DE10345552B3 - Integrierte Sensoranordnung - Google Patents

Integrierte Sensoranordnung Download PDF

Info

Publication number
DE10345552B3
DE10345552B3 DE10345552A DE10345552A DE10345552B3 DE 10345552 B3 DE10345552 B3 DE 10345552B3 DE 10345552 A DE10345552 A DE 10345552A DE 10345552 A DE10345552 A DE 10345552A DE 10345552 B3 DE10345552 B3 DE 10345552B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hall element
integrated
sensor arrangement
integrated sensor
arrangement according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10345552A
Other languages
English (en)
Inventor
Zoltan Huszka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams AG
Original Assignee
Austriamicrosystems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Austriamicrosystems AG filed Critical Austriamicrosystems AG
Priority to DE10345552A priority Critical patent/DE10345552B3/de
Priority to PCT/EP2004/009456 priority patent/WO2005036196A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10345552B3 publication Critical patent/DE10345552B3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07Hall effect devices
    • G01R33/072Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • G01R33/075Hall devices configured for spinning current measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07Hall effect devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00Hall-effect devices
    • H10N52/101Semiconductor Hall-effect devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

Es ist eine integrierte Sensoranordnung angegeben, die ein integriertes Hall-Element (1) umfaßt. Das Hall-Element (1) hat ein erstes elektrisches Anschlußpaar (AC) und ein zweites elektrisches Anschlußpaar (BD), welche jeweils Achsen definieren (2, 3), die orthogonal zueinander stehen. Zudem bilden die Achsen (2, 3) gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip einen Winkel von 45 DEG beziehungsweise 135 DEG mit der Richtung [-110] im Silizium-Halbleiterkörper (4), beschrieben durch Miller-Indizes, bei einem Standard (100) Wafer. Es läßt sich zeigen, daß hierdurch der Offset des Hall-Sensors (1), der durch mechanische Spannungen oder Druckeinwirkung, insbesondere bei einem Packaging des Chips, entstehen kann, signifikant verringert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Sensoranordnung.
  • Integrierte Sensoren können beispielsweise mit Hall-Elementen realisiert werden. Dabei wird das Hall-Element von einem Ruhestrom durchflossen. Bei zusätzlicher Einwirkung eines Magnetfelds entsteht in Abhängigkeit des Winkels zwischen Strom und Magnetfeld eine sogenannte Hall-Spannung, eine Quellenspannung. Damit können präzise Strom-Messungen durchgeführt werden.
  • Problematisch bei derartigen Hall-Elementen, die in einem Halbleiterkörper integriert sind, ist die verhältnismäßig starke Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften von mechanischen Einwirkungen wie Druck, mechanischen Spannungen, Torsion et cetera. Dieser Zustand der mechanischen Spannung entsteht insbesondere beim sogenannten Packaging eines integrierten Schaltkreises und bei dessen Einkapselung. Hall-Sensoren sind besonders sensibel auf Änderungen der elektrischen Eigenschaften des integrierten Halbleiters verursacht durch mechanische Spannungen.
  • Zur Beseitigung von Offsets in Hall-Sensoren sind unterschiedliche Methoden bekannt. Am weitesten verbreitet ist die Methode, die Munter et al. in dem Aufsatz beschreiben "Electronic Circuitry For A Smart Spinning – Current Hall Plate with Low Offset", Senors and Actuators A, 25–27, 1991, S. 747–751.
  • Auch in der Druckschrift US 6,064,202 A ist die sogenannte Spinning-Current-Kompensationsmethode beschrieben.
  • Obwohl derartige Verfahren einen Offset zum großen Teil beseitigen können, verbleibt jedenfalls ein Offset im Ausgangs- Nutzsignal aufgrund von Nichtlinearitäten. Die Nichtlinearitäten können durch die linearen Operationen, wie sie im Spinning-Current-Prinzip vorgesehen sind, nicht beseitigt werden. Die unerwünschten Eigenschaften der Nichtlinearitäten nehmen mit zunehmendem Offset-Level zu. Folglich ist es wünschenswert, eine Anordnung mit einem Hall-Element zu schaffen, bei dem der durch mechanische Spannungen induzierte Offset weiter reduziert ist.
