DE102016109883B4

DE102016109883B4 - Hall-Sensorbauelement und Hall-Erfassungsverfahren

Info

Publication number: DE102016109883B4
Application number: DE102016109883.3A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: US20170345997A1; US11195990B2; CN107703466A; US10586915B2; DE102016109883A1; CN107703466B; US20200185599A1

Abstract

Ein Hall-Sensorbauelement (100; 300), umfassend:ein Hall-Sensorelement (102; 302) umfassend eine Hall-Effektregion (104; 304) in einer 3-dimensionalen Hülle (106; 306) und umfassend zumindest drei Anschlüsse (108; 308), wobei jeder Anschluss mit zumindest einem elektrischen Kontakt (110; 310) der Hall-Effektregion (104; 304) verbunden ist, wobei jeder elektrische Kontakt an einer unterschiedlichen Region der 3-dimensionalen Hülle angeordnet ist,wobei die 3-dimensionale Hülle eine polyedrische Hülle eines polyedrischen Volumens ist; undwobei jede Fläche der polyedrischen Hülle zumindest drei Kontakte aufweist, die an einem unterschiedlichen Vertex der entsprechenden Fläche angeordnet sind.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Magnetfeldsensorbauelemente und insbesondere auf Hall-Sensorbauelemente.
Hintergrund
Hall-Effektbauelemente sind Halbleiterbauelemente, die zum Messen eines Magnetfeldes verwendet werden. Beispielhafte Hall-Effektbauelemente werden in den DE 10 2014 115 071 A1 , JP 2005 116 828 A , JP 2005 156 179 A oder DE 10 2015 119 945 A1 beschrieben. Hall-Effektbauelemente erzeugen ein Ausgangssignal proportional zu einem Magnetfeld. Bei einem Null-Magnetfeld neigen sie dazu, ein Signal auszugeben, das sich üblicherweise von Null unterscheidet: Dies ist ihr Versatzfehler (= Nullfeldfehler). Die genannte DE 10 2014 115 071 A1 offenbart ein 3D Hall-Sensorbauelement in einer sogenannten „Hall-Pyramiden“ Ausgestaltung und mit einer Graphendetektionsschicht. Es sind mehrere Kontaktanschlüsse vorgesehen. Die Hall-Pyramide, die Kontaktanschlüsse und eine über ein Kontaktsondenelement mit einer Spitze oder abgestumpften Spitze der Hall-Pyramide gekoppelte dotierte Halbleiterschicht können so ausgestaltet sein, dass die Messung eines Hall-Effekts möglich ist, der in der Graphenschicht vorhanden sein kann.
Hall-Effektbauelemente umfassen eine Hall-Effektregion, wo der Hall-Effekt stattfindet und mit drei oder mehr Kontakten in der oder in ohmschem Kontakt mit der Hall-Effektregion. Ein elektrischer Kontakt mit der Hall-Effektregion kann durch eine Kontaktdiffusion oder zum Beispiel einen Implantationsprozess hergestellt werden. Manchmal können mehrere Kontakte über Metallleitungen (in der Zwischenverbindungsschicht der Halbleitertechnik) mit demselben Anschluss verbunden sein. Anschlüsse können verwendet werden, um das Bauelement mit elektrischer Leistung zu versorgen und dessen Ausgangssignale abzugreifen.
Wenn die Hall-Effektregion ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) ist, kann sie als Lagenschicht mit schwindender Dicke betrachtet werden (in der Praxis kann die Dicke in der Größenordnung von 10 nm sein) und Kontakte können anders als mit Wannen hergestellt werden (aufgrund des dünnen Bauelements). Es wird darauf hingewiesen, dass 2DEG ein Elektronengas ist, das frei ist, sich in zwei Dimensionen zu bewegen, aber in der dritten eng begrenzt ist.
Hall-Platten, die wir auch Horizontal-Hall-Effektbauelemente oder HHalls nennen, sind flache Bauelemente mit einer Dicke von 5... unendlich (üblicherweise 50) Mal kleiner als ihrer lateralen Größe. Sie werden verwendet, um Magnetfeldkomponenten entlang ihrer Dickenrichtung zu detektieren (das heißt in Richtung in das Halbleitersubstrat). In der Siliziumtechnik sind Hall-Platten gegenwärtig üblicherweise 1..3µm dick und 10... 100µm groß in lateralen Richtungen. Ihr Layout kann rechteckig, quadratisch, kreisförmig, oktogonal, kreuzförmig oder sogar dreieckig sein.
Vertikale Hall-Effektbauelemente oder VHalls sind dicke Bauelemente, wo eine laterale Abmessung vergleichbar (0,2 Mal bis 10 Mal) mit ihrer Dickerichtung ist (das heißt Richtung in das Halbleitersubstrat). Sie haben oft die Form von langen Streifen, meistens gerade, manchmal gekrümmt, bogenförmig oder sogar kreisförmige Ringe. Sie können verwendet werden, um Magnetfeldkomponenten parallel zu der Halbleiterhauptoberfläche zu detektieren.
Die Ausdrücke „horizontal“ und „vertikale“ bezeichnen die Ausrichtung der plattenartigen Geometrie der Bauelemente im Hinblick auf die Hauptoberfläche des Halbleiterchips.
Wie vorangehend erwähnt wurde, können Hall-Effektbauelemente unter einem Versatzfehler leiden. Ein Versatzfehler ist das Vorhandensein eines Ausgangssignals bei Abwesenheit einer Eingangsgröße. Für Hall-Sensoren wäre der Versatzfehler ein Ausgangssignal, der ein Eingangsmagnetfeld anzeigt, wenn tatsächlich kein Magnetfeld vorhanden ist.
Ein Versatzfehler kann sich auf unterschiedliche Ursachen beziehen, wobei zwei derselben ein Rohversatzfehler und Restversatzfehler sind. Rohversatzfehler kann sich auf einen Versatzfehler beziehen, der in einer bestimmten Betriebsphase vorhanden ist. Restversatzfehler kann sich auf einen Versatzfehler beziehen, der in einem Gesamt- oder Total-Ausgangssignal vorhanden ist, wie zum Beispiel ein Signal, das eine Kombination jener aus individuellen Betriebsphasen ist.
Ein Ansatz zum Reduzieren oder Beseitigen eines Versatzfehlers ist das Verwenden eines Multikontakt-Hall-Sensors. Drei-Kontakt- oder Vier-Kontakt-HHalls oder -VHalls können in einem spinstromartigen Modus betrieben werden, der die Versorgungs- oder Erfassungs-Rolle der Kontakte in mehreren Taktphasen verändert, so dass jeglicher Versatz reduziert wird, wenn die Signale aus den mehreren Taktphasen kombiniert werden. Trotzdem kann der Restversatzfehler höher als erwünscht bleiben, wie zum Beispiel im Bereich von ungefähr 1 milli-Tesla (mT).
Sowohl herkömmliche HHalls als auch VHalls sind im Hinblick auf ihre Erfassungsmagnetfeldkomponenten in dem 3-dimensionalen (3D) Raum begrenzt. Es ist daher wünschenswert, Hall-Sensorbauelemente mit großer Magnetempfindlichkeit im Hinblick auf spezifische Magnetfeldkomponenten in dem 3D-Raum zu haben. Es ist ferner wünschenswert, Signale, die in unterschiedlichen Betriebsmodi abgegriffen werden, auf vorteilhafte Weise zu kombinieren, um Versatzfehler auszulöschen und trotzdem eine große 3D-Magnetempfindlichkeit zu bewahren.
Zusammenfassung
Dem wird durch Hall-Sensorbauelemente und Hall-Erfassungsverfahren gemäß der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Hall-Sensorbauelement bereit, das ein 3-dimensionales Hall-Sensorelement mit einer Hall-Effektregion aufweist, implementiert in einer 3-dimensionalen Hülle und umfassend zumindest drei Anschlüsse. Die 3-dimensionale Hülle kann aus einem 3-dimensionalen Festkörper bestehen, dessen Dicke sehr klein im Vergleich zu anderen Abmessungen ist. Jeder Anschluss ist mit zumindest einem elektrischen Kontakt der Hall-Effektregion verbunden. Jeder elektrische Kontakt ist an einer unterschiedlichen Region der 3-dimensionalen Hülle angeordnet. Die 3-dimensionale Hülle ist eine polyedrische Hülle umfassend ein polyedrisches Volumen. Ein Polyeder kann als ein Festkörper in drei Dimensionen mit flachen polygonalen Flächen, geraden Kanten und scharfen Ecken oder Vertices betrachtet werden. Somit kann die polyedrische Hülle als eine „Haut“ eine Polyeders verstanden werden. Somit ist zumindest ein Abschnitt der 3-dimensionalen Hülle eine ebene Fläche. Bei einigen Ausführungsbeispielen besteht die 3-dimensionale Hülle aus einer ganzzahligen Anzahl von ebenen Flächen. Jede Fläche der polyedrischen Hülle umfasst zumindest drei Kontakte, die an einem unterschiedlichen Vertex der jeweiligen Fläche angeordnet sind.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Dicke der 3-dimensionalen Hülle kleiner als 10%, kleiner als 5% oder sogar kleiner als 1% einer Erstreckung in jeglicher anderen Dimension sein.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die 3-dimensionale Hülle Halbleitermaterial. Die Hall-Effektregion kann in der 3-dimensionalen Hülle z.B. über dotierte Regionen aus Halbleitermaterial zum Beispiel implementiert sein. Im Fall von 2DEG kann die Hall-Effektregion in transistorartigen Strukturen implementiert sein, die aus Halbleitern hergestellt sind. Somit kann bei einigen Ausführungsbeispielen die 3-dimensionale Hülle 2DEG aufweisen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die 3-dimensionale Hülle ein symmetrischer Körper. Zum Beispiel kann die 3-dimensionale Hülle Reflexionssymmetrie, Rotationssymmetrie, Translationssymmetrie, Helixsymmetrie, Skalensymmetrie oder Kombinationen derselben aufweisen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die zumindest drei elektrischen Kontakte nicht innerhalb einer gemeinsamen Ebene auf der 3-dimensionalen Hülle angeordnet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die zumindest drei elektrischen Kontakte symmetrisch auf der 3-dimensionalen Hülle im Hinblick auf eine oder mehrere Symmetrieachsen angeordnet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die 3-dimensionale Hülle Volumen oder Körper unterschiedlicher elektrischer Charakteristika als die 3-dimensionale Hülle umfassen. Zum Beispiel kann ein Inneres der 3-dimensionalen Hülle hohl sein (Hohlraum).
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die polyedrische Hülle eine Hülle von einem aus der folgenden Gruppe: eine Pyramide, ein Pyramidenstumpf, ein invertierter Pyramidenstumpf oder eine invertierte Pyramide.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist ein Paar von benachbarten Flächen (Seitenwänden) der polyedrischen Hülle in ohmschem Kontakt entlang einem gemeinsamen Rand, der das Paar aus benachbarten Flächen verbindet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist jeder der zumindest drei Kontakte an einem unterschiedlichen Vertex der polyedrischen Hülle angeordnet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist jede Fläche der polyedrischen Hülle mit den zugeordneten elektrischen Kontakten als ein entsprechendes planares Hall-Sensorbauelement ausgebildet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Hall-Sensorbauelement ferner optional eine Sensorschaltung aufweisen, die mit den zumindest drei Anschlüssen gekoppelt ist und die ausgebildet ist, um das Hall-Sensorelement in zumindest zwei Betriebsphasen zu betreiben. Die Sensorschaltungsanordnung ist ausgebildet, um eine erste elektrische Ausgangsgröße unter Verwendung eines ersten Paars der zumindest drei Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse in einer ersten Betriebsphase zu erzeugen und um eine zweite elektrische Ausgangsgröße unter Verwendung eines zweiten Paars der zumindest drei Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse in einer zweiten Betriebsphase zu erzeugen. Das Hall-Sensorbauelement kann auch eine Kombinationsschaltung umfassen, die ausgebildet ist, um die erste und die zweite elektrische Ausgangsgröße für eine Versatzkompensation (offset cancellation) oder -reduktion zu kombinieren. Der Fachmann auf dem Gebiet, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, wird erkennen, dass eine elektrische Ausgangsgröße ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung sein kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Kombinationsschaltungsanordnung ausgebildet, um ein Versatz-korrigiertes Ausgangssignal basierend auf einer Summe oder Differenz der ersten und der zweiten elektrischen Ausgangsgröße zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet, um in der ersten Betriebsphase eine elektrische Versorgungsgröße über ein erstes Paar der drei Anschlüsse an die Masse der verbleibenden der drei Anschlüsse anzulegen und um eine erste elektrische Ausgangsgröße an dem ersten Paar der drei Anschlüsse zu messen. In der zweiten Betriebsphase ist die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet, um die elektrische Versorgungsgröße über ein zweites Paar der drei Anschlüsse an die Masse des verbleibenden der drei Anschlüsse anzulegen und um eine zweite elektrische Ausgangsgröße an dem zweiten Paar der drei Anschlüsse zu messen. In einer dritten Betriebsphase ist die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet, um eine elektrische Versorgungsgröße über ein drittes Paar der drei Anschlüsse an die Masse des verbleibenden der drei Anschlüsse anzulegen, um eine dritte elektrische Ausgangsgröße an dem dritten Paar der drei Anschlüsse zu messen. Die Kombinationsschaltung ist ausgebildet, um die erste, die zweite und die dritte elektrische Ausgangsgröße zu kombinieren. Der Fachmann auf dem Gebiet, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, wird erkennen, dass die elektrische Versorgungsgröße ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung sein kann. Gleichermaßen wird der Fachmann auf dem Gebiet, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, erkennen, dass die elektrische Ausgangsgröße ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung sein kann. Die Mehrzahl der Betriebsphasen, die auch mehr als drei Betriebsphasen umfassen kann, führt somit zu einem Spinstrom- oder Spinspannungs-Schema für eine dynamische Versatzkompensation im Hinblick auf das 3-dimensionale Hall-Sensorelement.
Bei einigen Ausführungsbeispielen, die sich auf Spinstromschemata beziehen, kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um in der ersten Betriebsphase einen Versorgungsstrom über einen ersten der drei Anschlüsse zu injizieren, um den Versorgungsstrom über einen zweiten der drei Anschlüsse zu injizieren, um einen dritten der drei Anschlüsse mit Masse zu verbinden, und um eine erste Ausgangsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss ansprechend auf den jeweiligen injizierten Versorgungsstrom zu messen. In der zweiten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um den Versorgungsstrom über den zweiten der drei Anschlüsse zu injizieren, um den Versorgungsstrom über den dritten der drei Anschlüsse zu injizieren, um den ersten der drei Anschlüsse mit Masse zu verbinden, und um eine zweite Ausgangsspannung zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss ansprechend auf den jeweiligen injizierten Versorgungsstrom zu messen. In der dritten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um den Versorgungsstrom über den dritten der drei Anschlüsse zu injizieren, um den Versorgungsstrom über den ersten der drei Anschlüsse zu injizieren, um den zweiten der drei Anschlüsse mit Masse zu verbinden, um eine dritte Ausgangsspannung zwischen dem dritten und dem ersten Anschluss ansprechend auf den jeweiligen injizierten Versorgungsstrom zu messen. Die Kombinationsschaltung kann ausgebildet sein, um die erste, die zweite und die dritte Ausgangsspannung für eine dynamische Versatzkompensation zu kombinieren.
Bei einigen Ausführungsbeispielen, die sich auf Spinspannungsschemata beziehen, kann die Sensorschaltungsanordnung in der ersten Betriebsphase ausgebildet sein, um eine Versorgungsspannung über einen ersten der drei Anschlüsse anzulegen, um die Versorgungsspannung über einen zweiten der drei Anschlüsse anzulegen, um einen dritten der drei Anschlüsse mit Masse zu verbinden, um zumindest eine erste Größe zumessen, die von einem ersten Strom an dem ersten Anschluss und einem zweiten Strom an dem zweiten Anschluss (zum Beispiel eine Stromdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss) abhängig ist. In der zweiten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um die Versorgungsspannung über den zweiten der drei Anschlüsse anzulegen, um die Versorgungsspannung über den dritten der drei Anschlüsse anzulegen, um den ersten der drei Anschlüsse mit Masse zu verbinden, um zumindest eine zweite Größe abhängig von einem dritten Strom an dem zweiten Anschluss und einem vierten Strom an dem dritten Anschluss zu messen (zum Beispiel eine Stromdifferenz zwischen dem zweiten und dritten Anschluss). In der dritten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um die Versorgungsspannung über den dritten der drei Anschlüsse anzulegen, um die Versorgungsspannung über den ersten der drei Anschlüsse anzulegen, um den zweiten der drei Anschlüsse mit Masse zu verbinden, um zumindest eine dritte Größe abhängig von einem fünften Strom an dem dritten Anschluss und einem sechsten Strom an dem ersten Anschluss zu messen (zum Beispiel eine Stromdifferenz zwischen dem dritten und ersten Anschluss). Die Kombinationsschaltung kann ausgebildet sein, um die zumindest drei gemessenen Größen zu kombinieren, zum Beispiel die sechs Ströme oder die drei Stromdifferenzen für eine dynamische Versatzkompensation.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Hall-Sensorbauelement zumindest vier Anschlüsse und die Sensorschaltungsanordnung ist ausgebildet, um in der ersten Betriebsphase eine erste elektrische Versorgungsgröße unter Verwendung eines ersten Paares der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse anzulegen, und um die erste elektrische Ausgangsgröße zwischen einem zweiten Paar der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die erste elektrische Versorgungsgröße zu messen. In der zweiten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine zweite elektrische Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paares der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse anzulegen, und um die zweite elektrische Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die zweite elektrische Versorgungsgröße zu messen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Hall-Sensorelement zumindest acht Kontakte, die jeweils an einem unterschiedlichen Punkt oder Region der 3-dimensionalen Hülle angeordnet sind. Jeder der zumindest vier Anschlüsse kann mit einem unterschiedlichen der zumindest acht Kontakte verbunden sein oder jeder der zumindest vier Anschlüsse kann mit einem unterschiedlichen Paar der zumindest acht Kontakte verbunden sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst jedes Paar aus Kontakten Kontakte, die gegenüberliegenden Flächen (Seitenwänden) der 3-dimensionalen Hülle zugeordnet sind. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Hall-Sensorbauelement ferner optional eine Mehrzahl von Schaltern aufweisen, wobei jeder Schalter ausgebildet ist, um selektiv ein Paar aus Kontakten kurzzuschließen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen, die sich auf Hall-Sensorbauelemente mit zumindest vier Anschlüssen beziehen, ist die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet, um einen elektrischen Strom in einen der Eingangsanschlüsse zu injizieren und um eine Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen zu messen, oder um eine elektrische Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen anzulegen und um einen Kurzschlussstrom zwischen den Ausgangsanschlüssen zu messen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet, um einen Eingangsanschluss mit Masse zu verbinden, während der elektrische Strom in den anderen der Eingangsanschlüsse injiziert wird.
Bei einigen Ausführungsbeispielen, die sich auf Hall-Sensorbauelemente mit zumindest vier Anschlüssen beziehen, ist die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet, um in einer dritten Betriebsphase eine dritte elektrische Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der ersten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten Paars der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse anzulegen, um eine dritte elektrische Ausgangsgröße zwischen dem zweiten Paar der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die dritte elektrische Versorgungsgröße zu messen. In einer vierten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine vierte elektrische Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paars der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse zu erzeugen, um eine vierte elektrische Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die vierte elektrische Versorgungsgröße zu messen. Die Kombinationsschaltungsanordnung kann ausgebildet sein, um das kombinierte Ausgangssignal basierend auf einer Kombination der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten elektrischen Ausgangsgröße zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Kombinationsschaltungsanordnung ausgebildet, um ein Versatz-korrigiertes Ausgangssignal basierend auf einer Differenz zwischen einer ersten Summe der ersten und zweiten elektrischen Ausgangsgröße und einer zweiten Summe der dritten und vierten elektrischen Ausgangsgröße zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen, die sich auf die Hall-Effektregion beziehen, die in polyedrischen Hüllen implementiert ist, ist die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet, um in der ersten Betriebsphase die erste elektrische Versorgungsgröße unter Verwendung eines ersten und eines zweiten von vier Kontakten anzulegen, die an unterschiedlichen Vertices einer ersten Fläche der 3-dimensionalen Hüllenoberfläche angeordnet sind, und um die erste elektrische Ausgangsgröße zwischen einem dritten und einem vierten der vier Kontakte der ersten Fläche ansprechend auf die erste elektrische Versorgungsgröße zu messen. In der zweiten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine zweite elektrische Versorgungsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten der vier Kontakte der ersten Fläche anzulegen, und um eine zweite elektrische Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten der vier Kontakte der ersten Fläche zu messen, ansprechend auf das zweite Eingangssignal. In einer dritten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine dritte elektrische Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der ersten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten und des zweiten der vier Kontakte der erste Fläche anzulegen, um eine dritte elektrische Ausgangsgröße zwischen dem dritten und dem vierten der vier Kontakte der ersten Fläche zu messen, ansprechend auf die dritte elektrische Versorgungsgröße. In einer vierten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine vierte elektrische Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten der vierte Kontakte der ersten Fläche anzulegen, um eine vierte elektrische Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten der vier Kontakte der erste Fläche zu messen, ansprechend auf die vierte elektrische Versorgungsgröße. In einer fünften Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine fünfte elektrische Versorgungsgröße unter Verwendung eines ersten und eines zweiten von vier Kontakten anzulegen, die an unterschiedlichen Vertices einer zweiten Fläche der 3-dimensionalen Hüllenoberfläche gegenüberliegend zu der ersten Fläche angeordnet sind, um eine fünfte elektrische Ausgangsgröße zwischen einem dritten und einem vierten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche ansprechend auf die fünfte elektrische Versorgungsgröße zu messen. In einer sechsten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine sechste elektrische Versorgungsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche anzulegen, und um eine sechste elektrische Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche ansprechend auf die sechste elektrische Versorgungsgröße zu messen. In einer siebten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine siebte elektrische Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der fünften elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten und des zweiten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche anzulegen, und um eine siebte elektrische Ausgangsgröße zwischen dem dritten und dem vierten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche ansprechend auf die siebte elektrische Versorgungsgröße zu messen. In einer achten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine achte elektrische Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der sechsten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche anzulegen, und um eine achte elektrische Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche ansprechend auf die achte elektrische Versorgungsgröße zu messen. Die Kombinationsschaltungsanordnung kann ausgebildet sein, um das kombinierte Ausgangssignal basierend auf einer Kombination der ersten, der zweiten, der dritten, der vierten, der fünften, der sechsten, der siebten, und der achten elektrischen Ausgangsgröße zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Hall-Erfassungsverfahren für eine Hall-Effektregion bereit, die in einer 3-dimensionalen polyedrischen Hülle eines polyedrischen Volumens integriert ist, unter Verwendung von zumindest drei Anschlüssen. Jeder Anschluss ist mit zumindest einem elektrischen Kontakt der Hall-Effektregion verbunden. Jeder elektrische Kontakt ist an einer unterschiedlichen Region der 3-dimensionalen Hülle angeordnet. Jeder Fläche der polyedrischen Hülle weist zuminndest drei Kontakte auf, die an einem unterschiedlichem Vertex der entsprechenden Fläche angeordnet sind. Das Verfahren umfasst das Erzeugen einer ersten elektrischen Ausgangsgröße unter Verwendung eines ersten Paars der zumindest drei Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse während einer ersten Betriebsphase und das Erzeugen einer zweiten elektrischen Ausgangsgröße unter Verwendung eines zweiten Paars der zumindest drei Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse während einer zweiten Betriebsphase. Das Verfahren umfasst ferner das Kombinieren der ersten und der zweiten elektrischen Ausgangsgröße für eine Versatzkompensation.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einigen Ausführungsbeispielen und anderen Beispielen von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen

1a ein Ausführungsbeispiel eines Hall-Sensorbauelements zeigt, umfassend ein 3-dimensionales Hall-Sensorelement mit einer Hall-Effektregion, implementiert in einer 3-dimensionalen, pyramidenartigen Hülle;
1b ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hall-Sensorbauelements zeigt, umfassend ein 3-dimensionales Hall-Sensorelement mit einer Hall-Effektregion, die in einer 3-dimensionalen, abgestumpften pyramidenartigen Hülle implementiert ist;
2a einen abgestumpften, pyramidenartigen Festkörper und eine Stromverteilung darin zeigt;
2b eine abgeschnittene, pyramidenartige Hülle und eine Stromverteilung darin zeigt;
3a ein Ausführungsbeispiel eines Hall-Sensorbauelements zeigt, umfassend ein 3-dimensionales Hall-Sensorelement mit einer Hall-Effektregion, implementiert in einer 3-dimensionalen, abgestumpften pyramidenartigen Hülle und acht Kontakten und eine Spannungsverteilung darin;
3b das Ausführungsbeispiel von 3a zeigt und eine Stromverteilung darin;
4a elektrische Potentiale an unterschiedlichen Kontakten des 3-dimensionalen Hall-Sensorbauelements für ein spezifisches Paar von Versorgungskontakten zeigt;
4b magnetische Empfindlichkeiten an unterschiedlichen Kontakten des 3-dimensionalen Hall-Sensorbauelements für ein spezifisches Paar aus Versorgungskontakten zeigt;
5 eine 2-dimensionale Darstellung der 3-dimensionalen, abgestumpften pyramidenartigen Hülle zeigt;
6 ein Ausführungsbeispiel eines Hall-Sensorbauelements mit vier Anschlüssen und acht Kontakten zeigt, wobei jeder der vier Anschlüsse mit einem unterschiedlichen Paar der acht Kontakte verbunden ist;
7a-d Potentialverteilungen und Stromlinien für unterschiedliche Betriebsphasen darstellen;
8a ein Ausführungsbeispiel einer 3D-Kreisringhülle zeigt;
8b eine 2-dimensionale Darstellung einer Potentialverteilung und Stromlinien für eine Betriebsphase der 3D-Kreisringhülle von 8a darstellt;
9a, b Potentialverteilungen und Stromlinien für weitere mögliche Betriebsphasen darstellen;
10a-f unterschiedliche Beispiele von Hall-Effektregionen zeigen, implementiert in verschiedenen 3-dimensionalen Hüllen, wobei 10d, 10e und 10f nicht erfindungsgemäße Beispiele sind; und
11 ein Flussdiagramm eines Hall-Erfassungsverfahrens gemäß einem Beispiel darstellt.

Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Elemente.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.).
Nach hiesigem Gebrauch sollen die Singularformen „ein, eine“ und „das, der, die“ auch die Pluralformen umfassen, es sei denn im Zusammenhang wird deutlich etwas anderes angegeben. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ bei hiesigem Gebrauch das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Ausführungsbeispielen beziehen sich auf 3-dimensionale Multi-Kontakt-Hall-Sensorbauelemente, implementiert in 3-dimensional geformten Hüllenstrukturen, und auf Betriebsverfahren derselben, die einen Versatzfehler reduzieren oder beseitigen können. Bei Ausführungsbeispielen weisen 3-dimensionale Hall-Sensorbauelemente mehr als drei Kontakte auf und mehrere solche Sensorbauelemente können kombiniert werden. Betriebsmodi können für die 3-dimensionalen Multi-Kontakt-Hall-Sensorbauelemente implementiert werden, die wesentliche Modifikationen von und Verbesserungen gegenüber herkömmlichen Spin-Strom/Spannungs-Prinzipien bieten, was einen reduzierten Restversatz umfasst. Wie vorangehend erwähnt wurde, kann sich ein Versatzfehler auf unterschiedliche Ursachen beziehen, wobei zwei derselben ein Rohversatzfehler und Restversatzfehler sind. Ein Rohversatzfehler kann sich auf einen Versatzfehler beziehen, der in einer bestimmten Betriebsphase vorhanden ist, wohingegen sich ein Restversatzfehler auf einen Versatzfehler beziehen kann, der in einem Gesamt- oder Total-Ausgangssignal vorhanden ist, wie zum Beispiel einem Signal, das eine Kombination jener aus individuellen Betriebsphasen ist. Daher können Rohversatzfehler in mehreren Betriebsphasen kombiniert werden, um entweder einen vergrößerten Restversatzfehler zu erzeugen, was unerwünscht ist, oder um Rohversatzfehler teilweise oder vollständig derart zu löschen bzw. kompensieren, dass der Restversatzfehler reduziert oder beseitigt wird.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf 3-dimensionale Hall-Effektregionen, die keine ebenen Strukturen sind. Durch eine ebene Struktur wird jegliche im Wesentlichen zweidimensionale Geometrie bezeichnet, die auf ein Stück flaches Papier gezeichnet und in einer Richtung vertikal zu dieser Ebene extrudiert werden kann, wie zum Beispiel ein rechteckiger Quader. Die meisten bekannten Hall-Effektregionen sind ebene Strukturen: Die klassische Hall-Platte ist eine ebene Struktur und auch das klassische vertikale Hall-Effektbauelement ist eine ebene Struktur, da beide durch Ziehen ihres Querschnitts und Extrudieren desselben in einer Richtung orthogonal zu dem Querschnitt erhalten werden können. Ein wichtiger Unterschied zwischen ebenen und nicht-ebenen Hall-Effektregionen ist, dass es nur für ebene Hall-Effektregionen möglich ist, ein Magnetfeld in einer spezifischen Richtung anzulegen - nämlich senkrecht zu der Ebene - so dass das Magnetfeld senkrecht zu allen Stromlinien in der Hall-Effektregion in zumindest einer Betriebsphase ist. In den nicht-ebenen Hall-Effektregionen, die hierin offenbart sind, ist der Winkel zwischen der Stromdichte und einem homogenen Magnetfeld in einer beliebigen Richtung nicht in der gesamten Hall-Effektregion konstant.
1a stellt ein Beispiel eines Hall-Sensorbauelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
Das Hall-Sensorbauelement 100 umfasst ein 3-dimensionales Hall-Sensorelement 102 mit einer 3-dimensionalen Hall-Effektregion 104, implementiert in einer 3-dimensionalen Hüllenstruktur 106, die keine ebene Struktur ist, die unter die obige Definition fällt. Das Hall-Sensorbauelement 100 umfasst zumindest drei Anschlüsse 108. Die 3-dimensionale Hülle 106 kann als ein 3-dimensionaler Festkörper betrachtet werden, dessen Dicke sehr klein im Vergleich zu den anderen Abmessungen ist. Anders ausgedrückt ist die 3-dimensionale Hüllenstruktur 106 nur eine dünne Hülse oder ein Film und kein vollständig fester Körper. Sie kann jedoch einen solchen festen Körper bei einigen Ausführungsbeispielen abdecken. Dieser feste Körper oder dieses Volumen, das durch die 3-dimensionale Hülle 106 eingeschlossen ist, kann eine unterschiedliche elektrische Charakteristik aufweisen als die 3-dimensionale Hülle 106 selbst. Somit kann die 3-dimensionale Hülle 106 eine Region einschließen, die entweder elektrisch isolierend ist oder die elektrisch leitend ist, aber in letzterem Fall ist sie entweder elektrisch gegen Hauptabschnitte der 3-dimensionalen Hüllenoberfläche isoliert oder es fließt kein Strom darin.
Jeder Anschluss 108 ist mit zumindest einem elektrischen Kontakt 110 der 3-dimensionalen Hall-Effektregion 104 verbunden. Jeder elektrische Kontakt 110 ist an einer unterschiedlichen Region der 3-dimensionalen Hüllenstruktur 106 angeordnet. Bei dem dargestellten Beispiel ist jeder der zumindest drei Kontakte 110 an einem unterschiedlichen Vertex der 3-dimensionalen Hüllenstruktur 106 angeordnet. Somit kann die Gesamtheit der Kontakte 110 in unterschiedlichen Ebenen (nicht koplanar) angeordnet sein, während ein Teilsatz der Kontakte 110 entweder in einer gemeinsamen Ebene (koplanar) oder in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein kann. Vorzugsweise sind die zumindest drei elektrischen Kontakte 110 symmetrisch auf oder um die 3-dimensionale Hülle 106 im Hinblick auf eine oder mehrere Symmetrieachsen 112 angeordnet. In diesem Fall können bessere Versatzkompensationsergebnisse erreicht werden, wie nachfolgend offensichtlich wird.
Bei dem dargestellten Beispiel ist die Hüllenstruktur 106 eine Pyramidenhülle. Die Seitenwände/Flächen der Pyramidenhülle 106 können bei einigen Ausführungsbeispielen gleichseitige Dreiecke oder gleichschenkelige Dreiecke sein. Andere dreidimensionale Hüllenstrukturen wären jedoch ebenfalls möglich. Andere Beispiele der 3-dimensionalen Hüllenstruktur 106 sind halbkugelförmige Hüllen oder Teile davon (Kugelkalottenhülle), zylindrische Hüllen, konische Hüllen, abgestumpfte Pyramidenhüllen, Hüllen von Parallelepipeden und Würfelhüllen - um nur einige Beispiele zu nennen. Somit kann in einem allgemeineren Sinn die 3-dimensionale Hülle 106 nicht erfindungegemäß eine gekrümmte odererfindungemäß eine polyedrische Hülle sein, die ein entsprechendes Volumen teilweise oder vollständig beschichtet, wie zum Beispiel ein polyedrisches Volumen oder einen Polyeder. Somit können zumindest einige Seitenwände/Flächen der Hüllenstruktur 106 nicht erfindungemäß gekrümmt oder anderweitig geneigt sein. Die Hüllen können geschlossen (dann umgeben sie ein Innenvolumen, diese Hüllen sind Umhüllungen) oder offen sein. In dem letzteren Fall würde eine Basisplatte der Pyramidenhülle 106 von 1a fehlen. Anders ausgedrückt wäre der Boden der Pyramidenhülle 106 offen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die 3-dimensionale Hülle ein Halbleitermaterial aufweisen. Zum Beispiel können Hall-Effektbauelemente gemäß der vorliegenden Offenbarung auf der Oberfläche einer Pyramide oder abgestumpften Pyramide hergestellt werden, die entweder auf (100)-Silizium (= Pyramide) gewachsen oder in (100)-Silizium (invertierte Pyramide) geätzt werden kann. Bei einem Beispiel kann ein III-V Heteroübergang auf diese Siliziumpyramide (Außenoberfläche) oder invertierte Pyramide (Innenoberfläche) gewachsen werden, die als eine sehr dünne (2DEG = zwei-dimensionales Elektronengas) Hall-Effektregion 104 wirken kann. Dadurch bezeichnet ein Heteroübergang die Schnittstelle, die zwischen zwei Schichten oder Regionen von ungleichen kristallinen Halbleitern auftritt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Hall-Effektregion 104 die gesamte Oberfläche der 3-dimensionalen Hüllenstruktur 106 abdecken, so wie zum Beispiel eine invertierte Pyramide oder eine Pyramide.
Daher wird es eine Hülle genannt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Hall-Effektregion 104 die (abgestumpfte) Pyramide aus 1a wie ein Tischtuch abdeckt, sie muss jedoch nicht die Basisoberfläche der Pyramide abdecken. Auf ähnliche Weise, wenn eine invertierte abgestumpfte Pyramide vorliegt, kann die Hall-Effektregion 104 die geneigten Seitenwände und kleine Bodenoberfläche abdecken, aber nicht die große Basisoberfläche. Die Kontakte 110 können in einigen oder allen Ecken/Vertices der (invertierten) Pyramidenhülle hergestellt werden. Da es möglicherweise nicht möglich ist, alle Flächen der 3-dimensionalen Hüllenstruktur 106 voneinander zu isolieren, muss möglicherweise akzeptiert werden, dass ein Strom nicht nur auf einer einzelnen Fläche der 3-dimensionalen Hüllenstruktur 106 fließt, sondern auf andere Flächen überkreuzt. Somit kann ein Paar aus benachbarten Flächen der 3-dimensionalen Hülle 106 in ohmschem Kontakt entlang eines gemeinsamen Randes 114 sein, der das Paar aus benachbarten Flächen verbindet. Daher kann ein Strom vorbei an einem Erfassungskontakt 110 auf beiden Seiten fließen. Dies kann jedoch die Magnetempfindlichkeit leicht reduzieren.
Die 3-dimensionale Hüllenstruktur 106 aus 1a hat einen spezifischen Öffnungswinkel. Bei dem Beispiel von 1a können die Seitenwände der Pyramide (111)-Siliziumoberflächen sein, wohingegen ihre Bodenoberfläche eine (100)-Siliziumoberfläche sein kann. Somit kann der Winkel zwischen beiden Oberflächennormalen gleich arcos(1/sqrt(3) = 54.74° bei diesem Beispiel sein. Der Fachmann, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, wird erkennen, dass andere Geometrien ebenfalls möglich sind.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf Operationsmodi beispielhafter 3-dimensionaler Hall-Hüllen-Strukturen mit zumindest drei elektrischen Kontakten. Sie zeigt, an welchen Kontakten 110 elektrische Versorgungsgrößen (Strom oder Spannung) geliefert und extrahiert werden können und an welchen Kontakten ein Hall- oder Ausgangs-Signal gemessen werden kann und wie verschiedene Hall-Signale kombiniert werden können, um einen Versatz zu kompensieren (= Spin-Strom/Spannung-Schema). Es ist ein Aspekt dieser Offenbarung, Betriebsmodi mit großer Magnetempfindlichkeit für spezifische Magnetfeldkomponenten in dem 3D-Raum zu offenbaren. Es ist ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung, zu zeigen, wie elektrische Ausgangsgrößen unterschiedlicher Betriebsmodi auf vorteilhafte Weise kombiniert werden können, um Versatzfehler zu kompensieren und weiterhin eine große Magnetempfindlichkeit zu bewahren.
Es hat sich herausgestellt, dass die Magnetempfindlichkeit von 3-dimensionalen Hüllen größer ist als die von 3-dimensionalen Festkörpern. Bezugnehmend auf 2a, b wird die Magnetempfindlichkeit mit Bx-Feldern einer abgestumpften Festkörperpyramide (2a) und einer offenen Hülle einer abgestumpften Pyramide (2b) verglichen. Letztere soll offen sein, da die große Basisoberfläche fehlt. Bei beiden Beispielen hat die (quadratische) Basis b eine Länge von 135,5µm und die obere Oberfläche hat eine Länge von t = 22,4µm und die Struktur hat eine Höhe von h = 80µm. In dem Fall der Hülle (2b) wurde einfach die Original-Pyramide (2a) kopiert, 2µm abwärts verschoben (in negativer z-Richtung) und von der Original-Pyramide subtrahiert. In beiden Fällen wurde elektrischer Strom in einen Punkt/Vertex 202 einer Seitenwand oder Fläche injiziert, während der gegenüberliegende Punkt/Vertex 204 derselben Seitenwand mit Masse verbunden wurde und die Spannung an den anderen zwei Vertices 206, 208 dieser Seitenwand abgegriffen wurde. Die oberen Abschnitte von 2a, b zeigen die Geometrien von Festkörper und offenen Hüllenkörpern, während die unteren Abschnitte von 2a, b die entsprechende Stromlinie zeigen.
Es wurden Beispielparameter für niedrig-dotiertes Silizium verwendet: 188,54 S/m Leitfähigkeit, 0,1177/T Mobilität. Die Versorgungsspannung bezogen auf die magnetische Empfindlichkeit in dem Festkörperfall (2a) war 0,75 mV/V/T, wohingegen sie in dem Hüllenfall (2b) 3,3 mV/V/T war. Der Versorgungsstrom bezogen auf die magnetische Empfindlichkeit in dem Festkörperfall (2a) war 14,8 V/A/T, wohingegen er 164,6 V/A/T in dem Hüllenfall war (2b). Somit hat die Hülle eine wesentlich größere Spannung und Strom bezogen auf die Magnetempfindlichkeit. Deswegen wird diese bevorzugt. Ferner liegt ein zusätzlicher Parameter der Hüllendicke vor, der zur Optimierung verwendet werden kann. Besonders in dem Fall von 2DEG kann die Hüllendicke eher klein gemacht werden, um einen hohen Strom bezogen auf die magnetischen Empfindlichkeiten zu erreichen.
Zurück zu 1a wird der Fachmann, der einen Vorteil aus der vorliegenden Offenbarung zieht, erkennen, dass die Kontakte 110 oder Anschlüsse 108 mit einer elektrischen Steuerungsschaltungsanordnung (nicht gezeigt) gekoppelt sein können, die auch nachfolgend als Sensorschaltungsanordnung bezeichnet wird. Die Sensorschaltungsanordnung kann ausgebildet sein, um das Hall-Sensorelement 102 in einer Mehrzahl von Betriebsphasen zur Versatzkompensation zu betreiben. In einer ersten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine erste elektrische Ausgangsgröße (Spannung oder Strom) unter Verwendung eines ersten Paars der zumindest drei Anschlüsse 108-1 bis 108-x als Versorgungsanschlüsse zu erzeugen. In einer zweiten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine zweite elektrische Ausgangsgröße unter Verwendung eines zweiten Paars der zumindest drei Anschlüsse 108-1 bis 108-x als Versorgungsanschlüsse in einer zweiten Betriebsphase zu erzeugen. Die erste und die zweite elektrische Ausgangsgröße können dann in eine kombinierte Ausgangsgröße oder ein Ausgangssignal kombiniert werden. Letzteres kann zum Beispiel mit Hilfe einer dedizierten Kombinationsschaltung (nicht gezeigt) ausgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass es verschiedene mögliche analoge und/oder digitale Implementierungen für die Sensor- und/oder Kombinations-Schaltungsanordnung gibt, die hierin der Kürze halber nicht erörtert werden.
Unter Berücksichtigung der symmetrischen Pyramidenhülle 101 aus 1a können zum Beispiel drei Betriebsphasen pro Seitenwand oder Fläche der Pyramidenhülle verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass jede Fläche der Pyramidenhülle 106 mit den entsprechenden zugeordneten elektrischen Kontakten als ein entsprechendes planares Hall-Sensorelement ausgebildet ist. Somit gibt es bei dem Beispiel von 1a zumindest drei geneigte planare Hall-Sensorelemente (entsprechend den zumindest drei geneigten Seitenwänden), die in Ohmschem Kontakt miteinander sind. In einer ersten Betriebsphase kann eine elektrische Versorgungsgröße über ein erstes Paar (zum Beispiel 108-1 und 108-2) der drei Anschlüsse angelegt werden, während der verbleibende eine der drei Anschlüsse (zum Beispiel 108-3) mit Masse verbunden ist. Eine erste elektrische Ausgangsgröße (Spannung oder Strom) kann an dem ersten Paar (zum Beispiel 108-1 und 108-2) der drei Anschlüsse gemessen werden. In einer zweiten Betriebsphase kann die elektrische Versorgungsgröße über ein zweites Paar (zum Beispiel 108-2 und 108-3) der drei Anschlüsse angelegt werden, während der verbleibende eine der drei Anschlüsse (zum Beispiel 108-1) mit Masse verbunden ist. Eine zweite elektrische Ausgangsgröße wird an dem zweiten Paar (zum Beispiel 108-2 und 108-3) der drei Anschlüsse gemessen. In einer dritten Betriebsphase kann die elektrische Versorgungsgröße über ein drittes Paar (zum Beispiel 108-1 und 108-3) der drei Anschlüsse angelegt werden, während der verbleibende eine der drei Anschlüsse (zum Beispiel 108-2) mit Masse verbunden ist. Eine dritte elektrische Ausgangsgröße kann an dem dritten Paar (zum Beispiel 108-1 und 108-3) der drei Anschlüsse gemessen werden. Dann können die erste, die zweite und die dritte elektrische Ausgangsgröße für eine Versatzkompensation oder Reduktion kombiniert werden.
Ein Beispiel eine Spin-Stromschemas für das Hall-Sensorbauelement 100 könnte so aussgehen:

1. Betriebsphase:
- - Injizieren eines Versorgungsstroms über einen ersten der drei Anschlüsse, zum Beispiel 108-1,
- - Injizieren des (selben) Versorgungsstroms über einem zweiten der drei Anschlüsse, zum Beispiel 108-2,
- - Verbinden eines dritten der drei Anschlüsse mit Masse, zum Beispiel 108-3,
- - Messen einer ersten Ausgangsspannung V12 zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss, zum Beispiel 108-1 und 108-2, ansprechend auf die jeweiligen injizierten Versorgungsströme.
2. Betriebsphase:
- - Injizieren des Versorgungsstroms über den zweiten der drei Anschlüsse, zum Beispiel 108-2,
- - Injizieren des Versorgungsstroms über dem dritten der drei Anschlüsse, zum Beispiel 108-3,
- - Verbinden des ersten der drei Anschlüsse mit Masse, zum Beispiel 108-1,
- - Messen einer zweiten Ausgangsspannung V23 zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss ansprechend auf die entsprechenden injizierten Versorgungsströme.
3. Operationsphase:
- - Injizieren des Versorgungsstroms über den dritten der drei Anschlüsse, zum Beispiel 108-3,
- - Injizieren des Versorgungsstroms über den ersten der drei Anschlüsse, zum Beispiel 108-1,
- - Verbinden des zweiten der drei Anschlüsse mit Masse, zum Beispiel 108-2,
- - Messen einer dritten Ausgangsspannung V31 zwischen dem dritten und dem ersten Anschluss ansprechend auf die entsprechenden injizierten Versorgungsströme.

Dann können die erste, die zweite und die dritte Ausgangsspannung zum Beispiel durch Addition mit dem korrekten Vorzeichen kombiniert werden.
Ein Beispiel eines alternativen Spin-Spannungsschemas für das Hall-Sensorbauelement 100 könnte so aussehen:

1. Betriebsphase:
- - Anlegen einer Versorgungsspannung über einen ersten der drei Anschlüsse, z.B. 108-1,
- - Anlegen der (selben) Versorgungsspannung über einen zweiten der drei Anschlüsse, z.B. 108-2,
- - Verbinden eines dritten der drei Anschlüsse mit Masse, z.B. 108-3,
- - Messen eines ersten Stroms an dem ersten Anschluss, z.B. 108-1,
- - Messen eines zweiten Stroms an dem zweiten Anschluss, z.B. 108-2.
2. Betriebsphase:
- - Anlegen der Versorgungsspannung über den zweiten der drei Anschlüsse, z.B. 108-2,
- - Anlegen der Versorgungsspannung über den dritten der drei Anschlüsse, z.B. 108-3,
- - Verbinden des ersten der drei Anschlüsse mit Masse, z.B. 108-1,
- - Messen eines dritten Stroms an dem zweiten Anschluss,
- - Messen eines vierten Stroms an dem dritten Anschluss.
3. Betriebsphase:
- - Anlegen der Versorgungsspannung über den dritten der drei Anschlüsse, z.B. 108-3,
- - Anlegen der Versorgungsspannung über den ersten der drei Anschlüsse, z.B. 108-1,
- - Verbinden des zweiten der drei Anschlüsse mit Masse, z.B. 108-2,
- - Messen eines fünften Stroms an dem dritten Anschluss,
- - Messen eines sechsten Stroms an dem ersten Anschluss.

Dann können die sechs Ströme (oder die drei resultierenden Stromdifferenzen) für eine Versatz-Reduktion/-Kompensation kombiniert werden. Anstatt Ströme an zwei Anschlüssen separat zu messen, können in jeder Betriebsphase die Schaltungen auch beide Anschlüsse mit einer Ampere-Messschaltung kurzschließen und die Differenz der Ströme in beiden Anschlüssen messen und schließlich die drei Stromdifferenzen der drei Betriebsphasen kombinieren. Ähnlich zu dem Spin-Stromschema können die drei Betriebsphasen pro Fläche oder Seitenwand der 3-dimensionalen Hülle 106 ferner mit Betriebsphasen von zumindest einer weiteren Fläche/Seitenwand der 3-dimensionalen Hülle 106 kombiniert werden.
Die drei Betriebsphasen pro Fläche oder Seitenwand der 3-dimensionalen Hülle 106 können weiter mit Betriebsphasen kombiniert werden, die sich auf zumindest eine weitere Fläche/Seitenwand der 3-dimensionalen Hülle 106 beziehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass das obige Prinzip auch auf 3-dimensionale Hüllenstrukturen 106 in der Form einer offenen abgestumpften Pyramidenhülle angewendet werden können, siehe 1b. Die abgestumpfte Pyramidenhülle 106 aus 1b umfasst acht Kontaktregionen 110-1 bis 110-8. Während vier Kontakte 110-1 bis 110-4 um die Basis der abgestumpften Pyramidenhülle 106 angeordnet sind, sind die anderen vier Kontakte 110-5 bis 110-8 um die obere horizontale Fläche der abgestumpften Pyramidenhülle 106 angeordnet. Die letzteren Kontakte werden kurzgeschlossen und mit einem gemeinsamen Anschluss 108-3 verbunden, während jeder der unteren Kontakte 110-1 bis 110-4 einem entsprechenden eigenen Anschluss 108-1 bis 108-4 zugeordnet sein kann. Auf diese Weise erhalten wir einen Aufbau vergleichbar zu 1a.
3a stellt ein weiteres Beispiel eines Hall-Sensorbauelements 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
Das Hall-Sensorbauelement 300 umfasst ein 3-dimensionales Hall-Sensorelement 302 mit einer 3-dimensionalen Hall-Effektregion 304, die in einer 3-dimensionalen Hüllenstruktur 306 in der Form einer offenen abgestumpften Pyramidenhülle implementiert ist. Das Hall-Sensorbauelement 300 umfasst acht elektrische Kontakte 310-1 bis 310-8, wobei jeder an einem unterschiedlichen Vertex der abgestumpften Pyramidenhülle 306 angeordnet ist. Die Kontakte 310-1 bis 310-4 (C1 - C4) sind Vertices der Basis der abgestumpften Pyramidenhülle 306 zugeordnet, während Kontakte 310-5 bis 310-6 (C5 - C8) Vertices der oberen Fläche (Apex) der abgestumpften Pyramidenhülle 306 zugeordnet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass Basis und Oberfläche bei dem dargestellten Beispiel von quadratischer Form sind. Diese Symmetrie kann vorteilhaft für eine Versatzreduktion sein.
Das 3-dimensionalen Hall-Sensorbauelement 300 kann nun für ein Spin-Schema oder eine dynamische Versatzkompensation angepasst werden. Eine Sensorschaltungsanordnung, die mit den Kontakten 310 gekoppelt ist, kann ausgebildet sein, um das Hall-Sensorbauelement 300 in mehreren Betriebsphasen zu betreiben. In einer ersten Betriebsphase kann eine erste elektrische Versorgungsgröße (Strom oder Spannung) über ein erstes Paar aus vier Kontakten 310 einer Fläche der abgestumpften Pyramidenhülle 306 angelegt werden. Eine erste elektrische Ausgangsgröße (Spannung oder Strom) kann zwischen einem zweiten Paar der vier Kontakte gemessen werden, die die Fläche definieren, ansprechend auf die erste elektrische Versorgungsgröße. In einer zweiten Betriebsphase kann eine zweite elektrische Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paares der vier Kontakte angelegt werden. Eine zweite elektrische Ausgangsgröße kann zwischen dem ersten Paar der vier Anschlüsse gemessen werden, ansprechend auf die zweite elektrische Versorgungsgröße. In beiden Betriebsphasen können die entsprechenden elektrischen Versorgungsgrößen identisch sein.
Gemäß einem darstellenden Beispiel könnten Kontakte C3 und C6 als das erste Paar der vier Kontakte verwendet werden, während die Kontakte C2 und C7 als das zweite Paar der vier Kontakte verwendet werden könnten, was zu dem nachfolgenden Spin-Strom-Schema führen kann:

Erste Betriebsphase:
- - Verwende C3 und C6 als Eingangs- und Ausgangs-Kontakte, z.B. Injizieren eines konstanten Stroms von 316µA in C6, verbinden von C3 mit Masse,
- - Abgreifen der Ausgangsspannung zwischen C2 und C7.

