DK164617B - Anordning med et i et integreret kredsloeb integrerbart hallelement og anvendelse af denne anordning i en effektmaaler eller elektricitetsmaaler - Google Patents

Anordning med et i et integreret kredsloeb integrerbart hallelement og anvendelse af denne anordning i en effektmaaler eller elektricitetsmaaler Download PDF

Info

Publication number
DK164617B
DK164617B DK036087A DK36087A DK164617B DK 164617 B DK164617 B DK 164617B DK 036087 A DK036087 A DK 036087A DK 36087 A DK36087 A DK 36087A DK 164617 B DK164617 B DK 164617B
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
hall element
ring
value
sensor
connection contacts
Prior art date
Application number
DK036087A
Other languages
English (en)
Other versions
DK36087A (da
DK164617C (da
DK36087D0 (da
Inventor
Radivoje Popovic
Katalin Solt
Jean-Luc Berchier
Original Assignee
Landis & Gyr 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 Landis & Gyr Ag filed Critical Landis & Gyr Ag
Publication of DK36087A publication Critical patent/DK36087A/da
Publication of DK36087D0 publication Critical patent/DK36087D0/da
Publication of DK164617B publication Critical patent/DK164617B/da
Application granted granted Critical
Publication of DK164617C publication Critical patent/DK164617C/da

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00Hall-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
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00Hall-effect devices
    • H10N52/80Constructional details
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N59/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one galvanomagnetic or Hall-effect element covered by groups H10N50/00 - H10N52/00

Landscapes

  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Description

DK 164617 B
i
Den foreliggende opfindelse angår en anordning med et i et integreret kredsløb integrerbart hallelement i henhold til krav l's indledning.
Sådanne anordninger bliver f.eks. anvendt i effektmålere eller 5 elektricitetsmålere til måling af en elektrisk strøm i^ eller til dannelse af et spændings/strøm-produkt uN · i^. Her betegner netspændingen i et elektrisk forsyningsnet og iN den af en bruger af elektrisk energi forbrugte elektriske strøm. Da strømmen i^ er proportional med et af denne frembragt magnetfelt H^, måler 10 hall elementet indirekte strømmen i^, når det bestemmer magnetfeltet Hjy. Da udgangsspændingen V^ fra hall elementet er proportional med produktet i · H^, hvor i er hall elementets fødestrøm, danner hal 1 -elementet også spændings/strøm-produktet u^ · i^, når fødestrømmen i for hallelementet ved hjælp af f.eks. en modstand vælges proportio-15 nal med netspændingen u^. I dette tilfælde skal hallelementet arbejde som firekvadrant-multiplikator, da uN og iN henholdsvis i og er sinusformede og følgelig har positive og negative værdier.
Et integrerbart vertikalt hall element i henhold til krav l's indledning er kendt fra trykskriftet "The vertical hall-effect 20 device", R.S. Popovic, IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-5 nr.
9, september 1984, side 357-358. Vertikale integrerbare hallelemen-ter er hall elementer, som måler magnetfelter H^, der er virksomme parallelt med overfladen af det integrerede hall element.
Vedrørende stabiliteten og navnlig vedrørende langtidsstabili-25 teten af hall elementer kendes der kun lidt og kun noget principielt, som det f.eks. fremgår af trykskriftet "Hall effect probes and their use in a fully automated magnetic measuring system", M.W. Poole og R.P. Walker, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-17, nr. 5, september 81, side 2132.
30 Formålet med opfindelsen er at gøre integrerbare hall elementer langtidsstabile under anvendelse af en teknologi, som gør det muligt samtidigt at fremstille integrerbare hallelementer og integrerbare transistorer.
Det nævnte formål opnås ifølge opfindelsen ved hjælp af de i 35 krav l's kendetegnende del angivne foranstaltninger.
Ansøgningen angår desuden anvendelsen af anordningen i effekteller elektricitetsmålere i overensstemmelse med krav 20.
Yderligere formål, som opnås ved foranstaltninger i henhold til underkravene, er at gøre integrerbare hallelementer
DK 164617B
2 temperaturstabile og at linearisere deres karakteristik = f(B) ved konstant given fødestrøm i. Her betegner udgangsspændingen på hallelementet og B = μ induktionen af magnetfeltet H^, der skal mål es.