  • In der Druckschrift von S. A. Gee et al. "Strain-Gauge Mapping of Die Surface Stresses", IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol. 12, No. 4, December 1989, S. 587–593 ist beschrieben, daß die mechanische Scherspannung eines eingekapselten Silizium-Halbleiterplättchens in der Mitte des Halbleiterplättchens relativ am geringsten ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Sensoranordnung anzugeben, die ein integriertes Hall-Element aufweist und die eine geringe Abhängigkeit der elektrischen Hall-Eigenschaften von den Druckbedingungen oder mechanischen Spannungen im Halbleiter hat.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine integrierte Sensoranordnung, aufweisend die im Amspruch 1 angegebenen Merkmale.
  • Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Für Richtungs- und Orientierungsangaben im Kristall-Halbleiter wird vorliegend die Schreibweise gemäß der sogenannten Miller-Indizes benutzt.
  • Es entspricht dem vorgeschlagenen Prinzip, daß die integrierte Sensoranordnung mit dem Hall-Element ausgebildet ist zum Abgeben eines elektrischen Signals, welches die magnetische Flußdichte eines Magnetfeldes repräsentiert, das den Hall-Sensor durchdringt.
  • Gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip wird durch die angegebene Position und Orientierung des Hall-Elements im Silizium-Kristall der druck-induzierte sowie durch mechanische Spannungen verursachte Offset signifikant verringert.
  • Die Wirkungsweise des vorgeschlagenen Prinzips soll nachfolgend anhand einer mathematischen Herleitung erläutert werden. Sowohl im Wafer, als auch im elektronischen Package herrscht hauptsächlich ein planarer, mechanischer Spannungszustand vor. Dieser kann durch drei Spannungskomponenten charakterisiert werden, nämlich eine Scherspannungskomponente und zusätzlich zwei weitere Spannungskomponenten, welche in der Hauptebene des Chips liegen und senkrecht aufeinander stehen. Die beiden letztgenannten Spannungskomponenten werden auch als Komponenten des biaxialen hydrostatischen Drucks bezeichnet. Anstelle der beiden senkrecht zueinander stehenden Druckkomponenten kann auch eine andere Schreibweise verwendet werden, die sich zusammensetzt aus einem biaxialen hydrostatischen, also richtungsunabhängigen Anteil, und einem Spannungsdifferenzenanteil gemäß den Formeln
    Figure 00030001
  • Die beiden Darstellungen sind offensichtlich äquivalent. Da letztere Darstellung eine einfachere mathematische Darstellbarkeit erlaubt, wird diese vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit verwendet.
  • In Abhängigkeit von der Einwirkung mechanischer Spannungen und der Umgebungstemperatur ändert sich der Widerstandswert eines Widerstandes, der in einem kristallinen Halbleiter integriert ist. Die allgemein gültige relative Widerstandsände rung ist eine periodische Funktion des Winkels Ψ, gemessen relativ zu einer beliebigen Achse in einer beliebig orientierten Oberfläche einer Siliziumstruktur:
    Figure 00040001
  • Diese Formel kann dem Aufsatz von D. A. Bittle: "Piezoresistive Stress Sensors for Structural Analysis of Electronic Packages", Auburn University, Auburn, Alabama, Journal of Electronic Packaging, September 1991, Vol. 113, pp. 203–215 entnommen werden, in dem die grundlegenden Theorien der Druck-induzierten Widerstandsänderung im Halbleiter behandelt werden.
  • Die Koeffizienten ξ, η, ζ setzen sich zusammen aus Funktionen der Temperatur, Druckkomponenten und den Elementen des Tensors, der den Piezo-Widerstand beschreibt bei vorgegebener Orientierung der Siliziumoberfläche.
  • Für die Komponenten ξ, η, ζ ergibt sich für die vorgegebene Orientierung im Siliziumkristall ξ = π44σPD η = πDσ12 ζ = πSσPH + π12σ33 + αΔT.
  • Darin sind
    Figure 00040002
  • πS = π11 + π12; πD = π11 – π12
    die kombinierten piezoresistiven Koeffizienten,
    α
    der Temperaturkoeffizient des Widerstands und
    ΔT
    die Temperaturdifferenz zwischen mechanisch unbeanspruchten und beanspruchten Zuständen des Piezowiderstandes.