Der untere Abschnitt von 3b stellt eine Verteilung eines elektrischen Stroms auf der abgestumpften Pyramidenhülle 306 dar, falls ein konstanter Strom von 316µA in den Kontakt C3 310-3 injiziert wird, während der Kontakt C6 310-6 mit Masse verbunden ist. Auf ähnliche Weise stellt der untere Abschnitt von 3a eine Verteilung eines elektrischen Potentials auf der abgestumpften Pyramidenhülle 306 dar, falls eine konstante Spannung von 1V an den Kontakt C3 310-3 angelegt ist, während der Kontakt C6 310-6 während einer ersten Betriebsphase mit Masse verbunden ist. Beide Kontakte C3 und C6 gehören zu derselben Fläche der abgestumpften Pyramidenhülle 306, jedoch zu unterschiedlichen Rändern. Während die Kontakte C3 und C7 den Rand 314-2 definieren, der die geneigte Fläche, definiert durch C2, C3, C6, und C7 und die geneigte Fläche, definiert durch C3, C4, C7, und C8 verbindet, definierten Kontakte C6 und C7 den horizontalen Rand 314-5, der die geneigte Seitenfläche definiert durch C2, C3, C6 und C7 und die horizontale obere Fläche definiert durch C5, C6, C7, und C8 verbindet. Bei schwindender Magnetflussdichte (das heißt Null-Magnetfeld) ist das elektrische Potential an den acht Kontakten in 4a gezeigt.
Leider gibt es keine zwei Kontakte 310 bei gleichem elektrischem Potential. Deshalb, wenn die Spannungen zwischen zwei Kontakten abgegriffen werden, leidet dieses Signal unter einem großen Rohversatz. Zum Beispiel ist die Spannung zwischen C2 und C7 0,41V-0,26V = 0,15V, was riesig ist: 15% der Versorgungsspannung. Es ist jedoch deutlich, dass man die Kontakte C1...C4 und C5...C8 neu dimensionieren kann und das Verhältnis von Basislänge der abgestumpften Pyramidenhülle 306 gegenüber Höhe der abgestumpften Pyramidenhülle 306, um diesen Versatz klein zu machen. Aufgrund der großen Anzahl von Parametern, die beteiligt sind, sollte es mehrere Lösungen geben, die das Kriterium der schwindenden Versatzspannung erfüllen. 4b zeigt eine Zusammenfassung von Magnetempfindlichkeiten für alle drei Magnetfeldkomponenten Bx, By, Bz für die erste Betriebsphase. Dadurch sind die auf Versorgungsspannung bezogenen Magnetempfindlichkeiten Sux @ Cn = dV(Cn)/dBx/V(C3), Suy @ Cn = dV(Cn)/dBy/V(C3), Suz @ Cn = dV(Cn)/dBz/V(C3), für n = 1,2,4,5,6,7,8. Ein wichtiger Punkt ist, dass die Spannung an jedem Kontakt (mit Ausnahme der zwei Versorgungskontakte C3 und C6) von allen drei Magnetfeldkomponenten abhängt. Daher, wenn eine Schaltung die Potentiale von verschiedenen Kontakten in verschiedenen Betriebsphasen kombiniert, muss sie den Gesamtversatzfehler minimieren und muss gleichzeitig die Magnetempfindlichkeiten im Hinblick auf eine bestimmte Magnetfeldrichtung maximieren.
Zweite Betriebsphase:

- Vertauschen von Eingangs- und Ausgangs-Kontakt, z.B. Injizieren von 316µA in C7, Verbinden von C2 mit Masse,
- Abgreifen der Ausgangsspannung zwischen C3 und C6.

Ein Spin-Strom-Schema gemäß einem Beispiel umfasst eine erste und zweite Betriebsphase und kombiniert die Ausgangspotentiale gemäß $Vtotal = V (C 2) - V (C7) + V (C3) - V (C6),$
wobei V(C2) und V(C7) in der ersten Betriebsphase abgegriffen werden und V(C3) und V(C6) in der zweiten Betriebsphase abgegriffen werden. Somit können die erste und zweite elektrische Ausgangsgröße zu einer Versatz-korrigierten Ausgangsgröße kombiniert werden. Zu diesem Zweck kann das Hall-Sensorbauelement 300 eine Kombinations-Schaltung oder einen -Prozessor mit digitalen und/oder analogen Schaltungskomponenten aufweisen, die zum Ausführen von Additionen und/oder Subtraktionen angepasst sind. Dieses Schema kann Versatzfehler kompensieren und die Gesamtspannung Vtotal kann nur einen sehr kleinen Versatzfehler haben und trotzdem eine große Magnetempfindlichkeiten im Hinblick auf Bx und Bz.
Gemäß dem oben erklärten, beispielhaften Spin-Strom-Schema kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um einen elektrischen Strom in einen der Eingangsanschlüsse zu injizieren und um eine Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen zu messen. Ferner kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um einen Eingangsanschluss mit Masse zu verbinden, während der elektrische Strom in den anderen der Eingangsanschlüsse injiziert wird.
Das Umkehren der Strompolarität in der ersten und zweiten Betriebsphase kann eine weitere optionale dritte und vierte Betriebsphase ergeben. Somit kann die Sensorschaltungsanordnung, die die Kontakte 310 steuert, ferner ausgebildet sein, um in einer dritten Betriebsphase eine dritte elektrische Versorgungsgröße (Strom oder Spannung) von umgekehrter Polarität zu der ersten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten Paars C3, C6 der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse anzulegen, um eine dritte elektrische Ausgangsgröße (Spannung oder Strom) zwischen dem zweiten Paar C2, C7 der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die dritte elektrische Versorgungsgröße zu messen. In einer vierten Betriebsphase kann die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet sein, um eine vierte elektrische Versorgungsgröße von umgekehrter Polarität zu der zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paars C2, C7 der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse zu erzeugen, um eine vierte elektrische Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar C3, C6 der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die vierte elektrische Versorgungsgröße zu messen.
Wenn wir die Potentiale, die in der 3^ten und 4^ten Phase abgegriffen werden, durch eine Primzahl anzeigen, kann die Gesamtspannung eines verbesserten Spins gemäß einem Beispielstromschema wie folgt ausgedrückt werden: $Vtotal = V (C 2) - V (C7) + V (C3) - V (C6) - V (C 2') + V (C7') - V (C3') + V (C6') .$
Somit kann die Kombinationsschaltungsanordnung des Hall-Sensorbauelements 300 ausgebildet sein, um das kombinierte Ausgangssignal Vtotal basierend auf einer Kombination der ersten (V(C2) - V(C7)), der zweiten (V(C3) - V(C6)), der dritten (V(C2') - V(C7')), und der vierten (V(C3') - V(C6')) elektrischen Ausgangsgröße zu erzeugen.
Somit kann in einer ersten Betriebsphase ein konstanter Versorgungsstrom unter Verwendung eines ersten Paares C3, C6 der vier Kontakte injiziert werden, die eine Fläche der abgestumpften Pyramidenhülle 306 definieren. Genauer gesagt kann der Strom in C3 injiziert werden, während C6 mit Masse verbunden ist. Eine erste Ausgangsspannung V(C2) - V(C7) kann zwischen einem zweiten Paar C2, C7 der vier Kontakte ansprechend auf den Versorgungsstrom gemessen werden. In einer zweiten Betriebsphase kann der konstante Versorgungsstrom unter Verwendung des zweiten Paars C2, C7 der vier Kontakte angelegt werden. Genauer gesagt kann der Versorgungsstrom in C7 injiziert werden, während C2 mit Masse verbunden ist. Eine zweite Ausgangsspannung V(C3) - V(C6) kann zwischen dem ersten Paar C3, C6 der vier Kontakte ansprechend auf den Versorgungsstrom gemessen werden. In einer dritten Betriebsphase wird der konstante Versorgungsstrom umgekehrter Polarität unter Verwendung des ersten Paars C3, C6 der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse angelegt. Genauer gesagt kann der Strom in C6 injiziert werden, während C3 mit Masse verbunden ist. Eine dritte Ausgangsspannung V(C2') - V(C7') kann zwischen dem zweiten Paar C2, C7 der vier Anschlüsse gemessen werden. In einer vierten Betriebsphase wird der konstante Versorgungsstrom mit umgekehrter Polarität unter Verwendung des zweiten Paars C2, C7 der vier Kontakte als Eingangskontakte angelegt. Genauer gesagt kann der Strom in C2 injiziert werden, während C7 mit Masse verbunden ist. Eine vierte Ausgangsspannung V(C3') - V(C6') kann zwischen dem ersten Paar C3, C6 der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf den Versorgungsstrom mit umgekehrter Polarität gemessen werden.
Eine andere Modifikation von Betriebsmodi wäre es, keinen konstanten Strom in allen Phasen eines Spin-Strom-Schemas zu injizieren, sondern eine konstante Spannung an die Versorgungskontakte 310 in allen Phasen eines Spin-Spannungs-Schemas anzulegen und keine Spannung zwischen den Ausgangskontakten in allen Phasen eines Spin-Strommodus abzugreifen, sondern den Kurzschlussstrom zwischen den Ausgangskontakten in allen Phasen eines Spin-Spannungsmodus zu messen und die Kurzschlussströme zu kombinieren. Hier wird eine elektrische Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen angelegt und ein Kurzschlussstrom wird zwischen den Ausgangsanschlüssen gemessen. Dies kann führen zu: $Itotal = I27 + I36 - I27' - I36',$
wobei I27 der Strom ist, der von Kontakt C2 zu Kontakt C7 fließt, wenn sie in der 1^ten Phase kurzgeschlossen werden, I36 der Strom ist, der von C3 zu C6 fließt, wenn sie in der 2^ten Phase kurzgeschlossen werden, I27' der Strom von C2 zu C7 ist, wenn sie in der 3^ten Phase kurzgeschlossen werden, und C36' der Strom von C3 zu C6 ist, wenn sie in der 4^ten Phase kurzgeschlossen werden.
Somit kann in einer ersten Betriebsphase eine konstante Versorgungsspannung (zum Beispiel 1V) über ein erstes Paar C3, C6 der vier Kontakte angelegt werden, die eine Fläche der abgestumpften Pyramidenhülle 306 definieren. Genauer gesagt kann ein Versorgungspotential von zum Beispiel 1V an C3 angelegt werden, während C6 mit Masse verbunden ist. Ein erster Kurzschlussstrom I27 kann zwischen einem kurzgeschlossenen zweiten Paar C2, C7 der vier Kontakte ansprechend auf die Versorgungsspannung gemessen werden. In einer zweiten Betriebsphase kann die konstante Versorgungsspannung unter Verwendung des zweiten Paars C2, C7 der vier Kontakte angelegt werden. Genau gesagt kann das Versorgungspotential von zum Beispiel 1V an C7 angelegt werden, während C2 mit Masse verbunden ist. Ein zweiter Kurzschlussstrom I36 kann zwischen dem ersten Paar C3, C6 der vier Kontakte ansprechend auf die Versorgungsspannung zwischen C2 und C7 gemessen werden. In einer dritten Betriebsphase wird die konstante Versorgungsspannung umgekehrter Polarität (zum Beispiel - 1V) unter Verwendung des ersten Paars C3, C6 der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse angelegt. Genauer gesagt kann ein Versorgungspotential von zum Beispiel 1V an C6 angelegt werden, während C3 mit Masse verbunden ist. Ein dritter Kurzschlussstrom I27' kann zwischen dem kurzgeschlossenen zweiten Paar C2, C7 der vier Anschlüsse gemessen werden. In einer vierten Betriebsphase wird die konstante Versorgungsspannung umgekehrter Polarität unter Verwendung des zweiten Paars C2, C7 der vier Kontakte als Eingangskontakte angelegt. Ein vierter Kurzschlussstrom I36' kann zwischen dem ersten Paar C3, C6 der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die Versorgungsspannung umgekehrter Polarität gemessen werden.
Vorangehend wurden die Betriebsmodi und das Spin-Stromschema erklärt, angelegt an die vier Kontakte C2, C3, C6, C7 an den Vertices einer einzelnen Seitenwand. Die Fläche mit den Vertices an C2, C3, C6, C7 ist parallel zu der y-Achse und daher hängt das Signal jegliches Spin-Schemas, das an diese Kontakte angelegt ist, von Bx und Bz ab, aber nicht von By. Spin-Schemata können an jegliche Fläche der Hüllenstruktur 306 angelegt werden und sogar in einem allgemeineren Sinn können wir jegliche Gruppe aus vier Kontakten der gesamten Hüllenstruktur 306 nehmen und dieses Schema auf sie anwenden. Dann ist das Signal idealerweise versatzfrei und empfindlich für eine gewisse Magnetfeldkomponente Bx, By, Bz oder eine Mischung daraus, abhängig von der Kombination aus verwendeten Kontakten.
Zum Beispiel können Signale kombiniert werden, die aus Betriebsmodi an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der Pyramidenhülle 306 erhalten werden, um eine Bz-Abhängigkeit des Ausgangssignals aufzuheben. Zum Beispiel wird die linke Seitenwand als eine herkömmliche Hall-Platte in einem kompletten Spin-Zyklus verwendet und dann wird die rechte Seitenwand auf ähnliche Weise verwendet; abschließend werden alle acht Signale kombiniert, um Bz los zu werden.
Detailliert:

Phase p1: Injizieren von Strom I0 in C1, Verbinden von C6 mit Masse, Potential abtasten bei C2(-) und C5(+)
Phase p2: Injizieren von Strom I0 in C2, Verbinden von C5 mit Masse, Potential abtasten bei C1(+) und C6(-)
Phase p3: Injizieren von Strom I0 in C6, Verbinden von C1 mit Masse, Potential abtasten bei C2(+) und C5(-)
Phase p4: Injizieren von Strom I0 in C5, Verbinden von C2 mit Masse, Potential abtasten bei C1(-) und C6(+)
Phase p5: Injizieren von Strom I0 in C7, Verbinden von C4 mit Masse, Potential abtasten bei C3(+) und C8(-)
Phase p6: Injizieren von Strom I0 in C8, Verbinden von C3 mit Masse, Potential abtasten bei C4(-) und C7(+)
Phase p7: Injizieren von Strom I0 in C4, Verbinden von C7 mit Masse, Potential abtasten bei C3(-) und C8(+)
Phase p8: Injizieren von Strom I0 in C3, Verbinden von C8 mit Masse, Potential abtasten bei C4(+) und C7(-)

Addieren aller Potentiale mit (+) und Subtrahieren aller Potentiale mit (-), um ein Gesamtsignal zu erhalten, das empfindlich ist für Bx, aber nicht für By und Bz.
Allgemeiner ausgedrückt sowohl für Spin-Strom- als auch Spin-Spannungs-Schemata:
1^te Betriebsphase:

- Anlegen der ersten elektrischen Versorgungsgröße (Strom oder Spannung) unter Verwendung eines ersten und eines zweiten von vier Kontakten, die an unterschiedlichen (zum Beispiel diagonal gegenüberliegenden) Scheitelpunkten einer ersten Fläche der 3-dimensionalen Hüllenoberfläche angeordnet sind;
- Messen der ersten elektrischen Ausgangsgröße (Spannung oder Strom) zwischen einem dritten und einem vierten der vier Kontakte der ersten Fläche ansprechend auf die erste elektrische Versorgungsgröße.

