DE2326731A1

DE2326731A1 - Hall-element

Info

Publication number: DE2326731A1
Application number: DE2326731A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hendrikus Hub Janssen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-06-01
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1973-12-20
Also published as: AU474234B2; CA994476A; FR2186763B1; AU5617373A; NL7207395A; NL173335C; FR2186763A1; GB1426590A; BE800327A; DE2326731C3; IT986380B; JPS517985B2; NL173335B; CH566080A5; AT343718B; DE2326731B2; JPS4944686A; US3823354A; ATA468673A

Description

PHN 6302 Va/RJ

» Fühl 6362

"Hall-Element".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der ein Hall-Element mit einem schichtförmigen Halbleiter-Hall-Körper ent· hält, der sich praktisch parallel zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckt, wobei dieser Hall-Körper mit zwei Anschlusskontakten, über die ein Strom in lateraler Richtung durch den Hall-Körper hindurchgeführt wird, und mit mindestens einem weiteren Anschlusskontakt versehen ist, über den elektrische Hall-Signale entnommen werden können, die in einer lateralen Richtung quer zu der genannten Stromrichtung mit Hilfe

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eines Magnetfeldes erzeugt werden können.

Derartige Hall-Elemente sind z.B. aus der niederländischen Patentanmeldung 6712327 (PHN 2658) bekannt und haben einen grossen Anwendungsbereich. Sie können z.B. in kollektorlosen Elektromotoren verwendet werden, •bei denen der elektrische Strom durch die Spulen abwechselnd mit Hilfe elektronischer Schaltungselemente ein- und ausgeschaltet wird, die von einem Hall-Element gesteuert werden. Weiter können derartige Halbleiteranordnungen z.B. als Verstärkerschaltungen ausgebildet werden, deren Verstärkungsfaktor mit Hilfe des Hall—Elements geregelt werden kann; auch können sie als kontaktlose Schalter für z.B. Tastenfelder ausgebildet werden, wobei ein solcher Schalter zwischen den "Ein"— und dem "Aus"— Zustand z.B. dadurch hin und her geschaltet werden kann, dass das Hall-Element in bezug auf ein nichthomogenes Magnetfeld verschoben wird.

Der Halbleiterkörper des Hall-Elements weist, in einer Richtung quer zu einer Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers gesehen, meistens eine im wesentlichen rechteckige Form auf, wobei die Elektroden zum Hindurchführen des Stromes auf zwei einander gegenüber liegenden kurzen Seiten des Rechtecks angebracht sind.

Obgleich bei einer Anzahl Anwendungen ein Anschlusskontakt zum Entnehmen des Hall—Signals ausreicht, sind den meisten Fällen zwei Kontakte angebracht,

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zwischen denen das Hall-Signal differential entnommen werden kann. Für diese Anschlusskontakte kann der Halbleiterkörper, durch den der Strom hindurchgeführt wird, noch mit lateral hervorragenden Teilen versehen sein. Dadurch kann die ganze Breite des Halbleiterkörpers zum Entnehmen der elektrischen Hall-Signale benutzt werden. Ausserden können grössere Anschlusskontakte zum Entnehmen des Hall-Signals angebracht werden, als wenn die Anschlusskontakte direkt auf dem Teil des Halbleiterkörpers angebracht werden, durch den der Strom hindurchgeführt wird.

Es ist bekannt, dass eine Grosse, die bei praktisch jeder Anwendung eines Hall—Elements eine wichtige Rolle spielt, durch den "Offset" des Hall-Elements gebildet wird. Dabei ist unter "Offset" die Erscheinung zu verstehen, dass beim Betrieb der Spannungsunterschied zwischen den Anschlusskontakten zum Entnehmen des Hall-Signals beim Fehlen eines Magnetfeldes nicht gleich Null ist. Der "Offset" kann z.B. als die Grosse des genannten Spannungsunterschiedes ausgedrückt werden. Oft wird jedoch der "Offset" auch als die Grosse des Magnetfeldes ausgedrückt, bei der kein Spannungsunterschied mehr zwischen den genannten Anschlusskontakten gemessen wird.

Dieser "Offset" ist in einer Vielzahl von Anwendungen unerwünscht und im allgemeinen wird man versuchen, den "Offset" eines Hall-Elements möglichst klein

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zu halten, insbesondere dadurch, dass die Anschlusskontakte zum Entnehmen der HallfSignale möglichst genau in bezug aufeinander positioniert werden. Eine derartige genaue Positionierung der Anschlusskontakte erveist sich in den meisten Fällen jedoch als ungenügend, um zu verhindern, dass "Offset" auftritt, wie nachstehend noch dargelegt₄wird, so dass im allgemeinai doj:h die Tatsache berücksichtigt werden muss, dass beim Betrieb das Hall-Element "Offset" aufweist. Dies bedeutet u.a., dass bei vielen Anwendungen eines Hall-Elements das benötigte magnetische Steuerfeld grosser sein muss als erforderlich wäre, wenn das Hall-Element keinen oder nur einen vernachlässigbaren "Offset" aufweisen würde. Es stellt sich heraus, dass durch das Auftreten von "Offset" häufig sogar Magnetfelder von I5OO Gauss oder mehr erforderlich sind, wobei bemerkt wird, dass derartige starke Felder im allgemeinen nicht ohne Mittel zum Erreichen zusätzlicher Feldkonzentrationen realisierbar sind.

Die Erfindung bezweckt u.a., ein Hall-Element zu schaffen, das keinen oder nur einen geringen "Offset" aufweist.

Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass es möglich ist, Hall-Elemente mit einander entgegengesetzten "Offset"-Spannungen zu erhalten und durch Parallelschaltung derartiger Elemente ein

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kombiniertes Hall-Element mit einer wenigstes teilweise kompensierten "Offset"—Spannung zu.bilden.

Es sei bemerkt, dass zwei Hall—Elemente dadurch parallel geschaltet werden können, dass die Anschlusskon takte zum Hindurchführen eines Stromes eines Hall-Elements gleichmässig mit denen des anderen Hall-Elements verbunden werden und dass ebenfalls die Kontakte, über die den HaIi-Elementen die Hall-Signale entnommen werden können, derart miteinander verbunden werden, dass die miteinander verbundenen Kontakt© beim Betrieb und bei einem vorgegebenen Magnetfeld ein Hall-Signal der gleichen Polarität abgeben.