5 Udførelseseksempler i henhold til opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et billede ovenfra af en første principiel variant af et begravet stabilt hall element, fig. 2 et til fig. 1 hørende vertikalt tværsnit i det deri 10 viste hall element, fig. 3 et billede ovenfra af en første praktisk udførelse af det i fig. 1 og 2 viste hallelement, fig. 4 et til fig. 3 og til fig. 5 hørende vertikalt tværsnit i det i hver af disse viste hall element, 15 fig. 5 et horisontalt tværsnit i en anden praktisk udførelse af det i fig. 1 og 2 viste hall element, fig. 6 et billede ovenfra af to varianter af spærre!agsfelteffekttransi storer, som er fremstillet ved den samme fremgangsmåde som de i fig. 3-5 viste 20 hall elementer, fig. 7 et til fig. 6 hørende vertikalt tværsnit i de deri viste spærrelagsfelteffekttransistorer, fig. 8 et billede ovenfra af en anden principiel variant af et begravet stabilt hall element, 25 fig. 9 et til fig. 8 hørende vertikalt tværsnit i det deri viste hall element, fig. 10 et billede ovenfra af en første praktisk udførelse af det i fig. 8 og 9 viste hall element, fig. 11 et til fig. 10 hørende vertikalt tværsnit i det deri 30 viste hall element, fig. 12 et billede ovenfra af en spærrelagsfelteffekttransi-stor, som er fremstillet ved den samme fremgangsmåde som det i fig. 10 og 11 viste hall element, fig. 13 et til fig. 12 hørende vertikalt tværsnit i den deri · 35 viste spærrelagsfelteffekttransistor, fig. 14 et horisontalt tværsnit i en anden praktisk udførelse af det i fig. 8 og 9 viste hall element, fig. 15 et til fig. 14 og 16 hørende vertikalt tværsnit i de i hver af disse viste hall elementer,
DK 164617 B
3 fig. 16 et horisontalt tværsnit i en tredie praktisk udførelse af det i fig. 8 og 9 viste hall element, fig. 17 et tilslutningsdiagram for et vertikalt hallelement med fem tilslutninger, 5 fig. 18 et blokdiagram over en anordning med et hallelement, fig. 19 en karakteristik = f(B) for udgangsspændingen fra et hallelement som funktion af en målt induktion B ved given fødestrøm i, fig. 20 karakteristikker over lige parrede ulineariteter ε(Β) 10 og fig. 21 karakteristikker for ulige parrede ulineariteter £(B).
Ens henvisningstal betegner i alle figurer på tegningen ens dele.
15 De i fig, 1 til 16 viste hallelementer 1 henholdsvis spærre- lagsfelteffekttransi storer er fremstillet af silicium- eller af gallium/arsenid (GaAs)-materiale. De består i reglen af lag af et af disse to materialer. Alle disse lag er enten af materi al elednings- evnetype P eller af den modsatte materi al eledningsevnetype N.
20 Betegnelserne N+ og P+ antyder, at det tilsvarende N- henholdsvis P-materiale er stærkt doteret med fremmedatomer, dvs. har i det 20 3 mindste en koncentration af tilnærmelsesvis 10 ioner pr. cm . Omvendt antyder betegnelserne N” og P", at det tilsvarende N-henholdsvis P-materiale er svagt doteret med fremmedatomer.
25 De aktive zoner af de i fig. 1 til 16 viste hallelementer 1 henholdsvis spærrelagsfelteffekttransistorer kan såvel fremstilles af P- som af N-materiele, hvilket ingen indflydelse har på deres funktion under den betingelse, at polariteterne af de tilhørende fødespændinger henholdsvis fødestrømme vælges tilsvarende rigtigt.
30 På tegningen er det for simpel hedens skyld antaget, at de aktive zoner altid er fremstillet af N-materiale, hvilket ikke skal udgøre nogen indskrænkning af opfindelsens genstand.