  • Führt man die Beziehung
    Figure 00050001
    ein, so vereinfacht sich die bereits erläuterte Gleichung
    Figure 00050002
  • Der Term ζ ist winkelunabhängig, also ein isotropischer Parameter. Deshalb ist er auch unabhängig bezogen auf die Variation der Widerstandswerte entlang beliebiger Winkel in der Wafer-Ebene, die einem mechanischen Spannungszustand unterliegen.
  • Der Term, der für den Offset verantwortlich ist, ist der zweite Term. Er führt eine Abweichung mit einer Periode von 180° in den Wert der Widerstandsänderung ein mit einer Amplitude von
    Figure 00060001
  • Bei dieser Betrachtung ist die Hauptachse entlang der Richtung ψ0 orientiert, in der die Widerstandsänderung maximal ist, während eine Diagonale in die Richtung ψ + 90° weist, in der die Widerstandsänderung minimal ist. Hier werden aus Gründen der Kürze der Darstellung Periodizitäten der Winkelabhängigkeit nicht berücksichtigt. Zwischen diesen Winkeln erfährt ein Widerstand eine relative Gesamtänderung der doppelten Amplitude Aδ. Dies kann auch als Offset-Intervall bezeichnet werden.
  • Die Widerstandsänderung führt zu einem druckabhängigen Offset, weil die Widerstände in den zwei senkrecht aufeinanderstehenden Achsen der Hall-Platte verschiedenen Änderungen unterliegen.
  • Man erkennt, daß die Widerstandsänderung jedoch Null ist bei Winkeln von ψZ = ψ0 ± 45° und ψZ ± 90°
  • Wenn man deshalb das Hall-Element in die Richtung ψZ dreht, kann der stress-induzierte Offset der Hall-Spannung mit oder ohne Spinning-Current-Kompensation deutlich verringert werden.
  • Aus obigen Formeln ergibt sich dann eine Offset-Amplitude und ein Winkel ψ0 von
    Figure 00060002
  • Wie sich aus den oben entwickelten Formeln ergibt, beträgt in Abwesenheit einer Scherspannung in der Hauptebene des Halbleiterkörpers der Winkel ψZ mit einem Offset von Null gerade gleich 45°.
  • Bevorzugt ist ein erstes Anschlußpaar des integrierten Hall-Elements zum Zuführen eines Bias-Stroms ausgelegt. Gemäß dem Hall-Prinzip kann an einem zweiten Anschlußpaar des integrierten Hall-Elements eine Hall-Spannung abgegriffen werden, die unter Einwirkung eines Magnetfelds entsteht. Die Achse durch das erste Anschlußpaar und die Achse durch das zweite Anschlußpaar des integrierten Hall-Elements sind bevorzugt orthogonal zueinander angeordnet.
  • Alternativ sind auch andere Winkel als 90° möglich zwischen den beiden Achsen, wobei sich gemäß dem Hall-Prinzip die induzierte Spannung entsprechend verringert bei gleichem Strom und Magnetfeld.
  • Bevorzugt werden die Stromzufuhr und der Spannungsabgriff an den beiden Anschlußpaare gemäß dem Spinning-Current-Prinzip periodisch getauscht. Hierdurch kann eine noch weitere Reduzierung des Offsets erzielt werden.
  • Bevorzugt ist das integrierte Hall-Element in der von den beiden Achsen durch erstes und zweites Anschlußpaar aufgespannten Ebenen zumindest in Schritten von 90° drehsymmetrisch. Dadurch wird eine hohe Symmetrie der Gesamtanordnung erzeugt, auch bei Anwendung des Spinning-Current-Prinzips.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des vorgeschlagenen Prinzips sind die beiden Anschlüsse des ersten Anschlußpaares und die beiden Anschlüsse des zweiten Anschlußpaares auf einem gemeinsamen Kreisbogen um einen Mittelpunkt des integrierten Hall-Elements angeordnet.
  • Weiter bevorzugt ist das integrierte Hall-Element scheibenförmig ausgebildet.
  • Bevorzugt hat das integrierte Hall-Element eine sogenannte Van-der-Pauw-Struktur, welche scheibenförmig ist und bei der die Achsen durch die beiden Anschlußpaare senkrecht zueinander stehen und in der Hauptebene der Scheibe angeordnet sind sowie deren Mittelpunkt schneiden.
  • Bevorzugt hat der Halbleiterkörper zumindest im Bereich des integrierten Hall-Elements einen p-Leitfähigkeitstyp.