2^te Betriebsphase:

- Anlegen einer zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten der vier Kontakte der ersten Fläche,
- Messen einer zweiten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten der vier Kontakte der ersten Fläche ansprechend auf das zweite Eingangssignal.

3^te Betriebsphase:

- Anlegen einer dritten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der ersten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten und des zweiten der vier Kontakte der ersten Fläche,
- Messen einer dritten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem dritten und dem vierten der vier Kontakte der ersten Fläche ansprechend auf die dritte elektrische Versorgungsgröße.

4^te Betriebsphase:

- Anlegen einer vierten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten der vier Kontakte der ersten Fläche,
- Messen einer vierten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten der vier Kontakte der ersten Fläche ansprechend auf die vierte elektrische Versorgungsgröße.

5^te Betriebsphase:

- Anlegen einer fünften elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung eines ersten und eines zweiten von vier Kontakten, die an unterschiedlichen Scheitelpunkten einer zweiten Fläche der 3-dimensionalen Hüllenoberfläche gegenüberliegend zu der ersten Fläche angeordnet sind,
- Messen einer fünften elektrischen Ausgangsgröße zwischen einem dritten und einem vierten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche ansprechend auf die fünfte elektrische Versorgungsgröße.

6^te Betriebsphase:

- Anlegen einer sechsten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche,
- Messen einer sechsten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche ansprechend auf die sechste elektrische Versorgungsgröße.

7^te Betriebsphase:

- Anlegen einer siebten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der fünften elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten und des zweiten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche,
- Messen einer siebten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem dritten und dem vierten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche ansprechend auf die siebte elektrische Versorgungsgröße.

8^te Betriebsphase:

- Anlegen einer achten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der sechsten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche,
- Messen einer achten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten der vier Anschlüsse der zweiten Fläche ansprechend auf die achte elektrische Versorgungsgröße.

Ein kombiniertes und Versatzfehler-korrigiertes Ausgangssignal kann erzeugt werden durch Kombinieren der ersten, der zweiten, der dritten, der vierten, der fünften, der sechsten, der siebten und der achten elektrischen Ausgangsgröße. Es wird darauf hingewiesen, dass jegliche der ersten vier Betriebsphasen gleichzeitig mit jeglicher der Betriebsphasen 5, 6, 7, 8 ausgeführt werden kann. Die Zahlen bezeichnen nicht notwendigerweise jegliche Reihenfolge, in der die Betriebsphasen ausgeführt werden.
Bezugnehmend nun auf 5 wird die Hülle 306 entlang ihrer geneigten Kanten 314 der Pyramidenhülle 306 wie ein Karton aufgefaltet, um sie flach in eine Ebene zu geben, was einfacher zu zeichnen und zu berechnen ist. Es ist möglich, in 2D zu arbeiten, durch Auffalten der Hülle 306 in eine ebene Struktur. Dann werden fünf ebene Flächen erhalten, die den Seitenflächen/-wänden und der oberen Fläche der abgestumpften Pyramidenhülle 306 entsprechen. Alle vier Seitenwände können mit der mittleren oberen Fläche verbunden sein, die Verbindung an den geneigten Kanten 314 der abgestumpften Pyramidenhülle 306 muss jedoch auseinander geschnitten werden: Dort müssen entsprechende Grenzbedingungen angewendet werden, die einen elektrischen Kontakt wie in der Orignal-Pyramide erzeugen (das elektrische Potential muss kontinuierlich über den Rand von einer Fläche zu der anderen sein). Ferner wird die x-Komponente Bx des Magnetfeldes an zwei gegenüberliegende Flächen (in x-Richtung) mit entgegengesetztem Vorzeichen angelegt, By wird ebenfalls an gegenüberliegende Flächen (in y-Richtung) mit entgegengesetztem Vorzeichen angelegt, und Bz wird an alle Flächen mit demselben Vorzeichen angelegt - und in dem 2D-Modell sind Bx, By, Bz alle senkrecht zu der 2D-Ebene: (alle Winkel sind gültig für eine spezifische Pyramide, wo die Seitenwände (111)-Siliziumoberflächen sind und die obere Platte eine (100)-Siliziumoberfläche ist - natürlich kann dies für unterschiedliche Formen von Pyramiden mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln verändert werden). In 5 ist jeder Kontakt C1...C4 in zwei Teile aufgespalten C1-C1, C2-C2, C3-C3, C4-C4, die sich berühren, wenn man die Schachtel wieder in ihre 3D-Form einer Pyramide faltet.
Bei einigen Beispielen der vorliegenden Offenbarung können zwei unterschiedliche Kontakte kurzgeschlossen werden und die kurzgeschlossenen Kontakte können mit demselben Anschluss verbunden werden. Somit können die acht Kontakte 310-1 bis 310-8 mit nur vier Anschlüssen verbunden werden. Genauer gesagt kann ein Kontakt mit seinem Gegenstück auf der gegenüberliegenden Seitenwand der polyedrischen Hülle 306 kurzgeschlossen werden. Dies kann die Operation vereinfachen. Es gibt immer noch mehrere Möglichkeiten. Eine solche Möglichkeit ist die folgende:

Kontakte C1-C7 werden mit Anschluss T17 kurzgeschlossen, C2-C8 mit Anschluss T28, C3-C5 mit Anschluss T35, C4-C6 mit Anschluss T46. Dieses Beispiel ist 6 dargestellt.

Nun kann die Vorrichtung 600 als eine Vorrichtung mit vier Anschlüssen unter Verwendung von vier Betriebsphasen betrieben werden.
1^te Betriebsphase:

- Anlegen einer ersten elektrischen Eingangsgröße (Strom oder Spannung) unter Verwendung eines ersten und eines zweiten der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse (zum Beispiel T17 und T46);
- Messen einer ersten elektrischen Ausgangsgröße (Spannung oder Strom) zwischen einem dritten und einem vierten der vier Anschlüsse (zum Beispiel T28 und T35) als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die erste elektrische Eingangsgröße.

7a zeigt Potentialverteilung und Stromlinien der ersten Betriebsphase, wobei ein Strom in den Anschluss T17 injiziert wird (316µA pro Kontakt), während Anschluss T46 mit Masse verbunden ist. Ansprechend darauf kann eine Spannung zwischen den Anschlüssen T28 und T35 gemessen werden. Die Kontakte C1...C8 sind in dieser Figur nicht gezeichnet. Stattdessen stellen die Grenzen der Kontakte Kurzschlussgrenzen dar, die als Kontakte wirken.
2^te Betriebsphase:

- Anlegen einer zweiten elektrischen Eingangsgröße unter Verwendung des dritten und des vierten (zum Beispiel T28 und T46) der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse,
- Messen einer zweiten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten und dem zweiten (zum Beispiel T17 und T35) der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die zweite elektrische Eingangsgröße.

7b zeigt Potentialverteilung und Stromlinien der zweiten Betriebsphase, wobei ein Strom in Anschluss T28 injiziert wird (316µA pro Kontakt), während Anschluss T35 mit Masse verbunden ist. Ansprechend darauf kann eine Spannung zwischen den Anschlüssen T17 und T46 gemessen werden.
Die zwei Phasen 1 und 2 können als ein Spin-Stromschema verwendet werden, das einen Versatz auslöscht. Dabei kann die Spannung an den Anschlüssen T28 und T35 in Phase 1 und T17 und T46 in Phase 2 abgegriffen werden. Die Empfindlichkeit der Gesamtspannung im Hinblick auf Bx ist eher niedrig (12 mV/V/T), aber zumindest die Gesamtspannung antwortet nicht auf By oder Bz. Das By-Feld kann auch durch Spin detektiert werden und Versatzkompensiert werden. Die magnetische Empfindlichkeit im Hinblick auf By ist gleich zu der magnetischen Empfindlichkeit im Hinblick auf Bx in den Phasen 1, 2: 11,9 mV/V/T.
Die helleren grauen Felder bezeichnen Kontakte, wo der Strom injiziert wird (316µA pro Kontakt) und die dunkleren grauen Felder bedeuten, dass dieser Kontakt mit Masse verbunden ist.
Weitere optionale Betriebsphasen können verwendet werden, zum Beispiel:
3^te Betriebsphase:

- Anlegen einer dritten elektrischen Eingangsgröße unter Verwendung des ersten und des dritten (zum Beispiel T17 und T28) der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse,
- Messen eines dritten Ausgangssignals zwischen dem zweiten und dem vierten (zum Beispiel T35 und T46) der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf das dritte Eingangssignal.

7c zeigt Potentialverteilung und Stromlinien der dritten Betriebsphase, wobei ein Strom in Anschluss T17 injiziert wird (316µA pro Kontakt), während Anschluss T28 mit Masse verbunden ist. Ansprechend darauf kann eine Spannung zwischen den Anschlüssen T35 und T46 gemessen werden.
4^te Betriebsphase:

- Anlegen eines vierten Eingangssignals unter Verwendung des zweiten und des vierten (zum Beispiel T35 und T46) der vier Anschlüsse als Eingangsanschlüsse,
- Messen eines vierten Ausgangssignals zwischen dem ersten und dem dritten (zum Beispiel T17 und T28) der vier Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf das vierte Eingangssignal.

7d zeigt Potentialverteilung und Stromlinien der vierten Betriebsphase, wobei ein Strom in Anschluss T35 injiziert wird (316µA pro Kontakt), während Anschluss T46 mit Masse verbunden ist. Ansprechend darauf kann eine Spannung zwischen den Anschlüssen T17 und T28 gemessen werden.
In 7a-d wurde die Hall-Region mit einigen kleinen Löchern modelliert, was Fehlerstellen in einem realen Bauelement darstellt, die zu Asymmetrien und einem stochastischen Rohversatz führen. 7a-d zeigen Potentialverteilung und Stromlinien in Phasen 1 bis 4.
Die Spin-Strom-Kompensation funktioniert ebenfalls, wenn wir die Ausgangssignale Phase 3 und 4 kombinieren.
Kann das Bauelement von 6 sowohl Bx- als auch By-Felder detektieren? Es kann keine Bz-Felder detektieren. Daher wäre es gut, wenn die obere Oberfläche der Hülle 306 keine Hall-Effekt-Region hat, da sie nur Strom nebenschließt und kein Signal addiert. Dies führt zu einem Ausführungsbeispiel einer 3D-Kreisringhülle, gezeigt in 8a, die die obere Oberfläche durch ein Loch 820 ersetzt. Bei diesem Beispiel besteht die Hülle 804 nur aus den vier dünnwandigen Seitenwänden der Pyramidenhülle (sie hat keine Basisplatte und keine Oberplatte). Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsbeispiele auch Hüllen mit mehr als einem Loch erlauben. Das eine oder die mehreren Löcher können sogar asymmetrisch platziert sein und nicht zentralsymmetrisch platziert sein wie in 8a.
Zum Vergleich zeigt 8b eine Potentialverteilung und Stromlinien für Phase 2, wo die zentrale obere Oberfläche der Hülle 306 bei einem Versuch deaktiviert wurde, die Magnetempfindlichkeit zu erhöhen. Wie ersichtlich ist, steigt sie um 42% auf 17 mV/V/T.
Die hellgrauen Felder bezeichnen Kontakte, wo der Strom injiziert wird (316µA pro Kontakt) und die dunkleren grauen Felder bedeuten, dass dieser Kontakt mit Masse verbunden ist.
Bezugnehmend auf 9a und b kann eine andere mögliche Anordnung für eine By-Messung C1-C2, C3-C4, C5-C6, C7-C8 kurzschließen. Dann kann Strom in C1-C2 injiziert werden (Anschluss T12), während C7-C8 (Anschluss T78) mit Masse verbunden ist. Somit fließt Strom diagonal durch den unteren und oberen Flügel und nur sehr wenig Strom wird verschwendet (das heißt fließt durch die anderen Flächen): Phasen 5 und 6
Die Magnetempfindlichkeit gegen By-Felder: -30,1mV/V/T (keine Empfindlichkeit gegen Bx und Bz) - und diese Empfindlichkeit kann wiederum erhöht werden, wenn die obere Oberfläche deaktiviert ist.
Die Spin-Strom-Kompensation funktioniert auch, wenn die Ausgangssignale von Phase 5 und 6 kombiniert werden. Diese bestimmte Verbindung von Kontakten kann jedoch nur Bx-Felder detektieren, keine By- und Bz-Felder. Zusätzliche Bauelemente für By, Bz-Felder wären hilfreich. Wenn das Bauelement inklusive seiner Verbindungen zwischen Kontakten und Anschlüssen um 90° um die z-Achse gedreht wird, würden die Ausgangssignale auf das Byanstatt auf das Bx-Feld ansprechen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen könnte es sich um Schalter handeln, zum Beispiel MOS-FET-Schalter, die die Kontakte kurzschließen oder mehrere Kontakte mit einem einzelnen Anschluss verbinden. Die Schalter können rekonfigurierbar sein, um Bx- und By-Felder zu detektieren. Somit kann ein Hall-Sensorbauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner eine Mehrzahl von Schaltern aufweisen, wobei jeder Schalter ausgebildet ist, um selektiv ein Paar aus Kontakten der Hall-Effekt-Region 104, 304 kurzzuschließen. Da die Schaltern einen nicht schwindenden Rds-on-Widerstandswert aufweisen können (der zu Fehlern in dem Spin-Schema beitragen kann), könnten zwei reihenverbundene Schalter zwischen C1 und C2 aktiviert werden, um diese kurzzuschließen, aber dann wird ihr Mittelpunkt abgegriffen, um Strom zu injizieren oder Spannung dort abzugreifen. Auf diese Weise ist der Widerstandswert zwischen C1-C2 während des Spin-Zyklus ungefähr konstant und addiert keinen Restversatz hinzu. Leider ist dies genau genommen nicht wahr, da die Kanäle der MOS-FETs auf einem unterschiedlichen Gleichtaktpotential während des Spins sind - ihr Bulk könnte jedoch angehoben werden, um diesen Back-Bias-Effekt zu reduzieren.
Figuren 10a-f stellen einige andere Beispielformen von 3D-Hüllen dar:
10a zeigt eine invertierte Pyramidenhülle (ohne Abstumpfung). Die Kontakte C1, C2, C3, C4 sind an der oberen Oberfläche eines Substrats, die Pyramide kann in das Substrat geätzt sein und eine dünne Hülle kann hergestellt werden, die die zugreifbaren oberen Oberflächen der Pyramide abdeckt, zum Beispiel durch Implantieren einer dünnen Schicht in das freigelegte Substrat oder durch Wachsen einer dünnen Schicht über den freigelegten Oberflächen. Dann kann der untere Kontakt C5 hergestellt werden, der die Spitze der invertierten Pyramidenhülle kontaktiert. Dann kann ein Draht hergestellt werden, der C5 mit der Oberseite der invertierten Pyramidenhülle mit Anschluss T5 verbindet - natürlich muss eine galvanische Isolierung zwischen der Hall-Effektregion 1004 und dem Draht eingeführt werden. Zum Beispiel kann die invertierte Pyramide durch eine dünne dielektrische Schicht abgedeckt werden, bevor der Draht hergestellt wird. Der rechte Abschnitt von 10a ist identisch zu dem linken, aber die Hälfte des Bauelements ist weggeschnitten, um einen Blick auf die Querschnitte des Drahts und des Kontakts C5 zu geben.
Wenn das Substrat, in das die invertierte Pyramide gewachsen wird, umgedreht wird und dann weggenommen wird, würde die Hall-Effektregion 1004 aussehen wie der linke Abschnitt von 10b. Der rechte Abschnitt von 10b zeigt die invertierte Pyramidenhüllen-Hall-Effektregion 1004, die in dem umliegenden Substrat angeordnet ist.
Natürlich kann das Innere der invertierten Pyramidenhülle mit einem inaktiven Medium gefüllt sein, zum Beispiel einem Isoliermaterial wie einer Formmasse, Glob-Top, Kunststoff oder durch ein Isoliermaterial, das von dem Hauptteil der Hall-Effektregion isoliert ist - dann kann es aus Polysilizium hergestellt sein und kann durch einen einzelnen Punkt mit einem Referenzpotential oder mit einem der Kontakte C1...C5 verbunden sein, so dass kein Strom durch dasselbe fließt. Für herkömmliche Hall-Platten ist es allgemeine Praxis, die freiliegende Fläche der Hall-Platte durch ein elektrisches Schild abzudecken: in einigen Fällen ist dies eine flache p-Wanne (wohingegen die Hall-Platte eine n-dotierte Oberseite ist), deren Potential niedrig genug gebunden ist, um gegen die Hall-Effektregion isoliert zu sein. In anderen Fällen ist dies eine Polysilizium-Platte oder eine Metallplatte, die gegen die Hall-Effektregion durch eine nicht-leitende Zwischenschicht isoliert ist (wie Oxid- oder Nitrid-Schichten). In allen Fällen sind diese elektrischen Schilde elektrisch leitend und ihr Potential ist an ein Referenzpotential gebunden. Ihr Zweck ist es, die Hall-Effektregion vor elektrischen Feldern zu schützen, was Kräfte auf gefangene Ladungen in den Schnittstellenschichten in der Nähe der Hall-Platten ausüben kann, und dies könnte eine Langzeitdrift von magnetischer Empfindlichkeit der Hall-Platten verursachen. Natürlich können ähnliche Techniken auf nicht-planare Hall-Effekt-Bauelemente angewendet werden: zu diesem Zweck können die freiliegenden Oberflächen des Bauelements mit elektrischen Schilden abgedeckt werden, ähnlich zu dem Stand der Technik - der einzige Unterschied ist, dass die Schilde ebenfalls nicht planar sind. In einigen Fällen kann es sogar notwendig sein, Schilde auf beide Seiten der 3D-Hall-Hülle anzuwenden, das heißt Innenseite und Außenseite. Manchmal können diese Schilde auch massig und nicht lagenartig sein, insbesondere wenn Schilde innerhalb der 3D-Hall-Hüllen betrachtet werden. In diesem Sinn kann das Bauelement aus 1a n-dotiert sein und sein Inneres kann mit einem p-dotierten Material gefüllt sein, das an ein niedriges Potential gebunden ist. Dann wirkt das p-dotierte Füllmaterial als ein Schild gegen ein elektrisches Feld, das von der Unterseite in die 3D-Hall-Hüllenregion reicht.
10c zeigt eine Hall-Effektregion in der Form einer Pyramidenhülle. Die 3D-Ansicht ist auf der linken Seite dargestellt, die rechte Seite zeigt einen Schnitt durch die Hälfte der Struktur: Es wird darauf hingewiesen, dass der Draht von C5 die Hall-Effektregion nicht berührt: Es liegt eine Isolierschicht dazwischen, so dass der Draht elektrisch gegen die Hall-Effektregion isoliert ist, abgesehen von dem Kontakt C5.
10d und e zeigen eine Hall-Effektregion in der Form einer Kegelstumpfhülle mit acht Kontakten. Die Drähte der oberen vier Kontakte C5, C6, C7, C8, die abwärts zu der oberen Oberfläche des Substrats laufen, wo die Kontakte C1, C2, C3, C4 angeordnet sind, sind nicht gezeigt. Der rechte Abschnitt von 10d zeigt wiederum einen Querschnitt, der zeigt, dass die Hall-Effektregion hohl ist, und somit eine Hülle ist. Das Innere der Hülle kann mit einem Substratmaterial oder mit einem anderen inerten Material gefüllt sein, wobei inert bedeutet, dass dieses Material keinen erkennbaren Effekt auf die Stromdichteverteilung innerhalb der Hall-Hüllenregion haben muss. Somit muss dieses Material nicht unterschiedliche Regionen der Hall-Hüllenregion kurzschließen, weder benachbarte Regionen noch entfernte (zum Beispiel gegenüberliegende) Regionen der Hall-Hüllenregion. Inert bedeutet auch, dass dieses Material keine relative magnetische Permeabilität außerhalb des Bereichs 0,5 bis 2 haben muss, da es dann die magnetischen Flusslinien ablenken würde (wie ein Flusskonzentrator), und dies würde eine Detektion verschiedener Komponenten des Magnetfeldes stören.
Ein wichtiger Aspekt ist, dass vier Kontakte C2, C3, C7, C6 als Vertex einer Fläche betrachtet werden können, die durch die Verbindungslinien 1030 in 10d und e begrenzt ist, und die NICHT eben ist, sondern leicht gekrümmt ist. Da diese Krümmung gering ist, sind die effektiven Eigenschaften dieser Struktur sehr ähnlich zu einer abgestumpften Pyramidenhülle, die oben erörtert wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass die Kegelstumpfhülle auch eine ebene Fläche aufweist, die der obere Kreis begrenzt durch die Kontakte C5, C6, C7, C8 ist - somit weist diese Beispielhülle gekrümmte und ebene Flächen auf: die gekrümmten Flächen können verwendet werden, um Bx- und By-Feldkomponenten zu detektieren, aber sie können auch auf eine Weise kombiniert werden, um Bz-Feldkomponenten zu detektieren, während die ebene Fläche auf der Oberseite nur verwendet werden kann, um Bz-Feldkomponenten zu detektieren. Die Struktur kann modifiziert werden, um eine kreisförmige Ringhülle zu werden, wenn wir die Oberfläche ausschneiden, wie in 10e gezeigt ist.
10f zeigt eine Hall-Effektregion in der Form einer halbkugelförmigen Hülle mit acht Kontakten in transparenter Ansicht: Diese Struktur weist nur gekrümmte Flächen zwischen jeweils vier benachbarten Kontakten auf, es ist somit offensichtlich, dass jegliche dieser gekrümmten Flächen mit einer ebenen Fläche bei der erklärten abgestumpften Pyramidenhülle verglichen werden kann. Somit kann gemäß einigen Beispielen die Hall-Effektregion als schalenförmig betrachtet werden.
10a-f stellen ferner dar, dass die zumindest drei Kontakte der hüllenartigen Hall-Effektregion auf unterschiedlichen Höhen der Hülle angeordnet sind. Während einige Kontakte in dem unteren Abschnitt angeordnet sein können, können andere in dem oberen Abschnitt angeordnet sein. Anders ausgedrückt müssen die Kontakte nicht alle in derselben Ebene parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrats sein auf oder in der die Hüllenstruktur gebildet ist.
Zusammenfassend bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf 3-dimensionale Hall-SensorBauelemente, die ein Hall-Sensorelement mit einer Hall-Effektregion umfassen, implementiert in einer 3-dimensionalen Hülle und umfassend zumindest drei Anschlüsse. Jeder Anschluss ist mit zumindest einem elektrischen Kontakt der Hall-Effektregion verbunden und jeder elektrische Kontakt ist an einer unterschiedlichen Region der 3-dimensionalen Hülle angeordnet. Die vorliegende Offenbarung offenbart ferner Spin-Strom/Spannungs-Schemata für eine Offset-Kompensation bei solchen 3-dimensionalen Hall-Bauelementen.
Bei einem Hall-Erfassungsverfahren 1100 (siehe 11) für eine Hall-Effektregion, die in einer 3-dimensionalen Hülle integriert ist, sind zumindest drei Anschlüsse mit der Hall-Effektregion gekoppelt. Jeder Anschluss ist mit zumindest einem elektrischen Kontakt der Hall-Effektregion verbunden. Jeder elektrische Kontakt ist an einer unterschiedlichen Region der 3-dimensionalen Hülle angeordnet. Das Verfahren 1100 umfasst das Erzeugen 1110 einer ersten elektrischen Ausgangsgröße unter Verwendung eines ersten Paars der zumindest drei Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse in einer ersten Betriebsphase und das Erzeugen 1120 einer zweiten elektrischen Ausgangsgröße unter Verwendung eines zweiten Paars der zumindest drei Anschlüsse als Versorgungsanschlüsse in einer zweiten Betriebsphase. Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen 1130 eines kombinierten Ausgangssignals basierend auf einer Kombination der ersten und der zweiten elektrischen Ausgangsgröße.
Es ist weiterhin zu beachten, dass in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung mit Mitteln zum Durchführen jeder der jeweiligen Schritte dieser Verfahren implementiert sein können.
Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung vielfacher, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden sollte. Durch die Offenbarung von vielfachen Schritten oder Funktionen werden diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Weiterhin kann in einigen Beispielen ein einzelner Schritt mehrere Teilschritte einschließen oder in diese aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts bilden, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.

Claims

Ein Hall-Sensorbauelement (100; 300), umfassend: ein Hall-Sensorelement (102; 302) umfassend eine Hall-Effektregion (104; 304) in einer 3-dimensionalen Hülle (106; 306) und umfassend zumindest drei Anschlüsse (108; 308), wobei jeder Anschluss mit zumindest einem elektrischen Kontakt (110; 310) der Hall-Effektregion (104; 304) verbunden ist, wobei jeder elektrische Kontakt an einer unterschiedlichen Region der 3-dimensionalen Hülle angeordnet ist, wobei die 3-dimensionale Hülle eine polyedrische Hülle eines polyedrischen Volumens ist; und wobei jede Fläche der polyedrischen Hülle zumindest drei Kontakte aufweist, die an einem unterschiedlichen Vertex der entsprechenden Fläche angeordnet sind.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 1, wobei die 3-dimensionale Hülle ein Halbleitermaterial aufweist.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die 3-dimensionale Hülle ein Volumen einer unterschiedlichen elektrischen Charakteristik als die 3-dimensionale Hülle umgibt.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Paar von benachbarten Flächen der polyedrischen Hülle in ohmschem Kontakt entlang eines gemeinsamen Randes ist, der das Paar aus benachbarten Flächen verbindet.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Polyeder einer aus der nachfolgenden Gruppe einer Pyramide, einer abgestumpften Pyramide, einer invertierten abgestumpften Pyramide oder einer invertierten Pyramide ist.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Fläche der polyedrischen Hülle mit den zugeordneten elektrischen Kontakten als ein entsprechendes planares Hall-Sensorelement ausgebildet ist.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Sensorschaltung, die mit den zumindest drei Anschlüssen (108; 308) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um das Hall-Sensorelement (102; 302) in zumindest zwei Betriebsphasen zu betreiben, wobei die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet ist, um eine erste elektrische Ausgangsgröße unter Verwendung eines ersten Paars der zumindest drei Anschlüsse (108; 308) als Versorgungsanschlüsse in einer ersten Betriebsphase zu erzeugen und um eine zweite elektrische Ausgangsgröße unter Verwendung eines zweiten Paars der zumindest drei Anschlüsse (108; 308) als Versorgungsanschlüsse in einer zweiten Betriebsphase zu erzeugen; und eine Kombinationsschaltung, die ausgebildet ist, um die erste und die zweite elektrische Ausgangsgröße zu kombinieren.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 7, wobei die Kombinationsschaltungsanordnung ausgebildet ist, um das kombinierte Ausgangssignal basierend auf einer Summe des ersten und des zweiten Ausgangssignals zu erzeugen.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet ist zum, in der ersten Betriebsphase, Anlegen einer elektrischen Versorgungsgröße über ein erstes Paar der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden der verbleibenden der drei Anschlüsse (108; 308) mit Masse, Messen einer ersten elektrischen Ausgangsgröße an dem ersten Paar der drei Anschlüsse, in der zweiten Betriebsphase, Anlegen der elektrischen Versorgungsgröße über ein zweites Paar der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden der verbleibenden der drei Anschlüsse (108; 308) mit Masse, Messen einer zweiten elektrischen Ausgangsgröße an dem zweiten Paar der drei Anschlüsse (108; 308), in einer dritten Betriebsphase, Anlegen einer elektrischen Versorgungsgröße über ein drittes Paar der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden der verbleibenden der drei Anschlüsse (108; 308) mit Masse, Messen einer dritten elektrischen Ausgangsgröße an dem dritten Paar der drei Anschlüsse, wobei die Kombinationsschaltung ausgebildet ist, um die erste, die zweite und die dritte elektrische Ausgangsgröße zu kombinieren.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet ist zum, in der ersten Betriebsphase, Injizieren eines Versorgungsstroms über einen ersten der drei Anschlüsse (108; 308), Injizieren des Versorgungsstroms über einen zweiten der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden eines dritten der drei Anschlüsse (108; 308) mit Masse, Messen einer ersten Ausgangsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss ansprechend auf die jeweilig injizierten Versorgungsströme, und in der zweiten Betriebsphase, Injizieren des Versorgungsstroms über den zweiten der drei Anschlüsse (108; 308), Injizieren des Versorgungsstroms über den dritten der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden des ersten der drei Anschlüsse (108; 308) mit Masse, Messen einer zweiten Ausgangsspannung zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss ansprechend auf die jeweiligen injizierten Versorgungsströme, und in einer dritten Betriebsphase, Injizieren des Versorgungsstroms über den dritten der drei Anschlüsse (108; 308), Injizieren des Versorgungsstroms über den ersten der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden des zweiten der drei Anschlüsse mit Masse, Messen einer dritten Ausgangsspannung zwischen dem dritten und dem ersten Anschluss ansprechend auf die jeweilig injizierten Versorgungsströme; und wobei die Kombinationsschaltung ausgebildet ist, um die erste, die zweite und die dritte Ausgangsspannung zu kombinieren.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Sensorschaltung ausgebildet ist zum, in der ersten Betriebsphase, Anlegen einer Versorgungsspannung über einen ersten der drei Anschlüsse (108; 308), Anlegen der Versorgungsspannung über einen zweiten der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden eines dritten der drei Anschlüsse (108; 308) mit Masse, Messen von zumindest einer ersten Größe abhängig von einem ersten Strom an dem ersten Anschluss und von einem zweiten Strom an dem zweiten Anschluss, in der zweiten Betriebsphase, Anlegen der Versorgungsspannung über den zweiten der drei Anschlüsse (108; 308), Anlegen der Versorgungsspannung über den dritten der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden des ersten der drei Anschlüsse mit Masse (108; 308), Messen von zumindest einer zweiten Größe abhängig von einem dritten Strom an dem zweiten Anschluss und einem vierten Strom an dem dritten Anschluss, in einer dritten Betriebsphase, Anlegen der Versorgungsspannung über den dritten der drei Anschlüsse (108; 308), Anlegen der Versorgungsspannung über den ersten der drei Anschlüsse (108; 308), Verbinden des zweiten der drei Anschlüsse mit Masse (108; 308), Messen von zumindest einer dritten Größe abhängig von einem fünften Strom an dem dritten Anschluss und einem sechsten Strom an dem ersten Anschluss, wobei die Kombinationsschaltung ausgebildet ist, um die gemessenen zumindest drei Größen zu kombinieren.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 7, umfassend zumindest vier Anschlüsse (108; 308), und wobei die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet ist zum in der ersten Betriebsphase, Anlegen einer ersten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung eines ersten Paars der vier Anschlüsse (108; 308) als Versorgungsanschlüsse, Messen der ersten elektrischen Ausgangsgröße zwischen einem zweiten Paar der vier Anschlüsse (108; 308)als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die erste elektrische Versorgungsgröße, und ausgebildet ist zum, in der zweiten Betriebsphase, Anlegen einer zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paars der vier Anschlüsse (108; 308)als Versorgungsanschlüsse, und Messen der zweiten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar der vier Anschlüsse (108; 308) als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die zweite elektrische Versorgungsgröße.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 12, wobei das Hall-Sensorelement (102; 302) zumindest acht Kontakte (110; 310) aufweist, wobei jeder an einem unterschiedlichen Punkt der 3-dimensionalen Hülle (106; 306) angeordnet ist, wobei jeder der zumindest vier Anschlüsse (108; 308) mit einem unterschiedlichen Paar von Kontakten (110; 310) verbunden ist.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 13, wobei jedes Paar aus Kontakten Kontakte aufweist, die an gegenüberliegenden Flächen der 3-dimensionalen Hülle (106; 306) angeordnet sind.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 13 oder 14, ferner umfassend eine Mehrzahl von Schaltern, wobei jeder Schalter ausgebildet ist, um selektiv ein Paar aus Kontakten (110; 310) kurzzuschließen.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet ist zum Injizieren eines elektrischen Stroms in einen der Versorgungsanschlüsse und Messen einer Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen, oder Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Versorgungsanschlüssen und Messen eines Kurzschlussstroms zwischen den Ausgangsanschlüssen.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 16, wobei die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet ist, um einen Versorgungsanschluss mit Masse zu verbinden, während der elektrische Strom in den anderen der Versorgungsanschlüsse injiziert wird.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet ist zum, in einer dritten Betriebsphase, Anlegen einer dritten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der ersten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten Paars der vier Anschlüsse (108; 308) als Versorgungsanschlüsse, Messen einer dritten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem zweiten Paar der vier Anschlüsse (108; 308) als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die dritte elektrische Versorgungsgröße, und in einer vierten Betriebsphase, Anlegen einer vierten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paars der vier Anschlüsse (108; 308) als Versorgungsanschlüsse, Messen einer vierten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar der vier Anschlüsse (108; 308) als Ausgangsanschlüsse ansprechend auf die vierte elektrische Versorgungsgröße; und wobei die Kombinationsschaltungsanordnung ausgebildet ist, um das kombinierte Ausgangssignal basierend auf einer Kombination der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten elektrischen Ausgangsgröße zu erzeugen.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß Anspruch 18, wobei die Kombinationsschaltungsanordnung ausgebildet ist, um das kombinierte Ausgangssignal basierend auf einer Kombination zwischen einer ersten Summe der ersten und zweiten elektrischen Ausgangsgröße und einer zweiten Summe der dritten und vierten elektrischen Ausgangsgröße zu erzeugen.
Das Hall-Sensorbauelement (100; 300) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 19, wobei die 3-dimensionale Hülle eine polyedrische Hülle ist und wobei die Sensorschaltungsanordnung ausgebildet ist zum, in der ersten Betriebsphase, Anlegen der ersten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung eines ersten Paars aus vier Kontakten (110; 310), die an unterschiedlichen Vertices einer ersten Fläche der 3-dimensionalen Hüllenoberfläche als Versorgungsanschlüsse angeordnet sind, Messen der ersten elektrischen Ausgangsgröße zwischen einem zweiten Paar der vier Kontakte (110; 310) der ersten Fläche als Ausgänge ansprechend auf die erste, elektrische Versorgungsgröße, in einer zweiten Betriebsphase, Anlegen einer zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung eines zweiten Paars der vier Kontakte (110; 310) der ersten Fläche, und Messen einer zweiten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar der vier Kontakte (110; 310) der ersten Fläche ansprechend auf die zweite elektrische Versorgungsgröße; in einer dritten Betriebsphase, Anlegen einer dritten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der ersten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten Paars der vier Kontakte (110; 310) der ersten Fläche, und Messen einer dritten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem zweiten Paar der vier Kontakte (110; 310) der ersten Fläche ansprechend auf die dritte elektrische Versorgungsgröße; und in einer vierten Betriebsphase, Erzeugen einer vierten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der zweiten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paars der vier Kontakte (110; 310) der ersten Fläche, und Messen einer vierten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar der vier Kontakte (110; 310) der ersten Fläche ansprechend auf die vierte elektrische Versorgungsgröße; und in einer fünften Betriebsphase, Anlegen einer fünften elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung eines ersten Paars von vier Kontakten (110; 310), die an unterschiedlichen Vertices einer zweiten Fläche der 3-dimensionalen Hüllenoberfläche (106; 306) gegenüberliegend zu der ersten Fläche angeordnet sind, und Messen einer fünften elektrischen Ausgangsgröße zwischen einem zweiten Paar der vier Kontakte (110; 310) der zweiten Fläche ansprechend auf die fünfte elektrische Versorgungsgröße; und in einer sechsten Betriebsphase, Anlegen einer sechsten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paars der vier Kontakte (110; 310) der zweiten Fläche, Messen einer sechsten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar der vier Kontakte (110; 310) der zweiten Fläche ansprechend auf die sechste elektrische Versorgungsgröße, in einer siebten Betriebsphase, Anlegen einer siebten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der fünften elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des ersten Paars der vier Kontakte (110; 310) der zweiten Fläche, Messen einer siebten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem zweiten Paar der vier Kontakte (110; 310) der zweiten Fläche ansprechend auf die siebte elektrische Versorgungsgröße, und in einer achten Betriebsphase, Anlegen einer achten elektrischen Versorgungsgröße umgekehrter Polarität zu der sechsten elektrischen Versorgungsgröße unter Verwendung des zweiten Paares der vier Kontakte (110; 310) der zweiten Fläche, Messen einer achten elektrischen Ausgangsgröße zwischen dem ersten Paar der vier Kontakte (110; 310) der zweiten Fläche ansprechend auf die achte elektrische Versorgungsgröße, wobei die Kombinationslogik ausgebildet ist, um das kompensierte Ausgangssignal basierend auf einer Kombination der ersten, der zweiten, der dritten, der vierten, der fünften, der sechsten, der siebten und der achten elektrischen Ausgangsgröße zu erzeugen.
Ein Hall-Erfassungsverfahren (1100) für eine Hall-Effektregion (104; 304), die in eine 3-dimensionale polyedrische Hülle (106; 306) Hülle eines polyedrischen Volumens integriert ist und mit zumindest drei Anschlüssen (108; 308) gekoppelt ist, wobei jeder Anschluss mit zumindest einem elektrischen Kontakt (110; 310) der Hall-Effektregion (104; 304) verbunden ist, wobei jeder elektrische Kontakt an einer unterschiedlichen Region der 3-dimensionalen Hülle (106; 306) angeordnet ist, wobei jede Fläche der polyedrischen Hülle zumindest drei Kontakte aufweist, die an einem unterschiedlichen Vertex der entsprechenden Fläche angeordnet sind, das Verfahren umfassend: in einer ersten Betriebsphase, Erzeugen (1110) einer ersten elektrischen Ausgangsgröße unter Verwendung eines ersten Paars der zumindest drei Anschlüsse (108; 308) als Versorgungsanschlüsse, in einer zweiten Betriebsphase, Erzeugen (1120) einer zweiten elektrischen Ausgangsgröße unter Verwendung eines zweiten Paars der zumindest drei Anschlüsse (108; 308) als Versorgungsanschlüsse; und Erzeugen (1130) eines kombinierten Ausgangssignals basierend auf einer Kombination der ersten und der zweiten elektrischen Ausgangsgröße.