Der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zugrunde, dass eine derartige Kompensation möglich ist, indem der "Offset" zu einem grossen Teil durch Störungen und Ungleichmässigkeiten in dem Halbleiterkörper herbeigeführt wird, die nicht örtlich begrenzt sind, sondern die sich über einen verhältnismässig grossen Teil des Halbleiterkörpers erstrecken. Derartige Störungen und Ungleichmässigkeiten ermöglichen es, in einem Halbleiterkörper Hall-Elemente anzubringen, deren "Offset"-Spannungen einander entgegengesetzt sind, wie nachstenend erläutert wird.

Die Störenden Einflüsse, infolge deren ein Hall-Element beim Betrieb beim Fehlen eines Magnetfeldes dennoch eine Spannung ungleich Null abgibt, können

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in zwei Arten unterschieden werden. Eine erste Art wird durch Störungen gebildet, die nur sehr örtlich sind und z.B. durch örtliche Kristallfehler im Halbleiterkörper herbeigeführt werden.

Eine zweite Art Störungen wird durch Störungen gebildet, die sich, wie oben bereits angegeben wurde, über ein grosses Gebiet des Halbleiterkörpers erstrecken und sich z.B. als eine gleichmässige Aenderung des Quadratwiderstandes im Halbleiterkörper äussern. Unter derartigen Störungen sind z.B. Ungleichmassigkeiten im Halbleiterkörper, wie eine allmähliche Aenderung der Dicke des Halbleiterkörpers oder eine allmähliche Aenderung der Dotierungskonzentration im Halbleiterkörper zu verstehen. Der Einfluss dieser Ungleichmassigkeiten im Halbleiterkörper auf den "Offset" der, sofern er durch die genannten Ungleichmassigkeiten herbeigeführt wird, praktisch konstant ist - könnte teilweise z.B. dadurch herabgesetzt werden, dass während der Herstellung eines Hall—Elements das Ausg'angs — material ausserst genau gewählt wird. Eine derartige Selektion weist jedoch den Nachteil auf, dass die Ausbeute bei der Herstellung erheblich herabgesetzt werden kann.

Ausserdem wird der Effekt einer derartigen Selektion dadurch beeinträchtigt, dass insbesondere beim Betrieb des Hall-Elements, weitere Störungen der

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genannten zweiten Art im Halbleiterkörper auftreten können, die eine allmähliche Aenderung des spezifischen Widerstand oder des Quadratwiderstandes des Halbleitermaterials zur Folge haben können. Derartige Störungen mit einem damit einhergehenden Gradienten im Quadratwiderstand können z.B. durch die Abführung der Verlustleistung beim Betrieb des Hall-Elements herbeigeführt werden, die einen Temperaturgradienten im Halbleiterkörper zur Folge haben kann.

Wichtige Störungen, die sich über eine verhältnismässig grossen Teil des Halbleiterkörperserstrecken und eine allmähliche Aenderung des Quadratwiderstandes im Halbleiterkörper zur Folge haben, können weiter durch Spannungen und Druckunterschiede im Halbleiterkörper herbeigeführt werden.

Derartige Druckunterschiede werden z.B. durch die Umhüllung eingeführt, die am Ende des Herstellungsvorgangs rings um den Halbleiterkörper angebracht wird. Diese Druckgradienten sind im allgemeinen nicht konstant als Funktion der Zeit. Dadurch, dass ausserdem, wie sich herausgestellt hat, die Druckempfindlichkeit eines Hall-Elements besonders gross sein kann, kann der "Offset" infolge eines Druckgradienten im Halbleiterkörper, ebenso wie die Aenderung im "Offset" infolge der Aenderungen im Halbleiterkörper, besonders gross sein.

Zusammenfassend kannddaher festgestellt wer-

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den, dass es, sogar wenn als Ausgangskörper ein praktisch homogener und gleichmässiger Halbleiterkörper für die Herstellung eines Hall—Elements verwendet wird, doch wahrscheinlich ist, dass im Halbleiterkörper Störungen auftreten werden, die sich über einen verhältnismässig grossen Teil des Halbleiterkörpers erstrecken und die einen "Offset" des Hall-Signals zur Folge haben können.

Wenn nun in einem Ausgangskörper zwei Hall-Elemente angebracht werden, werden die "Offsets" dieser Hall-Elemente, sofern sie von Störungen der zuerst genannten Art herrühren, unkorreliert sein. Dagegen werden die "Offsets", sofern sie durch Störungen der zuletzt genannten Art herbeigeführt werden, miteinander korreliert sein.

Untersuchungen, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, haben weiter ergeben, dass, indem in einem Halbleiterkörper Hall-Elemente mit verschiedenen Stromrichtungen angebracht und diese Hall-Elemente parallel geschaltet werden, ein kombiniertes Hall-Element mit einer geringeren- "Offset"-Spannung als die gesonderten Hall-Elemente erhalten werden kann.

Dies bedeutet, dass der "Offset" eines Hall-Elements in erheblichem Masse durch Störungen bestimmt wird, die such über einen verhältnismässig grossen Teil des Halblexterkorpers erstrecken, und dass Kompensation des "Offsets" möglich ist.

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Daher ist ein Hall-Element der in der Einleitung beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es zur Herabsetzung eines "Offsets" eine Anzahl parallel geschalteter Sub-Hall-Elemente mit je einem schichtfÖrmigen sich parallel zu der genannten * Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckenden Halbleiter-Hall-Körper enthält j wobei die Hall-KÖrper der Sub-Hall-Elements, auf die genannte Oberfläche gesehen, nebeneinander liegen, und wobei die Sub-Hall-Elemente verschiedene Stromrichtungen aufweisen.

Aus einer Vielzahl von Messungen hat sich ergeben, dass sowohl die mittlere Grosse des "Offsets" als auch die statistische Streuung im "Offset" eines Hall-Elements nach der Erfingund erheblich geringer sind als bei bekannten nur aus einem einzigen Element bestehenden Hall-Elementen.

Ausserdem hat sich herausgestellt, dass die Temperaturempfindlichkeit und insbesondere die Druckempfindlichkeit eines Hall-Elements nach der Erfindung gering sind, wodurch die Stabilität eines derartigen Hall-Elements erheblich grosser als die bekannter Hall-Elemente ist. Dadurch ist bei vielen Anwendungen eines Hall-Elements, \v'ie z.B. in kollektorlosen Motoren, ein Magnetfeld von weniger als 1500 Gauss ausreichend was in baulicher Hinsicht grosse Vorteile bietet.

Die Sub-Elemente weisen je zwei Kontakte zum

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Hindurchführen des Stromes auf. Entsprechende Kontakte der verschiedenen Sub-Elemente können miteinander z.B. mittels einer Metallschicht verbunden sein, die auf einer auf der genannten Oberfläche des Halbleiterkörpers angebrachten passivierenden und isolierenden Schicht niedergeschlagen und über eine oder mehrere Oeffnungen in dieser isolierenden Schicht mit den Sub—Hall-Elementen verbunden ist und die einen Anschlusskontakt für das ganze Hall-Element bildet. Die Kontakte können aber auch auf der Aussenseite, d.h. ausserhalb der üblichen Umhüllung, miteinander verbunden werden.

Veiter weist jedes Sub-Element mindestens einen, in den meisten Fällen jedoch zwei Kontakte zum Entnehmen der Hall-Signale auf. Dabei können entsprechende Kontakte der Sub-Elemente ebenfalls sowohl auf der Innen- als auch auf der Aussenseite miteinander verbunden werdenβ

Die "Offset"-Spannungen der Sub-Hall-EIemente werden sich um so besser ausgleichen, um so grosser -die Korrelation zwischen den Störungen in den Hall—Körpern der Sub-Hall-Elemente ist. Daher ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Sub-Hall-Elemente, auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers gesehen, nahe beieinander liegen und höchstens durch ein zwischenliegendes Isoliergebiet voneinander lateral getrennt sind.

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Falls die Sub-Elemente nicht untereinander gleich, sind, z.B. dadurch, dass die Längsabstände zwischen den stromführenden Kontakten verschieden sind, sollen die Kontakte zum Entnehmen der Hai1-Spannung der verschiedenen Sub-Elemente derart angebracht sein, dass die Sub-Elemente an der. Stelle dieser Kontakte beim Ber trieb und beim Fehlen eines Magnetfeldes, abgesehen von "Offset"-Spannungen, praktisch das gleiche Potential aufweisen.

Weiter haben Messungen an einer Anzahl praktisch identischer und in demselben Halbleiterkörper angebrachter Hall-Elemente mit voneinander verschiedenen Stromrichtungen ergeben, dass die "Offset"-Spannung eines Hall-Elements von der Stromrichtung dieses Hall-Elements abhängig ist, und zwar derart, dass der "Offset" als Funktion des Zweifachen des Winkels zwischen der Stromrichtung und einer beliebigen Achse parallel zu der Oberfläche des Halbleiter.körpers etwa einen kosinusförmigen oder einen etwa sinusförmigen Verlauf aufweist. Ausserdem hat sich gezeigt, dass die genannte kosinusartige Verhalten im allgemeinen um so besser ist, je näher die Hall-Elemente beieinander liegen, was auch ein Grund dafür ist, in einem Hall-Element nach der Erfindung die Sub-Hall-Elemente möglichst nahe beieinander anzuordnen.

Aus dem beschriebenen kosinusartigen Verhalten

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der "Of f set "-Spannung ergibt sich, weiter, dass für bestimmte Werte des Winkels zwischen der Stromrichtung eines Hall-Elements und der genannten zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse die "Offset"-Spannung des Hall-Elements praktisch gleich Null sein kann. Diese Tatsache könnte dazu benutzt werden, ein einfaches Hall-Element, dessen "Offset" praktisch gleich Null ist, herzustellen. In der Praxis erweist sich dies jedoch als besonders schwierig, u.a. infolge der Tatsache, dass sich der Winkel zwischen der Stromrichtung und der genannten Achse, für den der "Offset" praktisch gleich Null ist, im Laufe der Zeit ändern kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform mit einer sehr guten Kompensation ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die Sub-Elemente einander praktisch gleich sind und Stromrichtungen aufweisen, bei denen die Summe der Konsinusse des Zweifachen der Winkel zwischen der Stromrichtung jedes der Sub-Elemente und einer beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse praktisch gleich Null ist.

Eine günstige Konfiguration ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element nach der Erfindung eine Anzahl Sub-Hall-Elemente enthält, deren Stromrichtungen zu den Hauptdiagonalen eines regelmässigen Vielecks praktisch parallel sind, wobei die Anzahl Ecken

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dieses Vielecks gleich dem Zweifachen der genannten Anzahl Sub-Elemente ist.

Die Anzahl Sub-Elemente, in die das Hall-Element nach der Erfindung unterteilt ist, kann durch eine Anzahl Faktoren, wie das verfügbare Volumen des Halbleiterkörpers und die maximal abzuleitende Verlustleistung, bestimmt werden. Im allgemeinen wird die Kompensation der "Offsets" besser sein, umso grosser die Anzahl Sub-Elemente ist. Insbesondere kann bei einer grossen Anzahl von Sub-Elementen der Vorteil erhalten werden, dass auch die "Offsets" der Sub-Elemente, sofern sie durch die zufälligen Fehler im Kristallgitter herbeigeführt werden, sich ausmitteln können. Dabei kann aber die Verlustleistung ebenfalls hoch.· werden, weil, zum Erhalten einer Hall-Spannung einer bestimmten Grosse bei einem vorgegebenen Magnetfeld, der vom Hall-Element zu führende Strom der Anzahl der Sub-Elemente proportional ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Hall-Elements nach der Erfindung, bei der die Verlustleistung minimal ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element zwei Sub-Elemente enthält, deren Stromrichtungen zueinander praktisch senkrecht sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die auch grosse Vorteile aufweist, enthält ein Hall-Element nach der Erfindung drei Sub-Elemente,

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deren Stromrichtungen Winkel miteinander einschliessen, die praktisch gleich 120° sind.

Es sei bemerkt, dass in dieser Ausführungsform - gleich wie in den obenstehenden Ausführungsformen - die Summe der Kosinusse des Zweifachen der ¥inkel zwischen der Stromrichtung jedes der Sub-Elemente und einer beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse praktisch gleich Null ist.

Der Halbleiterkörper eines Hall-Elements nach

III V der Erfindung kann z.B. aus einer geeigneten A B-Verbindung, wie z.B. Indium-Antimonid oder Indium-Arsenid, bestehen. In einem derartigen Halbleiterkörper können die Sub-Elemente z.B. dadurch gebildet werden, dass in den Halbleiterkörper eine Nut geätzt wird, die die zu den Sub-Elementen gehörigen Teile des Halbleiterkörpers elektrisch nahezu völlig gegeneinander isoliert. Veiter kann als Halbleiterkörper eine SiIiciumschicht dienen die z.B. auf einem Träger aus Isoliermaterial angebracht ist.

Eine bevorzugte Ausführungsfore eines Hall-Elements nach der Erfindung ist aber dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper ein Substrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine auf dem Substrat angebracht epitaktische Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält,. wobei die Hall-Körper der Sub-

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Hall-Elemente durch einen inselförmigen Teil der epitaktisehen Schicht gebildet werden.