  • Ein Vorteil des Halbleiters vom p-Leitfähigkeitstyp liegt in der ca. 200-fach geringeren Abhängigkeit von mechanischer Spannung oder Druck gegenüber einem Siliziumkörper vom n-Leitfähigkeitstyp.
  • Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des Hall-Elements in einem p-leitenden Material in solchen Anwendungen, bei denen der Reduzierung des Offsets und der Langzeitstabilität des Sensors eine höhere Bedeutung zukommt als der Empfindlichkeit des Sensors aufgrund von höherer Elektronenbeweglichkeit gegenüber Löcherbeweglichkeit.
  • Der Halbleiterkörper mit p-Leitfähigkeitstyp, in den das Hall-Element integriert ist, ist besonders vorteilhaft anwendbar im Bereich der elektrischen Energiezähler für Haushalts- und Industrieanwendungen, wo ein Hall-Element mit mittlerer Empfindlichkeit ausreicht, jedoch eine sehr hohe Genauigkeit sowie besonders geringe Alterungs-Drifteffekte im Vordergrund stehen.
  • Weiter bevorzugt ist das integrierte Hall-Element in einem Zentralbereich des Halbleiterkörpers bezogen auf eine Hauptebene desselben angeordnet, die durch die beiden rechtwinklig zueinander stehenden Achsen aufgespannt ist. Im mittleren Bereich oder Zentralbereich des sogenannten Die oder Halblei terplättchens ist eine weitere Verringerung von durch Druck oder mechanische Spannungen bedingten Offsets zu erwarten.
  • Als Zentralbereich des Halbleiterkörpers ist bevorzugt derjenige Bereich verstanden, bei dem der Radius kleiner oder gleich ein Viertel des Radius desjenigen Kreisbogens ist, auf dem die Anschlüsse der Anschlußpaare des Hall-Elements liegen.
  • Vorteilhaft sind auch alle Strukturen eines Hall-Elements, die durch konforme Abbildung von der scheibenförmigen Struktur abgeleitet werden können.
  • Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Prinzips sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer integrierten Sensoranordnung gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip mit einem scheibenförmigen Hall-Element,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer integrierten Sensoranordnung gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip anhand eines quadratischen Hall-Elements,
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer integrierten Sensoranordnung, bei der ein kreuzförmiges Hall-Element vorgesehen ist und
  • 4 einen Halbleiterkörper, bei dem eine integrierte Sensoranordnung gemäß vorgeschlagenem Prinzip im Zentralbereich angeordnet ist.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Sensoranordnung mit einem Hall-Element 1, welches scheibenförmig ausgebildet und in einem Silizium-Halbleiterkörper integriert ist, in einer Draufsicht. Es sind zwei Achsen 2, 3 vorgesehen. Die Achsen 2, 3 stehen in einem Winkel von 90° zueinander. Die Achsen 2, 3 schneiden sich im Mittelpunkt M eines Kreises, dessen Umfang die scheibenförmige Hall-Struktur berandet. Die Achse 2 umfaßt ein erstes Anschlußpaar A, C. Die Achse 3 umfaßt ein zweites Anschlußpaar B, D. Die Strecke definiert durch die Anschlüsse A, C des ersten Anschlußpaares AC schneidet den Mittelpunkt M des Kreises, der das scheibenförmige Element begrenzt, genau in ihrer Mitte. Ebenso verhält es sich mit der Strecke, welche definiert ist durch die Anschlüsse B, D des zweiten Anschlußpaares BD. Weiterhin erkennt man, daß die Abstände der Anschlüsse A, B, C, D des ersten und des zweiten Anschlußpaares zum Mittelpunkt M alle gleich sind. Demnach liegen alle Anschlüsse A, B, C, D auf dem Umfang eines hier nicht eingezeichneten Kreises um den Mittelpunkt M der scheibenförmigen Struktur.
  • Das Hall-Element 1 ist in einem Silizium-Halbleiterkörper vom p-Leitfähigkeitstyp integriert. Der Silizium-Halbleiterkörper weist eine Standard-(1 0 0)-Orientierung auf, wie sie bei der industriellen Halbleiterfertigung üblich ist. Die Achse 2 durch das erste Anschlußpaar AC bildet einen Winkel von 45° zur [–1 1 0]-Richtung im Siliziumkristall, dargestellt durch Miller-Indizes. Die [–1 1 0]-Richtung liegt in der von den Achsen 2, 3 aufgespannten Ebene.