I fig. 1 til 16 er de elektriske tilslutninger Cj, C2, C'2, C" g» Sp Sg, R og SUB på hal vi ederelementet 1 henholdsvis S, D og G 35 for spærrelagsfelteffekttransistorerne for simpel hedens skyld i reglen vist som tråde. I praksis har de naturligvis form af metalliseringer, der er påført som tynde lederbaner på overfladen af det integrerede hallelement 1 henholdsvis af det tilhørende integrerede kredsløb.
DK 164617 B
4
Alle i fig. 1 til 5 viste hall elementer 1 har to strømtilslutninger Cj og C2 og to sensortilslutninger $j og S2. Alle i fig. 8 til 11 og 14 til 16 viste hall elementer 1 har tre strømtilslutninger Cj, C'2 og C'og to sensortilslutninger Sj og S2- I dette tilfælde 5 er hallelementet 1 med de fem elektriske tilslutninger Cj, C'2, C"2, Sj og S2 altid koblet externt som vist i fig. 17. I fig. 18 er der for simpelhedens skyld antaget tilstedeværelse af et hallelement 1 med fire strøm-henholdsvis sensortilslutninger Cj, C2, Sj og S2, hvilket ikke skal udgøre nogen begrænsning til en "fire til siut-10 ningsvariant". Ligeledes er de i fig. 1 til 5 viste løsninger ikke begrænset til "fire tilslutningsvarianter", og de i fig. 8 til 11 og 14 til 16 viste løsninger ikke begrænset til "fem tilslutningsvarianter", men alle kombinationer er mulige.
I alle varianter er f.eks. den ene af de to sensortilslutninger 15 Sj henholdsvis S2 forbundet med jord, og den anden sensortilslutning S2 henholdsvis Sj danner udgangen på hallelementet 1. På tegningen er det antaget, at den første sensortilslutning Sj danner udgangen på hallelementet, og at den anden sensortilslutning S2 er forbundet med jord.
20 De elektriske tilslutninger Cp C2 henholdsvis C'2, C"2, Sj og S2 på hallelementet 1 har hver en tilslutningskontakt 2,3,4,5 og 6.
I fig. 1 til 4 er to sensortilslutningskontakter 5 og 6 samt en _ af strømtilslutningskontakterne, f.eks. den til den første strømtilslutning Cj hørende første strømtilslutningskontakt 2 anbragt ved 25 overfladen i hallelementet 1, medens den anden til den anden strømtilslutning C2 hørende anden strømtilslutningskontakt 3 er anbragt ved bundfladen i hallelementet 1, idet den ligger diametralt overfor den første strømtilslutningskontakt 2. De ved overfladen anbragte tilslutningskontakter 2,5 og 6 er f.eks. alle lige store og har 30 f.eks. alle en ens rektangulær form med afrundede kanter. De er alle tilnærmelsesvis anbragt på en ret linie ved siden af hinanden, hvor den første strømtilslutningskontakt ligger i midten, og de to sensortilslutningskontakter 5 og 6 er anbragt symmetrisk i forhold til den første strømtilslutningskontakt 2 på den tilnærmelsesvis 35 rette linie. Under de ved overfladen i hallelementet 1 anbragte tre tilslutningskontakter 2,5 og 6 findes den aktive zone 7 af hallelementet 1.
I fig. 8 til 11 og 14 til 16 er alle fem tilslutningskontakter 2, 3,4,5 og 6 anbragt ved overfladen i hallelementet 1.
DK 164617 B
5
Tilslutningskontakterne 2 til 6 er f.eks. alle lige store og har f.eks. alle ens rektangulær form med afrundede kanter. De er alle tilnærmelsesvis anbragt på en ret linie ved siden af hinanden, hvor den første strømtilslutningskontakt 2 ligger i midten, og de to 5 sensortilslutningskontakter 5 og 6 på den ene side og de to andre strømtilslutningskontakter 3 og 4 på den anden side er anbragt symmetrisk i forhold til den første strømtilslutningskontakt 2 på den tilnærmelsesvis rette linie. Hver sensortilslutningskontakt 5 henholdsvis 6 ligger derhos mellem den første strømti1 siutningskon-10 takt 2 og en af de to andre strømtilslutningskontakter 3 henholdsvis 4. Under de ved overfladen i hall elementet 1 anbragte fem tilslutningskontakter 2 til 6 findes den aktive zone 7 af hallelementet 1.
Med andre ord: det integrerbare hall element 1 har to sensortilslutningskontakter 5 og 6 samt mindst to strømti 1 siutningskon-15 takter 2 og 3, der for størstedelens vedkommende, dvs. tre af fire eller alle, er anbragt ved overfladen i hall elementet 1. Alle tilslutningskontakter 2 til 6 og den aktive zone 7 af hall elementet 1 består af materiale af den samme materi al eledningsevnetype som det materiale, hvoraf hall elementet 1 er fremstillet. Alle tilslut-20 ningskontakter 2 til 6 er desuden stærkt doteret med fremmedatomer.
Da hall elementet 1 er antaget at være fremstillet ud fra N-materiale, består alle strømog sensortilslutningskontakter 2 til 6 af N+-materiale og den aktive zone 7 af hall elementet 7 af N- henholdsvis N'-materiale.
25 Den aktive zone 7 af hallelementet 1 er sideværts omgivet af en ring 8, hvor ringen 8 har en ringtilslutning R. Ringen 8 er ikke ubetinget cirkulær, men i reglen rektangulær. Den behøver heller ikke at være gennemgående, men kan være afbrudt en eller flere gange. Den er altid udvidet ved hjælp af en dækplade 9 og en bund-30 plade 10, således at den udvidede ring 8,9,10, som i det følgende også betegnes som udvidet ring 11, såvidt muligt fuldstændigt omgiver den aktive zone 7 af hallelementet 1 i alle retninger. Sensor-og strømtilslutningskontakterne 2 til 6 i hall elementet 1 strækker sig gennem dækpladen 9 eller bundpladen 10 til elektrisk kontakt med 35 den aktive zone 7 af hall elementet 1. Ringen 8, dækpladen 9 og bundpladen 10 består af samme eller forskelligt materiale, som imidlertid altid er af den samme materi al el edningsevnetype. I alle tilfælde har ringen 8, dækpladen 9 og bundpladen 10 elektrisk kontakt med hinanden, og de er alle af den modsatte
DK 164617 B
6 material el edningsevnetype som den aktive zone 7 og sensor- og strømtilslutningskontakterne 2 til 6 i hallelementet 1. De består i det foreliggende eksempel også af P-materiale.
Fig. 1 og 2 viser et billede ovenfra og et vertikalt snit af en 5 første principiel variant af et i det indre af halvledermaterialet begravet stabilt hall element 1. Ligeledes viser fig. 8 og 9 et billede ovenfra og et vertikalt tværsnit af en anden principiel variant af et i det indre af halvledermaterialet begravet stabilt hall element 1. De to varianter adskiller sig kun ved antallet fire 10 henholdsvis fem af de tilstedeværende strøm- henholdsvis sensor tilslutninger CpC2, Sj og S2 henholdsvis Cp C'2, C"2, Sj og S2 med deres tilhørende tilslutningskontakter 2,3,5 og 6 henholdsvis 2 til 6. Bortset fra gennemføringerne for strøm- og sensortilslutningskontakterne 2,3,5 og 6 henholdsvis 2 til 6 omgiver den af 15 ringen 8, dækpladen 9 og bundpladen 10 bestående udvidede ring 11 den aktive zone 7 af hal 1 elementet 1 på ideal måde fuldstændigt i alle retninger, dvs. såvel til siden som opadtil og nedadtil. I begge varianter er den udvidede ring 11 af et stykke, og ringen 8, dækpladen 9 og bundpladen 10 består følgelig af det samme P-materi-20 ale.
Fig. 3 og 4 viser et billede ovenfra og et vertikalt snit i en første praktisk udførelse af det i fig. 1 og 2 viste hall element 1.
Dette hallelement 1 er fremstillet af et substrat 12, der f.eks. består af N“-materiale. Substratet 12 har udenfor den udvidede ring 25 11 en i sin overflade anbragt substrattilslutningskontakt 13 af stærkt med fremmedatomer doteret materiale af den samme materi ale- 1 edningsevnetype N som substratet 12 og den aktive zone 7 af hal1 elementet 1, der her begge består af N"-materiale. Substrattilslutningskontakten 13 har en substrattilslutning SUB. Opbygningen af 30 dette hallelement 1 er en lignende som den, der er vist i fig. 1 og 2 med den forskel, at ringen 8 består af P+^-j-materiale, dvs. af stærkt med aluminium-fremmedatomer doteret materiale af materi ale-1edningsevnetype P. Også her danner ringen 8, dækpladen 9 og bundpladen 10 tilsammen en gennemgående flade, som fuldstændigt i alle 35 retninger omgiver den aktive zone 7 af hallelementet 1 bortset fra gennemføringerne for strøm- og sensortilslutningskontakterne 2,3,5 og 6. Ringen 8 strækker sig helst gennem substratet 8 fra dets overflade til dets bundflade og er f.eks. fremstillet ved hjælp af en såkaldt termomigrationsfremgangsmåde.
DK 164617 B
7
Termomigrationsfremstillingsmetoden er beskrevet i trykskriftet "Journal of applied physics, vol. 48, nr. 9,.september 77, side 3943 til 3949, Lamellar devices processed by thermomigration, T.R. Anthony og H.E. Cline".
5 Fig. 5 og 4 viser et horisontalt og et vertikalt tværsnit i en anden praktisk udførelse af det i fig. 1 og 2 viste hallelement 1.
Denne anden udførelse er en forbedret variant af den første udførelse og bliver ligeledes fremstillet ved termomigrati onsmetoden.
Fig. 5 viser et parallelt med overfladen af hall elementet 1 forløb-10 ende tværsnit i hallelementet 1, som ligger umiddelbart under dækpladen 9 (se fig. 4). Det i fig. 5 viste hallelement 1 ligner det i fig. 3 viste hallelement 1 med den forskel, at alle ens benævnte strøm- og sensortilslutningskontakter 2,3,5 og 6 findes flerdobbelt i samme antal. I fig. 5 er det antaget, at alle ens benævnte strøm-15 og sensortilslutningskontakter 2,3,5 og 6 hver findes tre gange, så at der findes tre første strømtilslutningskontakter 2,2' og 2' ', tre andre strømtilslutningskontakter 3,3' og 3", tre første sensortilslutningskontakter 5, 5' og 5" og tre andre sensortilslutningskontakter 6,6' og 6". De tre andre strømtilslutningskontakter 20 3,3' og 3" er, da de er dækket, ikke synlige i fig. 5. Alle strøm- og sensortilslutningskontakter 2,2',2", 3,3',3", 5,5',5", 5,6' og 6" er f.eks. alle tilnærmelsesvis lige store og har f.eks. alle ens form, der f.eks. er rektangulær med afrundede kanter. De består alle af materiale af den samme materi al eledningsevnetype og er alle 25 stærkt doteret med fremmedatomer. De består i det viste eksempel af N+-materiale. Alle ens benævnte strøm- og sensortilslutningskontakter 2,2',2" henholdsvis 3,3',3" henholdsvis 5,5',5" henholdsvis 6,6',6" er externt forbundet med hinanden ved hjælp af hver sin elektriske forbindelse og med den tilhørende strøm- hen-30 holdsvis sensortilslutning Cj henholdsvis C2 henholdsvis Sj henholdsvis $2· Ringen 8 har mellemliggende forbindelsesstykker, som opdeler ringen 8 i ved siden af hinanden liggende underringe, hvor hvert mellemliggende forbindelsesstykke er fælles for to hosliggende underringe. I fig. 5 er antaget tilstedeværelse af to mellemliggende 35 forbindelsesstykker 14 og 15, som opdeler ringen 8 i tre underringe I,II og III. Det mellemliggende forbindelsesstykke 14 er fælles for underringene I og II, og forbindelsesstykket 15 er fælles for underringene II og III. Når ringen 8 og dens underringe I,II og III er rektangulære (se fig. 5), er alle ens benævnte strøm- henholdsvis
DK 164617 B
8 sensortilslutningskontakter 2,2',2" henholdsvis 3,3',3" henholdsvis 5,57,577 henholdsvis 6,6',6" tilnnærmelsesvis anbragt på en ret linie over hinanden, dvs. forbindelseslinien af deres midtpunkter danner en tilnærmelsesvis ret linie, hvor alle forbindelseslinier 5 forløber parallelt med hinanden. De mellemliggende forbindelsesstykker 14 og 15 er i dette tilfælde alle vinkelrette på disse forbindelseslinier, og alle underringe I,II,III er uden indbyrdes forskydning anbragt over hinanden i retning af forbindelseslinierne, idet bredden af underringene I,II,III målt vinkelret på forbinde!-10 seslinierne alle er tilnærmelsesvis lige store. Der opstår f.eks., når der kun findes to underringe, et rektangulært ottetal. Opdelingen af ringen 8 i underringe I,II,III er udført således, at hver underring I henholdsvis II henholdsvis III sideværts omgiver en aktiv zone 77 henholdsvis 7 henholdsvis 7" med en tilhørende 15 fuldstændig gruppe 27,37,57,67 henholdsvis 2,3,5,6 henholdsvis 2",3'',5",6'7 af forskelligt benævnte strøm- og sensortilslutningskontakter. Som det fremgår af fig. 5, afveksl er P-og N-lag med hinanden i nærheden af strøm- og sensortilslutningskontakterne, så at hallelementet 1 der har en 20 "Sandwich"-opbygning. Alle aktive zoner 7,77 og 77 7 er her alle forbundet med hinanden dybt i det indre af hall elementet 1. Denne "Sandwich"~opbygning har den fordel, at følsomheden af tykkelsen af den aktive zone 7 i afhængighed af en til ringtilslutningen 8 forbundet elektrisk spænding er en faktor m større end ved et 25 hallelement 1 uden mellemliggende forbindelsesstykker, hvor m betegner antallet af underringene.
Fig. 6 og 7 viser et billede ovenfra og et vertikalt tværsnit i en første variant 16 og en anden variant 17 af en hver gang ved termomigrationsfremgangsmåden fremstillet spærrelagsfelteffekt-30 transistor.
De to varianter 16 og 17 adskiller sig ved, at en "Source" -tilslutningskontakt 18 er anbragt i dækpladen 9, og en "Drain" -tilslutningskontakt 19 er anbragt i bundpladen 10 ved den første variant 16, medens "Source"-tilslutningskontakten 18 og "Drain" 35 -tilslutningskontakten 19 begge er anbragt i dækpladen 9 ved den anden variant. Opbygningen af den første variant 16 er en lignende som opbygningen af det i fig. 3 og 4 viste hall element, idet sensortilslutningskontakterne 5 og 6 mangler, og strømtilslutningskontakterne 2 og 3 er erstattet af "Source"- og
DK 164617 B
9 "Drain"-tilslutningskontakterne 18 og 19. Opbygningen af den anden variant 17 er en lignende som opbygningen af det i fig. 3 og 4 viste hallelement 1, idet strømtilslutningskontakterne 2 og 3 mangler, og sensortilslutningskontakterne 5 og 6 er erstattet af "Source"- og 5 "Drain"-tilslutningskontakterne 18 og 19. I begge varianter 16 og 17 er ringtilslutningen betegnet med G og danner hver gang "gate"-tilslutningen for spærrelagsfelteffekttransistoren.
Som en sammenligning af fig. 3 og 4 på den ene side og fig. 6 og 7 på den anden side viser, er de deri viste komponenter, nemlig 10 et hall element og en spærrelagsfelteffekttransi stor opbygget på lignende måde, så at det uden videre er muligt at indbygge de to komponentarter, der begge har en udvidet ring 8,9,10, i et enkelt integreret kredsløb ved hjælp af termomigrationsmetoden til realisering af det i fig. 18 viste kredsløb. Den udvidede ring 8,9,10 er 15 derhos opbygget ens for begge komponentarter.
Fig. 10 og 11 viser et billede ovenfra og et vertikalt tværsnit i en første praktisk udførelse af det i fig. 8 og 9 viste hall element 1. Hall elementet 1 er f.eks. fremstillet af et lag 20, som består af N -materiale og er vokset op på et af N-materiale bestå-20 ende substrat 12. Laget 20 har udenfor den udvidede ring 11 en i sin overflade anbragt substrattilslutningskontakt 13 af stærkt med fremmedatomer doteret materiale af den samme materi al eledningsevne-type N som laget 20, substratet 12 og den aktive zone 7 af hallele-mentet 1. Den aktive zone 7 består her af N~-materiale af laget 20.
25 Substrattilslutningskontakten 13 har en substrattilslutning SUB.
Opbygningen af hallelementet 1 er en lignende som opbygningen, der er vist i fig. 8 og 9 med den forskel, at ringen 8 består af et overfladelag af P-materiale, som er påført rundt omkring på en ringformet bærer 21 af siliciumoxid eller polysilicium. Overflade-30 laget 8 af P-materiale mangler på bæreren 21 kun hen mod overfladen af det integrerede kredsløb. Den ringformede bærer 21 og det dertil hørende overfladelag 8 strækker sig helt igennem laget 20 fra dettes overflade til elektrisk kontakt med substratet 12, idet det endog kan trænge ind. Den ringformede bærer 21 med sit overfladelag 8 35 bliver f.eks. fremstillet ved hjælp af en "dyb grav"-ætsmetode ("anisotropic trench etching"), der er beskrevet i trykskriftet "Electrocnics Week, 23. juli 1984, side 123 til 126, 1 MB Memories demand new design choices, White Armstrong and Rao". Bundpladen 10 befinder sig som begravet lag ("burried layer") ved grænsen mellem
DK 164617 B
10 laget 20 og substratet 12 og har elektrisk kontakt med overfladelaget 8, der ligeledes har elektrisk kontakt med dækpladen 9.
Fig. 12 og 13 viser et billede ovenfra og et vertikalt tværsnit i en ved "dyb grav"-ætsmetoden fremstillet spærrelagsfelteffekt-5 transistor. Opbygningen er en lignende som opbygningen af det i fig.
10 og 11 viste hallelement 1 med den forskel, at der i stedet for de fem tilslutningskontakter 2 til 5 kun findes to tilslutningskontakter, nemlig en "Source"- og en "Drain"-tilslutningskontakt 18 og 19. Ringtilslutningen er her betegnet med G og danner "gate"-tilslut-10 ningen for spærre!agsfelteffekttransistoren. Som en sammenligning af figurerne 10 og 11 på den ene side og af figurerne 12 og 13 på den anden side viser, er de deri viste komponenter, nemlig et hal 1 -element og en spærre!agsfelteffekttransistor, opbygget på lignende måde, så at det uden videre er muligt at indbygge de to komponent-15 arter, som begge hver har en udvidet ring 8,9,10, i et enkelt integreret kredsløb ved hjælp af en "dyb grav"-ætsmetode til realisering af det i fig. 18 viste kredsløb. Den udvidede ring 8,9,10 er også her opbygget ens for de to komponentarter.
Fig. 14 og 15 viser et horisontalt og et vertikalt tværsnit i 20 en anden praktisk udførelse af det i fig. 8 og 9 viste hallelement 1. Da en dyb og tynd rektangulær bærer 21 i henhold til fig. 12 og 13 kun vanskeligt kan fremstilles, viser denne anden udførelse en forbedret variant af den første udførelse. Fig. 14 viser et parallelt med overfladen af hall elementet 1 forløbende tværsnit i hal 1 -25 elementet 1, som ligger umiddelbart under dækpladen 9 (se fig. 15).
I sammenligning med fig. 8 er fig. 14 vist drejet 90°, så at de fem strøm- og sensortilslutningskontakter 2 til 6 ikke er vist anbragt på en tilnærmelsesvis ret linie ved siden af hinanden, men på en tilnærmelsesvis ret linie over hinanden, hvilket ikke har nogen 30 indflydelse på funktionen af hall elementet 1. Bortset fra antallet af strøm- og sensortilslutningskontakter 2 til 6, der her er lig med fem, har det i fig. 14 og 15 viste hallelement en lignende opbygning som det i fig. 3 og 4 viste hallelement 1. Også her er hallelementet 1 fremstillet af et substrat 12, der består af N"-materiale, så at 35 den aktive zone 7 i hallelementet 1 ligeledes er af N"-materiale.