Ein Hall-Element gemäss dieser Ausführungsform kann, wie aus der nachstehenden Figurbeschreibung hervorgehen wird, durch für die Herstellung integrierter Schaltungen allgemein übliche Techniken hergestellt werden. Diese Techniken können vorteilhaft zur Herstellung sogenannter diskreter Hall-Elemente verwendet werden, wobei, ausser dem Hall-Element, im Halbleiterkörper keine weiteren Schaltungselemente angebracht werden. Das Hall-Element kann jedoch in dieser Ausführungsform auch mit anderen Schaltungselementen, wie z.B. Transistoren, Dioden, Widerständen und Kapazitäten, zu einer integrierten Schaltung integriert werden. Dies ist besonders wichtig, weil in vielen Fällen, das Hall-Signal doch von einer Verstärkerschaltung verstärkt werden muss, deren Schaltungselemente nun zusammen mit dem Hall-Element in demselben Halbleiterkörper integriert werden können.

In einer einfachen Ausführungsform wird der Halbleiterkörper eines Hall-Elements durch eine Anzahl gegeneinander isolierter und nahe beieinander liegender Inseln in der epitaktischen Schicht gebildet, die je zu einem der Sub-Elemente gehören. Die Inseln können dabei auf übliche Weise durch schalenförmige Isolierzonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp oder durch ein

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schichtförmiges Muster aus Isoliermaterial, z.B_, SiIiciumoxyd, das über wenigstens einen Teil seiner Dicke in den Halbleiterkörper versenkt ist, gegeneinander isoliert werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hall-Körper der SubHall-Elemente eines Hall-Elements nach der Erfindung eine Insel bilden, die eine Anzahl Teile enthält, die sich von einem mittleren Teil der Insel her in lateraler Richtung in der epitaktischen Schicht erstrecken und die je einen Teil des Hall-Körpers eines der SubHall—Elemente bilden, wobei der mittlere Teil der Insel den Hall-Körpern der Sub-Hall-Elemente gemeinsam ist und mit einem ebenfalls gemeinsamen Anschlusskontakt versehen ist, mit dessen Hilfe ein Strom in lateraler Richtung durch die Hall-Körper der Sub-Hall-Elemente hindurchgeführt wird. Diese bevorzugte Ausführungsbietet u.a. den Vorteil, dass eine Raumeorsparung dadurch erhalten wird, dass nun nicht jedes Sub-Hall-Element in der epitaktischen Schicht völlig von einer Isolierzone umgeben zu werden braucht.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen;

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Halbleiteranordnung mit einem Hall-Element nach der

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Erfindung,

Fig. 2 einen Quersfehnitt durch-die Anordnung nach Fig. 1 gemäss der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Halbleiterkörper mit einer Anzahl schematisch dargestellter Hall- * Elemente,

Fig. h den Verlauf .des "Offsets" der in Fig» 3 dargestellten Hall-Elemente als Funktion der Stromrichtung,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf einen anderen Halbleiterkörper mit einer Anzahl schematisch dargestellter Hall-Elemente,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil einer anderen Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 6 längs der Linie VII-VII der Fig. 6, Fig. 8 schematisch die Anordnung nach Fig. 6,

Fig. 9 schematisch eine Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung, und

Fig. 10 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf und Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung mit einem Halbleiterkörper 50. Der Halbleiterkörper enthält ein Hall-Element 1 mit

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einem schichtförmigen Halbleiter-Hall-Körper 2, der sich praktisch parallel zu einer Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 erstreckt.

Der Hall-Körper 2 ist mit zwei Anschlusskontakten 3 und 4 versehen, mit deren Hilfe ein Strom in lateraler Richtung durch den Hall—Körper 2 hindurchgeführt wird. Unter Anschlusskontakten sind dabei weiter alle Mittel zu verstehen, mit deren Hilfe der schichtförmige Hall-Körper 2 mit einer Strom- oder Spannungsquelle verbunden werden kann. Diese Mittel, von denen in Fig. 1 u.a. die mit 3 und k bezeichneten Verbindungsbahnen dargestellt sind, können also weiter auch z.B. Kontaktflächen umfassen, mit deren Hilfe das Hall-Element an eine ausserhalb der üblichen Umhüllung befindliche Spannungsquelle angeschlossen werden kann·.

Der Hall-Körper 2 ist weiter mit mindestens einem Änschlusskontakt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch zwei Anschlusskontakten 5 und 6.zum Entnehmen der elektrischen Hall-Signale, versehen, die in einer lateralen Richtung quer zu der genannten Stromrichtung mit Hilfe eines Magnetfeldes senkrecht zu der Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 erzeugt werden können.

Zur Herabsetzung des "Offsets" des Hall-Elements weist das Hall-Element 1 eine Anzahl, im

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vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei, parallel geschalteter Sub-Hall-Elemente 7 und 8 auf. Diese SubHall-Elemente enthalten je einen schichtförmigen Halbleiter-Hall-Körper 11 bzw. 12, der sich parallel zu der genannten Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers erstreckt.

Die Hall-Körper 11 und 12 sind, auf die genannte Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 gesehen, nebeneinander gelegen, wobei die Sub-Hall-Elemente und 8 verschiedene Stromrichtungen aufweisen, die mit den Pfeilen P₁ und P_1? angedeutet sind.

In dem Hall-Element können Störungen, die

sich über ein verhältnismässig grosses Gebiet des Halbleiterkörpers 50 erstrecken, in jedem einzelnen der Sub-Hall-Elemente 7 und 8 einen "Offset" herbeiführen. Dadurch, dass jedoch diese "Offsets" miteinander korreliert sein werden und dass die Sub-Elemente auf richtige Weise nach der Erfindung in bezug aufeinander positioniert sind, werden sich diese "Offsets" wenigstens grösstenteils ausgleichen, wodurch zwischen den Anschlusskontakten 5 und 6 zum Entnehmen der Hall-Signale nur ein "Offset" auftreten kann, der erheblich kleiner als die "Offsets" ist, die in den einzelen Sub-Elementen 7 und 8 auftreten können.

Dadurch, dass die genannten Störungen im Halbleiterkörper insbesondere durch die Temperatur-

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und Druckempfindlichkeit des Halbleitermaterials herbeigeführt werden, weist das Hall-Element weiter den wichtigen Vorteil auf, dass, obgleich die "Offset"-Spannungen de.r Sub-Elemente 7 und 8 infolge Druck oder Temperaturänderungen stark variieren können, die Temperatur- und Druckempfindlichkeit der Kombination der parallel geschalteten Sub-Elemente erheblich kleiner als bei bekannten einfachen Hall-Elementen sind.