  • Die [–1 1 0]-Richtung befindet sich parallel zu einer Hauptfläche des scheibenförmigen Hall-Elements 1. In 1 sind für die einfachere Darstellung Punktkontakte A, B, C, D als elektrische Anschlüsse vorgesehen anstelle der tatsächlichen Kontakte mit endlichen Dimensionen, also finiten Kontakten. Die Hall-Zelle 1 ist nahe an der Mitte des Halbleiterkörpers angeordnet.
  • Die scheibenförmige Hall-Struktur wird auch als Van-der-Pauw-Struktur bezeichnet. Der Bias-Strom fließt dabei durch die Strecke zwischen den Anschlüssen A, C. Zwischen den Anschlüssen B, D kann eine Hall-Spannung abgegriffen werden, wenn zusätzlich ein Magnetfeld in einem Winkel ungleich Null zur Hauptebene einwirkt.
  • Gemäß dem Spinning-Current-Prinzip werden die Anschlüsse A, C mit den Anschlüssen B, D periodisch vertauscht.
  • Gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip ergeben sich zwischen den Achsen 2 und 3 Winkel von 45° bzw. 145° bezogen auf die Richtung [–1 1 0] im Siliziumkristall. Dadurch wird der Einfluß mechanischer Spannungen auf die Hall-Spannung deutlich reduziert, wie vorstehend mathematisch hergeleitet. Mit dem Spinnig-Current-Prinzip ist eine noch weitere Verringerung eines durch mechanische Spannungen im Halbleiterkörper verursachten Offsets erzielt.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hall-Elements gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip. Anstelle der scheibenförmigen Struktur ist hier beispielhaft eine Struktur mit quadratischem Querschnitt vorgesehen. Die Hall-Elemente gemäß 1 und 2 haben jedoch die Eigenschaften gemeinsam, daß die Achsen 2, 3 zueinander einen Winkel von 90° aufweisen sowie zur [–1 1 0]-Richtung einen Winkel von 45° bzw. 135° haben. Auch das Hall-Element von 2 ist in der Mitte des Chips angeordnet. Dadurch ergeben sich die gleichen vorteilhaften Wirkungsprinzipien wie bei dem Hall-Element von 1, die deshalb an dieser Stelle nicht noch einmal wiederholt werden.
  • 3 zeigt eine kreuzförmige Ausführung eines Hall-Elements. Die gemeinsamen Eigenschaften von 1 und 2 gelten auch für 3.
  • In alternativen Ausführungen zu den Hall-Elementen gemäß 1 bis 3 können auch andere Hall-Elemente gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip vorgesehen sein, die sich durch konforme Abbildung aus der orthogonalen Van-der-Pauw-Struktur aus 1 ableiten lassen. Es entspricht dem vorgeschlagenen Prinzip, daß die beiden Achsen der Anschlüsse des Hall-Elements Winkel von 45° +/– 90° mit der Richtung [–1 1 0] parallel zur Hauptfläche des Wafers haben, der eine [1 0 0]-orientierten Siliziumstruktur aufweist.
  • Allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß ein Halbleiterkörper vom p-Leitfähigkeitstyp verwendet wird. Wie die Tabelle zeigt, wird durch Verwendung eines p-Leitfähigkeitstyps eine um den Faktor 200 weiter reduzierte Abhängigkeit des Hall-Effekts von mechanischen Spannungen gegenüber einem n-Typ erzielt. Die verhältnismäßig geringere Mobilität oder Beweglichkeit der p-Ladungsträger gegenüber den n-Ladungsträgern führt zu einer geringfügig reduzierten Empfindlichkeit des Sensors, die jedoch mehr als aufgewogen wird durch die erzielten Vorteile wie deutlich höhere Langzeitstabilität und deutliche Offset-Reduzierung. Deshalb sind die beschriebenen Sensoren besonders in elektrischen Energiezählern in Haushalt und Industrie mit Vorteil anwendbar.
