DE3216147A1

DE3216147A1 - Magnetfeldsensor

Info

Publication number: DE3216147A1
Application number: DE19823216147
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr.Rer.Nat. 5100 Aachen Beneking
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1982-04-30
Publication date: 1983-11-03

Description

Magnetfeldsensor
Die Erfindung betrifft einen Magnetfeldsensor aus einer Halbleiteranordnung mit einer Stromquelle an einer einen Stromkanal bildenden Halbleiterschicht und wenigstens zwei am Ende des Stromkanals angeordneten Sammelelektropen Beispielsweise aus der DE-OS 1964589 ist ein Magnetfeldsensor bekannt, der einen begrenzten Stromkanal in einem Halbleiterkörper aufweist, wobei an den Stromkanal eine Stromquellenelektrode und wenigstens zwei Sammeleléktroden angeschlossen sind. Je nach Stärke und Polarität des senkrecht auf den Stromkanal einwirkenden magnetischen Feldes wird der von der Stromquelle ausgehende Strom zu der einen oder anderen Sammelelektrode abgelenkt. Die Aufteilung des Stroms auf die Sammelelektroden ist somit ein Maß für die auf die Halbleiteranordnung einwirkende magnetische Feldstärke.
Die bekannten Magnetfeldsensoren haben jedoch den Nachteil, daß senkrecht zur Stromrichtung zwischen den beiden Seitenflächen des Stromkanals bei einwirkendem Magnetfeld eine Hallspannung wirksam wird, die der seitlichen Auslenkung der Ladungsträger durch das Magnetfeld entgegenwirkt bzw. diese Auslenkung in unerwünschter Weise beeinflußt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Magnetfeldsensor anzugeben, bei dem die Wirkungen der Hallspannung eliminiert werden. Diese Aufgabe wird bei einem Magnetfeldsensor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den einander grgenüberliegenden Seitenflächen des Stromkanals miteinander kurzgeschlossene Elektroden zur Beseitigung der Hallspannung bei vorhandenem Magnetfeld angeordnet sind.
Durch den Kurzschluß zwischen den beiden Hallelektroden ist die magnetfeldabhängige seitliche Auslenkung der Ladungsträger im Stromkanal gewährleistet. Die Sammelelektroden sind vorzugsweise symmetrisch zur Mittellinie eines rechteckförmigen Stromkanals angeordnet. Dadurch wird der gleichfalls von der symmetrisch zur Mittellinie angeordneten Stromquelle ausgehende Strom bei fehlendem Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche der Halbleiteranordnung gleichmäßig auf die Sammelelektroden aufgeteilt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden mehr als zwei Sammelelektroden verwendet. Dabei ist jede Sammelelektrode von den benachbarten Sammelelektroden durch eine Zone mit zum Stromkanal entgegengesetztem Leitungstyp getrennt, wobei sich diese Trennzonen fingerförmig in den Kanal erstrecken ohne jedoch die Stromquelle zu erreichen. Bei einem derartigen Aufbau der Sammelelektroden lassen die Ausgangsströme eine digitalisierte Messung des auf die Halbleiteranordnung einwirkenden Magnetfelds zu.
Die Erfindung soll nachstehend noch anhand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigt Figur 1 eine Halbleiteranordnung mit eindiffundiertem Stromkanal In Figur 2 ist eine Halbleiteranordnung dargestellt, deren Stromkanal durch eine epitaktisch abgeschiedene Halbleiterschicht gebildet wird.
Die Figur 3 zeigt einen Magnetfeldsensor mit vier Sammelelektroden und fingerförmig ausgebildeten Trennzonen.
In Figur 1 ist eine Halbleiteranordnung 1 dargestellt, die beispielsweise aus p-leitendem Siliziummaterial besteht. In diesen p-leitenden Halbleiterkörper ist eine rechteckförmige langgestreckte Kanal zone 2a eindiffundiert, die bei einem p-leitenden Grundkörper n-ieitend ist und beispielsweise eine Störstellenkonzentration von 1015-Atomen/cm3 aufweist. Die Zone 2a ist beispielsweise 1 um dick und 1 mm lang. Die Mittellinie des Stromkanals ist in Figur 1 mit der Ziffer 6 bezeichnet. An den Stromkanal ist an einem Ende die Stromquellenelektrode 3 so angeschlossen, daß der von ihr ausgehende Strom symmetrisch zur Mittellinie 6 verläuft. Die Stromquellenelektrode 3 bildet mit dem Stromkanal 2a ebenso wie die übrigen Elektroden ohmsche, nichtsperrende Verbindungen. Am anderen Ende des Stromkanals finden sich die Sammelelektroden 4 und 5, die symmetrisch zur Mittellinie 6 in den Ecken oder in der Nähe der Ecken des Stromkanals angeordnet sind. An den Seitenflächen des Stromkanals sind die Hallelektroden 7 und 8 angebracht, die über die Leitung 9 miteinander kurzgeschlossen sind, so daß keine Hallspannung die seitliche Auslenkung der Ladungsträger beeinflussen kann. Senkrecht zur Oberfläche der Halbleiteranordnung wirkt das magnetische Feld H+.
Liegt zwischen den Elektroden 3 einerseits und den Elektroden 4 und 5 andererseits eine Spannung an, so wird der von der Stromquelle ausgehende Strom bei fehlendem magnetischen Feld gleichmäßig auf die Sammelelektroden 4 und 5 aufgeteilt. Wirkt dagegen auf die Halbleiteranordnung senkrecht zur Oberfläche des Stromkanals ein magnetisches Feld H ein, so wird der Strom je nach Stärke und Polarität des Feldes zu einer Sammelelektrode hin abgelenkt, so daß die Aufteilung des Ausgangsstromes auf die Sammelelektroden 4 und 5 ein Maß für die magnetische Feldstärke ist.
Die Anordnung gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der der Figur 1 nur dadurch, daß anstelle einer diffundierten Zone 2a für den Stromkanal nunmehr eine epitaktisch abgeschiedene Halbleiterschicht 2b verwendet wird. Da diese Halbleiterschicht sich mesaförmig über den Halbleitergrundkörper 1 erhebt, besteht die Möglichkeit, die Hallelektroden 7 und 8 über die Mesaflanken der epitaktischen Halbleiterschicht 2b zu führen, so daß eine entstehende Hallspannung optimal eliminiert wird. Die epitaktische Halbleiterschicht 2b besteht beispielsweise aus n-leitendem 15 3 Galliumarsenid mit einer Dotierung von #ca. 10 -Atomen/cm Der Halbleitergrundkörper 1 besteht dann vorzugsweise aus semiisolierendem Galliumarsenid.
Die Epitaxieschicht 2b kann bei einer bevorzugten Ausführungsform auch aus Galliumindiumarsenid bestehen, wobei dann der Halbleitergrundkörper 1 vorzugsweise semiisolierendes Indiumphosphid ist. Mit einer derartigen Anordnung erhält man einen besonders empfindlichen Magnetfeldsensor In der Figur 3 ist ein Nagnetfeldsensor dargestellt, der beispielsweise vier Sammelelektroden 4a, 4b, 5a und 5b aufweist. Diese Sammelelektroden sind symmetrisch zur Kanalmittellinie 6 angeordnet. Der Stromkanal besteht wiederum beispielsweise aus einer n-leitellden epitaktischen Halbleiterschicht 2c. Zur besseren Stromauftrennung bei vorhandenem magnetischem Feld sind die Sammelelektroden jeweils durch fingerförmig in den Stromkanal hineinragende p-leitende Zonen 11, 12 und 13 voneinander getrennt. Diese Trennzonen erstrecken sich parallel zueinander vom Ende des Stromkanals zur Stromquelle 3 hin, ohne jedoch diese zu erreichen. Mit Hilfe einer Anordnung yemciß der Figur 3 Je t: sich die Starke des magnetischen Feldes digital wiedergeben, wenn beispielsweise die zu den einzelnen Sammelelektroden führenclen Strom- zweige einen Schwellwertschalter enthalten, der beim Erreichen eines definierten Stromwertes unter Abgabe eines Ausgangssignales umschaltet. Mit dem Umschalten von einer Sammelelektrode auf die nachfolgende wird somit ein bestimmter Bereich der magnetischen Feldstärke erfaßt. Es ist selbstverständlich, daß anstelle von vier Sammelelektroden auch mehr Sammelelektroden verwendet werden können, wenn durch die entsprechende Ausgestaltung der Trennzonen eine zu starke vom Magnetfeld unabhängige Streuung des Stromes verhindert wird

