DE102022120381A1

DE102022120381A1 - Baugruppenbelastungssensor basierend auf funktionaler vorrichtung

Info

Publication number: DE102022120381A1
Application number: DE102022120381.6A
Authority: DE
Inventors: George Pieter Reitsma; Kalin Valeriev LAZAROV
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2021-08-13
Filing date: 2022-08-11
Publication date: 2023-02-16
Also published as: US20230049755A1; CN115931184A

Abstract

Ein halbleiterbasierter Belastungssensor kann eine bipolare Transistorvorrichtung mit ersten und zweiten Kollektoranschlüssen aufweisen. Eine Erregungsschaltung kann ein Erregungssignal an einen Emitteranschluss des bipolaren Transistorbauelements liefern, und ein Indikator für die physikalische Belastung des Halbleiters kann auf der Grundlage einer Beziehung zwischen den an den Kollektoranschlüssen in Reaktion auf das Erregungssignal gemessenen Signalen bereitgestellt werden. Die Signale können eine Ladungsträgerbeweglichkeitscharakteristik des Halbleiters anzeigen, die als Indikator über eine physikalische Belastung verwendet werden kann. In einem Beispiel basiert der Indikator für die physikalische Belastung auf einer Stromablenkungscharakteristik eines Basisbereichs der Transistorvorrichtung.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht den Nutzen der Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Lfd. Nummer 63/233,096 und dem Titel „PACKAGE STRESS SENSOR“, eingereicht am 13. August 2021 (Aktenzeichen 3867.802PRV), und der US-Patentanmeldung mit der Lfd. Nummer 17/816,979 mit dem Titel „PACKAGE STRESS SENSOR“, eingereicht am 2. August 2022 (Aktenzeichen 3867.802US2), die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
HINTERGRUND
Halbleiter können mechanischer Belastung unterworfen sein, zum Beispiel aufgrund von Umwelteinflüssen wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit. Eine Belastung oder Veränderungen der Belastung können die Leistung oder Empfindlichkeit von Halbleitervorrichtungen beeinflussen.
Der Hall-Effekt bezieht sich auf eine Spannungsdifferenz, die über einem elektrischen Leiter in Gegenwart eines Magnetfeldes erzeugt werden kann. Eine Richtung der erzeugten Spannung kann quer zu einem elektrischen Strom in dem Leiter und zu dem Magnetfeld senkrecht zu dem Strom sein. Ein Hall-Sensor ist ein Magnetfeldsensor, der auf dem Hall-Effekt basiert.
In einem Beispiel kann ein Hall-Sensor ein elektrisches Ausgangssignal bereitstellen, das proportional zu einer Komponente eines Magnetfelds ist, das den Sensor beeinflusst. Der Hall-Sensor kann ein Hall-Element oder eine Gruppe von Elementen und einen Prozessor zum Empfangen und Interpretieren von Signalen von dem Element oder den Elementen aufweisen. In einem Beispiel weist ein Hall-Sensor eine integrierte Schaltung, die in einem Gehäuse untergebracht ist, auf, und der Sensor oder seine Baugruppe können mechanischer Belastung unterworfen sein. Wenn ein Hall-Sensor zur Charakterisierung eines Magnetfelds verwendet wird, kann es wünschenswert sein, die Auswirkungen mechanischer Belastungen auf den Sensor selbst auszulöschen. Ebenso kann, wenn ein Belastungssensor zum Charakterisieren einer Belastung oder einer Änderung einer Belastung verwendet wird, wünschenswert sein, alle Hall-Effekte, die den Belastungsindikator beeinflussen oder verfälschen könnten, auszulöschen.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Die Erfinder haben unter anderem erkannt, dass eine zu lösende Aufgabe das Bestimmen einer geeigneten Kompensation für die Baugruppenbelastung bei gepackten integrierten Schaltungen aufweist. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Lösung einen Sensor aufweisen oder verwenden kann, der dazu ausgebildet ist, eine mechanische Belastung zu messen und gleichzeitig die Effekte von Magnetfeldern, die andernfalls eine Belastungsmessung verfälschen könnten, abzuschwächen. Die Lösung kann das Charakterisieren der Richtung der Belastung und der Größe der Belastung aufweisen. Die Informationen über die Richtung und die Größe der Belastung können wiederum zusammen mit einer anderen Schaltungsanordnung verwendet werden, um dem Einfluss der Belastung auf andere Schaltungselemente oder Leistungsparameter entgegenzuwirken. Beispielsweise können Informationen über Richtung und Größe der Belastung verwendet werden, um einem Fehlerterm in einem Spannungs- oder Stromsignalreferenzgenerator entgegenzuwirken oder um einen Versatz für eine Umsetzerschaltung zu kalibrieren.
In einem Beispiel kann die Lösung einen auf einer Halbleiter-Hall-Platte basierenden Sensor enthalten oder verwenden, der dazu ausgebildet ist, Informationen über die Baugruppenbelastung bereitzustellen. In einem Beispiel kann der Sensor eine Hall-Platte und eine Erregungsschaltung aufweisen. Die Erregungsschaltung kann Signale für die jeweiligen Knotenpaare der Hall-Platte bereitstellen. Eine Messschaltung kann Informationen über ein erstes elektrisches Signal an einem ersten Knotenpaar als Reaktion auf einen ersten Abschnitt des Erregungssignals empfangen und kann Informationen über ein zweites elektrisches Signal an einem zweiten Knotenpaar als Reaktion auf einen zweiten Abschnitt des Erregungssignals empfangen. Das erste und das zweite elektrische Signal können eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft des Halbleiters angeben, die verwendet werden kann, um einen Indikator für die physikalische Belastung auf dem Sensor bereitzustellen.
In einem Beispiel kann die Lösung einen halbleiterbasierten Belastungssensor aufweisen oder verwenden, der eine Bipolartransistorvorrichtung mit mehreren (z. B. einem ersten und einem zweiten) Kollektoranschlüssen aufweist. Eine Erregungsschaltung kann ein Erregungssignal an einen Basis-Emitter-Übergang der Bipolartransistorvorrichtung bereitstellen, und ein Indikator für die physikalische Belastung des Halbleiters kann basierend auf einer Beziehung zwischen den an den Kollektoranschlüssen in Reaktion auf das Erregungssignal gemessenen Signalen bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann der Indikator für die physikalische Belastung auf einer Stromablenkungscharakteristik eines Basisgebiets der Transistorvorrichtung basieren.
Diese Zusammenfassung ist nicht dafür gedacht, eine ausschließliche oder erschöpfende Erklärung der Erfindung bereitzustellen. Die ausführliche Beschreibung ist aufgenommen, um weitere Informationen über die vorliegende Patentanmeldung bereitzustellen.
Figurenliste
Um die Diskussion irgendeines speziellen Elements oder irgendeiner speziellen Aktion leicht identifizieren zu können, bezieht/beziehen sich die höchstwertige/n Ziffer/n eines Bezugszeichens auf die Nummer der Figur, in der dieses Element zum ersten Mal eingeführt ist.

1 stellt allgemein ein Beispiel für einen Halbleiterwafer und seine Kristallebenen dar.
2A und 2B stellen allgemein Beispiele für eine rechteckige Hall-Platte dar.
3A und 3B stellen allgemein Beispiele für die mechanische Belastung einer Hall-Platte dar.
4A und 4B stellen allgemein Beispiele für Hall-Platten mit unterschiedlichen Orientierungen auf einem Wafer dar.
5 stellt allgemein ein Beispiel für eine nicht rechteckige Hall-Platte zum Erfassen einer Belastung dar.
6 stellt einen Aspekt des Gegenstands in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dar.
7A stellt allgemein ein Beispiel für eine Draufsicht eines physikalischen Layouts eines ersten Bipolartransistors dar.
7B stellt allgemein ein Beispiel für eine Querschnittsansicht eines physikalischen Layouts des ersten Bipolartransistors dar.
7C stellt allgemein ein Beispiel für ein schematisches Diagramm einer Differenzsignalmessschaltung dar.
8A stellt allgemein ein Beispiel für eine Draufsicht eines physikalischen Layouts eines zweiten Bipolartransistors dar.
8B stellt allgemein ein Beispiel für eine Querschnittsansicht eines physikalischen Layouts eines zweiten Bipolartransistors dar.
9 stellt allgemein ein Beispiel für eine Referenzgeneratorschaltung, die auf einem Halbleiterwafer aufgebaut ist, dar.
10 stellt allgemein ein Beispiel für ein Verfahren, das das Verwenden einer Bipolartransistorvorrichtung zum Bereitstellen eines Indikators für die physikalische Belastung aufweisen kann, dar.
11 stellt allgemein ein Beispiel für eine Referenzgeneratorschaltung, die einen Bipolartransistor mit geteilten Kollektoren aufweist, dar.
12 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Berechnungsvorrichtung, die in der Lage ist, Aspekte der verschiedenen hier diskutierten Techniken auszuführen, darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Integrierte Schaltungen (ICs) können montiert oder gepackt sein, um dazu beizutragen, empfindliche integrierte Schaltungen vor Belastung oder Umwelteinflüssen zu schützen. Eine solche Packung oder Montage kann jedoch eine Quelle für mechanische Belastung für das Halbleitermaterial, das eine IC aufweist, sein. Mechanische Belastungen können das Verhalten von Schaltungen beeinflussen oder verändern, beispielsweise weil sie die Beweglichkeit und den Streufaktor von Ladungsträgern (z. B. Elektronen oder Löchern) verändern können. Solche Veränderungen können zu Drift oder Versatz bei Parametern wie z. B. Widerstand, magnetischer Empfindlichkeit, Transistorverhalten oder piezobedingten Effekten beitragen. In einigen Beispielen kann sich die mechanische Belastung im Laufe der Zeit aufgrund von äußeren Umwelteinflüssen verändern oder kann sich durch längerfristige Drift und Materialalterung verändern.
Zur Kompensation von Baugruppenbelastungen kann ein Belastungssensor dazu ausgebildet sein, die Belastung, der die Vorrichtungen auf einem speziellen Chip oder Substrat ausgesetzt sind, zu erfassen. In einem Beispiel können Transistoren oder Massewiderstände verwendet werden, um Belastungen durch Messen einer Änderung der Elektronenbeweglichkeit (z. B. für n-Typ-Materialien) oder der Lochbeweglichkeit (z. B. für p-Typ-Materialien) zu erfassen. Solche Vorrichtungen können jedoch empfindlich auf das Vorhandensein von Magnetfeldern reagieren, was Fehler in die Belastungsmessungen einführen kann. Mit anderen Worten kann die Lorentzkraft eine Ablenkung des Stromflusses in einem Sensor verursachen, wie z. B. bei Vorhandensein von Magnetfeldern. Darüber hinaus sind einige Belastungssensoren nicht dazu ausgebildet, eine Richtung der Belastung zu erfassen. Die Erfinder haben Lösungen für diese und andere Aufgaben erkannt.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Lösung für die Belastungsmessungsaufgabe einen Sensor aufweisen oder verwenden kann, der dazu ausgebildet ist, eine mechanische Belastung zu messen und gleichzeitig die Effekte von Magnetfeldern, die andernfalls die Belastungsmessung verfälschen könnten, abzuschwächen. Die Lösung kann das Charakterisieren der Richtung der Belastung und der Größe der Belastung aufweisen. Die Informationen über die Richtung und die Größe der Belastung können wiederum zusammen mit einer anderen Schaltungsanordnung verwendet werden, um dem Einfluss der Belastung auf andere Schaltungselemente oder Leistungsparameter entgegenzuwirken. Beispielsweise können Informationen über Richtung und die Größe der Belastung verwendet werden, um einem Fehlerterm in einem Spannungs- oder Stromsignalreferenzgenerator entgegenzuwirken oder um einen Versatz für eine Umsetzerschaltung zu kalibrieren.
In einem Beispiel kann die Lösung eine Hall-Platte aufweisen oder verwenden. Unter Verwendung der Ergebnisse mehrerer Messungen kann eine Schaltungsanordnung verwendet werden, um Fehler aufgrund von Magnetfeldern auszulöschen oder die Empfindlichkeit oder Drift abzuschätzen oder entsprechende Belastungskompensationssignale bereitzustellen. In einem Beispiel kann die Lösung mehrere Halbleiterschichten aufweisen oder verwenden, die z. B. einen Bipolartransistor aufweist, der mehrere Kollektoren (oder einen Kollektor, der gegabelt oder weiter getrennt ist, um Anschlüsse zu trennen) aufweist. Informationen über die jeweiligen Stromdichten in den unterschiedlichen Kollektoren können verwendet werden, um die Richtung oder die Größe von Belastungen in der den Transistor aufweisenden Baugruppe zu charakterisieren. In einigen Beispielen kann der Transistor einen Abschnitt einer Referenzgeneratorschaltung aufweisen oder zum Bereitstellen eines Versatzsignals zum Korrigieren einer anderen Referenzgeneratorschaltung verwendet sein.
Die verschiedenen hier diskutierten Lösungen bieten verschiedene Vorteile gegenüber früheren Belastungssensoren. Beispielsweise kann im Vergleich zu dem Messen einer absoluten Beweglichkeit als einen Widerstand oder Transistorstrom das Verwenden von außerdiagonalen Messungen von Beweglichkeitskomponenten in einer Hall-Platte mehr Informationen über die Größe und Richtung von Belastungskomponenten bereitstellen. Darüber hinaus kann eine Temperaturkompensation erster Ordnung erreicht werden, indem das Verhältnis zwischen der außerdiagonalen Komponente und dem absoluten Widerstand genommen wird. Weiterhin kann der Einfluss benachbarter Magnetfelder unter Verwendung von zwei Messungen kompensiert werden, um die Hall-Effekt-Spannung auszulöschen.
1 zeigt allgemein ein Beispiel für Miller-Indizes für eine Kristallstruktur. Ein Halbleiterwafer, der z. B. Silizium aufweist, kann aus einem Siliziumkristallstab so geschnitten werden, dass die Waferoberfläche mit einer kristallographischen Ebene zusammenfällt. 1 zeigt eine Draufsicht eines solchen Halbleiterwafers, der in der mit [100] bezeichneten Ebene geschnitten wurde und eine „Primärfläche“ aufweist, die die spezielle Kristallorientierung angibt. Einige Wafer weisen eine Sekundärfläche auf, um eine Dotierung des Wafers (z. B. als n- oder p-Typ) anzugeben. Die kristallographischen Hauptrichtungen in der Waferebene sind in 1 identifiziert. In einem Beispiel können die Schaltungsstrukturen auf einem Wafer so aufgebaut sein, dass sich die Seitenränder oder Wände der Schaltung parallel oder senkrecht zu der Waferfläche erstrecken.
Nach der Konvention unter Verwendung der Miller-Indizes erstreckt sich die Ebene [110] senkrecht zur Primärfläche und die Ebene [110] erstreckt sich parallel zur Primärfläche. Die Ebene [010] erstreckt sich in einem Winkel von +45°, und die Ebene [100] erstreckt sich in einem Winkel von -45° in Bezug auf die [110]-Richtung.
In dem Beispiel von 1 ist ein Winkel ϕ in Bezug auf die [110]-Ebene definiert. Die auf dem [100]-Wafer aufgebauten Schaltungsstrukturen sind im Allgemeinen so positioniert, dass sich die vertikalen Strukturen in Richtung ϕ = 0° erstrecken und sich die horizontalen Strukturen in Richtung ϕ = 90° erstrecken. In dieser Orientierung kann die Primärfläche als parallel zur x-Achse betrachtet werden, und die Ränder des Chips (oder der Schaltungsstrukturen) sind im Allgemeinen parallel zur x- und y-Achse. In diesem Beispiel entsprechen die Kristallebenen [100] und [010] den Diagonalrichtungen der Strukturen.
Im Allgemeinen sind Siliziumkristalle mit einer [100]-Konfiguration weithin verfügbar und werden häufig für die Herstellung von integrierter Schaltungsvorrichtungen verwendet. Dementsprechend ist in der folgenden Diskussion angenommen, dass ein Material vom [100]-Typ verwendet ist, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Außerdem erkennen Fachleute, dass auch andere Materialien auf ähnlich Weise verwendet werden können.
Herkömmliche Belastungssensoren, wie z. B. diejenigen, die eine Widerstandsbrücke aufweisen, können dem Einfluss von Magnetfeldern, die Fehler in einem gemessenen Belastungssignal verursachen können, ausgesetzt sein. Die Erfinder haben erkannt, dass eine bessere Art zum Messen von Belastungen eine Hall-Platte aufweisen oder verwenden kann, die z. B. eine allgemein symmetrische kristalline Struktur mit mehreren Signalkontakten oder Knoten aufweisen kann. Verschiedene Knotenpaare können durch entsprechende Signale erregt oder vorbelastet werden, und die Antwortsignale können von verschiedenen Knotenpaaren gemessen werden. Die Antwortsignale können zusammen analysiert werden, um eine Beweglichkeit oder Ablenkungscharakteristik der Elektronen (oder Löcher) in der Hall-Platte zu bestimmen. Unter Verwendung der bestimmten Ablenkungscharakteristik können genauere Informationen über die Baugruppenbelastung bestimmt werden, während gleichzeitig die Auswirkungen des Hall-Effekts oder des Einflusses irgendeines Magnetfelds ausgelöscht werden.
In einem Beispiel weist eine Hall-Platte eine dotierte Halbleitervorrichtung auf, die mit eine spezielle Breite, Länge und Dicke aufweist. Eine herkömmliche Hall-Platte ist im Allgemeinen rechteckig oder quadratisch und weist zwei Paare von Kontakten oder Knoten auf: ein Paar wird für zur Vorbelastung verwendet, und das andere wird zum Erfassen oder Messen verwendet. Die Knoten sind an den Ecken der rechteckigen Platte vorgesehen. Im Allgemeinen ist eine Hall-Platte symmetrisch um jede der Achsen, die die jeweiligen Knotenpaare verbinden. Hall-Platten können andere, nicht rechteckige Formen aufweisen, wie z. B. Kreuze, Sechsecke oder andere, die eine Symmetrie entlang mehrerer Achsen zeigen.
2A und 2B stellen allgemein Beispiele für eine rechteckige erste Hall-Platte 202 dar. Die erste Hall-Platte 202 kann eine kristalline Struktur aufweisen, kann z. B. eine Epitaxieschicht aufweisen, die auf einem Substrat wie z. B. Silizium aufgewachsen oder abgeschieden werden kann. Im Allgemeinen kann die erste Hall-Platte 202 eine oder mehrere Schichten aufweisen, die mit einer genau definierten Orientierung relativ zu einer Orientierung des Substrats oder der Keimschicht gebildet sind.
In einem Beispiel und unabhängig von mechanischen Belastungseffekten kann ein Effekt eines Magnetfeldes auf eine Hall-Platte als Brücke modelliert werden. In unbelastetem Silizium kann beispielsweise eine über einer Hall-Platte gemessene Hall-Spannung eine Funktion des an die Platte angelegten Vorbelastungsstroms und der Widerstandscharakteristik der Platte sein.
Zur Veranschaulichung zeigen 2A und 2B Beispiele für die rechteckige erste Hall-Platte 202 unter verschiedenen Vorbelastungsbedingungen. Die erste Hall-Platte 202 enthält zwei Paare von entgegengesetzt orientierten Knoten an ihren Ecken, ein erstes Knotenpaar p1+ und p1-, und ein zweites Knotenpaar p2+ und p2-. 2A zeigt die erste Hall-Platte 202, die durch ein zwischen den Knoten p2+ und p2-angelegtes Stromsignal I vorbelastet ist, und 2B zeigt die erste Hall-Platte 202, die durch das zwischen den Knoten p1+ und p1- angelegte Stromsignal I vorbelastet ist.
Wenn eine Hall-Platte, wie z. B. die erste Hall-Platte 202, durch ein Eingangssignal vorbelastet wird, ist ihre Empfindlichkeit eine Funktion der Größe des Vorbelastungssignals, eines Korrekturfaktors, der durch die Geometrie der speziellen Platte definiert ist, und einer Widerstandscharakteristik der Platte. Die Widerstandscharakteristik der Platte, manchmal auch als Hall-Koeffizient bezeichnet, ist (für einen n-Typ-Halbleiter) eine Funktion der Elektronenkonzentration und des Hall-Faktors, und der Hall-Faktor hängt unter anderem von der Temperatur und der Streuung ab.
In einem Beispiel kann eine ideale Hall-Platte kann als symmetrische Wheatstone-Brücke modelliert werden, die bei Abwesenheit eines Magnetfelds unter stabilen Vorbelastungsbedingungen eine gleichmäßige Ausgangsspannung bereitstellt. Eine reale Hall-Platte zeigt jedoch eine unterschiedliche Ausgangsspannung aufgrund eines Versatzes, der durch ein Magnetfeld verursacht werden kann. Der Versatz kann gemessen und genutzt werden, um Belastungen auf der Hall-Platte zu identifizieren oder zu charakterisieren, wie hier weiter erläutert.
In einem Beispiel ist eine Hall-Plattenspannung, V_H in den Beispielen von 2A und 2B, linear abhängig von der Größe des Vorbelastungssignals und kann modelliert werden als:
$[\begin{matrix} V_{1} \\ V_{2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} R_{H 11} & R_{H 12} \\ R_{H 21} & R_{H 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} I_{1} \\ I_{2} \end{matrix}]$
wobei V₁ die Spannung zwischen den Knoten p1+ und p1- ist, und V₂ die Spannung zwischen den Knoten p2+ und p2- ist, und wobei I₁ der zwischen den Knoten p1+ und p1- angelegte Strom ist, und I₂ der zwischen den Knoten p2+ und p2- angelegte Strom ist. Die Spannungen V₁ und V₂ sind somit Funktionen des Vorbelastungsstrom-Eingangssignals und der Hall-Koeffizienten, oder R_Hxx, die das Widerstandsverhalten der Hall-Platte beschreiben. Mit anderen Worten können die Werte der Hall-Koeffizienten als Ersatz für den Einfluss eines externen Magnetfeldes auf die Hall-Platte verwendet werden oder diesen repräsentieren.
In dem Beispiel von 2A ist die Hall-Spannung V_H = V₁ = R_H12I₂. In Beispiel von 2B ist V_H = V₂ = RH₂₁I₁. In dem Beispiel der ersten Hall-Platte 202 ist die Impedanzmatrix, die das System beschreibt, bei Vorhandensein eines Magnetfeldes antisymmetrisch, und daher können die Hall-Koeffizienten, die orthogonalen Achsen entsprechen, gleich und entgegengesetzt sein. Das heißt R_H12 = -R_H21 aufgrund des Hall-Effekts.
In einem Beispiel und unabhängig von Magnetfeldeffekten kann ein Effekt einer mechanischen Belastung auf eine Hall-Platte in ähnlicher Weise als Brücke modelliert werden. 3A und 3B stellen allgemein grafische Beispiele für die mechanische Belastung einer Hall-Platte, wie z. B. der ersten Hall-Platte 202, und deren Einfluss auf spezielle außerdiagonale Beweglichkeitseigenschaften der Hall-Platte dar. Die Eigenschaften der ersten Hall-Platte 202 können im Hinblick auf ihre Empfindlichkeit gegen Belastungen optimiert werden, beispielsweise um sie an eine weitere IC-Vorrichtung anzupassen (z. B. in Bezug auf Dotierung oder Materialtyp, physikalische Abmessungen usw.), für die eine Belastungskompensation gewünscht wird.
In unbelastetem Silizium kann die Elektronenbeweglichkeit in der Hall-Platte als eine skalare Funktion der angelegten Vorbelastung oder des elektrischen Feldes modelliert werden. Das heißt: $[\begin{matrix} J_{1} \\ J_{2} \end{matrix}] = q μ [\begin{matrix} E_{1} \\ E_{2} \end{matrix}]$
wobei J die Elektronenbeweglichkeit ist, E ist das angelegte elektrische Feld ist, q ist die Elektronenladung ist und µ eine Konstante ist, die auf den Eigenschaften des Siliziums selbst beruht, wenn es unbelastet ist. Unter Belastung kann die Elektronenbeweglichkeit durch eine Tensorbeziehung beschrieben werden. Zum Beispiel: $[\begin{matrix} J_{1} \\ J_{2} \end{matrix}] = q [\begin{matrix} μ_{11} & μ_{12} \\ μ_{21} & μ_{22} \end{matrix}] [\begin{matrix} E_{1} \\ E_{2} \end{matrix}]$
wobei µ den außerdiagonalen Beweglichkeitskomponenten von Elektronen (z. B. für einen n-Typ-Halbleiter) oder Löchern (z. B. für einen p-Typ-Halbleiter) oder dem Einfluss von Belastungen in der gesamten Hall-Platte entspricht. Diese außerdiagonalen Beweglichkeitskoeffizienten können indirekt gemessen werden, beispielsweise unter Verwendung eines Brückenmodells ähnlich dem in Gleichung 1. Das heißt:
$[\begin{matrix} V_{1} \\ V_{2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} R_{S 11} & R_{S 12} \\ R_{S 21} & R_{S 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} I_{1} \\ I_{2} \end{matrix}]$
wobei R_Sxx die Koeffizienten des Widerstandstensors, die das Verhalten der Hall-Platte unter Belastung beschreiben, repräsentieren. Belastungen können eine Veränderung des Ladungsträgerbeweglichkeitstensors, der die Platte beschreibt, verursachen. Das heißt, der Widerstand der Platte kann richtungsabhängig werden, und die außerdiagonalen Komponenten des Beweglichkeitstensors verursachen eine Stromablenkung.
In einem Beispiel können die außerdiagonalen Koeffizienten µ_xx Informationen über die Größe der angewandten Belastung und die Richtung oder das Vorzeichen der angewandten Belastung bereitstellen. Darüber hinaus kann aufgrund der Reziprozität der Elektronenbeweglichkeit angenommen werden, dass der außerdiagonale Koeffizient µ₁₂ gleich µ₂₁ ist und dementsprechend R_S12 gleich R_S21 ist. Diese Reziprozitätsbeziehung kann genutzt werden, um die Größe und Richtung der mechanischen Belastung zu bestimmen.
In einem Beispiel, das die erste Hall-Platte 202 zur Charakterisierung der mechanischen Belastung aufweist oder verwendet, können mehrere Messungen der ersten Hall-Platte 202 verwendet werden, um den Einfluss von Magnetfeldern auf die Belastung auszulöschen. Beispielsweise kann eine erste Messung das Messen von V1 unter Verwendung der in 3A dargestellten Konfiguration aufweisen, und eine zweite Messung kann das Messen von V2 unter Verwendung der in 3B dargestellten Konfiguration aufweisen. Die Ergebnisse der ersten und der zweiten Messung können zusammen verarbeitet werden, um die das Magnetfeld angebenden Komponenten zu eliminieren und die die Belastung angebende Komponente zu isolieren. Zum Beispiel:
$R_{12} = R_{S 12} + R_{H 12}$

$R_{21} = R_{S 21} + R_{H 21}$
Aus der vorstehenden Diskussion ergibt sich R_H12 = -R_H21, und R_S12 = R_S21.. Dementsprechend kann die die Belastung angegebene Komponente durch R_S12 = R_S21 = R₁₂ + R₂₁ angegeben werden. Mit anderen Worten kann der Einfluss eines störenden Magnetfeldes durch Summieren der Ergebnisse aus der ersten und der zweiten Messung ausgelöscht werden, und der verbleibende Belastungskoeffizient kann der Größe der Belastung entsprechen. Darüber hinaus können Informationen über die Orientierung der bei der ersten und der zweiten Messung verwendeten Hall-Platte sowie das Vorzeichen der die Belastung angegebenen Komponente RS12 verwendet werden, um eine Richtung der Belastung zu charakterisieren.
Die Empfindlichkeit gegen Belastungen oder der Einfluss von Belastungen kann wenigstens teilweise von einer Orientierung einer Hall-Platte relativ zur Kristallorientierung des Hall-Platten-Substrats abhängen. In einem Beispiel kann eine Hall-Platte verwendet werden, um die Größe und Richtung mechanischer Belastungen in oder entlang mehrerer unterschiedlicher Achsen zu erfassen, wie z. B. unter Verwendung mehrerer Platten mit unterschiedlichen Orientierungen auf einem Substrat. Dementsprechend können mehrere Hall-Platten zusammen verwendet werden, um mehr Informationen über die Gesamtbelastungscharakteristik einer speziellen Baugruppe bereitzustellen. Mit jeder Hall-Platte können mehrere Messungen ausgeführt werden, um die Belastung der Baugruppe zu charakterisieren und den Einfluss irgendwelcher Magnetfelder auszulöschen.
4A und 4B stellen allgemein Beispiele dar, die Hall-Platten mit unterschiedlichen Orientierungen auf demselben ersten Wafer 402 aufweisen, der z. B. ein dotiertes Siliziumsubstrat aufweist. Beispielsweise stellt 4A ein Beispiel für eine zweite Hall-Platte 404 dar, die eine erste Orientierung auf dem ersten Wafer 402 aufweist, und 4B stellt ein Beispiel für eine dritte Hall-Platte 406 dar, die eine zweite Orientierung auf demselben ersten Wafer 402 aufweist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die dritte Hall-Platte 406 aus der Ansicht des ersten Wafers 402 in 4A weggelassen, und die zweite Hall-Platte 404 ist aus der Ansicht des ersten Wafers 402 in 4B weggelassen. Die zweite Hall-Platte 404 und die dritte Hall-Platte 406 können an irgendwelchen Orten auf dem ersten Wafer 402 angeordnet sein, vorzugsweise könnten sie sich jedoch nahe beieinander befinden.
In dem Beispiel von 4A und 4B besitzt der erste Wafer 402 eine spezielle Kristallorientierung, wobei z. B. die zweite Hall-Platte 404 und die dritte Hall-Platte 406 mit unterschiedlichen Orientierungen in Bezug auf die Ebene [100] des ersten Wafers 402 vorgesehen sind. Die zweite Hall-Platte 404 kann dazu ausgebildet sein, die Abweichung der Elektronenbeweglichkeit in einer Ebene des ersten Wafers 402 zu messen, und die dritte Hall-Platte 406 kann dazu ausgebildet sein, die Abweichung der Elektronenbeweglichkeit in einer anderen Ebene des ersten Wafers 402 zu messen. Dementsprechend können die zweite Hall-Platte 404 und die dritte Hall-Platte 406 zusammen verwendet werden, um Informationen über Belastungen auf dem ersten Wafer 402 in mehreren unterschiedlichen Achsen, die den unterschiedlichen Ebenen entsprechen, bereitzustellen.
5 stellt allgemein ein Beispiel für ein Belastungssensorsystem 500 dar, das eine achteckige Hall-Platte 502, die auf einer [100]-Ebene eines Wafers vorgesehen ist, aufweist. Das Belastungssensorsystem 500 kann eine Vorbelastungssignalquelle aufweisen, die unter Verwendung einer Vorbelastungssignal-Multiplexiererschaltung 504 mit der achteckigen Hall-Platte 502 gekoppelt ist, und das Belastungssensorsystem 500 kann eine Messschaltung enthalten, die unter Verwendung einer Messsignal-Multiplexiererschaltung 506 mit der achteckigen Hall-Platte 502 gekoppelt ist.
Die achteckige Hall-Platte 502 weist vier Knotenpaare (z. B. p1 +/-, p2+/-, p3+/- und p4+/-) auf, die jeweils einer ihrer Seiten entsprechen. Die Knoten können durch die Vorbelastungssignal-Multiplexiererschaltung 504 getrennt adressiert werden, um entsprechende Erregungssignale zu empfangen, und die Knoten können durch die Messsignal-Multiplexiererschaltung 506 getrennt adressiert werden, um entsprechende Antworten auf die Erregungssignale zu messen. Mehrere Erregungssignale können bereitgestellt werden und entsprechende mehrere Antwortsignale können gemessen werden, um die mechanische Belastung der achteckigen Hall-Platte 502 in einer oder mehreren Richtungen zu charakterisieren, und der Effekt oder der Einfluss irgendwelcher Magnetfelder kann ausgelöscht werden. [0063] In einem Beispiel kann ein außerdiagonaler Belastungswiderstand oder Belastungskoeffizienten für eine erste Ebenenrichtung angegeben werden durch: $2 R_{S 13} = R_{13} + R_{31}$
Der außendiagonale Belastungswiderstand oder Belastungskoeffizient für eine zweite Ebenenrichtung (z. B. um 45 Grad in Bezug auf die erste Ebenenrichtung gedreht) kann angegeben werden durch:
$2 R_{S 24} = R_{24} + R_{42}$
In einem Beispiel können die Gleichungen 7 und 8 zusammen verwendet werden, um die mechanische Belastung ohne den Einfluss eines Magnetfeldes in irgendeiner Richtung zu charakterisieren. Beispielsweise kann die Belastung in irgendeiner Richtung unter Verwendung der in den Gleichungen 7 und 8 identifizierten außerdiagonalen Belastungskomponenten als Linearkombination von C₁R_S13 + C₂R_S24 bereitgestellt werden, wobei C1 und C2 empirisch bestimmte Koeffizienten sind, wie sie z. B. aus einer Belastungskalibrierungsprozedur abgeleitet werden können.
6 stellt allgemein ein Beispiel für ein erstes Verfahren 600 dar, das das Verwenden eines Hall-Platten-Sensors zum Bereitstellen von Informationen über die physikalische Belastung des Sensors oder eines Halbleiters, der den Sensor aufweist, aufweisen kann. In Block 602 weist das erste Verfahren 600 das Bereitstellen eines Erregungssignals für erste Knoten einer Hall-Platte, die den Sensor aufweist, auf. Die Hall-Platte kann eine kristalline Struktur (z. B. einen dotierten Halbleiter) aufweisen, die auf einem Substrat vorgesehen oder mit diesem gekoppelt ist, das mit einem oder mehreren anderen Teilen oder Komponenten, deren Belastung gemessen werden soll, gemeinsam ist. Die Hall-Platte kann eine um wenigstens zwei Achsen symmetrische Struktur aufweisen. Die ersten Knoten können an gegenüberliegenden Seitenrändern oder Randgebieten einer ersten aus den Achsen vorgesehen sein, und die zweiten Knoten können an gegenüberliegenden Seitenrändern oder Randgebieten einer zweiten aus den Achsen vorgesehen sein. In einem Beispiel können die erste und die zweite Achse orthogonal sein.
In Block 604 kann das erste Verfahren 600 das Messen eines ersten Antwortsignals an den zweiten Knoten der Hall-Platte aufweisen. In einem Beispiel werden Block 602 und Block 604 gleichzeitig ausgeführt, so dass das Erregungssignal in Block 602 zur gleichen Zeit bereitgestellt wird, zu der die Antwort in Block 604 gemessen wird.
In Block 606 weist das erste Verfahren 600 das Bereitstellen eines Erregungssignals für die zweiten Knoten der Hall-Platte auf. In Block 608 weist das erste Verfahren 600 das Messen eines zweiten Antwortsignals an den ersten Knoten der Hall-Platte auf. In einem Beispiel kann dasselbe Anregungssignal zu jeweils unterschiedlichen Zeiten für Block 602 und für Block 606 verwendet werden. Das heißt, ein Spannungs- oder Stromstimulussignal mit ersten Signaleigenschaften (z. B. Amplitude, Dauer, Wellenformmorphologie usw.) kann für die ersten Knoten bereitgestellt werden, um das erste Antwortsignal hervorzurufen, und ein Stimulussignal mit der gleichen ersten Signaleigenschaft kann für die zweiten Knoten bereitgestellt werden, um das zweite Antwortsignal von der Hall-Platte hervorzurufen.
In Block 610 kann das erste Verfahren 600 das Bestimmen einer Beziehung zwischen den in Block 604 und Block 608 gemessenen ersten und zweiten Antwortsignalen aufweisen. Die Beziehung kann Informationen über die außerdiagonale Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Hall-Platte bereitstellen, die wiederum als Ersatz für die Belastung der Hall-Platte und des Halbleiters, der die Hall-Platte aufweist, verwendet werden kann. In einem Beispiel weist Block 610 das Bestimmen einer Größendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Antwortsignal auf. In einem Beispiel weist Block 610 das Summieren von Informationen über die Größe des ersten und des zweiten Antwortsignals und das Bestimmen einer Widerstandscharakteristik der Hall-Platte auf. Die Widerstandscharakteristik kann ein Tensor sein, der nichtlineare Eigenschaften der Hall-Platte beschreibt.
In Block 612 kann das erste Verfahren 600 das Bestimmen eines Indikators für die physikalische Belastung für den Hall-Platten-Sensor oder für einen Halbleiter, der den Sensor aufweist, basierend auf der in Block 610 bestimmten Beziehung aufweisen.
Hall-Sensoren sind im Allgemeinen hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung oder Orientierung optimiert, um ein Magnetfeld zu empfangen oder zu erfassen. Beispielsweise kann ein Hall-Sensor oder eine Hall-Platte beispielsweise einen Halbleiter mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit aufweisen, um dazu beizutragen, die Empfindlichkeit gegen den Einfluss kleiner Magnetfelder zu maximieren. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass ein Belastungssensor nicht unbedingt Materialien mit der größten Beweglichkeit erfordert oder verwendet. Stattdessen kann es wünschenswert sein, einen Belastungssensor bereitzustellen, der ähnlich oder gleich einer Vorrichtung, von der man den Effekt der Belastung wissen möchte, geformt oder ausgebildet ist. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, für eine spezielle funktionale Vorrichtung oder IC eine gleich oder ähnlich ausgebildete andere Vorrichtung (z. B. in Bezug auf Größe, Form, Materialzusammensetzung, Ort des Bausteins oder Wafers usw.) als einen Sensor zu verwenden, um die Belastung zu erfassen.
In einem Beispiel kann ein geschichteter Halbleiter als die spezielle Vorrichtung und der Sensor verwendet werden. Beispielsweise kann eine Bipolartransistorvorrichtung verwendet werden. Die Ablenkung in der geschichteten Vorrichtung kann die Größe oder Richtung des Stromflusses beeinflussen. Diese Ablenkung kann erfasst und als Ersatz oder Indikator für die Beweglichkeit in dem Substrat verwendet werden, die wiederum mechanische Belastung angeben kann.
Beispielsweise kann ein Bipolartransistor mit einem geteilten Kollektor oder mehreren Kollektoranschlüssen ausgestattet sein. Die Ablenkung von Strom zwischen den unterschiedlichen Kollektoranschlüssen kann eine Spannungsdifferenz über das Basisgebiet des Transistors verursachen. Die Spannungsdifferenz, die sich in einer messbaren Stromdifferenz zwischen den Kollektoren manifestieren kann, gibt die Querbeweglichkeit der Vorrichtung an.
7A stellt allgemein ein Beispiel für eine Draufsicht auf ein physikalisches Layout eines Bipolartransistors oder einer ersten BJT-Vorrichtung 700 mit geteilten Kollektoren dar. 7B stellt allgemein ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Layouts der ersten BJT-Vorrichtung 700 mit geteilten Kollektoren dar. Die Darstellung in 7B weist ein schematisches Diagramm der ersten BJT-Vorrichtung 70, das die geteilten Kollektoren zeigt, auf. Die erste PNP-BJT-Vorrichtung 700 weist Anschlüsse für den Emitter, die Basis und die beiden Kollektoren (Kollektor 1 und Kollektor 2) sowie für ein Body-Vorbelastungssignal (VDD) auf. In dem Beispiel von 7A und 7B weist die erste BJT-Vorrichtung 700 eine tiefe p-Wanne (DPW) auf, die mit den jeweiligen unterschiedlichen Kollektoranschlüssen verbunden ist, und die Basis der Vorrichtung ist mit einer Hochspannungs-N-Wanne (HVNW) implementiert. Die erste BJT-Vorrichtung 700 weist ferner eine vergrabene n-Typ-Schicht (NBL) und verschiedene andere n-Wannen- (NW-) und p-Wannen- (PW-) Gebiete auf. In einigen Beispielen könnte die DPW einen Schlitz oder eine andere Unterbrechung in der DPW-Schicht zwischen den Kollektorstrompfaden aufweisen und diese trennen.
8A stellt allgemein ein Beispiel für eine Draufsicht auf ein physikalisches Layout eines NPN-Bipolartransistors oder einer zweiten BJT-Vorrichtung 800 mit geteilten Kollektoren dar. 8B stellt allgemein ein Beispiel für eine Querschnittsansicht des Layouts der zweiten BJT-Vorrichtung 800 mit geteilten Kollektoren dar. In dem Beispiel der zweiten BJT-Vorrichtung 800 kann die vergrabene N-Typ-Schicht einen Schlitz oder eine Unterbrechung aufweisen, der/die einen Widerstand zwischen den Kollektoranschlüssen C1 und C2 erhöht. In einigen Beispielen kann eine relativ weniger empfindliche Strommessschaltung zum Messen der Kollektorströme verwendet werden, wenn der Innenwiderstand zwischen den Kollektoranschlüssen erhöht wird.
Wenn eine mechanische Belastung vorhanden ist, kann das Querbeweglichkeitsverhalten der ersten BJT-Vorrichtung 700 oder der zweiten BJT-Vorrichtung 800 als ein Differenzsignal zwischen den Kollektoranschlüssen erfasst werden. 7C zeigt allgemein ein schematisches Diagramm einer Verstärkerschaltung, die verwendet werden kann, um das Differenzsignal als ein Spannungssignal Vs zu messen. Mit anderen Worten kann der durch die Belastung bedingte Ablenkungsstrom µ12 eine Spannungsdifferenz oder eine Unregelmäßigkeit über das Basisgebiet (z. B. hauptsächlich über das Basisgebiet) verursachen, wie z. B. in der horizontalen Ebene der BJT-Vorrichtung. Als ein Ergebnis existiert eine entsprechende Basis-Emitter-Spannungsdifferenz, und ein Strom fließt unregelmäßig oder ungleichmäßig zu den unterschiedlichen Kollektoranschlüssen, Kollektor 1 (C1) und Kollektor 2 (C2).
In einem Beispiel können die Stromsignale oder das Differenzstromsignal aufgrund der geringen Differenz zwischen den Signalen an den jeweiligen Kollektoranschlüssen relativ schwierig zu messen sein. Eine Lösung für das Messproblem kann das Bereitstellen von Kollektorgebieten mit hohem Widerstand aufweisen. Die Kollektoren mit hohem Widerstand können beispielsweise durch Abklemmen des tiefen p-Wannen-Gebiets (DPW-Gebiets) in der ersten BJT-Vorrichtung 700, durch Abklemmen der vergrabenen N-Typ-Schicht in der zweiten BJT-Vorrichtung 800 oder durch Vergrößern der Breite des Emittergebiets realisiert werden.
Das Stromverhalten in dem Basisgebiet kann unter Verwendung einer Tensorbeziehung zwischen der Beweglichkeit und der Ladungskonzentration modelliert werden. Zum Beispiel: $[\begin{matrix} J_{1} \\ J_{2} \end{matrix}] = q D [\begin{matrix} μ_{11} & μ_{12} \\ μ_{21} & μ_{22} \end{matrix}] [\begin{matrix} \partial_{1} N \\ \partial_{2} N \end{matrix}]$
wobei J₁ die Stromstärke in der horizontalen (abgelenkten) Richtung ist, J₂ die Stromstärke in der vertikalen (z. B. Emitter-zu-Basis-Gebiet-) Richtung ist, q die Elektronenladung ist, D eine Diffusionskonstante ist, µ_ij die Ladungsträgerbeweglichkeit (Elektronen- oder Loch-Beweglichkeit) ist, N die Ladungskonzentration ist und ∂_jN der Ladungskonzentrationsgradient ist.
In diesem Beispiel wird die Ladung vertikal von dem Emitteranschluss nach unten zum Basisgebiet hin injiziert. Dementsprechend sind ∂₁N = 0 und ∂₂N > 0. Wenn keine Belastung der ersten BJT-Vorrichtung 700 vorhanden ist, ist die Ladungsträgerbeweglichkeit beispielsweise gleich Null (z. B. µ₂₁ = 0), und der Strom fließt vertikal (z. B. J₁ = 0). Unter Belastung wird der Strom jedoch abgelenkt (z. B. J₁ ≠ 0), und eine Differenz des Kollektorstroms in der ersten BJT-Vorrichtung 700 kann an den Anschlüssen von Kollektor 1 und Kollektor 2 detektiert werden (z. B. unter Verwendung des Differenzsensors in 7C).
In einem Beispiel kann die erste BJT-Vorrichtung 700 oder die zweite BJT-Vorrichtung 800 oder Variationen davon einen Abschnitt einer Referenzgeneratorschaltung, wie z. B. eines Spannungsreferenzgenerators oder Stromreferenzgenerators, aufweisen. Eine Referenzgeneratorschaltung kann verwendet werden, um ein Referenzsignal zur Verwendung in verschiedenen Schaltungen bereitzustellen. In einem Beispiel kann ein Referenzsignal verwendet werden, um ein stabiles und genaues Vorbelastungssignal zur Verwendung durch verschiedene Komponenten oder Systeme wie z. B. Verstärker, Komparatoren, Analog/DigitalUmsetzer, Digital/Analog-Umsetzer, Oszillatoren oder Phasenregelkreise bereitzustellen.
Verschiedene unterschiedliche Typen von Referenzgeneratorschaltungen können vorgesehen sein. Einige Beispiele für die unterschiedlichen Typen können einen Bandlücken-Referenzsignalgenerator, einen Referenzsignalgenerator vom MOS-Vth-Differenztyp und einen Referenzsignalgenerator vom Austrittsarbeitsdifferenz-Typ aufweisen. Ein Referenzsignalgenerator vom Bandlücken-Typ kann unter Verwendung von Bipolartransistor-Vorrichtungen (BJT-Vorrichtungen) bereitgestellt werden, die z. B. die erste BJT-Vorrichtung 700 oder die zweite BJT-Vorrichtung 800 aufweisen. Der Generator vom Bandlücken-Typ kann Spannungsquellen mit positiven bzw. negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen, so dass bei der Summierung der Quellen die Temperaturabhängigkeit der Vorrichtungen ausgelöscht werden kann. Ein Referenzsignalgenerator vom Bandlücken-Typ kann jedoch einige Einschränkungen aufweisen, wie z. B. die Anfälligkeit für Substratrauschen oder Belastung. Wenn die BJT-Vorrichtung mit mehreren Kollektoren in einem Referenzsignalgenerator verwendet wird, kann irgendein Versatz aufgrund von Baugruppenbelastung detektiert und abgeschwächt werden, beispielsweise unter Verwendung von Informationen über die Differenzstromsignale an den geteilten Kollektoranschlüssen. Mit anderen Worten, die BJT-Vorrichtung mit mehreren Kollektoren kann eine oder mehrere der Vorrichtungen aufweisen, die einen Referenzsignalgenerator vom Bandlücken-Typ aufweisen, und Informationen über die Belastung der BJT-Vorrichtung können beispielsweise in einem Zeitmultiplexverfahren mit dem Betrieb des Referenzgenerators selbst erfasst werden.
In anderen Beispielen kann eine BJT-basierte Referenzgeneratorschaltung einen oder mehrere Transistoren aufweisen, und die erste BJT-Vorrichtung 700, die zweite BJT-Vorrichtung 800 oder eine andere BJT-Vorrichtung mit mehreren Kollektoren kann als Klon- oder Nachbildungs-Vorrichtung für einen oder mehrere der Transistoren der Generatorschaltung bereitgestellt sein. Die BJT-Vorrichtung kann physikalisch in der Nähe von oder neben einem oder mehreren Transistoren der Referenzgeneratorschaltung aufgebaut sein, so dass Informationen über die Belastung der BJT-Vorrichtung in Echtzeit mit dem Betrieb der Referenzgeneratorschaltung erfasst werden können. In einem Beispiel können mehrere Instanzen einer BJT-Vorrichtung mit mehreren Kollektoren physikalisch um die oder benachbart unterschiedlicher Seiten anderer Komponenten eines Referenzgenerators aufgebaut sein. Jede der mehreren Instanzen kann beispielsweise verwendet werden, um getrennt eine Belastung zu charakterisieren, die sich aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Orte solcher Vorrichtungen an der Baugruppe oder Substrat, die/das den Generator aufweist, ungleichmäßig auf die Vorrichtungen, die die Generatorschaltung aufweisen, auswirken kann.
In alternativen Beispielen zum Erfassen von Belastungen in oder um einen Referenzsignalgenerator vom Bandlücken-Typ kann der Stromfluss durch mehrere Pfade in einem geklemmten Widerstand anstelle einer BJT-Vorrichtung mit mehreren Kollektoren verwendet sein. In diesem Beispiel kann ein geklemmter Widerstand das gleiche Material aufweisen wie ein Basisgebiet eines Bipolartransistors in der Generatorschaltung. Das heißt, falls die Bandlücken-Schaltung einen NPN-Transistor mit einer p-Typ-Basis verwendet, kann der geklemmte Widerstand p-Typ-Material aufweisen; falls die Bandlücken-Schaltung einen PNP-Transistor mit einer n-Typ-Basis verwendet, kann der geklemmte Widerstand n-Typ-Material aufweisen.
9 stellt allgemein ein Beispiel für ein Layout 900 für einen ersten IC-Wafer 902 dar. Der erste IC-Wafer 902 kann eine erste Referenzgeneratorschaltung 904 und eine zweite Referenzgeneratorschaltung 906 aufweisen. Sowohl die erste Referenzgeneratorschaltung 904 als auch die zweite Referenzgeneratorschaltung 906 können eine transistorbasierte Referenzgeneratorschaltung (z. B. vom Bandlücken-Typ) aufweisen, die mehrere Transistoren, Widerstände oder andere IC-basierte Komponenten aufweist oder verwendet, um ein Referenzstromsignal oder ein Referenzspannungssignal zu erzeugen. Abschnitte des ersten IC-Wafers 902 können geschnitten und separat gepackt werden.
In einem Beispiel weist der erste IC-Wafer 902 eine oder mehrere Belastungssensorschaltungen auf, die dazu ausgebildet sind, die physikalische Belastung in jeweils unterschiedlichen Bereichen des ersten IC-Wafers 902 zu messen. Beispielsweise kann der erste IC-Wafer 902 einen ersten Baustein 910 aufweisen, der einen ersten Belastungssensor 908a in der Nähe der ersten Referenzgeneratorschaltung 904 und einen zweiten Belastungssensor 908b in der Nähe der ersten Referenzgeneratorschaltung 904 aufweist. Das heißt, die erste Referenzgeneratorschaltung 904 kann mehrere Belastungssensoren aufweisen oder verwenden, die ein gemeinsames verwendetes oder gemeinsames Substrat mit dem Referenzgenerator selbst, z. B. auf demselben Baustein, aufweisen. In dem Beispiel von 9 sind der erste Belastungssensor 908a und der zweite Belastungssensor 908b neben den jeweiligen Seiten oder Seitengebieten der Schaltungsanordnung, die die erste Referenzgeneratorschaltung 904 aufweist, vorgesehen. In einem Beispiel weisen die erste Referenzgeneratorschaltung 904, der erste Belastungssensor 908a und der zweite Belastungssensor 908b einen Abschnitt des ersten IC-Wafers 902 auf, der zusammen gepackt sein kann.
Der erste Belastungssensor 908a oder der zweite Belastungssensor 908b können jeweils Transistorvorrichtungen aufweisen, die die gleiche Größe oder Form besitzen wie die Transistorvorrichtungen, die die erste Referenzgeneratorschaltung 904 aufweisen. Das heißt, der erste Belastungssensor 908a oder der zweite Belastungssensor 908b können Vorrichtungen aufweisen, die Klone oder Nachbildungen einer oder mehrerer Vorrichtungen in der ersten Referenzgeneratorschaltung 904 sind. Beispielsweise können die Vorrichtungen die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Breite, Länge, Materialart oder Dotierungseigenschaften aufweisen. Die Vorrichtungen können in der Nähe zueinander oder nebeneinander angeordnet sein, so dass sie hinsichtlich prozessbezogener Variationen oder Inkonsistenten nahezu gleich sein können.
In einem Beispiel weist die erste Referenzgeneratorschaltung 904 eine Prozessorschaltung auf oder kann mit ihr gekoppelt sein, die dazu ausgebildet ist, Referenzsignalinformationen von z. B. einem Referenzgenerator vom Bandlücken-Typ zu empfangen und ein oder mehrere Korrektursignale von dem ersten Belastungssensor 908a und dem zweiten Belastungssensor 908b zu empfangen. Die Prozessorschaltung kann das eine oder die mehreren Korrektursignale verwenden, um die Referenzsignalinformationen von dem Referenzgenerator zu aktualisieren oder anzupassen, um ein belastungskorrigiertes Referenzsignal bereitzustellen. Das belastungskorrigierte Referenzsignal kann ein Spannungs- oder Stromreferenzsignal aufweisen, das gegenüber dem Einfluss der Baugruppenbelastung oder Verformung des ersten IC-Wafers 902 oder einer Baugruppe, die die erste Referenzgeneratorschaltung 904, den ersten Belastungssensor 908a und den zweiten Belastungssensor 908b aufweist, unveränderlich ist.
In einem Beispiel weist die zweite Referenzgeneratorschaltung 906 einen dritten Belastungssensor 908c auf. Der dritte Belastungssensor 908c kann einen Abschnitt der zweiten Referenzgeneratorschaltung 906 selbst aufweisen. Das heißt, die zweite Referenzgeneratorschaltung 906 kann eine transistorbasierte Referenzgeneratorschaltung aufweisen, und der dritte Belastungssensor 908c kann einen Transistor aufweisen, der durch die zweite Referenzgeneratorschaltung 906 zum Erzeugen eines Referenzsignals verwendet wird. In einem Beispiel weist die zweite Referenzgeneratorschaltung 906 eine Multiplexiererschaltung auf, die dazu ausgebildet ist, den dritten Belastungssensor 908c zum Erzeugen des Referenzsignals und zum Erzeugen eines eine Belastung angebenden Korrektursignals während entsprechender Zeitspannen zu verwenden. Die zweite Referenzgeneratorschaltung 906 kann ausgebildet sein, ein spannungskorrigiertes Referenzsignal basierend auf Informationen von dem dritten Belastungssensor 908c über die Belastung auf dem dritten Belastungssensor 908c bereitzustellen.
Mit anderen Worten können die Referenzschaltungen auf verschiedene Weise konstruiert sein. In einem Beispiel kann eine Referenzschaltung Komponenten aufweisen, die von den Komponenten der Belastungserfassungsschaltung getrennt sind. Ein durch die Belastungserfassungsschaltung erzeugtes die Belastung angebendes Signal kann verwendet werden, um die Belastungsempfindlichkeit der Referenzschaltung zu kompensieren. In einem weiteren Beispiel kann eine Referenzschaltung einen Transistor mit geteiltem Kollektor aufweisen, der als Teil eines Referenzsignalgenerators selbst und als Teil eines Belastungssensors funktioniert. In einer zeitdiskreten Implementierung kann der Transistor mit geteiltem Kollektor während spezieller Zeitspannen als ein Belastungssensor und in anderen Zeitspannen als eine Komponente in einem Referenzsignalgenerator verwendet werden. In einer zeitkontinuierlichen Implementierung kann der Transistor mit geteiltem Kollektor zeitgleich oder gleichzeitig als ein Referenzgenerator und ein Belastungssensor verwendet werden. In diesem Beispiel kann die Basis-Emitter-Spannung des Transistors einen Abschnitt der Referenzgeneratorschaltung aufweisen, und gleichzeitig kann eine Differenz des Kollektorstroms gemessen werden, der zur Erzeugung eines die Belastung angebenden Signals verwendet wird, das wiederum verwendet werden kann, um Belastungseffekte auf dem erzeugten Referenzsignal zu kompensieren.
10 stellt allgemein ein Beispiel für ein zweites Verfahren 1000, das das Verwenden einer Transistorvorrichtung zum Bereitstellen eines Indikators für die physikalische Belastung aufweisen kann, dar. In Block 1002 weist das zweite Verfahren 1000 das Bereitstellen einer Bipolartransistor-Vorrichtung (BJT-Vorrichtung) mit mehreren Kollektoren oder einem gegabelten Kollektor auf. Das heißt, Block 1002 kann das Aufbauen einer BJT-Vorrichtung aufweisen, die ein Kollektorgebiet, das mit zwei oder mehr diskreten Anschlüssen verbunden ist, aufweist. Ein Beispiel für eine BJT-Vorrichtung mit gegabeltem oder geteiltem Kollektor ist in 7A und 7B bereitgestellt. Die BJT-Vorrichtung mit gegabeltem Kollektor kann eine Ablenkung von Strom in dem Basisgebiet der Vorrichtung unterworfen sein, beispielsweise wenn die Vorrichtung unter mechanischer Belastung ist. Obwohl er hier manchmal als „gegabelt“ bezeichnet ist, ist zu verstehen, dass der Kollektor mehr als zwei diskrete Zweige aufweisen kann.
In Block 1004 weist das zweite Verfahren 1000 das Bereitstellen eines Erregungs- oder Ansteuerungssignals an einen Emitter der BJT-Vorrichtung auf. Unter geeigneten Vorbelastungsbedingungen kann die BJT-Vorrichtung eingeschaltet werden und Strom von dem Emitter durch das Basisgebiet und zu jedem aus dem ersten und dem zweiten Kollektorgebiet und dem entsprechenden ersten und zweiten Kollektoranschluss leiten. Obwohl die hier diskutierten Beispiele eine BJT-Vorrichtung mit zwei Kollektoren aufweisen, können Vorrichtungen mit mehr als zwei Kollektoren auf ähnliche Weise verwendet werden. Beispielsweise kann eine Bipolartransistorvorrichtung mit vier Kollektoren verwendet werden, um eine Belastung entlang zwei unterschiedlichen Achsen zu identifizieren.
In Block 1006 können in Reaktion auf das Erregungssignal erste und zweite Antwortsignale an dem ersten bzw. zweiten Kollektoranschluss gemessen werden. Unter dem Einfluss von Baugruppenverformung oder Substratbelastung kann der Stromfluss durch das Basisgebiet der BJT-Vorrichtung unterbrochen oder ungleichmäßig sein. Dementsprechend können die Antwortsignale unterschiedliche Größencharakteristiken aufweisen, die analysiert und genutzt werden können, um Informationen über die Größe und/oder Richtung der Baugruppenbelastung bereitzustellen. Beispielsweise kann das zweite Verfahren 1000 in Block 1008 das Bestimmen einer Stromstärkendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Antwortsignal aufweisen. Basierend auf der Größendifferenz kann ein Indikator für die physikalische Belastung bereitgestellt werden. Basierend auf der bestimmten Stromstärkendifferenz kann das zweite Verfahren 1000 in Block 1010 das Bereitstellen eines Indikators für die physikalische Belastung der BJT-Vorrichtung aufweisen.
In einem Beispiel kann die BJT-Vorrichtung in dem zweiten Verfahren 1000 in oder mit einer Referenzgeneratorschaltung, wie z. B. einer Spannungs- oder Stromsignalgeneratorschaltung, verwendet werden. In Block 1012 kann das zweite Verfahren 1000 das Bereitstellen eines Korrektursignals für eine Referenzgeneratorschaltung basierend auf dem Indikator für die physikalische Belastung aus Block 1010 aufweisen. Das heißt, Block 1012 kann das Verwenden des Indikators für die physikalische Belastung, um Informationen über eine Korrektur für eine Referenzgeneratorschaltung bereitzustellen, aufweisen, wobei eine oder mehrere Komponenten der Referenzgeneratorschaltung der gleichen oder einer ähnlichen Belastung wie die BJT-Vorrichtung ausgesetzt sind. In einigen Beispielen ist die BJT-Vorrichtung ein Klon oder eine Nachbildung einer oder mehrerer Vorrichtungen in der Referenzgeneratorschaltung und/oder ist physikalisch in der Nähe einer oder mehrerer Vorrichtungen in der Referenzgeneratorschaltung aufgebaut.
In einem Beispiel kann die Referenzgeneratorschaltung in Block 1014 die BJT-Vorrichtung selbst aufweisen oder verwenden. Beispielsweise kann eine Basis-Emitter-Spannungscharakteristik (Vbe) der BJT-Vorrichtung verwendet werden, z. B. zusammen mit Informationen über eine Vbe-Charakteristik einer zweiten Vorrichtung, die mit einer unterschiedlichen Stromdichte belastet ist, um ein Referenzsignal bereitzustellen, oder sie kann durch die Referenzgeneratorschaltung verwendet werden, um eine Komponente eines weiteren Referenzsignals bereitzustellen.
11 stellt allgemein ein Beispiel für eine Referenzgeneratorschaltung 1100 dar. Die Referenzgeneratorschaltung 1100 weist einen gegen Belastung immunen Spannungsreferenzgenerator mit einer PNP-BJT-Vorrichtung, die als ein Belastungssensor ausgebildet ist, auf. Die Referenzgeneratorschaltung 1100 weist einen Proportional-zur-Absoluttemperatur-Spannungsgenerator (PTAT-Spannungsgenerator) (links) und einen PNP-VBE-Generator (rechts) auf. Die Referenzgeneratorschaltung 1100 weist verschiedene Verstärkerschaltungen (mit I0, I1, I2, I3 gekennzeichnet) und einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA), der zur Erhöhung der Genauigkeit und zum Eliminieren von Drift zerhackt werden kann, auf
In einem Beispiel weist die Referenzgeneratorschaltung 1100 einen hochpräzisen PTAT-Spannungsgenerator auf, der die Transistoren Q1 und Q2, die Verstärkerschaltungen I0, I1, I2 und die Transistoren MN1, MN2, MP1 und Widerstände R1-R6 aufweist. Die Verstärkerschaltung I0 stellt eine PTAT-Spannung über R3 bereit, indem sie gleiche Kollektorströme in den Transistoren Q1 und Q2 erzwingt. Der Basisstrom von Q1 wird durch die von der Verstärkerschaltung I1 und dem Transistor MN2 gebildete Schleife ausgelöscht, und dementsprechend kann der Spannungsabfall über R5 als proportional zur absoluten Temperatur ohne Basisstromfehler betrachtet werden. In diesem Beispiel eliminiert das Auslöschen des Basisstroms von Q1 Fehler aufgrund von Beta-Variationen als eine Funktion von Belastung, Temperatur und Prozessstreuung. Die Verstärkerschaltung I2 ist dazu ausgebildet, zu erzwingen, dass die Kollektorströme der Transistoren Q1 und Q2 proportional zur absoluten Temperatur sind.
In einem Beispiel können zusätzlich zu irgendeiner Baugruppenbelastung auf der Referenzgeneratorschaltung 1100 Siliziumdioxidpartikel in der Formmasse, die in Kunststoffbaugruppen verwendet wird, Punktbelastungen auf der Vorrichtungsoberfläche erzeugen. In einigen Fällen kann, wenn ein Siliziumdioxidpartikel eine Belastung direkt über der Transistorvorrichtung Q1 ausübt, die Spannungsreferenz eine anomale Leistung über der Temperatur zeigen. Um die Effekte dieser oder anderer lokaler Belastungen zu reduzieren, kann der PTAT-Spannungsgenerator die Position des Transistors Q1 ändern, z. B. unter Verwendung von dynamischer Elementanpassung (DEM).
Der PNP-VBE-Generator der Referenzgeneratorschaltung 1100 kann den Transistor Q3 aufweisen, kann z.B. eine PNP-Vorrichtung mit mehreren Kollektoren aufweisen, wie z.B. gemäß dem Beispiel der ersten BJT-Vorrichtung 700, der zweiten BJT-Vorrichtung 800 oder einer anderen BJT-Vorrichtung mit mehreren Kollektoren. Der VBE-Generator kann ferner einen Regelkreis aufweisen, der z. B. die Verstärker I3 und I4 aufweist. Die jeweiligen Kollektorströme in dem Transistor Q3 können durch die Spannungsabfälle über den Widerständen R8-R10 erfasst werden, und der PGA kann die Differenz zwischen zwei beliebigen, durch einen Multiplexierer (MUX) ausgewählten Kollektorströmen verstärken. In diesem Beispiel kann die Ausgabe des PGA proportional zur Kombination von Belastungseffekten und einer anfänglichen Fehlanpassung der Vorrichtung sein. Änderungen dieser Differenzsignale im Laufe der Zeit können verwendet werden, um Belastungseffekte, die sich in der Referenzspannung zeigen, zu kompensieren. In einem Beispiel stellt die Verstärkerschaltung I4 eine virtuelle Diodenverbindung für den Transistor Q3 bereit, ohne Basisstromfehler einzuführen. Der positive Eingang des Verstärkers I4 kann mit einem geteilten MOS-Eingangspaar implementiert sein, um beispielsweise alle Spannungsabfallsignale über die Widerstände R8-R10 zu mitteln, anstatt wie in der Referenzgeneratorschaltung 1100 gezeigt. Die Verstärkerschleife, die den Verstärker I3 und den Transistor MP2 aufweist, kann den gesamten Kollektorstrom, der in dem Transistor Q3 fließt, steuern und erzwingen, dass er proportional zur absoluten Temperatur ist.
Eine Analog/Digital-Umsetzerschaltung (ADC-Schaltung) kann zum Messen der drei Differenzsignale {VPTAT, AGND}, {PNP VBE +, PNP VBE -} und {STRESS, AGND} verwendet werden, um ein implizites Spannungsreferenzsignal zur Systemkalibrierung bereitzustellen. In einigen Beispielen wird durch Hinzufügen der differenziellen PNP-VBE-Messung zu einer skalierten PTAT-Spannung eine temperaturkompensierte Spannung erster Ordnung erzeugt, die unter Verwendung der gemessenen Differenz der Kollektorströme belastungskompensiert werden kann.
12 ist eine Diagrammdarstellung einer Maschine 1200, in der Anweisungen 1208 (z.B. Software, ein Programm, eine Anwendung, ein Applet, eine App oder anderer ausführbarer Code) ausgeführt werden können, um die Maschine 1200 zu veranlassen, eine oder mehrere der hier diskutierten Methodiken auszuführen. Beispielsweise können die Anweisungen 1208 die Maschine 1200 veranlassen, eines oder mehrere der hier beschriebenen Verfahren auszuführen, wie z. B. unter anderem Erregungssignale zu erzeugen oder bereitzustellen, Antwortsignale zu messen, Messzeitpunkte oder Operationen einer Multiplexiererschaltung zu koordinieren, Tensorbeziehungen zu berechnen, Indikatoren für eine physikalische Belastung für Belastungssensoren bereitzustellen oder ein Korrektursignal zur Verwendung in einer Referenzgeneratorschaltung, einer Umsetzerschaltung oder einer anderen Schaltung zu erzeugen. Die Anweisungen 1208 transformieren die allgemeine, nicht programmierte Maschine 1200 in eine spezielle Maschine 1200, die programmiert ist, die beschriebenen und dargestellten Funktionen in der beschriebenen Weise auszuführen. Die Maschine 1200 kann als eigenständige Vorrichtung arbeiten oder kann mit anderen Maschinen gekoppelt (z. B. vernetzt) sein, um z. B. Aktionen oder Funktionen über verschiedene Schaltungen hinweg zu koordinieren. In einigen Beispielen kann eine Mischsignal-Schaltungsimplementierung unter Verwendung von Analog/Digital-Umsetzer- (ADC-) und/oder Digital/Analog-Umsetzer- (DAC-) Schaltungen verwendet werden, um die analogen Signale zu messen und zu erzeugen, die zur Steuerung der hier diskutierten Referenz- und Belastungserfassungsschaltungsanordnung verwendet werden können, während beispielsweise der größte Teil der Signalverarbeitung unter Verwendung digitaler Technologie ausgeführt wird. In anderen Beispielen kann die gesamte erforderliche Signalverarbeitung in den Strom-, Ladungs- und/oder Spannungsdomänen analoge Signalverarbeitungstechniken aufweisen oder verwenden.
In einem vernetzten Einsatz kann die Maschine 1200 mit der Kapazität einer Server-Maschine oder einer Client-Maschine in einer Server-Client-Netzumgebung oder als Peer-Maschine in einer Peer-to-Peer- (oder verteilten) Netzumgebung arbeiten. Die Maschine 1200 kann, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Server-Computer, einen Client-Computer, einen Personalcomputer (PC), einen Tablet-Computer, einen Laptop-Computer, ein Netbook, eine Set-Top-Box (STB), einen PDA, ein Unterhaltungsmediensystem, ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein mobiles Gerät, ein am Körper tragbares Gerät (z. B. eine intelligente Uhr), ein intelligentes Heimgerät (z. B. ein intelligentes Haushaltsgerät), andere intelligente Vorrichtungen, eine Web-Einrichtung, einen Netz-Router, einen Netz-Verteiler, eine Netz-Brücke oder irgendeine Maschine aufweisen, die in der Lage ist, die Anweisungen 1208, sequenziell oder anderweitig, die die von der Maschine 1200 zu ergreifenden Aktionen spezifizieren, auszuführen. Ferner soll, obwohl nur eine einzige Maschine 1200 dargestellt ist, der Begriff „Maschine“ so verstanden werden, dass er eine Zusammenstellung von Maschinen, die einzeln oder gemeinsam die Anweisungen 1208 ausführen, um eine oder mehrere der hier diskutierten Methodiken auszuführen, aufweist.
Die Maschine 1200 kann Prozessoren 1202, Speicher 1204 und I/O-Komponenten 1242 aufweisen, die dazu ausgebildet sein können, über einen Bus 1244 miteinander zu kommunizieren. In einer Beispielausführungsform können die Prozessoren 1202 (z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), ein Rechenprozessor mit reduziertem Befehlssatz (RISC-Prozessor), ein Rechenprozessor mit komplexem Befehlssatz (CISC-Prozessor), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), ein digitaler Signalprozessor (DSP), eine ASIC, ein integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC), ein anderer Prozessor oder eine beliebige geeignete Kombination davon) beispielsweise einen Prozessor 1206 und einen Prozessor 1210, die die Anweisungen 1208 ausführen, aufweisen. Der Begriff „Prozessor“ soll auch Mehrkernprozessoren aufweisen, die zwei oder mehr unabhängige Prozessoren (manchmal als „Kerne“ bezeichnet), die gleichzeitig Befehle ausführen können, aufweisen. Obwohl 12 mehrere Prozessoren 1202 zeigt, kann die Maschine 1200 einen einzelnen Prozessor mit einem einzigen Kern, einen einzelnen Prozessor mit mehreren Kernen (z. B. einen Mehrkernprozessor), mehrere Prozessoren mit einem einzigen Kern, mehrere Prozessoren mit mehreren Kernen oder eine beliebige Kombination davon aufweisen.
Der Speicher 1204 weist einen Hauptspeicher 1212, einen statischen Speicher 1214 und eine Speichereinheit 1216, die beide für die Prozessoren 1202 über den Bus 1244 zugänglich sind, auf. Der Hauptspeicher 1204, der statische Speicher 1214 und die Speichereinheit 1216 speichern die Anweisungen 1208, die eine oder mehrere der hier beschriebenen Methodiken oder Funktionen verkörpern. Die Anweisungen 1208 können sich während ihrer Ausführung durch die Maschine 1200 auch ganz oder teilweise in dem Hauptspeicher 1212, in dem statischen Speicher 1214, in dem maschinenlesbaren Medium 1218 in der Speichereinheit 1216, in wenigstens einem der Prozessoren 1202 (z. B. in dem Cache-Speicher des Prozessors) oder in einer geeigneten Kombination davon befinden.
Die I/O-Komponenten 1242 können eine Vielzahl von Komponenten aufweisen, um Eingaben zu empfangen, Ausgaben bereitzustellen, Ausgaben zu produzieren, Informationen zu übertragen, Informationen auszutauschen, Messungen zu erfassen, und so weiter. Die spezifischen I/O-Komponenten 1242, die in einer speziellen Maschine enthalten sind, hängen von der Art der Maschine ab. Beispielsweise können tragbare Maschinen wie z. B. Mobiltelefone eine Berührungseingabevorrichtung oder andere derartige Eingabemechanismen aufweisen, während eine Headless-Server-Maschine wahrscheinlich keine solche Berührungseingabevorrichtung aufweisen wird. Es ist zu verstehen, dass die I/O-Komponenten 1242 viele andere Komponenten aufweisen können, die in 12 nicht gezeigt sind. In verschiedenen Beispielausführungsformen können die I/O-Komponenten 1242 Ausgabekomponenten 1228 und Eingabekomponenten 1230 aufweisen. Die Ausgabekomponenten 1228 können visuelle Komponenten (z. B. eine Anzeigevorrichtung wie z. B. eine Plasmaanzeigetafel (PDP), eine Leuchtdiodenanzeige (LED), eine Flüssigkristallanzeige (LCD), einen Projektor oder eine Kathodenstrahlröhre (CRT)), akustische Komponenten (z. B. Lautsprecher), haptische Komponenten (z. B. einen Vibrationsmotor, Widerstandsmechanismen), andere Signalgeneratoren oder Konverter aufweisen. Die Eingabekomponenten 1230 können alphanumerische Eingabekomponenten (z. B. eine Tastatur, ein berührungssensitiven Bildschirm, der dazu ausgebildet ist, alphanumerische Eingaben zu empfangen, eine fotooptische Tastatur oder andere alphanumerische Eingabekomponenten), zeigerbasierte Eingabekomponenten (z. B. eine Maus, ein Touchpad, einen Trackball, einen Joystick, einen Bewegungssensor oder ein anderes Zeigeinstrument), taktile Eingabekomponenten (z. B. eine physische Taste, einen berührungssensitiven Bildschirm, der den Ort und/oder die Kraft von Berührungen oder Berührungsgesten bereitstellt, oder andere taktile Eingabekomponenten), Audio-Eingabekomponenten (z. B. ein Mikrofon) und dergleichen aufweisen.
In weiteren Beispielausführungsformen können die I/O-Komponenten 1242 verschiedene Sensoren, die z. B. eine oder mehrere biometrische Komponenten 1232, Bewegungskomponenten 1234, Umgebungskomponenten 1236 oder Positionskomponenten 1238, neben einer Vielzahl anderer Komponenten, aufweisen. Beispielsweise weisen die biometrischen Komponenten 1232 Komponenten zum Detektieren von Ausdrücken (z. B. Handausdrücke, Gesichtsausdrücken, stimmlichen Ausdrücken, Körpergesten oder Augenbewegungen), zum Messen von Biosignalen (z. B. Blutdruck, Herzfrequenz, Körpertemperatur, Schwitzen, Muskelsauerstoffgehalt oder Gehirnströmen), zum Identifizieren einer Person (z. B. Stimmenidentifizierung, Netzhautidentifizierung, Gesichtsidentifizierung, Fingerabdruckidentifizierung oder elektroenzephalogrammbasierte Identifizierung) und dergleichen auf. Die Bewegungskomponenten 1234 können den Bewegungssensor 324 aufweisen, können z. B. Beschleunigungssensorkomponenten (z. B. Beschleunigungsmesser), Schwerkraftsensorkomponenten, Rotationssensorkomponenten (z. B. Gyroskop) usw. aufweisen. Die Umgebungskomponenten 1236 weisen beispielsweise Beleuchtungssensorkomponenten (z. B. Fotometer), Temperatursensorkomponenten (z. B. ein oder mehrere Thermometer, die die Umgebungstemperatur detektieren), Feuchtigkeitssensorkomponenten, Drucksensorkomponenten (z. B. Barometer), Akustiksensorkomponenten (z. B. ein oder mehrere Mikrofone, die Hintergrundgeräusche detektieren), Annäherungssensorkomponenten (z. B. Infrarotsensoren, die Objekte in der Nähe detektieren), Gassensoren (z. B. Gasdetektionssensoren zur Detektion von Konzentrationen gefährlicher Gase aus Sicherheitsgründen oder zum Messen von Schadstoffen in der Atmosphäre) oder andere Komponenten, die Indikatoren, Messungen oder Signale entsprechend einer umgebenden physikalischen Umgebung bereitstellen können, auf. Die Positionskomponenten 1238 weisen Positionssensorkomponenten (z. B. eine GPS-Empfängerkomponente), Höhensensorkomponenten (z. B. Höhenmesser oder Barometer, die den Luftdruck detektieren, aus dem die Höhe abgeleitet werden kann), Orientierungssensorkomponenten (z. B. Magnetometer) und dergleichen auf.
Die Kommunikation kann unter Verwendung einer Vielzahl von Technologien implementiert sein. Die I/O-Komponenten 1242 weisen ferner Kommunikationskomponenten 1240 auf, die arbeiten, um die Maschine 1200 über eine Kopplung 1224 bzw. eine Kopplung 1226 mit einem Netz 1220 oder Vorrichtungen 1222 zu verbinden. Beispielsweise können die Kommunikationskomponenten 1240 eine Netzschnittstellenkomponente oder eine weitere geeignete Vorrichtung als Schnittstelle mit dem Netz 1220 aufweisen. In weiteren Beispielen können die Kommunikationskomponenten 1240 drahtgebundene Kommunikationskomponenten, drahtlose Kommunikationskomponenten, zellulare Kommunikationskomponenten, Nahfeldkommunikationskomponenten (NFC-Komponenten), Bluetooth^®-Komponenten (z. B. Bluetooth^® Low Energy), Wi-Fi^®-Komponenten und andere Kommunikationskomponenten aufweisen, um eine Kommunikation über andere Modalitäten zu ermöglichen. Die Vorrichtungen 1222 können eine weitere Maschine oder irgendeine aus einer Vielzahl von peripheren Vorrichtungen sein (z. B. eine über USB gekoppelte periphere Vorrichtung).
Außerdem können die Kommunikationskomponenten 1240 Identifizierer erkennen oder Komponenten aufweisen, die zur Detektieren von Identifizierern dienen. Beispielsweise können die Kommunikationskomponenten 1240 Lesekomponenten für Hochfrequenzidentifizierungskennzeichen (RFID-Identifizierungskennzeichen), Komponenten zum Detektieren von NFC-Smarttags, optische Lesekomponenten (z. B. ein optischer Sensor zum Detektieren von eindimensionalen Strichcodes wie z. B. dem universellen Produktcode-Strichcode (UPC-Strichcode), mehrdimensionalen Strichcodes und anderen optischen Codes) oder akustische Detektionskomponenten (z. B. Mikrofone zur Erkennung von markierten Tonsignalen) aufweisen. Zusätzlich kann eine Vielzahl von Informationen über die Kommunikationskomponenten 1240 abgeleitet werden, wie z. B. der Standort über Internetprotokoll-Geolocation (IP-Geolocation), der Standort über Wi-Fi®-Signaltriangulation, der Standort über das Detektieren eines NFC-Bakensignals, das einen bestimmten Standort angeben kann, und so weiter. Jeder der vorstehend genannten Sensoren, Prozessoren oder anderen Komponenten oder Schaltungen kann eine Referenzsignalgeneratorschaltungsanordnung und/oder eine Korrekturschaltungsanordnung, wie hier beschrieben, aufweisen oder verwenden.
Die verschiedenen Speicher (z. B. Speicher 1204, Hauptspeicher 1212, statischer Speicher 1214 und/oder Speicher der Prozessoren 1202) und/oder die Speichereinheit 1216 können einen oder mehrere Sätze von Anweisungen und Datenstrukturen (z. B. Software) speichern, die eine oder mehrere der hier beschriebenen Methodiken oder Funktionen verkörpern oder von diesen verwendet werden. Diese Anweisungen (z. B. die Anweisungen 1208) bewirken bei ihrer Ausführung durch die Prozessoren 1202 verschiedene Operationen zum Implementieren der offenbarten Ausführungsformen.
Die Anweisungen 1208 können über das Netz 1220 unter Verwendung eines Übertragungsmediums über eine Netzschnittstellenvorrichtung (z. B. eine in den Kommunikationskomponenten 1240 enthaltene Netzschnittstellenkomponente) und unter Verwendung eines beliebigen aus einer Anzahl bekannter Übertragungsprotokolle (z. B. Hypertext Transfer Protocol (HTTP)) gesendet oder empfangen werden. In ähnlicher Weise können die Anweisungen 1208 mit Hilfe eines Übertragungsmediums über die Kopplung 1226 (z. B. eine Peer-to-Peer-Kopplung) mit der Vorrichtungen 1222 gesendet oder empfangen werden.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung, die hier als Beispiele präsentiert sind, können dazu beitragen, eine Lösung für die hier identifizierten Baugruppenbelastungsaufgaben bereitzustellen. Beispielsweise ist Beispiel 1 ist ein Verfahren, das das Messen eines ersten elektrischen Signals von einem ersten Knoten einer Hall-Platte, wobei das erste elektrische Signal eine Reaktion auf einen ersten Stimulus ist und das erste elektrische Signal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Halbleitervorrichtung in einer ersten Richtung angibt, und das Messen eines zweiten elektrischen Signals von einem zweiten Knoten der Hall-Platte, wobei das zweite elektrische Signal eine Reaktion auf einen zweiten Stimulus ist und das zweite elektrische Signal die Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Halbleitervorrichtung in derselben ersten Richtung angibt, und das Bestimmen eines Indikators für die physikalische Belastung einer Halbleitervorrichtung, die die Hall-Platte aufweist, basierend auf einer Beziehung zwischen dem ersten elektrischen Signal und dem zweiten elektrischen Signal aufweist.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 das Bereitstellen des ersten Stimulus an dem zweiten Knoten der Hall-Platte und, als Reaktion, Messen des ersten elektrischen Signals, und Bereitstellen des zweiten Stimulus an den ersten Knoten der Hall-Platte und, als Reaktion, Messen des zweiten elektrischen Signals aufweisen.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 2 die Hall-Platte aufweisen, die einen dotierten Halbleiter, der zu einer ersten Achse, die sich zwischen den ersten Knoten erstreckt, symmetrisch ist und zu einer zweiten Achse, die sich zwischen den zweiten Knoten erstreckt, symmetrisch ist, aufweist.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 2-3 das Messen des ersten elektrischen Signals, das das Messen eines ersten Spannungssignals aufweist, wobei der erste Stimulus ein erstes Stromsignal aufweisen kann, und Messen des zweiten elektrischen Signals, das das Messen eines zweiten Spannungssignals aufweist, wobei der zweite Stimulus ein zweites Stromsignal aufweisen kann, aufweisen.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand von Beispiel 4 das Bereitstellen des ersten und des zweiten Stromsignals zu jeweils unterschiedlichen Zeiten aufweisen, wobei das erste und das zweite Stromsignal eine gemeinsame Größencharakteristik aufweisen können.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 4-5 das Bestimmen des Indikators für die physikalische Belastung aufweisen, das Folgendes aufweist: Summieren von Informationen über die Größe des ersten und des zweiten Spannungssignals, um eine Spannungssumme bereitzustellen und unter Verwendung der Spannungssumme und von Informationen über die Größe des ersten und des zweiten Stromsignals, Bestimmen einer Widerstandscharakteristik eines Abschnitts der Hall-Platte und Bestimmen des Indikators für die physikalische Belastung (der z. B. Informationen über eine Größe der physikalischen Belastung der Hallplatte aufweist) unter Verwendung der bestimmten Widerstandscharakteristik.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 2-6 das Messen des ersten elektrischen Signals, das das Messen eines ersten Stromsignals aufweist, aufweisen, und der erste Stimulus kann ein erstes Spannungssignal aufweisen, und das Messen des zweiten elektrischen Signals kann das Messen eines zweiten Stromsignals aufweisen, und der zweite Stimulus kann ein zweites Spannungssignal aufweisen.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand von Beispiel 7 das Bereitstellen des ersten und des zweiten Spannungssignals zu jeweils unterschiedlichen Zeiten aufweisen.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-8 das Messen des ersten und zweiten elektrischen Signals aufweisen, das das Messen von Informationen über dieselben außerdiagonalen Ladungsträgerbeweglichkeitskomponenten der Hall-Platte aufweist.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-9 das Bereitstellen eines Korrektursignals, das der Größe oder Richtung der durch den Indikator für physikalische Belastung angegebenen Belastung entspricht, aufweisen.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-10 das Bestimmen einer absoluten Widerstandscharakteristik der Hall-Platte und das Bestimmen einer außerdiagonalen Widerstandscharakteristik der Hall-Platte basierend auf dem gemessenen ersten und zweiten elektrischen Signal und Bereitstellen eines Temperaturkompensationssignals basierend auf einem Verhältnis der außerdiagonalen Widerstandscharakteristik zu der absoluten Widerstandscharakteristik der Hall-Platte aufweisen.
Beispiel 12 ist ein Belastungssensor, der Folgendes aufweist: eine Halbleitervorrichtung, die eine Hall-Platte mit einem ersten und einem zweiten Paar von Signalknoten und eine Erregungsschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Erregungssignal an die Hall-Platte unter Verwendung des ersten oder des zweiten Paares von Knoten bereitzustellen, und eine Prozessorschaltung, die ausgebildet ist zum: Empfangen von Informationen über ein erstes elektrisches Signal, das an dem ersten Paar von Signalknoten gemessen wird und eine Reaktion auf einen ersten Abschnitt des Erregungssignals ist, wobei das erste elektrische Signal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Halbleitervorrichtung in einer ersten Richtung angibt, und Empfangen von Informationen über ein zweites elektrisches Signal, das an dem zweiten Paar von Signalknoten gemessen wird und eine Reaktion auf einen zweiten Abschnitt des Erregungssignals ist, wobei das zweite elektrische Signal die Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Halbleitervorrichtung in derselben ersten Richtung angibt. Beispiel 12 kann die Prozessorschaltung aufweisen oder verwenden, um einen Indikator für die physikalische Belastung der Halbleitervorrichtung basierend auf einer Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Signal zu bestimmen.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand von Beispiel 12 aufweisen, dass die Hall-Platte um eine erste Achse, die sich zwischen dem ersten Paar von Knoten erstreckt, symmetrisch ist und um eine zweite Achse, die sich zwischen dem zweiten Paar von Knoten erstreckt, symmetrisch ist, wobei die erste Achse orthogonal zu der zweiten Achse ist.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 12-13 die Erregungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Abschnitt des Erregungssignals zu jeweils unterschiedlichen Zeiten bereitzustellen, aufweisen.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand von Beispiel 14 die Erregungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, den ersten Abschnitt des Erregungssignals an dem zweiten Knotenpaar bereitzustellen, und die Erregungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, den zweiten Abschnitt des Erregungssignals an dem ersten Knotenpaar bereitzustellen, aufweisen.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand von Beispiel 15 eine Multiplexiererschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Erregungsschaltung mit den Hall-Plattenknoten zu koppeln, aufweisen.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 12-16 die Prozessorschaltung aufweisen, die ausgebildet ist zum: Summieren von Spannungsgrößeninformationen über das erste und das zweite elektrische Signal, um eine Spannungssumme bereitzustellen, und unter Verwendung der Spannungssumme und der Informationen über die Größe des Erregungssignals Bestimmen einer Widerstandscharakteristik eines Abschnitts der Hall-Platte, und Bestimmen des Indikators für die physikalische Belastung (der z. B. Informationen über eine Größe der physikalischen Belastung der Hall-Platte aufweist) unter Verwendung der bestimmten Widerstandscharakteristik.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 12-17 die Prozessorschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ein Kompensationssignal für die Baugruppenbelastung bereitzustellen, das einer Größe oder Richtung der Belastung, die durch den Indikator für die physikalische Belastung angegeben ist, entspricht.
Beispiel 19 ist ein nichtflüchtiges, prozessorlesbares Medium, das Anweisungen aufweist, die dann, wenn sie ausgeführt werden, eine Prozessorschaltung veranlassen zum: Steuern einer Erregerschaltung, zeitlich gemultiplexte erste und zweite Stromsignale für entsprechende Knoten einer Hall-Platte bereitzustellen, und Messen eines ersten und eines zweiten Spannungssignals als Reaktion auf das erste und das zweite Stromsignal aus den Knoten der Hall-Platte, und Bestimmen der außerdiagonalen Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Hall-Platte unter gemeinsamer Verwendung des gemessenen ersten und zweiten Spannungssignals, und Bereitstellen eines Indikators für die Größe und Richtung der physikalischen Belastung der Hall-Platte.
In Beispiel 19 kann der Gegenstand von Beispiel 19 Anweisungen aufweisen, um die Prozessorschaltung zu veranlassen, ein Belastungskompensationssignal basierend auf dem Indikator für physikalische Belastung zu erzeugen.
Beispiel 21 ist ein Verfahren, das Folgendes aufweist: Bereitstellen eines Erregungssignals an einen Emitter einer ersten Bipolartransistorvorrichtung, wobei die Transistorvorrichtung einen ersten und unterschiedliche zweite Kollektoren, die mit einem Basisgebiet der Transistorvorrichtung verbunden sind, aufweist. In Beispiel 21 kann das Verfahren als Reaktion auf das Erregungssignal das Messen eines ersten Kollektorstroms aus dem ersten Kollektor der Transistorvorrichtung und als Reaktion auf das Erregungssignal das Messen eines zweiten Kollektorstroms aus dem zweiten Kollektor der Transistorvorrichtung und Bestimmen einer Größendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorstrom aufweisen. Die Größendifferenz kann einer Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft des Basisgebiets der Transistorvorrichtung entsprechen, und das Verfahren kann ferner das Bestimmen eines Indikators für die physikalische Belastung der Transistorvorrichtung basierend auf der Größendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorstrom aufweisen.
In Beispiel 22 kann der Gegenstand von Beispiel 21 das gleichzeitige Messen des ersten und des zweiten Kollektorstroms als Reaktion auf dasselbe Anregungssignal aufweisen.
In Beispiel 23 kann der Gegenstand von Beispiel 22 das Messen des ersten und des zweiten Kollektorstroms aufweisen, das das Messen der Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft für eine erste Stromflussrichtung über das Basisgebiet des Transistors aufweist.
In Beispiel 24 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 21-21 das Verwenden von Informationen über eine Basis-Emitter-Spannung (Vbe oder VBE) der Transistorvorrichtung, um ein Spannungsreferenzsignal bereitzustellen, aufweisen.
In Beispiel 25 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 21-24 das Bestimmen des Indikators für eine physikalische Belastung aufweisen, das das Bestimmen einer Stromablenkungscharakteristik in dem Basisgebiet der Transistorvorrichtung aufweist, wobei die Stromablenkungscharakteristik einer physikalischen Belastung auf einem Halbleiter, der die Transistorvorrichtung aufweist, entspricht.
In Beispiel 26 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 21-25 das Messen des ersten und des zweiten Kollektorstroms aufweisen, das das Erfassen von Informationen über die Basis-Emitter-Spannung von einer ersten Seite der Transistorvorrichtung, die dem ersten Kollektor entspricht, und das Erfassen von Informationen über die Basis-Emitter-Spannung von einer zweiten Seite der Transistorvorrichtung, die dem zweiten Kollektor entspricht, aufweist, wobei die Spannungsinformationen einen Tensor der Ladungsträgerbeweglichkeit, der die Verformung der Transistorvorrichtung unter Belastung beschreibt, angeben.
In Beispiel 27 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 21-26 das Bereitstellen eines Referenzspannungs- oder -stromsignals unter Verwendung einer Bandlücken-Referenzgeneratorschaltung, die die Transistorvorrichtung aufweist, aufweisen.
In Beispiel 28 kann der Gegenstand von Beispiel 27 das Bereitstellen eines Signals, das den Indikator für die physikalische Belastung in einer zeitlich gemultiplexten Weise mit dem Referenzspannungs- oder -stromsignal angibt, aufweisen.
In Beispiel 29 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 27-28 das Bereitstellen eines Signals, das den Indikator für die physikalische Belastung gleichzeitig mit dem Referenzspannungs- oder -stromsignal angibt, aufweisen.
In Beispiel 30 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 21-29 das Bereitstellen eines Referenzspannungs- oder -stromsignals unter Verwendung einer Referenzgeneratorschaltung vom Bandlücken-Typ aufweisen, der ein gemeinsames Substrat (z. B. wenigstens teilweise gemeinsam verwendetes) mit einem Substrat der Transistorvorrichtung aufweist.
Beispiel 31 ist ein Halbleiterbelastungssensor, der Folgendes aufweist: eine Bipolartransistorvorrichtung, die einen ersten und einen zweiten Kollektoranschluss aufweist, und eine Erregungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Erregungssignal an einen Basis-Emitter-Übergang der Bipolartransistorvorrichtung bereitzustellen, und eine Prozessorschaltung, die ausgebildet ist zum: Empfangen von Informationen über ein erstes Kollektorsignal, das an dem ersten Kollektoranschluss gemessen wird, wobei das erste Kollektorsignal eine Reaktion auf das Erregungssignal ist und das erste Kollektorsignal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Bipolartransistorvorrichtung in einer ersten Richtung angibt, und Empfangen von Informationen über ein zweites Kollektorsignal, das an dem zweiten Kollektoranschluss gemessen wird, wobei das zweite Kollektorsignal eine Reaktion auf das Erregungssignal ist und das zweite Kollektorsignal die Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Halbleitervorrichtung in derselben ersten Richtung angibt, und Bestimmen eines Indikators für die physikalische Belastung der Halbleitervorrichtung basierend auf einer Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal.
In Beispiel 32 kann der Gegenstand von Beispiel 31 aufweisen, dass das erste und das zweite Kollektorsignal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft in einem Basisgebiet der Bipolartransistorvorrichtung angeben.
In Beispiel 31 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 31-32 ein Emittergebiet, ein Basisgebiet und ein Kollektorgebiet der Bipolartransistorvorrichtung, die in einer zweiten Richtung, die orthogonal zur ersten Richtung ist, geschichtet sind, aufweisen.
In Beispiel 34 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 31-31 die Prozessorschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Informationen über das erste und das zweite Kollektorsignal in Reaktion auf das gleiche Erregungssignal zu empfangen, aufweisen.
In Beispiel 35 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 31-34 das Bestimmen des Indikators für die physikalische Belastung aufweisen, das das Bestimmen einer Stromsignalstärkendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal aufweist.
In Beispiel 36 kann der Gegenstand von Beispiel 35 aufweisen, dass die Größendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal einer Ladungsflussablenkung in einem Basisgebiet der Bipolartransistorvorrichtung entspricht.
In Beispiel 37 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 31-36 eine Referenzsignalgeneratorschaltung aufweisen, die mehrere andere Transistoren aufweist, und die mehreren anderen Transistoren und die Bipolartransistorvorrichtung weisen wenigstens einen Abschnitt eines gemeinsam verwendeten Substrats auf.
In Beispiel 38 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 31-37 die Bipolartransistorvorrichtung aufweisen, die einen Abschnitt einer Referenzsignalgeneratorschaltung aufweist, und die Referenzsignalgeneratorschaltung kann dazu ausgebildet sein, ein Referenzsignal unter Verwendung von Informationen über eine Basis-Emitter-Spannung (Vbe) der Bipolartransistorvorrichtung bereitzustellen.
In Beispiel 39 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 31-38 den ersten und den zweiten Kollektoranschluss aufweisen, die an gegenüberliegenden Seiten des Emitteranschlusses der Bipolartransistorvorrichtung vorgesehen sind.
In Beispiel 40 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 31-39 eine Oberfläche der Bipolartransistorvorrichtung aufweisen, die den von einem Basisanschluss umgebenen Emitteranschluss aufweist, und der erste und der zweite Kollektoranschluss sind durch den Basisanschluss von dem Emitteranschluss getrennt, und der erste und der zweite Kollektoranschluss sind an der Oberfläche elektrisch entkoppelt.
Beispiel 41 ist eine Referenzsignalgeneratorschaltung, die Folgendes aufweist: eine erste Bandlücken-Referenzgeneratorschaltung, die einen ersten Abschnitt einer Halbleiteranordnung aufweist und dazu ausgebildet ist, ein unkorrigiertes Referenzspannungssignal bereitzustellen, und eine Bipolartransistorvorrichtung, die einen ersten und einen zweiten Kollektoranschluss aufweist, wobei die Bipolartransistorvorrichtung ein gemeinsam verwendetes Substrat mit dem ersten Abschnitt der Halbleiteranordnung aufweist, und eine Erregungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Erregungssignal an einen Emitteranschluss der Bipolartransistorvorrichtung bereitzustellen. Beispiel 41 kann eine Prozessorschaltung aufweisen, die ausgebildet ist zum: Empfangen von Informationen über ein erstes Kollektorsignal, das an dem ersten Kollektoranschluss gemessen wird, wobei das erste Kollektorsignal eine Reaktion auf das Erregungssignal ist und das erste Kollektorsignal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Bipolartransistorvorrichtung in einer ersten Richtung angibt, und Empfangen von Informationen über ein zweites Kollektorsignal, das an dem zweiten Kollektoranschluss gemessen wird, wobei das zweite Kollektorsignal eine Reaktion auf das Erregungssignal ist und das zweite Kollektorsignal die Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Halbleitervorrichtung in derselben ersten Richtung angibt, und Bestimmen eines Indikators für die physikalische Belastung der Halbleitervorrichtung basierend auf einer Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal, und Bereitstellen eines korrigierten Spannungsreferenzsignals basierend auf dem unkorrigierten Referenzspannungssignal und dem Indikator für die physikalische Belastung.
In Beispiel 42 kann der Gegenstand von Beispiel 41 die Prozessorschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Indikator für die physikalische Belastung basierend auf einer Stromstärkendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal zu bestimmen, aufweisen.
In Beispiel 41 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 41-42 aufweisen, dass das erste und das zweite Kollektorsignal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft in einem Basisgebiet der Bipolartransistorvorrichtung angeben, wobei die Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft einer Änderung in Abhängigkeit von einer auf die Halbleiteranordnung ausgeübten mechanischen Belastung ausgesetzt ist.
In Beispiel 44 kann der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 41-41 aufweisen, dass das unkorrigierte Referenzspannungssignal auf einer Basis-Emitter-Spannungscharakteristik der Bipolartransistorvorrichtung basiert.
Beispiel 45 ist wenigstens ein maschinenlesbares Medium, das Anweisungen aufweist, die dann, wenn sie durch eine Verarbeitungsschaltungsanordnung ausgeführt werden, die Verarbeitungsschaltungsanordnung veranlassen, Operationen zum Implementieren eines oder mehrerer der Beispiele 1-44 auszuführen.
Beispiel 46 ist eine Einrichtung, die Mittel zum Implementieren eines oder mehrerer der Beispiele 1-44 aufweist.
Beispiel 47 ist ein System zum Implementieren eines oder mehrerer der Beispiele 1-44.
Beispiel 48 ist ein Verfahren zum Implementieren eines oder mehrerer der Beispiele 1-44.
Jedes dieser nicht-einschränkenden Beispiele kann für sich allein stehen oder kann in verschiedenen Permutationen oder Kombinationen mit einem oder mehreren anderen Beispielen oder Merkmalen, die an anderer Stelle hier diskutiert sind, kombiniert werden.
Diese ausführliche Beschreibung weist Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden, auf. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen sind hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen Elementen weitere Elemente aufweisen. Die Erfinder berücksichtigen jedoch auch Beispiele, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Die Erfinder berücksichtigen Beispiele, die irgendeine Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwenden, entweder in Bezug auf ein spezielles Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere hier gezeigte oder beschriebene Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon).
In diesem Dokument wird der Begriff „ein“, wie in Patentdokumenten üblich, verwendet, um eines oder mehr als eines aufzunehmen, unabhängig von irgendwelchen anderen Fällen oder Verwendungen von „wenigstens eines“ oder „eines oder mehrere“. In diesem Dokument bezieht sich der Begriff „oder“ auf ein nicht ausschließendes Oder, d. h. „A oder B“ weist „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ auf, sofern nicht anders angegeben. In diesem Dokument sind die Begriffe „aufweisend“ und „in dem“ als einfache Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „aufweisend“ und „wobei“ verwendet.“
In den folgenden Ansprüchen sind die Begriffe „aufweisend“ und „aufweisend“ offen, das heißt ein System, eine Vorrichtung, ein Gegenstand, eine Zusammenstellung, eine Formulierung oder ein Prozess, der/die/das Elemente zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgeführten Elementen aufweist, fällt dennoch in den Schutzbereich dieses Anspruchs. Außerdem sind in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. lediglich als Bezeichnungen verwendet und sind nicht dafür vorgesehen, numerische Anforderungen an ihre Objekte zu stellen.
Die hier beschriebenen Verfahrensbeispiele können wenigstens teilweise durch eine Maschine oder einen Computer implementiert werden. Einige Beispiele können ein computerlesbares Medium oder ein maschinenlesbares Medium aufweisen, das mit Anweisungen codiert ist, die eine elektronische Vorrichtung konfigurieren können, um Verfahren oder Schaltungsoperationen oder Schaltungskonfigurationsanweisungen wie in den obigen Beispielen beschrieben auszuführen. Eine Implementierung solcher Verfahren kann Code wie z. B. Mikrocode, Assemblersprachcode, Code einer höheren Sprache oder dergleichen aufweisen. Ein solcher Code kann computerlesbare Anweisungen zum Ausführen verschiedener Verfahren aufweisen. Der Code kann Abschnitte von Computerprogrammprodukten bilden. Ferner kann in einem Beispiel der Code auf einem oder mehreren flüchtigen, nicht-transitorischen oder nicht-flüchtigen greifbaren computerlesbaren Medien greifbar gespeichert sein, wie z. B. während der Ausführung oder zu anderen Zeiten. Beispiele für diese greifbaren, computerlesbaren Medien weisen unter anderem, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Festplatten, herausnehmbare Magnetplatten, herausnehmbare optische Platten (z. B. Compact Discs und digitale Videodisks), Magnetkassetten, Speicherkarten oder -sticks, Direktzugriffsspeicher (RAMs), Festwertspeicher (ROMs) und dergleichen auf.
Die vorstehende Beschreibung dient der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend. Beispielsweise können die vorstehend beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) auch in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, wie z. B. durch einen normalen Fachmann nach der Durchsicht der vorstehenden Beschreibung. Die Zusammenfassung ist dafür vorgesehen, um dem Leser zu ermöglichen, schnell das Wesen der technischen Offenbarung zu erfassen. Sie wird mit dem Verständnis übergeben, dass sie nicht verwendet wird, um den Schutzbereich oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder einzuschränken. Außerdem können in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung verschiedene Merkmale zusammen gruppiert sein, um die Offenbarung zu straffen. Das sollte nicht so interpretiert werden, dass beabsichtigt ist, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für irgendeinen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer speziellen offenbarten Ausführungsform liegen. Somit sind die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich genommen eine separate Ausführungsform darstellt, und es ist vorgesehen, dass diese Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können. Der Schutzbereich der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind.
Gemäß einem Aspekt kann ein halbleiterbasierter Belastungssensor eine bipolare Transistorvorrichtung mit ersten und zweiten Kollektoranschlüssen aufweisen. Eine Erregungsschaltung kann ein Erregungssignal an einen Emitteranschluss des bipolaren Transistorbauelements liefern, und ein Indikator für die physikalische Belastung des Halbleiters kann auf der Grundlage einer Beziehung zwischen den an den Kollektoranschlüssen in Reaktion auf das Erregungssignal gemessenen Signalen bereitgestellt werden. Die Signale können eine Ladungsträgerbeweglichkeitscharakteristik des Halbleiters anzeigen, die als Indikator für eine physikalische Belastung verwendet werden kann. In einem Beispiel basiert der Indikator für die physikalische Belastung auf einer Stromablenkungscharakteristik eines Basisbereichs der Transistorvorrichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63/233096 [0001]
US 17/816979 [0001]

Claims

Verfahren, das Folgendes aufweist: Bereitstellen eines Erregungssignals an einen Emitter einer ersten Bipolartransistorvorrichtung, wobei die Transistorvorrichtung einen ersten und einen unterschiedlichen zweiten Kollektor, die mit einem Basisgebiet der Transistorvorrichtung verbunden sind, aufweist; in Reaktion auf das Erregungssignal Messen eines ersten Kollektorstroms aus dem ersten Kollektor der Transistorvorrichtung; in Reaktion auf das Erregungssignal Messen eines zweiten Kollektorstroms aus dem zweiten Kollektor der Transistorvorrichtung; Bestimmen einer Größendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorstrom, wobei die Größendifferenz einer Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft des Basisgebiets der Transistorvorrichtung entspricht; und Bestimmung eines Indikators für die physikalische Belastung der Transistorvorrichtung basierend auf der Größendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorstrom.
Verfahren nach Anspruch 1, das ein gleichzeitiges Messen des ersten und des zweiten Kollektorstroms in Reaktion auf dasselbe Erregungssignal aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messen des ersten und zweiten Kollektorstroms das Messen der Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft für eine erste Stromflussrichtung über das Basisgebiet des Transistors aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Verwenden von Informationen über eine Basis-Emitter-Spannung (Vbe) der Transistorvorrichtung, um ein Spannungsreferenzsignal bereitzustellen, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Indikators für die physikalische Belastung das Bestimmen einer Stromablenkungscharakteristik in dem Basisgebiet der Transistorvorrichtung aufweist, wobei die Stromablenkungscharakteristik einer physikalischen Belastung auf einem Halbleiter, der die Transistorvorrichtung aufweist, entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messen des ersten und des zweiten Kollektorstroms das Erfassen von Informationen über die Basis-Emitter-Spannung von einer ersten Seite der Transistorvorrichtung, die dem ersten Kollektor entspricht, und das Erfassen von Informationen über die Basis-Emitter-Spannung von einer zweiten Seite der Transistorvorrichtung, die dem zweiten Kollektor entspricht, aufweist, wobei die Spannungsinformationen einen Tensor der Ladungsträgerbeweglichkeit, der die Verformung der Transistorvorrichtung unter Belastung beschreibt, angeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner das Bereitstellen eines Referenzspannungs- oder -stromsignals unter Verwendung einer Bandlücken-Referenzgeneratorschaltung, die die Transistorvorrichtung aufweist, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Bereitstellen eines Signals, das den Indikator für die physikalische Belastung angibt, im Zeitmultiplex mit dem Referenzspannungs- oder -stromsignal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, das ferner das Bereitstellen eines Signals, das den Indikator für die physikalische Belastung angibt, gleichzeitig mit dem Referenzspannungs- oder -stromsignal aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner das Bereitstellen eines Referenzspannungs- oder -stromsignals unter Verwendung einer Referenzgeneratorschaltung vom Bandlücken-Typ, die ein gemeinsames Substrat mit einem Substrat der Transistorvorrichtung aufweist, aufweist.
Halbleiterbelastungssensor, der Folgendes aufweist: eine Bipolartransistorvorrichtung, die einen ersten und einen zweiten Kollektoranschluss aufweist; eine Erregungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Erregungssignal an einen Basis-Emitter-Übergang der Bipolartransistorvorrichtung bereitzustellen; und eine Prozessorschaltung, die ausgebildet ist zum: Empfangen von Informationen über ein erstes Kollektorsignal, das an dem ersten Kollektoranschluss gemessen wird, wobei das erste Kollektorsignal eine Reaktion auf das Erregungssignal ist und das erste Kollektorsignal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Bipolartransistorvorrichtung in einer ersten Richtung angibt; Empfangen von Informationen über ein zweites Kollektorsignal, das an dem zweiten Kollektoranschluss gemessen wird, wobei das zweite Kollektorsignal eine Reaktion auf das Erregungssignal ist und das zweite Kollektorsignal die Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Halbleitervorrichtung in derselben ersten Richtung angibt; und Bestimmen eines Indikators für die physikalische Belastung der Halbleitervorrichtung basierend auf einer Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal.
Halbleiterbelastungssensor nach Anspruch 11, wobei das erste und das zweite Kollektorsignal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft in einem Basisgebiet der Bipolartransistorvorrichtung angeben.
Halbleiterbelastungssensor nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein Emittergebiet, ein Basisgebiet und ein Kollektorgebiet der Bipolartransistorvorrichtung in einer zweiten Richtung, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, geschichtet sind.
Halbleiterbelastungssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Prozessorschaltung dazu ausgebildet ist, die Informationen über das erste und das zweite Kollektorsignal in Reaktion auf dasselbe Erregungssignal zu empfangen.
Halbleiterbelastungssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Bestimmen des Indikators für die physikalische Belastung das Bestimmen einer Stromsignalstärkendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal aufweist und die Größendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal einer Ladungsflussablenkung in einem Basisgebiet der Bipolartransistorvorrichtung entspricht.
Halbleiterbelastungssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, der ferner eine Referenzsignalgeneratorschaltung aufweist, die mehrere andere Transistoren aufweist, wobei die mehreren anderen Transistoren und die Bipolartransistorvorrichtung ein gemeinsam verwendetes Substrat aufweisen.
Halbleiterbelastungssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Bipolartransistorvorrichtung einen Abschnitt einer Referenzsignalgeneratorschaltung aufweist, und wobei die Referenzsignalgeneratorschaltung dazu ausgebildet ist, ein Referenzsignal unter Verwendung von Informationen über eine Basis-Emitter-Spannung (Vbe) der Bipolartransistorvorrichtung bereitzustellen.
Halbleiterbelastungssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei eine Oberfläche der Bipolartransistorvorrichtung den von einem Basisanschluss umgebenen Emitteranschluss aufweist, und wobei der erste und der zweite Kollektoranschluss durch den Basisanschluss von dem Emitteranschluss getrennt sind und der erste und der zweite Kollektoranschluss an der Oberfläche elektrisch entkoppelt sind.
Referenzsignalgeneratorschaltung, die Folgendes aufweist: eine erste Bandlücken-Referenzgeneratorschaltung, die einen ersten Abschnitt einer Halbleiteranordnung aufweist und dazu ausgebildet ist, ein unkorrigiertes Referenzspannungssignal bereitzustellen; eine Bipolartransistorvorrichtung, die einen ersten und einen zweiten Kollektoranschluss aufweist, wobei die Bipolartransistorvorrichtung ein mit dem ersten Abschnitt der Halbleiteranordnung gemeinsam verwendetes Substrat aufweist; eine Erregungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Erregungssignal an einen Emitteranschluss der Bipolartransistorvorrichtung bereitzustellen; und eine Prozessorschaltung, die ausgebildet ist zum: Empfangen von Informationen über ein erstes Kollektorsignal, das an dem ersten Kollektoranschluss gemessen wird, wobei das erste Kollektorsignal eine Reaktion auf das Erregungssignal ist und das erste Kollektorsignal eine Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Bipolartransistorvorrichtung in einer ersten Richtung angibt; Empfangen von Informationen über ein zweites Kollektorsignal, das an dem zweiten Kollektoranschluss gemessen wird, wobei das zweite Kollektorsignal eine Reaktion auf das Erregungssignal ist und das zweite Kollektorsignal die Ladungsträgerbeweglichkeitseigenschaft der Halbleitervorrichtung in derselben ersten Richtung angibt; Bestimmen eines Indikators für die physikalische Belastung der Halbleitervorrichtung basierend auf einer Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal; und Bereitstellen eines korrigierten Spannungsreferenzsignals basierend auf dem unkorrigierten Referenzspannungssignal und dem Indikator für die physikalische Belastung.
Referenzsignalgeneratorschaltung nach Anspruch 19, wobei die Prozessorschaltung dazu ausgebildet ist, den Indikator für die physikalische Belastung basierend auf einer Stromstärkendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorsignal zu bestimmen.
Referenzsignalgeneratorschaltung nach Anspruch 19, wobei das unkorrigierte Referenzspannungssignal auf einer Basis-Emitter-Spannungscharakteristik der Bipolartransistorvorrichtung basiert.