Ein Hall-Element nach der Erfindung weiset weiter den Vorteil auf, dass bei vielen wichtigen Anwendungen ein kleineres Magnetfeld als bei Anwendung eines bekannten Hall-Elements ausreichend ist. Insbesondere können bei Anwendungen eines Hall—Elements nach der Erfindung oft Magnetfelder verwendet werden, die kleiner als 1500 Gauss sind, was in baulicher Hinsicht grosse Vorteile ergibt, weil derartige Felder im allgemeinen ohne Anwendung von Mitteln nur zusätzlichen Feidkonzentration realisiert werden können.

Im vorliegenden . AuSführungsbeispiel sind die Sub-Elemente 7 und 8 einander praktisch gleich. In diesem Falle kann eine gute Kompensation der "Offset"-Spannungen der einzelenen Sub-Elemente erhalten werden, wenn die Sub—Hall—Elemente Stromrichtungen aufweisen, bei denen die Summe der Kosinusse des Zweifachen der Winkel zwischen der Stromrichtung jedes der Sub-Elemente und einer beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiter-

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körpers parallelen Achse praktisch gleich Null ist.

Dies wird nunmehr an Hand der Figuren 3, h
und 5 näher erläutert.

Fig f. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterkörper. mit einer Anzahl praktisch, gleichen Hall-Elemente, die nahe beieinander liegen und schematisch
mit den die Stromrichtungen darstellenden Pfeilen P Po angedeutet sind. Die Stromrichtungen P₁ - Pg schliessen, in der mit P angegebenen Drehrichtung gesehen,
Winkel vX - Qi „ mit einer beliebigen Achse A parallel zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein. Von den
Winkeln OC -, - @* ο sind in Fig. 3 der Deutlichkeit halber nut die Winkel O( und (X angegeben.

Messungen haben ergeben, dass die "Offsets"
der einzelnen Hall-Elemente als Funktion des Zweifachen der Winkel (X 'einen praktisch kosinusförmigen Verlauf
aufweisen, wie in Fig. k dargestellt ist.

Ausserdem ergibt sich aus Fig. k, dass sich
die "Offset"-Spannungen einer Anzahl der Hall-Elemente P - Po bei Parallelschaltung der Hall-Elemente wenigstens grösstenteils ausgleichen werden. So werden sich z.B. die "Offsets" der Hall-Elemente P , P_p und P. oder der Hall-Elemente P_, P^ und P_Q oder der Hall-Elemente

5 ο ö

P und P grösstenteils ausgleichen können.

Die "Offset"-Spannungen z.B. der Hall-Elemente P und P werden sich bei Aenderungen der Störungen im

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Halbleiterkörper - die sich im allgemeinen als eine Phasenänderung der in Fig. h dargestellten Kurve aussern — derart ändern können, dass der kompensierende Effekt verschwindet.

Aus Fig. h ist jedoch ersichtlich, dass, wenn zwei beliebige Hall—Elemente, deren Stromrichtungen zueinander praktisch senkrecht sind_t parallel geschaltet werden, die "Offset"-Spannungen dieser Hall-Elemente sich stets grösstenteils ausgleichen werden. Ein derartiges Hall-Elementepaar wird in Fig. 3 durch die Hall-Elemente P und P„ gebildet. Auf ähnliche Weise werden sich die "Offsets" der drei Hall-Elemente, z.B. P , P, und P^, die miteinander Winkel von etwa 120⁼ einschliessen, grösstenteils bei Parallelschaltung dieser Hall-Elemente ausgleichen können. Allgemein lässt sich sagen, dass sich die "Offset"-Spannungen von Hall-Elementen, deren S tr einrichtungen zu den Hauptdiagonalen eines regelmässigen Vielecks parallel sind, wobei die Anzahl Ecken dieses Vielecks gleich dem Zweifachen der Anzahl Hall-Elemente ist, grösstenteils ausgleichen werden können. Zur Illustrierung sind-in Fig. 5 schematisch fünf Hall-Elemente P - P dargestellt, deren Stromrichtungen zu den Hauptdiagonalen eines regelmässigen 'Zehnecks parallel sind und deren "Offset"-Spannungen sich bei Parallelschaltung grösstenteils ausgleichen werden, wie aus Fig. h deutlich ersichtlich ist,

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Im Ausführungsfoex spiel nach' den Figuren 1 und 2, in dem zwei Sub-Hall-Elemente vorgesehen sind, sind die Stromrichtungen P₁₁ und P parallel zu den Diagonalen eines Quadrats, wie auch deutlich ersichtlich ist.

Der Halbleiterkörper 50 enthält in dem hier zu beschreibenden Ausführungsbeispiel ein Substrat 9 aus p-leitendem Silicium und eine auf dem Substrat angebrachte η-leitende epitaktische Schicht 10 aus Silicium. Die Hall-Körper 11 und 12 werden durch einen inselförmigen Teil der epitaktischen Schicht 10 gebildet.

Dadurch kann das Hall-Element mit Hilfe der üblichen planaren Halbleitertechniken, die zur Herstellung integrierter Schaltungen angewandt werden, hergestellt werden.

Ausserdem kann das Hall-Element in dieser Ausführungsform mit anderen Schaltungselementen, wie z.B. Transistoren, Dioden, Widerständen usw., integriert werden, von denen beispielsweise in den Figuren 1 und 2 nur ein Transistor mit einer Emitterzone 52, einer Basiszone 53 und einer Kollektorzone ^h dargestellt ist, wobei die Basiszone 53 mit dem Kontakt 5 des Hall—Elements verbunden ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Hall-Körper 11 und 12 durch Inseln gebildet, die nahe beieinander liegen. Diese Inseln sind nur durch

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eine Ieolierzone 13 gegeneinander isoliert, die völlig aus einer Halbleiterzsone vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 9 besteht, aber die auch, völlig oder teilweise durch eine Zone aus Isoliermaterial, wie Siliciumoxyd, gebildet werden kann, das durch örtliche Oxydation der epitaktischen Schicht 10 erhalten werden kann.

Die Sub-Elemente 7 und 8 sind dadurch parallel geschaltet, dass die Anschlusskontakte 3 und h (siehe Fig. 1) zum Hindurchführen eines elektrischen Stromes, ebenso wie die Kontakte 5 und 6 zum Entnehmen der elektrischen Hall—Signale, mit den beiden Sub—Hall—Elementen 7 und 8 kontaktiert sind. Die KontaJcte werden durch Metallbahnen gebildet, die von dem Halbleiterkörper durch eine Isolierschicht 23 aus Siliciumoxyd getrennt sind, die auf der Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 angebracht ist. Die Anschlusskontakte 3 und k sind an der Stelle von Kontaktöffnungen 14 und 15 in der Isolierschicht 23 mit dem Sub-Hall-Element 7 und an der Stelle der Oeffnungen 16 und 17 mit dem Sub-Hall-Element 8 kontaktiert. Auf entsprechende'Weise sind die Kontakte 5 und 6 zum Entnehmen der elektrischen Hall-Signale an der Stelle der Oeffnungen 18 und 19 mit dem Sub-Hall-Element 7 und an der Stelle der Oeffnungen 20 und 21 mit dem Sub-Hall-Element 8 kontaktiert. Es sei bemerkt, dass die Isolierschicht 23 in Fig. 1

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nicht gezeichnet ist und dass daher die Kontaktöffnungen durch gestrichelten Linien bezeichnet sind» Ausserdem sind in der epitaktischen Schicht 10 an der Stelle der Kontaktfenster 1^-20 niederohmige und in Fig* 1 nicht dargestellte Kontaktzonen 22 (siehe Fig. 2) angebracht, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie und eine höhere Dotierung als die epitaktische Schicht 10 aufweisen.

Die Anschlusskontakte 3 und h bzw. 5 und 6 können mit z.B. äusseren Zufuhrleitern oder, wenn das Hall-Element einen Teil einer integrierten Schaltung bildet, mit anderen Schaltungselementen verbunden werden, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht -wird, in dem der Kontakt 5 mit der Basiszone 53 eines Bipolartransistors verbunden ist, dessen Emitter 52 mit dem Anschluss 35 und dessen Kollektor 5¹^ mit dem Anschluss 56 verbunden ist.

Bei der Herstellung der Anordnung nach den Figuren 1 und 2 wird von dem p-leitenden Substrat 9 aus Silicium mit einer Dicke von etwa 200 um und einem

spezifischen Widerstand von etwa 2 Λ .cm ausgegangen.

Auf in der Halbleitertechnologie übliche Weise wird auf dem Substrat 9 die η-leitende epitaktische Siliciumschicht 10 mit einer Dicke von etwa 10,um und einem spezifischen Widerstand von etwa 0,5Xl .cm angebracht .

Es sei bemerkt, dass in dem selben Halbleiter-

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körper zugleich mehrere Hall-Elemente oder mehrere integrierte Schaltungen mit einem Hall-Element nach der Erfindung hergestellt werden können,, die dann in einer späteren Herstellungsstufe in einzelne Elemente oder Schaltungen unterteilt werden können.

- Nach dem Anbringen der epitaktischen Schicht 10 werden mit Hilfe der übliche Photoresisttechniken die p-leitenden Isolierzonen 13 durch Diffusion von Bor angebracht. Die Isolierzonen 13 schliessen die Inseln 11 und 12 ein und definieren auch die Kollektorzone 5^ des Bipolartransistors (52, 53t 5^) β

Die Inseln, die die Hall-Körper 11 und 12 der Sub-Hall-Elemente 7 und 8 bilden, weisen, in einer Richtung quer zu der Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 gesehen, eine im wesentlichen rechteckige Form auf, deren Abmessungen etwa 100 χ 250 um betragen. Diese Inseln weisen weiter lateral hervorragende Teile für die Kontakte zum Entnehmen der Hall—Signale auf.

Mit Hilfe üblicher Maskierungs— und Diffusionsoder Ionenimplantationstechniken wird dann die p—leitende Basiszone 53 angebracht. Zugleich mit der Basiszone 53 kann in jeder der Inseln 11 und 12 erwünschtenfalls eine p—leitende Oberflächenzone angebracht werden, wodurch die Dicke der Hall-Körper 11 und 12 verringert und somit der Widerstand vergrössert wird.

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Durch Diffusion von Phosphor werden die Emitterzone 52, die Kontaktzonen 22 und eine übliche, in Fig. 1 auch nicht dargestellte Kollektorkontaktzone angebracht. Auf der epitaktischen Schiht 10 wird eine isolierende und passivierende Schicht 23» z.B. aus Siliciumoxyd, angebracht, die an der Stelle der Kontaktzonen mit den Kontaktfenstern 14 - 21 und mit Fenstern 57» und 59 zum Kontaktieren der Emitterzone ^2, der Basiszone 53 bzw. der Kollektorzone 5^ des Transistors versehen wird.

Die Anschlusskontakte 3-6 des Hall-Elements, der Emitterkontakt 55 und der Kollektorkontakt 56 können zugleich mit weiteren Verbindungabahnen auf übliche Weise durch Ablagerung von Aluminium und mit Hilfe üblicher Photoätztechniken angebracht werden.

Dann kann der Halbleiterkörper in dem, wie üblich, eine Vielzahl der hier beschriebenen Halbleiteranordnungen zugleich hergestellt, ist, in einzelne Elemente unterteilt werden, die in einer geeigneten Umhüllung untergebracht werden können.

Zur Illustrierung des Effekts der Erfindung sei noch bemerkt, dass eine Vielzahl von Messungen ergeben hat, dass die mittlere Grosse des "Offsets" von Hall-Elementen der beschriebenen Art praktisch gleich Null ist und dass die statistische Streuung in den "Offsets" um einen Faktor 2 bis 3 und die Druckemp-

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findlichkeit um einen Faktor 10 oder mehr kleiner als bei den einzelnen Sub-Hall-Elementen ist, was bedeutet, dass bei einer Anzahl von Anwendungen das benötigte magnetische Steuerfeld um einen Faktor 3 kleiner sein kann als bei Anwendung eines einfachen Hall—Elements.

Nun wird an Hand der Figuren 6 und 7 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung beschrieben. Die Anordnung nach Fig. 6, die in Fig. 7 im Querschnitt dargestellt ist, enthält ein Hall-Element.mit einem schichtförmigen Halbleiter Hall-Körper 30, der, ebenso wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel, durch einen inseiförmigen Teil einer η-leitenden epitaktischen Siliciumschicht 31 die auf einem p-leitenden Siliciumsubstrat 32 angebracht ist, gebildet wird.

Der Hall-Körper 30 ist mit zwei Anschlusskontakten 33 und 2>h versehen, mit deren Hilfe ein Strom in lateraler Richtung durch den Hall-Körper 30 hindurchgeführt wird, während dieser Hall-Körper weiter zwei Anschlusskontakte 35 und 36 zum Entnehmen der elektrischen Hall-Signale aufweist.

Zur Herabsetzung des "Offsets" des Hall-Elements weist das Hall-Element im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei parallel geschaltete Sub-Hall-Elemente 37, 38 und 39 auf, deren Stromrichtungen P„„ - P„„ zu den Diagonalen eines regelmässigen Sechs-

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ecks nach Fig. 8 parallel sind und miteinander Winkel einschliessen, die praktisch gleich 120° sind.