  • 4 zeigt einen Halbleiterkörper 4 mit quadratischem Querschnitt. Man erkennt, daß das Hall-Element 1 innerhalb eines Kreises 5 angeordnet ist, der um den Mittelpunkt oder Schwerpunkt des rechteckförmigen Querschnitts gezogen ist. Der Durchmesser des Kreises 5 beträgt kleiner oder gleich ein Viertel der Diagonalen des Halbleiterkörpers 4. Somit ist sichergestellt, daß sich das Hall-Element in einem Zentralbereich des Halbleiterkörpers 4 befindet, wodurch eine noch weitere Reduzierung der Abhängigkeit der Hall-Spannung von mechanischen Druckeinwirkungen oder mechanischen Spannungen, wie sie beispielsweise beim Packaging des Sensorchips auftreten, erzielt ist.
  • Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, das beschriebene Prinzip auch auf andere Silizium-Halbleiterkörper oder -Wafer zu übertragen, die eine andere Siliziumorientierung als die übliche (1 0 0)-Ausrichtung haben.
  • 1
    Hall-Element
    2
    Achse
    3
    Achse
    4
    Halbleiterkörper
    5
    Zentralbereich
    A
    Anschluß
    B
    Anschluß
    C
    Anschluß
    D
    Anschluß
    M
    Mittelpunkt
    AC
    Anschlußpaar
    BD
    Anschlußpaar

Claims (9)

  1. Integrierte Sensoranordnung, aufweisend ein in einem Silizium-Halbleiterkörper (4) integriertes Hall-Element (1) und zwei Anschlußpaare (AC, BD) an dem Hall-Element (1), die zwei näherungsweise rechtwinklig zueinander stehende Achsen (2, 3) definieren, bei dem eine der Achsen (2) in einem Winkel von näherungsweise 45 Grad zu einer [–1 1 0]-Richtung angeordnet ist bezogen auf eine (1 0 0)-Orientierung des Silizium-Halbleiterkörpers (4).
  2. Integrierte Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Anschlußpaar (AC) des integrierten Hall-Elements (1) zum Zuführen eines Bias-Stroms ausgelegt ist und daß an einem zweiten Anschlußpaar (BD) des integrierten Hall-Elements (1) eine Hall-Spannung abgreifbar ist.
  3. Integrierte Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Hall-Element (1) in der von den beiden Achsen (2, 3) aufgespannten Ebene zumindest in Schritten von 90 Grad drehsymmetrisch ist.
  4. Integrierte Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse (A, C) des ersten Anschlußpaares (AC) und die beiden Anschlüsse (B, D) des zweiten Anschlußpaares (BD) auf einem gemeinsamen Kreisbogen um einen Mittelpunkt (M) des integrierten Hall-Elements (1) angeordnet sind.
  5. Integrierte Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Hall-Element (1) scheibenförmig ausgebildet ist.
  6. Integrierte Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Hall-Element (1) eine Van-der-Pauw-Struktur hat.
  7. Integrierte Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (4) zumindest im Bereich des integrierten Hall-Elements (1) einen p-Leitfähigkeitstyp hat.
  8. Integrierte Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Hall-Element (1) in einem Zentralbereich (5) des Halbleiterkörpers (4) bezogen auf eine Hauptebene desselben angeordnet ist, die durch die beiden rechtwinklig zueinander stehenden Achsen (2, 3) aufgespannt ist.
  9. Integrierte Sensoranordnung nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralbereich (5) des Halbleiterkörpers (4) begrenzt ist durch einen Kreis um den Mittelpunkt (M) des integrierten Hall-Elements (1) mit einem Viertel des Radius desjenigen Kreisbogens, auf dem die beiden Anschlüsse (A, C) des ersten Anschlußpaares (AC) und die beiden Anschlüsse (B, D) des zweiten Anschlußpaares (BD) angeordnet sind.