Claims

Patentansprüche S Magnetfeldsensor aus einer Halbleiteranordnung mit einer Stromquelle an einer einen Stromkanal bildenden Halbleiterschicht und wenigstens zwei am Ende des Stromkanals angeordneten Sammelelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß an den einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Stromkanals miteinander kurzgeschlossene Elektroden (7, 8) zur Beseitigung der Hallspannung bei vorhandenem Magnetfeld angeordnet sind.
2) Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektroden (4, 5) symmetrisch zur Mittellinie (6) des rechteckförmigen Stromkanals angeordnet sind, so daß der von der gleichfalls symmetrisch zur Mittellinie angeordneten Stromquelle (3) ausgehende Strom bei fehlendem Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche der Halbleiteranordnung gleichmäßig auf die Sammelelektroden (4, 5) aufgeteilt wird.
3) Magnetfeldsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stromkanal bildende Halbleiterschicht als Diffusionszone (2a) vom 1. Leitungstyp in einen Halbleiterkörper (1) vom 2. Leitungstyp eingelassen ist, oder daß die Halbleiterschicht als Epitaxieschicht (2b) vom 1. Leitungstyp auf einem Halbleiterkörper (1) vom 2. Leitungstyp oder aus semiisolierendem Material angeordnet ist.
4) Magnetsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stromkanal bildende Halbleiterschicht (2a, 2b) aus n-leitendem GaAs und der Halbleiterkörper (1) aus semiisolierendem GaAs besteht.
5) Magnetfeldsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stromkanal bildende Halbleiterschicht (2a, 2b) aus n-leitendem GaInAs und der Halbleiterkörper (1) aus semiisolierendem GaP besteht.
6) Magnetfeldsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Sammelelektroden (4a, 4b, 5a, 5b) vorgesehen sind, daß jede Sammelelektrode von den benachbarten Sammelelektroden durch eine Zone (11, 12, 13) mit zum Stromkanal entgegengesetzten Leitungstyp getrennt ist, wobei sich diese Trennzonen fingerförmig in den Kanal erstrecken, ohne jedoch die Stromquelle (3) zu erreichen.