DE102018106037B4 - Mehr-Kontakt-Hall-Platte und Verfahren zum Betreiben derselben - Google Patents

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Abstract

Mehr-Kontakt-Hall-Platte, umfassend:- ein Vielfaches von vier Kontakten, wobei jeder Kontakt entlang eines Randgebiets der Hall-Platte angeordnet ist,- wobei die Kontakte entlang dem Randgebiet der Hall-Platte im Wesentlichen gleich verteilt angeordnet sind,- wobei die Kontakte mit vier Anschlüssen T1 bis T4 verbunden sind, so dass ein Kontakt mit einem der vier Anschlüsse verbunden ist,- wobei die Kontakte N mal vier Kontakte sind, wobei N eine natürliche Zahl größer als 1 ist,- bei der die Kontakte C1, C2, C3, ..., C4Naufeinander folgend entlang dem Randgebiet der Hall-Platte angeordnet sind,- bei der die vier Anschlüsse T1 bis T4 folgendermaßen mit den Kontakten C1bis C4Nverbunden sind:- der Anschluss T1 ist mit den Kontakten C1, C5, ..., C4N-3verbunden,- der Anschluss T2 ist mit den Kontakten C2, C6, ..., C4N-2verbunden,- der Anschluss T3 ist mit den Kontakten C3, C7, ..., C4N-1verbunden und- der Anschluss T4 ist mit den Kontakten C4, C8, ..., C4Nverbunden,- weiterhin umfassend eine der folgenden Ausgestaltungen:- die Hall-Platte hat einen Innenumfang und einen Außenumfang, das Randgebiet ist ein Außenrandgebiet und die Innenseite des Innenumfangs umfasst einen schwebenden Kontakt,- die Hall-Platte hat einen Innenumfang und einen Außenumfang, das Randgebiet ist ein Innenrandgebiet und der Außenumfang umfasst einen schwebenden Kontakt,- der Randbereich ist ein Außenumfangsbereich, die Hall-Platte ist auf der Oberseite oder der Unterseite einer besser als die Hall-Platte leitenden Schicht angeordnet und teilt sich mit dieser einen ohmschen Kontakt über ihre Berührungsfläche.

Description

  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Mehr-Kontakt-Hall-Platte und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
  • Aus DE 2 426 954 A1 ist eine Halbleiteranordnung mit Hall-Element bekannt. Hierbei wird vorgeschlagen, dass bei Anwendung eines gemeinsamen Hall-Körpers von den Strom- und Hall-Kontakten wenigstens die Hall-Kontakte vorzugsweise am Randes des Hall-Körpers angeordnet sind. Stromkontakte und Hall-Kontakte liegen auf dem Hall-Körper an den Eckpunkten eines ersten bzw. zweiten regelmässigen Vielecks, wobei das zweite Vieleck die gleiche Anzahl Eckpunkte wie das erste Vieleck hat und konzentrisch zu diesem ist. Das Vieleck ist jeweils z.B. ein Quadrat oder ein Sechseck.
  • US 6 008 643 A offenbart Ansätze zur Verminderung von Offset-Fehlern in Hall-Körpern mittels Injektion von Strömen, um so eine piezoresistive Spannung von einer Hall-Spannung zu trennen. Es werden dazu rahmenförmige Hall-Streifen mit Kontakten z.B. am inneren und am äußeren Rand beschrieben, wobei jeder Rand eine beliebige Anzahl von Kontakten haben kann.
  • US 6 278 271 B1 betrifft einen dreidimensionalen Magnetfeldsensor mit vier Strom- und vier Spannungskontakten, die an Ecken bzw. Seiten eines Quadrats angeordnet sind.
  • Die Aufgabe besteht darin, existierende Hall-Vorrichtungen zu verbessern und insbesondere die Wirkung von Offset-Fehlern abzuschwächen.
  • Die hier vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf zumindest einer der folgenden Lösungen beruhen. Kombinationen der folgenden Merkmale können verwendet werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Die Merkmale des Verfahrens könnten mit einem oder mehreren Merkmalen der Vorrichtung, des Geräts oder des Systems kombiniert werden oder umgekehrt.
  • In dieser Hinsicht wird eine Mehr-Kontakt-Hall-Platte vorgeschlagen, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Ein Kontakt der Mehr-Kontakt-Hall-Platte kann auf verschiedene Arten verwirklicht werden. Ein Kontakt kann eine Wanne sein, die in ein Hall-Gebiet implantiert oder diffundiert ist. Das Hall-Gebiet und die Kontakte können den gleichen Ladungsträgertyp, beispielsweise Elektronen als Majoritätsladungsträger, aufweisen. Der Kontakt kann (in der Größenordnung von beispielsweise 10 bis 100 Mal) höher dotiert sein als das Hall-Gebiet. Dies ermöglicht eine ohmsche Verbindung zwischen dem Hall-Gebiet und einer metallischen Verbindung. Die metallische Verbindung kann als physikalischer Kontakt zur Kontaktwanne verwirklicht werden. Ein ohmscher Kontakt ermöglicht in dieser Hinsicht insbesondere, dass der Strom in beiden Richtungen über diesen Kontakt fließt, wobei das Potential mit dem Stromfluss im Wesentlichen linear abfällt.
  • Die Anschlüsse der Mehr-Kontakt-Hall-Platte sind insbesondere dafür eingerichtet, die der Vorrichtung zugeführte Energie zu übertragen und um das Ausgangssignal abzugreifen. Daher werden zwei Anschlüsse zur Versorgung der Vorrichtung mit elektrischer Energie verwendet und wird das Ausgangssignal an den anderen beiden Anschlüssen zugeführt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Innenrandgebiet und/oder das Außenrandgebiet, entlang dem die Kontakte der Mehr-Kontakt-Hall-Platte angeordnet sind, einen Umfang, insbesondere eine Kreislinie.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Kontakte entlang dem Randgebiet der Hall-Platte gleich beabstandet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Hall-Platte eine Scheibe.
  • Eine leitende Schicht, auf deren Oberseite oder Unterseite die Hall-Platte angeordnet ist, kann auch zusätzlich zu dem schwebenden Kontakt so angeordnet sein, dass sie ein besserer Leiter als das Hall-Effekt-Gebiet ist. Die leitende Schicht kann in dieser Hinsicht um einen Faktor von wenigstens 10 bis 100 besser sein. Die leitende Schicht und die Hall-Platte können sich einen ohmschen Kontakt über ihre Berührungsflächen teilen.
  • Die leitende Schicht auf der Unterseite (oder der Oberseite) der Hall-Platte ermöglicht eine Kurzschlussschicht. Die in die Hall-Platte eingebetteten Kontakte sind angesichts dieser Kurzschlussschicht klein. Die Kombination aus der leitenden Schicht, der Hall-Platte und der (eingefügten) Kontakte ermöglicht den Gesamtbetrieb der Vorrichtung.
  • Auch wird ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung, wie hier beschrieben, vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    • - Zuführen elektrischer Energie zu zwei Anschlüssen T1 und T3 von den vier Anschlüssen,
    • - Abgreifen eines Ausgangssignals von den anderen zwei Anschlüssen T2 und T4,
    • - wobei die Anschlüsse T1 bis T4 mit vier der aufeinander folgenden Kontakte C1 bis C4N verbunden sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
    • - Injizieren eines ersten Stroms in den Anschluss T1 und Extrahieren des ersten Stroms am Anschluss T3,
    • - Abgreifen einer ersten Spannung zwischen den Anschlüssen T2 und T4.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
    • - Injizieren eines zweiten Stroms in den Anschluss T2 und Extrahieren des zweiten Stroms am Anschluss T4,
    • - Abgreifen einer zweiten Spannung zwischen den Anschlüssen T3 und T1.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das ferner Folgendes:
    • - Injizieren des ersten Stroms in den Anschluss T3 und Extrahieren des ersten Stroms am Anschluss T1,
    • - Abgreifen einer ersten Spannung zwischen den Anschlüssen T4 und T2.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
    • - Injizieren des zweiten Stroms in den Anschluss T4 und Extrahieren des zweiten Stroms am Anschluss T2,
    • - Abgreifen einer ersten Spannung zwischen den Anschlüssen T1 und T3.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
    • - Addieren der abgegriffenen Spannungen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
    • - Anlegen einer ersten Versorgungsspannung an den Anschluss T1,
    • - Anlegen einer zweiten Versorgungsspannung an den Anschluss T3,
    • - Messen eines Stroms zwischen den Anschlüssen T2 und T4.
  • Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Zeichnung dargestellt und erläutert. Die Zeichnung dient dazu, das Grundprinzip zu erläutern, so dass nur für das Verständnis des Grundprinzips erforderliche Aspekte dargestellt sind. Die Zeichnung ist nicht maßstabsgerecht. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale. Es zeigen:
    • 1 eine beispielhafte Hall-Platte mit 8 Kontakten C1 bis C8 und 4 Anschlüssen,
    • 2 ein Diagramm, das die Stromdichte über die Hall-Platte aus 1 veranschaulicht,
    • 3 ein Beispiel einer Hall-Platte mit 12 Kontakten C1 bis C12 und 4 Anschlüssen,
    • 4 ein Diagramm, das die Stromdichte über die Hall-Platte aus 3 veranschaulicht,
    • 5 ein Diagramm, das die Stromdichte über eine Hall-Platte, die in der Mitte ein Kreisloch aufweist, veranschaulicht,
    • 6 ein erfindungsgemäßes Diagramm, das die Stromdichte über eine Hall-Platte gemäß 5 veranschaulicht, wobei der innere Kreisumfang einen schwebenden Kontakt umfasst,
    • 7 eine beispielhafte Hall-Platte mit einer umgekehrten Geometrie, die 24 Kontakte C1 bis C24 und 4 Anschlüsse umfasst,
    • 8 ein Diagramm, das die Stromdichte auf der Hall-Platte aus 7 mit einem nichtleitenden Bereich innerhalb des Innenumfangs und einem Isolator am Außenumfang veranschaulicht, und
    • 9 eine erfindungsgemäße Hall-Vorrichtung in einer isometrischen Ansicht, welche eine Hall-Platte mit 24 Kontakten C1 bis C24 und eine leitende Schicht auf der Unterseite der Hall-Platte umfasst.
  • Hier beschriebene Beispiele betreffen Hall-Platten, die insbesondere mehr als vier Kontakte umfassen können. Spinning-Schemata solcher Hall-Platten können Offset-Fehler herausheben.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Hall-Effekt-Gebiet (d. h. die Hall-Platte) eine kreisförmige Scheiben- oder Ringstruktur mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke umfassen, die 4N Kontakte an ihrem Umfang aufweist. N kann eine natürliche Zahl größer als 1 sein. Die Kontakte können (im Wesentlichen) symmetrisch verteilt sein, d. h. die Kontakte können die gleiche Größe aufweisen, und die Abstände zwischen den Kontakten können (im Wesentlichen) gleich sein. Überdies können die Kontakte (im Wesentlichen) genauso groß sein wie die Abstandshalter zwischen benachbarten Kontakten. Zwischen benachbarten Kontakten können sich die Abstandshalter oder (andere) Isolationen befinden.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Hall-Platte mit 8 Kontakten C1 bis C8. Diese Ausführungsform kann auch als 8C-HHall bezeichnet werden. Zwischen den Kontakten C1 bis C8 sind isolierende Begrenzungen 101 angeordnet.
  • Der Kontakt C1 ist mit dem Kontakt C5 verbunden, der Kontakt C2 ist mit dem Kontakt C6 verbunden usw. Allgemein ist der Kontakt Ck ist mit dem Kontakt Ck+4 verbunden. Falls es 8 Kontakte gibt, ist jeder Kontakt C1 bis C4 mit einem zusätzlichen Kontakt C5 bis C8 verbunden. Falls es mehr als 8 Kontakte gibt, kann jeder Kontakt mit mehr als einem zusätzlichen Kontakt verbunden sein: Beispielsweise ist der Kontakt C1 dann mit dem Kontakt C5 und dem Kontakt C9 verbunden, wobei angenommen wird, dass die Kontakte kontinuierlich entlang der Kreislinie nummeriert sind (siehe auch nachstehende Beispiele). Allgemein können die Kontakte in Bündeln miteinander verbunden sein, wobei jedes Bündel eine gleiche Anzahl von Kontakten umfassen kann. Beispielsweise können Gruppen von zwei Kontakten oder Gruppen von drei Kontakten miteinander verbunden sein. Demgemäß kann die Gesamtzahl der Kontakte ein ganzzahliges Vielfaches von vier, wie 8, 12, 16 usw., sein.
  • Dann sind die Kontakte C1 bis C8 folgendermaßen mit vier Anschlüssen T1 bis T4 verbunden:
    • - Der Anschluss T1 ist mit den Kontakten C1 und C5 verbunden,
    • - der Anschluss T2 ist mit den Kontakten C2 und C6 verbunden,
    • - der Anschluss T3 ist mit den Kontakten C3 und C7 verbunden, und
    • - der Anschluss T4 ist mit den Kontakten C4 und C8 verbunden.