DE10345552A 2003-09-30 2003-09-30 Integrierte Sensoranordnung Expired - Fee Related DE10345552B3 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10345552A DE10345552B3 (de) 2003-09-30 2003-09-30 Integrierte Sensoranordnung
PCT/EP2004/009456 WO2005036196A1 (de) 2003-09-30 2004-08-24 Integrierte sensoranordnung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10345552A DE10345552B3 (de) 2003-09-30 2003-09-30 Integrierte Sensoranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10345552B3 true DE10345552B3 (de) 2005-02-03

Family

ID=33560367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10345552A Expired - Fee Related DE10345552B3 (de) 2003-09-30 2003-09-30 Integrierte Sensoranordnung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10345552B3 (de)
WO (1) WO2005036196A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064202A (en) * 1997-09-09 2000-05-16 Physical Electronics Laboratory Spinning current method of reducing the offset voltage of a hall device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE59108800D1 (de) * 1991-12-21 1997-08-28 Itt Ind Gmbh Deutsche Offsetkompensierter Hallsensor
EP0947846B1 (de) * 1998-03-30 2005-11-02 Sentron Ag Magnetfeldsensor
DE19943128A1 (de) * 1999-09-09 2001-04-12 Fraunhofer Ges Forschung Hall-Sensoranordnung zur Offset-kompensierten Magnetfeldmessung
DE10154497A1 (de) * 2001-11-07 2003-05-15 Infineon Technologies Ag Integrierter Widerstand

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064202A (en) * 1997-09-09 2000-05-16 Physical Electronics Laboratory Spinning current method of reducing the offset voltage of a hall device

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BITTLE,D.A.: Peizoresistive Stress Sensors for Structural Analysis of Electronic Packages In: Journal of Electronic Packaging, 1991, Vol. 113, S. 203-215 *
GEE,S.A., u.a.: Strain-Gauge Mopping of Die Surface sresses. In: IEEE Trans. on Components, Hybrids and Manufacturing Technology, Vol. 12, No. 4, 1989, S. 587-593 *
MUNTER,P.J.A.: Electronic Circuitry for a Smart Spinning-Current Hall Plate with Low Offset. In: Sensors and Actuators A, 25-27, 1991, S. 747-751 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005036196A1 (de) 2005-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10154495C5 (de) Konzept zur Kompensation der Einflüsse externer Störgrößen auf physikalische Funktionsparameter von integrierten Schaltungen
DE102012025777B3 (de) Elektronikbauelement, das ein Hall-Effekt-Gebiet mit drei Kontakten umfasst, und Erfassungsverfahren
EP2490036B1 (de) Stresssensor zur Erfassung mechanischer Spannungen in einem Halbleiterchip und stresskompensierter Hallsensor
EP0947846B1 (de) Magnetfeldsensor
DE102004032484B3 (de) Sensor und Verfahren zum Herstellen eines Sensors
EP2806283B1 (de) Dreidimensionaler Hallsensor zum Detektieren eines räumlichen Magnetfeldes
DE4130044C2 (de) Halbleiter-Drucksensor
DE102005029464B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln eines Kompensationssignals zum Kompensieren von Piezo-Einflüssen auf eine integrierte Halbleiterschaltung
DE102005010338B4 (de) Kraftsensoranordnung mit magnetostriktiven Magnetowiderstandssensoren und Verfahren zur Ermittlung einer auf den Träger einer Kraftsensoranordnung wirkenden Kraft
DE10154498B4 (de) Hallsondensystem und Verfahren zum Herstellen eines Hallsondensystems sowie Verfahren zum Steuern einer Hallspannung
DE102004030382A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Schubspannung in einem Halbleitermaterial mittels piezoresistiver Widerstände
DE60025146T2 (de) Herstellungsverfahren für eine magnetische fühleranordnung
DE102008061067A1 (de) Integrierte Schaltung, die ein magnetfeldempfindliches Element und eine Spule umfasst
DE102005008724B4 (de) Sensor zum Messen eines Magnetfeldes
DE102004032482B4 (de) Sensor und Verfahren zum Erfassen einer Verformung
EP2992342B1 (de) Magnetfeldsensorvorrichtung
DE2518478A1 (de) Hall-element
DE102018111753A1 (de) Konzept zur kompensation einer mechanischen verspannung einer in ein halbleitersubstrat integrierten hallsensorschaltung
DE1473442A1 (de) Dehnungsmesser
DE102021200720B4 (de) Transistorbasierter stress-sensor und verfahren zum ermitteln einer gradienten-kompensierten mechanischen spannungskomponente
DE10345552B3 (de) Integrierte Sensoranordnung
DE112017007036B4 (de) Widerstandsschaltung, oszillationsschaltung und fahrzeuginterne sensorvorrichtung
DE10331096A1 (de) Integrierte Halbleiteranordnung und Verfahren zur Erzeugung eines druckabhängigen Signals sowie Verfahren zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals
DE102013205474A1 (de) Strommesssensor
DE102019126787A1 (de) Magnetsensor

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of patent without earlier publication of application
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee