossen ist, und wobei jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse an einen anderen der äußersten Kontakte angeschlossen ist; und wobei die erste Gruppe mindestens einen inneren Kontakt (22, 23) enthält und die zweite Gruppe mindestens einen inneren Kontakt (31, 34) enthält, wobei der innere Kontakt der ersten Gruppe an einen der äußersten Kontakte der zweiten Gruppe angeschlossen ist und wobei der innere Kontakt der zweiten Gruppe an einen der äußersten Kontakte der ersten Gruppe angeschlossen ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass alle Kontakte, die in der vertikalen Hall-Vorrichtung zum Erzeugen eines Hall-Effektsignals verwendet werden, in oder an einer Oberfläche der ersten und zweiten Hall-Effektregion des Paares von Hall-Effektregionen angeordnet sind.
Die Vorrichtungnach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass jeweils zwei Anschlüsse der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse als ein Paar von Versorgungsanschlüssen wirksam sind, und wobei die zwei anderen Anschlüsse der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse als ein Paar von Erfassungsanschlüssen wirksam sind.
Die Vorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, des Weiteren aufweisend einen weiteren Kontakt (61, 62, 63, 64), der nicht zur ersten Gruppe oder zweiten Gruppe gehört, wobei der weitere Kontakt zwischen einem der äußersten Kontakte und einem Ende einer entsprechenden Hall-Effektregion angeschlossen ist, das dem einen der äußersten Kontakte am nächsten liegt.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe jeweils eine gerade Anzahl von Kontakten enthalten.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Gruppe 4*n + 2 Kontakte enthält, wobei n= 1, 2, 3, ... , und wobei die zweite Gruppe 4*m + 2 Kontakte enthält, wobei m= 1, 2, 3, ....
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Hall-Effektregion und die zweite Hall-Effektregion in Bezug zueinander gemäß einer der folgenden Anordnungen angeordnet sind: - ausgerichtete Anordnung, in der eine Längsachse der ersten Hall-Effektregion und eine Längsachse der zweiten Hall-Effektregion ausgerichtet sind; - parallele Anordnung, in der die Längsachsen der ersten und zweiten Hall-Effektregion parallel und zueinander versetzt sind; - Säulenanordnung, in der die zweite Hall-Effektregion zur ersten Hall-Effektregion in eine Richtung orthogonal zu den Längsachsen der ersten und zweiten Hall-Effektregion versetzt ist; und - winkelige Anordnung.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass ein Stromfluss in der ersten Hall-Effektregion einem Stromfluss in der zweiten Hall-Effektregion in entsprechenden Regionen der ersten und zweiten Hall-Effektregion entgegengesetzt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass mindestens einer der äußersten Kontakte zumindest vorübergehend als Erfassungskontakt verwendet wird.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Hall-Effektregion und die zweite Hall-Effektregion durch einen in Sperrrichtung vorgespannten pn-Übergang und/oder einen Graben, der mit einer dielektrischen Schicht beschichtet ist, voneinander elektrisch isoliert sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erfassen eines Magnetfelds parallel zu einer Oberfläche des Substrats; wobei die Vorrichtung so konfiguriert ist, dass die Vorrichtung - während einer ersten Spinning-Phase einen ersten Teilsatz von Kontakten aus der ersten Gruppe von Kontakten als Versorgungskontakte für die erste Hall-Effektregion und einen zweiten Teilsatz von Kontakten aus der zweiten Gruppe von Kontakten als Versorgungskontakte für die zweite Hall-Effektregion verwendet, wobei die Anzahl von Kontakten im ersten Teilsatz von Kontakten gleich der Anzahl von Kontakten im zweiten Teilsatz von Kontakten ist, wobei mindestens einer der Kontakte des ersten Teilsatzes und mindestens einer der Kontakte des zweiten Teilsatzes gekoppelt sind, um ein selbes oberes Potential als Versorgungspotential während der ersten Spinning-Phase zu liefern, und wobei mindestens ein anderer der Kontakte des ersten Teilsatzes und mindestens ein anderer der Kontakte des zweiten Teilsatzes gekoppelt sind, um ein selbes unteres Potential als ein weiteres Versorgungspotential während der ersten Spinning-Phase zu liefern, wobei Bahnkurven von Strömungslinien des Stroms, die vom ersten Teilsatz von Kontakten in der ersten Hall-Effektregion erzeugt werden, mit Bahnkurven von Strömungslinien des Stroms, die vom zweiten Teilsatz von Kontakten in der zweiten Hall-Effektregion erzeugt werden, entgegengesetzt identisch sind; und - während einer zweiten Spinning-Phase einen dritten Teilsatz von Kontakten aus der ersten Gruppe von Kontakten als Versorgungskontakte für die erste Hall-Effektregion verwendet, wobei der dritte Teilsatz Kontakte der ersten Gruppe enthält, die nicht im ersten Teilsatz enthalten sind, und einen vierten Teilsatz von Kontakten aus der zweiten Gruppe von Kontakten als Versorgungskontakte für die zweite Hall-Effektregion verwendet, wobei die Kontakte des vierten Teilsatzes von Kontakten Kontakte der zweiten Gruppe von Kontakten enthält, die nicht im zweiten Teilsatz enthalten sind, wobei Bahnkurven von Strömungslinien des Stroms, die von dem dritten Teilsatz von Kontakten in der ersten Hall-Effektregion erzeugt werden, mit Bahnkurven von Strömungslinien des Stroms, die von dem vierten Teilsatz von Kontakten in der zweiten Hall-Effektregion erzeugt werden, entgegengesetzt identisch sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass mindestens einer der Kontakte des dritten Teilsatzes und mindestens einer der Kontakte des vierten Teilsatzes gekoppelt sind, um ein selbes oberes Potential als Versorgungspotential während der zweiten Spinning-Phase zu liefern, und wobei mindestens ein anderer der Kontakte des dritten Teilsatzes und mindestens ein anderer der Kontakte des vierten Teilsatzes gekoppelt sind, um ein selbes unteres Potential als ein weiteres Versorgungspotential während der zweiten Spinning-Phase zu liefern.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei alle Kontakte, die in der vertikalen Hall-Vorrichtung zum Zuleiten von Strömungslinien des Stroms während eines Spinning-Current-Betriebs verwendet werden, einer der ersten oder zweiten Gruppe von Kontakten zugeordnet sind.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die erste Gruppe von Kontakten und die zweite Gruppe von Kontakten jeweils eine ungerade Anzahl von Kontakten umfassen, wobei der erste Teilsatz und der zweite Teilsatz eine ungerade Anzahl von Kontakten enthalten, und wobei im ersten und zweiten Teilsatz verschiedene Anzahlen von Kontakten bei einem oberen Potential sind.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass während einer ersten Spinning-Phase ein erster Teilsatz der ersten Gruppe von Kontakten zum Erzeugen erster elektrischer Ströme verwendet wird und ein zweiter Teilsatz der zweiten Gruppe von Kontakten zur Erzeugung zweiter elektrischer Ströme verwendet wird, so dass jede Strömungslinie des Stroms, die vom ersten Teilsatz erzeugt wird, ein Gegenstück mit entgegengesetzter Richtung hat, das durch den zweiten Teilsatz erzeugt wird, wobei mindestens einer der Kontakte des ersten Teilsatzes und mindestens einer der Kontakte des zweiten Teilsatzes gekoppelt sind, um ein selbes oberes Potential als Versorgungspotential während der ersten Spinning-Phase zu liefern, und wobei mindestens ein anderer der Kontakte des ersten Teilsatzes und mindestens ein anderer der Kontakte des zweiten Teilsatzes gekoppelt sind, um ein selbes unteres Potential als ein weiteres Versorgungspotential während der ersten Spinning-Phase zu liefern; und - während einer zweiten Spinning-Phase ein dritter Teilsatz der ersten Gruppe von Kontakten zum Erzeugen dritter elektrischer Ströme verwendet wird und ein vierter Teilsatz der zweiten Gruppe von Kontakten zum Erzeugen vierter elektrischer Ströme verwendet wird, so dass jede Strömungslinie des Stroms, die vom dritten Teilsatz erzeugt wird, ein Gegenstück mit entgegengesetzter Richtung hat, das vom vierten Teilsatz erzeugt wird, wobei der dritte Teilsatz zum ersten Teilsatz komplementär ist und der vierte Teilsatz zum zweiten Teilsatz komplementär ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei Kontakte der ersten Gruppe direkt an Kontakte der zweiten Gruppe angeschlossen sind.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei jeder Kontakt, der in der vertikalen Hall-Vorrichtung zur Versorgung oder zum Erfassen verwendet wird, ein Kontakt der ersten oder zweiten Gruppe ist.
Vorrichtung mit einer vertikalen Hall-Vorrichtung, aufweisend: eine erste Hall-Effektregion; eine zweite Hall-Effektregion, die isoliert von der ersten Hall-Effektregion ausgebildet ist; erste, zweite, dritte und vierte Anschlüsse; eine erste Serie von n Kontakten, die in oder an einer Oberfläche der ersten Hall-Effektregion anugeordnet ist, wobei die erste Serie von Kontakten Kontakte in einer Reihenfolge von 1 bis n enthält, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 4 ist; eine zweite Serie von n Kontakten, die in oder an einer Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion angeordnet ist, wobei die zweite Serie eine Reihenfolge von Kontakten von 1 bis n enthält; wobei für eine ganze Zahl m zwischen 1 und n-2, - der m-te Kontakt der ersten Serie von Kontakten an den (m+2)-ten Kontakt des entsprechenden Kontakts in der zweiten Serie angeschlossen ist, und - der (m+2)-te Kontakt der ersten Serie an den m-ten Kontakt der zweiten Serie angeschlossen ist; wobei der erste und der n-te Kontakt der ersten und der zweiten Serie jeweils einen äußeren Kontakt bilden, so dass die erste Serie einen ersten und zweiten äußersten Kontakt aufweist und die zweite Serie einen dritten und vierten äußersten Kontakt aufweist, und wobei jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse an exakt einen der äußersten Kontakte angeschlossen ist, und wobei jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse an einen anderen der äußersten Kontakte angeschlossen ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 18, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass jeder Kontakt, der in der vertikalen Hall-Vorrichtung zur Versorgung oder zum Erfassen verwendet wird, ein Kontakt in einer der ersten oder zweiten Serie ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass Bahnkurven von Strömungslinien des Stroms in der ersten Hall-Effektregion und der zweiten Hall-Effektregion entgegengesetzt identisch sind.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass die Kontakte der ersten Serie und die Kontakte der zweiten Serie gekoppelt sind, um dasselbe obere Potential und dasselbe untere Potential als Versorgungspotentiale zu liefern.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die erste Serie von n Kontakten sich entlang einer ersten Richtung erstreckt und die zweite Serie von Kontakten sich entlang einer zweiten Richtung erstreckt.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22 zum Erfassen eines Magnetfelds, wobei die Vorrichtung zum Erfassen eines Magnetfelds Mittel aufweist, die konfiguriert sind, um während einer ersten Spinning-Phase, einen oder mehrere elektrische Ströme in der ersten Hall-Effektregion und der zweiten Hall-Effektregion zu induzieren, wobei mindestens einer der Kontakte der ersten Serie und mindestens einer der Kontakte der zweiten Serie gekoppelt sind, um ein selbes oberes Potential als Versorgungspotential während der ersten Spinning-Phase zu liefern, und wobei mindestens ein anderer der Kontakte der ersten Reihe und mindestens ein anderer der Kontakte der zweiten Reihe gekoppelt sind, um ein selbes unteres Potential als ein weiteres Versorgungspotential während der ersten Spinning-Phase zu liefern, wobei für jede Strömungslinie des Stroms in der ersten Hall-Effektregion eine entsprechende Strömungslinie des Stroms in der zweiten Hall-Effektregion mit umgekehrter Strömungsrichtung vorhanden ist; und während einer zweiten Spinning-Phase, einen oder mehrere elektrische Ströme in der ersten Hall-Effektregion und der zweiten Hall-Effektregion zu induzieren, wobei für jede Strömungslinie des Stroms in der ersten Hall-Effektregion eine entsprechende Strömungslinie des Stroms in der zweiten Hall-Effektregion mit umgekehrter Strömungsrichtung vorhanden ist; wobei Kontakte der ersten Serie hinsichtlich ihrer Funktion als Versorgungs- und Erfassungsanschlüsse getauscht werden, wenn die elektrischen Ströme in der ersten Spinning-Phase und der zweiten Spinning-Phase erzeugt werden, und Kontakte der zweiten Serie hinsichtlich ihrer Funktion als Versorgungs- und Erfassungsanschlüsse getauscht werden, wenn die elektrischen Ströme in der ersten Spinning-Phase und der zweiten Spinning-Phase erzeugt werden.
Die Vorrichtung nach Anspruch 23, mit Mitteln, die derart konfiguriert sind, dass jeder Kontakt, der in der vertikalen Hall-Vorrichtung zur Versorgung oder zum Erfassen verwendet wird, ein Kontakt in einer der ersten oder zweiten Serie ist.
Vertikale Hall-Vorrichtung, die in einem Substrat gebildet ist, und die konfiguriert ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das parallel zu einer Oberfläche des Substrats ist, wobei die vertikale Hall-Vorrichtung Folgendes aufweist: erste, zweite, dritte und vierte Anschlüsse; Kontakte zum Erzeugen eines Hall-Effektsignals, das das Magnetfeld anzeigt; genau ein Paar von Hall-Effektregionen, die isoliert voneinander ausgebildet sind, wobei das eine Paar von Hall-Effektregionen eine erste Hall-Effektregion und eine zweite Hall-Effektregion aufweist, die in dem Substrat gebildet sind; eine erste Gruppe der Kontakte, die in oder an einer Oberfläche der ersten Hall-Effektregion angeordnet ist, wobei die erste Gruppe erste und zweite äußerste Kontakte und eine Mehrzahl von inneren Kontakten aufweist; und eine zweite Gruppe von Kontakten, die in oder an einer Oberfläche der zweiten Hall-Effektregion angeordnet ist, wobei die zweite Gruppe dritte und vierte äußerste Kontakte und eine Mehrzahl von inneren Kontakten aufweist; wobei jeder Anschluss mit genau einem äußeren Kontakt einer der beiden Hall-Effektregionen und mit zumindest einem inneren Kontakt der anderen Hall-Effektregionen verbunden ist; und wobei jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse an einen anderen der äußersten Kontakte angeschlossen ist.