DE10244096A1 - Spinning current Hall sensor with homogeneous space charge zone - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Spinning-Current-Hallsensor mit mehreren Strom- bzw. Messkontakten (1-4) zum Anlegen eines Betriebsstroms (I) und Abgreifen einer Hallspannung, einer stromleitenden Schicht (110), in der der Betriebsstrom fließt, und einer angrenzenden Schicht (120, 420), zwischen denen bei Betrieb des Spinning-Current-Hallsensors eine Raumladungszone (130) entsteht, die den Stromfluss in der stromleitenden Schicht (110) auf ein stromführendes Gebiet begrenzt. Zur Vermeidung von Offsetkomponenten bei der Messung wird vorgeschlagen, die angrenzende Schicht (120, 410, 420) mit mehreren Kontakten (221-224; 421-424) zu versehen, an denen eine Spannung angelegt wird, die derart bemessen ist, dass der Betriebsstrom (I) bei Einspeisung in einer ersten Richtung und in der Gegenrichtung durch das im Wesentlichen gleiche stromführende Gebiet fließt.The invention relates to a spinning current Hall sensor with a plurality of current or measuring contacts (1-4) for applying an operating current (I) and tapping a Hall voltage, a current-conducting layer (110) in which the operating current flows, and an adjacent layer (120, 420), between which, when the spinning current Hall sensor is in operation, a space charge zone (130) is formed which limits the current flow in the current-conducting layer (110) to a current-carrying area. To avoid offset components during the measurement, it is proposed to provide the adjacent layer (120, 410, 420) with a plurality of contacts (221-224; 421-424) to which a voltage is applied which is dimensioned such that the operating current (I) when fed in a first direction and in the opposite direction through the substantially same current-carrying area.
Description
Die Erfindung betrifft einen Spinning-Current-Hallsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a spinning current Hall sensor according to the generic term of claim 1.
Bei der Strommessung mit herkömmlichen Hallplättchen entstehen neben der Hallspannung zusätzliche unerwünschte Spannungsanteile (Offsets) die das Meßsignal verfälschen. Diese Offsets werden insbesondere durch Geometriefehler, piezoresistive Effekte, inhomogene Temperaturen etc. im Sensor verursacht.When measuring current with conventional Hall plates in addition to the Hall voltage additional undesirable Voltage components (offsets) that falsify the measurement signal. These offsets are particularly affected by geometry errors, piezoresistive effects, causes inhomogeneous temperatures etc. in the sensor.
Zur Verbesserung der Meßgenauigkeit
ist es bekannt, Spinning-Current-Hallsensoren
zu verwenden, mit denen die Offsets im wesentlichen aus dem Meßsignal
eliminiert werden können.
Ein typisches Beispiel eines Spinning-Current-Hallsensors ist in
Bei der in
Im Betrieb des Sensors
Wird der Betriebsstrom I31 dagegen
in umgekehrter Richtung angelegt, wie in
Der Betriebsstrom I durchfließt somit
je nach Einspeisekontakt
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Meßgenauigkeit eines Spinning-Current-Hallsensors weiter zu verbessern.It is therefore the object of the present invention the measurement accuracy of a spinning current Hall sensor.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen. der Erfindung sind Gegenstand von Ünteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. Other configurations. the invention are the subject of dependent claims.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, einen bekannten Spinning-Current-Stromsensor, umfassend eine stromleitende Schicht, in der ein Betriebsstrom fließt, und eine angrenzende Schicht, nicht nur mit einem sondern mit mehreren Kontakten an der angrenzenden Schicht auszustatten, an denen eine Spannung angelegt wird, die derart bemessen ist, dass der Betriebsstrom bei Einspeisung in einer ersten Richtung und in der Gegenrichtung durch das im wesentlichen gleiche Gebiet der stromleitenden Schicht fließt. Das stromführende Gebiet bleibt also in beiden Stromrichtungen unverändert. Offsetkomponenten, die im Stand der Technik aufgrund eines Stromflusses durch unterschiedliche Gebiete entstanden sind, können somit eliminiert werden.The main idea of the invention is to include a known spinning current sensor a current-conducting layer in which an operating current flows, and an adjacent layer, not just one but several Equip contacts on the adjacent layer, where one Voltage is applied, which is dimensioned such that the operating current at Infeed in a first direction and in the opposite direction the substantially same area of the current-conducting layer flows. The current carrying The area therefore remains unchanged in both current directions. Offset components, those in the prior art due to current flow through different Areas have arisen thus be eliminated.
Eine bevorzugte Möglichkeit zur Erzeugung eines sich nicht verändernden stromführenden Gebiets besteht darin, die Raumladungszone am pn-Übergang zwischen angrenzender Schicht und stromleitender Schicht in Richtung des Stromflusses im wesentlichen gleichmäßig dick einzustellen. Der Betriebsstrom fließt daher in beiden Richtungen durch ein stromführendes Gebiet mit einem im wesentlichen gleichförmigen effektiven Querschnitt.A preferred way to create a not changing live Area is the space charge zone at the pn junction between the adjacent layer and the current-conducting layer in the direction of the current flow to be set essentially uniformly thick. The operating current flows therefore in both directions through a live area with an im essentially uniform effective cross section.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind genauso viele Kontakte der angrenzenden Schicht wie Strombzw. Meßkontakte vorgesehen. Daraus ergibt sich ei ne besonders einfache Realisierung des Hallsensors.According to a preferred embodiment of the Invention are as many contacts in the adjacent layer as Strombzw. Measuring contacts provided. This results in a particularly simple implementation of the Hall sensor.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die Kontakte der angrenzenden Schicht auf der Rückseite des Hallsensors angeordnet und liegen den auf der Oberseite angeordneten Strom- bzw. Meßkontakten des Sensors bezüglich einer Mittelebene des Sensors gegenüber.According to a first embodiment are the contacts of the adjacent layer on the back arranged of the Hall sensor and are arranged on the top Current or measuring contacts of the sensor regarding opposite a central plane of the sensor.
Der Spannungsabfall an einem Kontaktpaar der Kontakte der angrenzenden Schicht ist vorzugsweise gleich groß wie der Spannungsabfall an einem Kontaktpaar der Strom- bzw. Meßkontakte.The voltage drop across a pair of contacts of the contacts of the adjacent layer is preferred as large as the voltage drop across a pair of contacts of the current or measuring contacts.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die stromleitende Schicht in eine angrenzende Schicht eingebettet, welche die stromleitende Schicht seitlich und unterhalb umgibt (bei einer n-leitenden Schicht ist dies eine p-leitende Schicht und umgekehrt). Bei dieser Ausführungsform sind die Kontakte der angrenzenden Schicht auf der gleichen Seite wie die Strom- bzw. Meßkontakte angeordnet und liegen vorzugsweise ebenfalls auf der Oberfläche des Sensors.According to another embodiment the invention is the current-conducting layer in an adjacent Embedded layer, which the current-conducting layer laterally and below (for an n-type layer, this is a p-type layer Layer and vice versa). In this embodiment, the contacts the adjacent layer on the same side as the electricity or measuring contacts arranged and are preferably also on the surface of the Sensor.
Der Spinning-Current-Hallsensor kann ferner Mittel zur Erzeugung einer Sperrschicht an oder nahe der Oberfläche der stromleitenden Schicht aufweisen. Durch diese Sperrschicht wird die Halbleiteroberfläche als ein maßgeblich zum Rauschen beitragendes Gebiet vom Stromfluß ausgenommen und das Rauschen somit reduziert. Der Strom fließt in diesem Fall nur in einer tiefer liegenden Zone.The spinning current Hall sensor can means for forming a barrier layer at or near the surface of the current-conducting layer. Through this barrier layer the semiconductor surface as an authoritative area contributing to noise excluded from current flow and noise thus reduced. The power is on in this case only in a lower zone.
Zur Erzeugung der Sperrschicht kann entweder eine Abschirmdiffusion mit einer entgegengesetzten Leitfähigkeit wie die stromleitende Schicht in letztere eingebracht oder z.B. eine Elektrode auf der Oberfläche der stromleitenden Schicht (mit dazwischenliegender Isolation) aufgebracht werden, mittels der durch Anlegen einer Spannung eine Inversionsschicht erzeugt wird.Can be used to create the barrier layer either shield diffusion with opposite conductivity like the current-conducting layer introduced into the latter or e.g. an electrode on the surface the current-conducting layer (with insulation in between) applied by means of an inversion layer by applying a voltage is produced.
Die Elektrode bzw. die Abschirm-Diffusion ist vorzugsweise ebenfalls mit mehreren Kontakten kontaktiert.The electrode or the shield diffusion is preferably also contacted with several contacts.
Radial benachbarte Kontakte der stromleitenden Schicht, der angrenzenden Schicht und der Oberflächen-Abschirmung liegen vorzugsweise auf der gleichen radialen Linie bezüglich einer Mittelachse des Sensors.Radially adjacent contacts of the current-carrying Layer, the adjacent layer and the surface shield are preferably on the same radial line with respect to a central axis of the Sensor.
Die Kontakte auf der Oberfläche des Sensors sind in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig beabstandet.The contacts on the surface of the Sensors are preferably evenly spaced in the circumferential direction.
Der erfindungsgemäße Spinning-Current-Hallsensor umfasst vorzugsweise auch eine Auswertelogik und/oder eine Verstärkerschaltung, die ebenfalls auf dem Sensorchip integriert sind.The spinning current Hall sensor according to the invention preferably also includes an evaluation logic and / or an amplifier circuit are also integrated on the sensor chip.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below the attached Figures closer by way of example explained. Show it:
Bezüglich der Erläuterung
der
Im Unterschied zu den
Die Kontakte
In der Ausführungsform von
Grundsätzlich kann die stromleitende Schicht
Die Abschirmdiffusion
In lateraler Richtung- benachbarte
Kontakte
Die vergrabene Schicht
Die Schicht
Zwischen den Gebieten
Die n-leitende Schicht
Der in
Zwischen der Elektrode
Die Elektrode
Zur Abschirmung der rauschbehafteten Halbleiteroberfläche
Die Verwendung von Polysilizium als
Material für
die Elektrode
- 1-41-4
- IontakteIontakte
- 100100
- Spinning-Current-HallsensorSpinning current Hall sensor
- 101-104101-104
- Kontaktdiffusionencontact diffusions
- 110110
- stromleitende Schichtelectrically conductive layer
- 120120
- angrenzende Schichtadjoining layer
- 121121
- Bezugskontaktreference contact
- 130130
- RaumladungszoneSpace charge region
- 210210
- n-leitende Schichtn-type layer
- 221-224221-224
- rückseitige Kontakterear contacts
- 301-304301-304
- Kontakte der Abschirmdiffusioncontacts shielding diffusion
- 310310
- AbschirmdiffusionsschichtAbschirmdiffusionsschicht
- 330330
- RaumladungszoneSpace charge region
- 410410
- p-Gebietp-type region
- 430430
- RaumladungszoneSpace charge region
- 420420
- vergrabene Schichtburied layer
- 440440
- äußere Halbleiterschichtouter semiconductor layer
- 601-604601-604
- Elektrodenkontakteelectrode contacts
- 510510
- Elektrodeelectrode
- II
- Betriebsstromoperating current
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