  • Die Vorrichtung kann dann folgendermaßen betrieben werden:
    • Erste Phase: Ein Strom wird in den Anschluss T1 injiziert und am Anschluss T3 extrahiert, und es wird auch eine Ausgangsspannung zwischen den Anschlüssen T2 und T3 abgegriffen.
    • Zweite Phase: Ein Strom wird in den Anschluss T2 injiziert und am Anschluss T4 extrahiert, und es wird auch eine Ausgangsspannung zwischen den Anschlüssen T3 und T1 abgegriffen.
    • Dritte Phase: Diese Betriebsphase ist optional: Der Strom und der Spannungsabgriff der ersten Phase sind in der Polarität umgekehrt.
    • Vierte Phase: Diese Betriebsphase ist optional: Der Strom und der Spannungsabgriff der zweiten Phase sind in der Polarität umgekehrt.
    • Fünfte Phase: Alle in der ersten Phase und der zweiten Phase (oder in der ersten Phase, der zweiten Phase, der dritten Phase und der vierten Phase) bestimmten Spannungen werden addiert, woraus sich eine Gesamtausgangsspannung ergibt.
  • Vorteilhafterweise ist die Gesamtausgangsspannung (im Wesentlichen) frei von Offset-Fehlern.
  • 2 zeigt ein Diagramm, welches das elektrische Potential und die Stromdichte über die Hall-Platte während der ersten Phase veranschaulicht. Ein Bereich 201 zeigt den Anschluss T1, in den der Strom injiziert wird, und ein Bereich 202 zeigt den Anschluss T3, an dem der Strom extrahiert wird. Dies führt zur durch die verschiedenen Linien innerhalb der in 2 dargestellten Scheibe angegebenen Stromdichte. Es sei bemerkt, dass der Bereich 201 ein Potential von etwa +1 V aufweist und dass der Bereich 202 ein Potential von etwa 0 V aufweist.
  • Beim in 1 und 2 dargestellten Beispiel erstreckt sich jeder der Kontakte C1 bis C8 über 22,5° entlang der Kreislinie (d. h. dem Außenrandgebiet der Scheibe), und auch die Abstandshalter zwischen benachbarten Kontakten C1 bis C8 decken jeweils einen Winkel von 22,5° ab.
  • Bei diesem Beispiel beträgt das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung über den Eingangsstrom und dem Schichtwiderstand 0,71 im Quadrat und beträgt das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung über den Eingangsstrom und dem Schichtwiderstand und der Tangente des Hall-Winkels 0,33, was einem Hall-Geometriefaktor entspricht.
  • Falls das Hall-Effekt-Gebiet aus niedrig mit Phosphor dotiertem Silicium (ca. 5 ▪ 1015/cm3) bei Raumtemperatur besteht, beträgt die spannungsbezogene magnetische Empfindlichkeit etwa 52 mV/V/T.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Hall-Platte mit 12 Kontakten C1 bis C12 und 4 Anschlüssen. Diese Vorrichtung wird auch als 12C-4T-HHall bezeichnet. Zwischen den Kontakten C1 bis C12 sind isolierende Begrenzungen 101 angeordnet.
  • Hier sind die vier Anschlüsse T1 bis T4 folgendermaßen verbunden:
    • - Der Anschluss T1 ist mit den Kontakten C1, C5 und C9 verbunden,
    • - der Anschluss T2 ist mit den Kontakten C2, C6 und C10 verbunden,
    • - der Anschluss T3 ist mit den Kontakten C3, C7 und C11 verbunden, und
    • - der Anschluss T4 ist mit den Kontakten C4, C8 und C12 verbunden.
  • Jeder der Kontakte C1 bis C12 erstreckt sich über 15° entlang der Kreislinie, und auch die Abstandshalter zwischen benachbarten Kontakten C1 bis C12 decken jeweils einen Winkel von 15° ab.
  • 4 zeigt ein Diagramm, das die Stromdichte über die Hall-Platte während der ersten Phase veranschaulicht. Ein Bereich 401 zeigt den Anschluss T1, in den der Strom injiziert wird, und ein Bereich 402 zeigt den Anschluss T3, an dem der Strom extrahiert wird. Dies führt zur durch die verschiedenen Linien innerhalb der in 4 dargestellten Scheibe angegebenen Stromdichte.
  • 4 ist mit 0,47 im Quadrat und einem Hall-Geometriefaktor von 0,22 und einer spannungsbezogenen magnetischen Empfindlichkeit für die Siliciumimplementation von 52 mV/V/T angegeben.
  • Wie durch Vergleichen von 4 mit 2 ersichtlich ist, wird die Stromdichte um das Zentrum der Hall-Platte geringer, wenn die Anzahl der Kontakte zunimmt. Die erhöhte Anzahl der Kontakte, die sich über eine kleinere Fläche entlang der Kreislinie erstrecken, zwingt den Strom, in der Nähe des Rands zu fließen.
  • Daher ist es eine Option, eine Hall-Platte mit einem Kreisloch in der Mitte zu verwenden (die dann einer Ringform entspricht). Dies ist ohne einen erheblichen Verlust an magnetischer Empfindlichkeit möglich. 5 zeigt ein Diagramm, das die Stromdichte während der ersten Phase auf einer Hall-Platte mit 12 Kontakten und 4 Anschlüssen (nach 4) visualisiert, welche in der Mitte ein Kreisloch aufweist.
  • 5 gilt für 0,47 im Quadrat, einen Hall-Geometriefaktor von 0,22 und eine magnetische Empfindlichkeit von 51 mV/V/T.
  • Es ist eine erfindungsgemäße Option, dass die innere Kreislinie (d. h. der Innenumfang) einen schwebenden Kontakt umfasst. Dieser schwebende Kontakt gewährleistet, dass kein Strom in ihn hinein oder aus ihm heraus fließt. Der schwebende Kontakt kann einen Leiter ohne Verbindung zu einem externen Potential umfassen.
  • 6 zeigt ein Diagramm der Hall-Platte nach 5, wobei der innere Kreisumfang einen schwebenden Kontakt 601 umfasst. Dies ermöglicht es, dass der Strom zum schwebenden Kontakt 601 und von diesem fließt, dass jedoch kein Nettostrom in den schwebenden Kontakt oder aus diesem heraus fließt.
  • 6 gilt für 0,47 im Quadrat, einen Hall-Geometriefaktor von 0,22 und 51 mV/V/T.
  • 7 zeigt eine beispielhafte Hall-Platte mit einer umgekehrten Geometrie. Die Hall-Platte umfasst einen Innenumfang und einen Außenumfang. Die Kontakte befinden sich an einem Innenumfang. Die Hall-Platte kann in der Mitte ein Kreisloch aufweisen (was zu einer Ringform führt), oder sie kann einen nichtleitenden Bereich innerhalb des Innenumfangs umfassen. Der Außenumfang ist in einer erfindungegemäßen Option ein schwebender Kontakt. Er kann auch ein Isolator sein.
  • 7 zeigt eine 24C-4T-HHall, wobei es sich um eine Vorrichtung mit 24 Kontakten C1 bis C24 und vier Anschlüssen T1 bis T4 handelt, die folgendermaßen verbunden sind:
    • - Der Anschluss T1 ist mit den Kontakten C1, C5, C9, C13, C17 und C21 verbunden,
    • - der Anschluss T2 ist mit den Kontakten C2, C6, C10, C14, C18 und C22 verbunden,
    • - der Anschluss T3 ist mit den Kontakten C3, C7, C11, C15, C19 und C23 verbunden, und
    • - der Anschluss T4 ist mit den Kontakten C4, C8, C12, C16, C20 und C24 verbunden.
  • 8 zeigt ein Diagramm, das die Stromdichte während der ersten Phase auf der in 7 dargestellten Hall-Platte mit einem nichtleitenden Bereich innerhalb des Innenumfangs und einem Isolator am Außenumfang veranschaulicht.
  • Es ist eine Option, die Kontakte am Innenumfang und am Außenumfang eines ringförmigen Hall-Effekt-Gebiets anzuordnen. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, falls die Kontakte verglichen mit der radialen Dicke des Rings klein sind, weil dann der Satz von Kontakten am Außenumfang elektrisch vom Satz von Kontakten am Innenumfang entkoppelt ist.
  • Auch kann die Form der Hall-Platten variieren: Jede Geometrie, die durch Anwenden einer konformen Transformation auf die vorstehend dargestellten scheiben- und ringförmigen Vorrichtungen erhalten wird, kann im Wesentlichen identische elektrische Eigenschaften, d. h. identische Spannungen, aufweisen, falls identische Magnetfelder angelegt werden und identische Ströme injiziert werden.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen vorteilhafterweise Hall-Platten mit einer großen Anzahl verschiedener Stromflussrichtungen, welche mechanische Beanspruchungen und thermoelektrische Spannungen herausheben, welche andernfalls beide zu Offset-Fehlern der Vorrichtungen beitragen würden.
  • Es ist eine andere Option, mehrere Vorrichtungen, wie hier beschrieben, zu stapeln. Beispielsweise kann ein Strom durch eine erste und eine zweite Vorrichtung fließen, deren Eingangsanschlüsse in einer Reihenschaltung verbunden sind: Daher tritt der Strom von einem positiven Anschluss einer Versorgungsschaltung in einen Anschluss T1 der ersten Vorrichtung ein und aus der ersten Vorrichtung an einem Anschluss T3 aus, wobei ein Anschluss T2 der zweiten Vorrichtung mit dem Anschluss T3 der ersten Vorrichtung verbunden ist, so dass der gleiche Strom über ihren Anschluss T2 in die zweite Vorrichtung eintritt und an einem Anschluss T4 aus der zweiten Vorrichtung austritt. Dann liegen die Spannungen zwischen den Anschlüssen T2 und T4 der ersten Vorrichtung und zwischen den Anschlüssen T1 und T3 der zweiten Vorrichtung auf einem anderen Gleichtaktpotential, dies kann jedoch durch Signalaufbereitungsschaltungen behandelt werden.
  • Die Signalaufbereitungsschaltung kann zwei entkoppelte Operations-Transkonduktanzverstärker (OTAs) umfassen: Ein erster OTA erfasst die Spannung über die Anschlüsse T2 und T4 der ersten Vorrichtung und wandelt diese Spannung in einen Strom um, der proportional zur erfassten Spannung ist. Dieser Strom wird am Ausgang des ersten OTA zugeführt. Ein zweiter OTA erfasst die Spannung zwischen den Anschlüssen T1 und T3 der zweiten Vorrichtung und wandelt diese Spannung in einen Strom um, der zur erfassten Spannung proportional ist. Dieser Strom wird am Ausgang des zweiten OTA zugeführt. Dann werden die Ströme an den Ausgängen des ersten OTA und des zweiten OTA addiert, was zu einer Addition der zwei Signale führt.
  • Die Eingangsreihenschaltung beider Vorrichtungen verringert die Versorgungsspannung pro Vorrichtung, und dies verringert den Offset-Fehler herkömmlicher Spinning-Schemata (infolge einer kleineren elektrischen Nichtlinearität), was die Offset-Spannung der hier vorgeschlagenen Lösung weiter verringert.
  • 9 zeigt eine Hall-Vorrichtung in einer isometrischen Ansicht mit einer Hall-Platte 901 mit 24 Kontakten C1 bis C24 und einer leitenden Schicht 902.
  • Die leitende Schicht 902 kann als eine hoch leitfähige Bodenfläche am Boden der Hall-Platte 901 verwirklicht werden, wodurch ein Hall-Effekt-Gebiet definiert wird. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die leitende Schicht 902 eine vergrabene n-Schicht in Kontakt mit einer darüber liegenden leicht n-dotierten Epitaxieschicht sein, wodurch das Hall-Effekt-Gebiet gebildet ist.
  • Ein beispielhafter Verwendungsfall kann folgendermaßen sein: Eine Kreisscheibe kann einen Durchmesser von 70 µm aufweisen. Das Hall-Effekt-Gebiet ist 5 µm tief und weist eine Leitfähigkeit von beispielsweise 65 S/m auf. Die Kontakte weisen ein Layout von 3 µm x 3 µm auf, und sie sind von der nCMOS-Wanne 2 µm tief und weisen eine Leitfähigkeit von beispielsweise 2000 S/m auf. Die 24 Kontakte sind folgendermaßen gruppiert, wobei die Kontakte jeder Gruppe durch Drähte kurzgeschlossen sind:
    • - Gruppe 1: C1, C5, C9, C13, C17, C21;
    • - Gruppe 2: C2, C6, C10, C14, C18, C22;
    • - Gruppe 3: C3, C7, C11, C15, C19, C23, und
    • - Gruppe 4: C4, C8, C12, C16, C20, C24
  • Der Kurzschluss durch Drähte kann in der Verbindungsschicht der CMOSBiCMOS-Siliciumtechnologie implementiert werden. Die Drähte können aus Aluminium oder Kupfer bestehen und typischerweise eine Dicke von 200 nm und eine Breite von 2 µm aufweisen.
  • Vorteilhafterweise stellt die in 9 dargestellte Vorrichtung ein Ausgangssignal bereit, das nicht auf zu ihrer oberen Fläche parallele Magnetfeldkomponenten anspricht. Es spricht nur auf Magnetfelder an, die eine zu ihrer oberen Fläche senkrechte Feldkomponente aufweisen.
  • Es sei erwähnt, dass mit Bezug auf eine spezifische Figur erklärte Merkmale mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, selbst bei jenen, wo dies nicht explizit erwähnt wurde. Ferner können die Verfahren der Erfindung entweder in ganz durch Software verwirklichten Implementationen unter Verwendung der geeigneten Prozessorbefehle erreicht werden oder in Hybridimplementationen erreicht werden, bei denen eine Kombination von Hardwarelogik und Softwarelogik verwendet wird, um die gleichen Ergebnisse zu erreichen.

Claims (11)

  1. Mehr-Kontakt-Hall-Platte, umfassend: - ein Vielfaches von vier Kontakten, wobei jeder Kontakt entlang eines Randgebiets der Hall-Platte angeordnet ist, - wobei die Kontakte entlang dem Randgebiet der Hall-Platte im Wesentlichen gleich verteilt angeordnet sind, - wobei die Kontakte mit vier Anschlüssen T1 bis T4 verbunden sind, so dass ein Kontakt mit einem der vier Anschlüsse verbunden ist, - wobei die Kontakte N mal vier Kontakte sind, wobei N eine natürliche Zahl größer als 1 ist, - bei der die Kontakte C1, C2, C3, ..., C4N aufeinander folgend entlang dem Randgebiet der Hall-Platte angeordnet sind, - bei der die vier Anschlüsse T1 bis T4 folgendermaßen mit den Kontakten C1 bis C4N verbunden sind: - der Anschluss T1 ist mit den Kontakten C1, C5, ..., C4N-3 verbunden, - der Anschluss T2 ist mit den Kontakten C2, C6, ..., C4N-2 verbunden, - der Anschluss T3 ist mit den Kontakten C3, C7, ..., C4N-1 verbunden und - der Anschluss T4 ist mit den Kontakten C4, C8, ..., C4N verbunden, - weiterhin umfassend eine der folgenden Ausgestaltungen: - die Hall-Platte hat einen Innenumfang und einen Außenumfang, das Randgebiet ist ein Außenrandgebiet und die Innenseite des Innenumfangs umfasst einen schwebenden Kontakt, - die Hall-Platte hat einen Innenumfang und einen Außenumfang, das Randgebiet ist ein Innenrandgebiet und der Außenumfang umfasst einen schwebenden Kontakt, - der Randbereich ist ein Außenumfangsbereich, die Hall-Platte ist auf der Oberseite oder der Unterseite einer besser als die Hall-Platte leitenden Schicht angeordnet und teilt sich mit dieser einen ohmschen Kontakt über ihre Berührungsfläche.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Innenrandgebiet und/oder das Außenrandgebiet einen Umfang, insbesondere eine Kreislinie, umfasst.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kontakte entlang dem Randgebiet der Hall-Platte gleich beabstandet angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hall-Platte eine Scheibe ist.
  5. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: - Zuführen elektrischer Energie zu zwei Anschlüssen T1 und T3 von den vier Anschlüssen, - Abgreifen eines Ausgangssignals an den anderen zwei Anschlüssen T2 und T4, - wobei die Anschlüsse T1 bis T4 mit vier der aufeinander folgenden Kontakte C1 bis C4N verbunden sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend: - Injizieren eines ersten Stroms in den Anschluss T1 und Extrahieren des ersten Stroms an dem Anschluss T3, - Abgreifen einer Spannung zwischen den Anschlüssen T2 und T4.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: - Injizieren eines zweiten Stroms in den Anschluss T2 und Extrahieren des zweiten Stroms an dem Anschluss T4, - Abgreifen einer Spannung zwischen den Anschlüssen T3 und T1.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner umfassend: - Injizieren des ersten Stroms in den Anschluss T3 und Extrahieren des ersten Stroms an dem Anschluss T1, - Abgreifen einer Spannung zwischen den Anschlüssen T4 und T2.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, ferner umfassend: - Injizieren des zweiten Stroms in den Anschluss T4 und Extrahieren des zweiten Stroms an dem Anschluss T2, - Abgreifen einer Spannung zwischen den Anschlüssen T1 und T3.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, umfassend: - Addieren der abgegriffenen Spannungen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, ferner umfassend: - Anlegen einer ersten Versorgungsspannung an den Anschluss T1, - Anlegen einer zweiten Versorgungsspannung an den Anschluss T3, - Messen eines Stroms zwischen den Anschlüssen T2 und T4.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2426954A1 (de) 1973-06-18 1975-01-09 Philips Nv Halbleiteranordnung mit hall-element
US4668914A (en) 1983-12-23 1987-05-26 International Standard Electric Corporation Circular, amorphous metal, Hall effect magnetic field sensor with circumferentially spaced electrodes
US5548151A (en) 1994-03-09 1996-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Hall element for detecting a magnetic field perpendicular to a substrate
US6008643A (en) 1994-09-29 1999-12-28 R.G. Mani ("Mani") Offset reduction and separation of hall and piezoresistive voltages through current injection
US6278271B1 (en) 1998-03-30 2001-08-21 Sentron Ag Three dimensional magnetic field sensor
US20020173941A1 (en) 2001-02-28 2002-11-21 Hines Daniel R. Method and system for finite element modeling and simulation of enhanced magnetoresistance in thin film semiconductors with metallic inclusions
US20130021027A1 (en) 2011-07-21 2013-01-24 Infineon Technologies Ag Vertical hall sensor with high electrical symmetry
US20160252589A1 (en) 2013-11-06 2016-09-01 Melexis Technologies Nv Hall Sensor Readout System with Offset Determination Using the Hall Element Itself

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2774890A (en) * 1952-08-30 1956-12-18 Bell Telephone Labor Inc Nonreciprocal transmitting devices
US9222991B2 (en) * 2012-06-22 2015-12-29 Infineon Technologies Ag Vertical hall device comprising a slot in the hall effect region
DE102013205313A1 (de) * 2013-03-26 2014-10-02 Robert Bosch Gmbh Fremdmagnetfeld-unempfindlicher Hallsensor
GB201315964D0 (en) * 2013-09-06 2013-10-23 Melexis Technologies Nv Magnetic field orientation sensor and angular position sensor using same
US9671474B2 (en) * 2014-10-03 2017-06-06 Infineon Technologies Ag Three 3-contact vertical hall sensor elements connected in a ring and related devices, systems, and methods
DE102016109883B4 (de) * 2016-05-30 2018-05-09 Infineon Technologies Ag Hall-Sensorbauelement und Hall-Erfassungsverfahren

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2426954A1 (de) 1973-06-18 1975-01-09 Philips Nv Halbleiteranordnung mit hall-element
US4668914A (en) 1983-12-23 1987-05-26 International Standard Electric Corporation Circular, amorphous metal, Hall effect magnetic field sensor with circumferentially spaced electrodes
US5548151A (en) 1994-03-09 1996-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Hall element for detecting a magnetic field perpendicular to a substrate
US6008643A (en) 1994-09-29 1999-12-28 R.G. Mani ("Mani") Offset reduction and separation of hall and piezoresistive voltages through current injection
US6278271B1 (en) 1998-03-30 2001-08-21 Sentron Ag Three dimensional magnetic field sensor
US20020173941A1 (en) 2001-02-28 2002-11-21 Hines Daniel R. Method and system for finite element modeling and simulation of enhanced magnetoresistance in thin film semiconductors with metallic inclusions
US20130021027A1 (en) 2011-07-21 2013-01-24 Infineon Technologies Ag Vertical hall sensor with high electrical symmetry
US20160252589A1 (en) 2013-11-06 2016-09-01 Melexis Technologies Nv Hall Sensor Readout System with Offset Determination Using the Hall Element Itself

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AUSSERLECHNER, Udo: The signal-to-noise ratio and a hidden symmetry of Hall Plates. In: Solid-State Electronics, Vol. 135, 2017, p. 14-23.
BUEHLER, M. G.; PEARSON, G.L.: Magnetoconductive Correction Factors for Isotropic Hall Plate with Point Sources. In: Solid -State Electronics, Vol. 9, 1966, p. 395 - 407.
VERSNEL W.: Analysis of Circular Hall Plates with Equal Finite Contacts. In: Solid-State Electronics, Vol. 24, 1981, p. 63-68.

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