Es sei bemerkt, dass in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls die Summe der Kosinusse des Zweifachen der W.inkel zwischen der Stramrichtung jedes der Sub-Hall-Elemente 37 - 39 und einer beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse praktisch gleich Null ist, wie sich leicht nachweisen lässt.

Die Sub-Hall-Elemente weisen je einen Hall-Körper auf, wobei die Hall-Körper der Sub-Hall-Elemente zusammen die Insel 30 bilden die drei Teile 4o, 41 und 42 enthält, die sich von einem mittleren Teil 43 her in lateraler Richtung in der epitaktischen Schicht 31 erstrecken. Die Teile 40 - 42 bilden einen Teil des Hall-Körpers eines der Sub-Hall-Elemente, wobei der Teil 40 einen Teil des Hall-Körpers des Sub-Hall-Elements 37s der Teil 41 einen Teil des Hall-Körpers des Sub-Hall-Elements 38 und der Teil 42 einen Teil des Hall-Körpers des Sub-Hall-Elements 39 bildet.

Der mittlere Teil 43 der Insel 30 ist den Hall-Körpern der Sub-Hall-Elemente 37, 38 und 39 gemeinsam, wodurch das Sub-Hall-Element 37 den Hall-Körper (40; 43), das Sub-Hall-Element 38 den Hall-Körper (41; 43) und das Sub-Hall-Element 39 den Hall-Körper (42; 43) enthält.

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Der mittlere Teil 43 ist mit einem ebenfalls gemeinsamen Anschlusskontakt 3^ zum Hindurchführen eines Stromes in lateraler Richtung durch die Hall-Körper (4o, 41, 42, 43) versehen.

Die Insel 30 wird von p-leitenden Isolierzonen 44 begrenzt, die sich über die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 31 bis zu dem p-leitenden Substrat 32 erstrecken. In der Insel 30 sind weiter eine Anzahl Kontaktzonen 45 angebracht, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie und eine höhere Dotierung als die epitak— tische Schicht 31 aufweisen.

Die Kontaktzonen 45 sind auf übliche Weise durch Fenster 47 in einer isolierenden und passivieren— den Schicht 4έΓ aus Siliciumoxyd mit den Anschlusskon— takten 33 - 36 verbunden, die die Sub-Hal1-Eleraente 37, 38 und 39 zueinander parallel schalten.

Es sei bemerkt, dass die Oxydschicht 46 in Fig. 6 nicht dargestellt ist und dass daher die Fenster 47 mit gestrichelten"Linien bezeichnet sind. Ausserdem sind der Deutlichkeit halber die Kontaktzonen 45 in Fig. .nicht dargestellt.

Die Anschlusskontakte 33 - 36 können weiter mit äusseren Zufuhrleitern verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass z.B. nur die Anschlusskontakte 33 und 3^ zum Hindurchführen eines elektrischen Stromes mit äusseren Zufuhrleitern verbunden sind und dass die

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Anschlusskontakte 35 und 2.6 zur Entnahme der elektrischen Hall-Signale mit anderen Schaltungselementen verbunden sind, die mit dem Hall-Element eine integrierte Schaltung bilden.

Fig. 9 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Hall-Elements nach der Erfindung mit vier Sub-Hall-Elementen, die nur mit den Stromrichtungen P₁ - P_ql bezeichnet sind. Das in dieser Figur gezeigte Ausführungsbeispiel bildet tatsächlich eine-Verdopplung des an Hand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiels und enthält zwei Gruppen, Sub-Hall-Elemente P₉₁, P und P ,"ζ , wobei die "Offset"-Spannungen der Sub-Elemente P_q1 und P_q? sich, ebenso wie die "Offset"-Spannungen der Sub-Elemente P_qr, und PqJ, > ausgleichen.

In dieser Ausführungsform ist u.a, eine bessere Kompensation zufälliger Fehler möglich als mit nur zwei Sub-Elementen mit zueinander senkrechten Stromrichtungen erzielbar ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schliessen die Stromrichtungen P_Qo und P_ql Winkel von 180° mit den Stromrichtungen P₁ bzw. Pq_? ein. Die Stromrichtungen P und P . können aber auch eine beliebigen Winkel mit den Stromrichtungen P_q1 bzw. P_qp einschliessen, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 dargestellt ist.

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In diesem Ausführungsbeispiel wird ebenfalls schematisch ein Hall-Element mit vier Sub-Hall-Elementen mit den Stromrichtungen Pq₁- - P_qo bezeichnet. Die Stromrichtungen P und Pq^ sind zueinander praktisch senkrecht, ebenso wie die Stromrichtungen P_Q~ und P_Qo» Die Stronrrichtungen P _ und P₀Q schliessen jedoch in diesem Ausführungsbeispiel einen beliebigen Winkel ungleich 18O° mit den Stromrichtungen P bzw. P_Q^ ein. Auch in diesem Falle ist jedoch eine- bessere Kompensation zufälliger Fehler möglich als mit nur zwei SubElementen mit zueinander senkrechten Stromrichtungen erzielbar ist.

Die Hall-Elemente nach den Figuren 9 und 10 können weiter auf ähnliche Weise wie die Hall-Elemente gemäss der vorangehenden Ausführungsbeispielen ausgebildet werden.

Bisher wurden nur Ausführungsbeispiele beschrieben, in denen sich die "Offsets", der Sub-Hall-Elemente maximal ausgleichen. Es sind jedoch auch Strukturen möglich, bei denen die "Offsets" der Sub-Hall-Elemente sich grösstenteils, aber nicht maximal ausgleichen. Eine derartige Struktur kann z.B. dadurch erhalten werden, dass zwei Sub-Hall-Elemente mit zueinander parallelen oder einander engegengesetzten Stromrichtungen zu einem dritten Sub-Hall-Element parallel geschaltet werden, dessen Stromrichtung quer auf den

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Stromrichtungen der beiden anderen Sub-Hal1-Elemente steht. Die "Offset"-Spannungen werden sich dabei durchschnittlich zu etwa 70 ^ ausgleichen.

Es ist einleuchtend, dass sich die Erfindung nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann noch viele Abwandlungen möglich sind.

So kann statt eines aus Silicium bestehenden

Halbleiterkörpers auch ein Halbleiterkörper aus einem

III V anderen Halbleitermaterial, insbesondere einer A B *- Verbindung, wie z.B. Indiumarsenid oder Indiumantimonid, verwendet werden.

Statt eines Substrats vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp kann auch ein Substratkörper aus Isoliermaterial Anwendung finden. Die Isolierzonen 13 in Fig. 2 und kh in Fig. 7 können auch durch Zonen aus Isoliermaterial, z.B. Siliciumoxyd, gebildet werden, das mittels örtlicher Oxydation des Halbleiterkörpers angebracht werden kann. Die dadurch erhaltene Oxydschicht kann sich dabei völlig oder teilweise über die Dicke der epitaktischen Schicht erstrecken.

Die Leitfähigkeitstypen der in den Ausführungsbeispielen angegebenen Halbleitergebiete können durch die entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen ersetzt werden, wodurch η-leitende Zonen in p-ieitende Zonen und p-leitende Zonen in η-leitende Zonen geändert

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werden. . . ■■

Vorteilhaft kann der Widerstand des Hall-Körpers dadurch vergrössert werden, dass z.B. in den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Dicke des Hall-Körpers mittels einer p-leitenden Oberflächenzone verkleinert wird, die, mit Ausnahme der Kontaktstellen, auf der ganzen Oberfläche des Hall-Körpers angebracht ist, wodurch sich der Hall-Körper im wesentlichen zwischen dem p-leitenden Substrat und dieser p-leitenden Oberflächenzone erstreckt, Eine derartige Vergrösserung des Widerstandes kann auch mittels einer p-leitenden vergrabenen Schicht erhalten werden, wobei im Substrat an der-Stelle des Hall—Körpers eine hochdotierte p— leitende Oberflächenzone angebracht ist, die sich während der Herstellung der Halbleiteranordnung in der epitaktischen Schicht ausdehnt.

Weiter sind in den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Sub-Elemente dauernd, mittels der Anschlusskontakte zum Hindurchführen eines Stromes und mittels der Anschlusskontakte zum Entnehmen der elektrischen Hall—Signale parallel miteinander verbunden. Es leuchtet aber ein, dass die Sub—Elemente je für sich mit Anschlusskontakten versehen sein können, die mit äusseren Zufuhrdrähten verbunden werden können, wobei die Sub-Elemente, ausserhalb oder innerhalb der üblichen Umhüllung, parallel zueinander geschaltet werden können.

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Statt Metallstreifen, die sich über die Isolierschicht erstrecken, können zum Miteinanderverbinden der Sub-Hall-Elemente auch Drähte verwendet werden.

Weiter brauchen die Hallkörper der Sub-Hall-Elemente nicht notwendigerweise durch die die Hallkörper umgebende Inselisolierung definiert zu werden. So kann z.B. in dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 6 und 7 ohne weitere Abänderung der Halbleiteranordnung die Inselisolierung hk, die aus p—leitendem Halbleitermaterial besteht und die die Teile kO, k*\ und h2 lateral voneinander trennt, durch η-leitendes Halbleitermaterial, also vom gleichen Leitf ähigkeitstyp. wie die Teile kO, h~\ und h2 und somit wie die Hall-Körper der Sub-Hall-Elemente 37» 38 und 39» ersetzt werden. Dabei liegen die Sub-Hall-Elemente also zusammen in einer Insel, wobei die Hallkörper der Sub-Hall-Elemente nur durch die Lage der Elektroden definiert werden. Obgleich die elektrischen Eigenschaften einer derartigen Halbleiteranordnung etwas ungünstiger als die der Anordnung nach den Figuren 6 und 7 sein können, ist die Struktur einfacher, was unter Umständen vorteilhaft sein kann.

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Claims

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Patentansprüche;

{1. ) .Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der ein Hall-Element mit einem schichtförmigen sich praktisch parallel zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckenden Halbleiter-Hall-Körper enthält, welcher Hall-Körper mit zwei Anschlusskontakten, mit deren Hilfe ein Strom in lateraler Richtung durch den Hall-Körper hindurchgeführt wird, und mit mindestens einem weiteren Anschlusskontakt versehen ist, über den die elektrischen Hall-Signale entnommen werden können, die in lateraler Richtung quer zu der genannten Stromrichtung mit Hilfe eines Magnetfeldes erzeugt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element zur Herabsetzung seines "Offsets" eine Anzahl parallel geschalteter SubHall-Elemente aufweist, die je einen schichtförmigen Halbleiter-Hall-Körper enthalten, der sich parallel zu der genannten Oberfläche des Halbleiterkörper erstreckt, wobei die Hall-Körper der Sub-Hall-Elemente, auf die genannte Oberfläche gesehen, nebeneinander liegen, und wobei die Sub—Hall-Elemente verschiedene Stromrichtungen aufweisen.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sub-Hall-hlemente, auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers gesehen, nahe beieinander liegen und höchstens durch ein zwischenliegendes Isoliergebiet voneinander getrennt sind.

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3. Halbleiteranordnung nach. Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sub-HaJLl-Elemente einander praktisch gleich sind und Stromrichtungen aufweisen, bei denen die Summe' der Kosinusse des Zweifachen der Winkel zwischen der Stromrichtung jedes der Sub-Hall-Ele- » mente und einer beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse praktisch gleich Null
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element eine Anzahl Sub— Hall-Elemente enthält, deren Stromrichtungen zu den Hauptdiagonalen eines regelmässigen Vielecks praktisch parallel sind, wobei die Anzahl Ecken dieses Vielecks gleich dem Zweifachen der genannten Anzahl Sub-Hall-Elemente ist.
5· Halbleiteranordnung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element zwei Sub-Hall-Elemente enthält, deren Stromrichtungen zueinander praktisch senkrecht sind.
6. Halbleiteranordnung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element drei Sub-Hall-Elemente enthält, deren Stromrichtungen miteinander Winkel einschliessen, die praktisch gleich 120° sind.
7. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper ein Substrat vom ersten Leit-

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fähigkeitstyp und eine auf dem Substrat angebrachte epitaktische Schicht vom zweiten Leitfähigleitstyp enthält, wobei die Hall-Körper der Sub-Hall-Elemente durch einen inselförmigen Teil der epitaktischen Schicht gebildet werden.
8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7 ι dadurch gekennzeichnet, dass die Hall-Körper der Sub-Hall-Elemente eine Insel bilden die eine Anzahl Teile enthält die sich von einem mittleren Teil der Insel her in lateraler Richtung in der epitaktischen Schicht erstrecken und die je einen Teil des Hall-Körpers eines der Sub-Hall-Elemente bilden, wobei der mittlere Teil der Insel den Hall-Körpern der Sub-Hall-Elemente gemeinsam ist und mit einem ebenfalls gemeinsamen Anschlusskontakt zum Hindurchführen eines Stromes in lateraler Richtung durch die Hall-Körper der Sub-Hall-Elemente versehen ist.

9· Halbleiteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der epitaktischen Schicht weitere Schaltungselemente, wie z.B. Transistoren, Dioden oder Widerstände, angebracht sind_o

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