Til forskel fra det i fig. 3 og 4 viste hallelement 1 består den rektangulært udformede ring 8 her kun af to diametralt overfor hinanden liggende sider, der hver er dannet af et overfladelag 8a henholdsvis 8b af P-materiale, som fuldstændigt og gennemgående
DK 164617 B
11 dækker indvendige sideflader af hver sin f.eks. rektangulære luftskakt 22a henholdsvis 22b. Bogstavet A betegner i fig. 14 og 15 luft ("Air"). De to luftskakter 22a og 22b strækker sig fuldstændigt igennem substratet 12, hvoraf hallelementet 1 og det integrerede 5 kredsløb er fremstillet, fra overfladen til bundfladen. Overfladelagene 8a og 8b bliver f.eks. fremstillet ved diffusion af gas, som ved grænsefladerne mellem luft og substrat 12 trænger ind i substratmaterialet og der frembringer overfladelagene 8a og 8b. Overfladelagene 8a og 8b, dækpladen 9 og bundpladen 10 har alle elek-2q trisk kontakt med hinanden og danner tilsammen en gennemgående flade, som såvidt muligt fuldstændigt omgiver den aktive zone 7 af hallelementet 1 opadtil, nedadtil og på to sider. Når de to sider af ringen 8 som vist i fig. 14 og 15 forløber parallelt med forbindelseslinien for midtpunkterne af strøm- og sensortilslutningskontak-25 terne 2 til 6, er den gennemgående flade maksimal og til siden kun åben mod de relativt korte endevise sider. Overfladelagene 8a og 8b, dækpladen 9 og bundpladen 10 er alle af den samme materi al el ed-ningsevnetype, nemlig af type P, og af den modsatte materialeled-ningsevnetype som den aktive zone 7 i hallelementet 1, og substratet 2ø 12, der begge som allerede nævnt består af N’-materiale. Den gennemgående P/N-overgang mellem overfladelagene 8a og 8b, dækpladen 9 og bundpladen 10 på den ene side og den aktive zone 7 af hallelementet 1 på den anden side danner et spærrelag, der fuldstændigt omgiver den aktive zone 7 bortset fra sideværts mod de to korte 25 sider af ringen 8.
For at undgå den ulempe at den gennemgående flade og spærrelaget er åbne hen mod den korte side, kan den rektangulært udformede ring 8 udvides hen mod den korte side (se fig. 16). Den består da af mindst fire overfladelag 8a,8b,8j og 8k, som hver to og to ligger 30 diametralt overfor hinanden, og som fuldstændigt og gennemgående dækker de sideværts inderflader af hver sin luftskakt 22a,22b,22j henholdsvis 22k, hvorhos luftskakterne 22a,22b,22j og 22k fuldstændigt strækker sig helt igennem substratet 12, hvoraf hallelementet 1 er fremstillet, fra overfladen til bundfladen. Overfladelagene 35 8a,8b,8j og 8k, dækpladen 9 og bundpladen 10 har alle elektrisk kontakt med hinanden og danner tilsammen en gennemgående flade, der så fuldstændigt som muligt i alle retninger omgiver den aktive zone 7 af hallelementet 1. Overfladelagene 8a,8b,8j og 8k, dækpladen 9 og bundpladen 10 er alle af den samme materialeledningsevnetype, f.eks.
DK 164617 B
12 P, og alle af den modsatte materialeledningsevnetype som den aktive zone 7 af hall elementet 1, der jo består af N-materiale. Luftskakterne 22j og 22k med deres overfladelag 8j og 8k er vist i fig. 16.
Når luftskakterne 22a,22b,22j eller 22k i det mindste delvis er 5 meget lange, er der fare for, at hall elementet 1 bøjer sig under indflydelse af et ydre mekanisk tryk eller endog knækker. For at undgå dette skal i det mindste disse lange luftskakter opdeles ved hjælp af mellemliggende forbindelsesstykker i f.eks. parallelle del luftskakter. I fig. 16 er det antaget, at de to diametralt 10 overfor hinanden liggende luftskakter, hvis længderetning forløber parallelt med forbindelseslinien af midtpunkterne i tilslutningskontakterne 2 til 6, er lange og ved hjælp af mellemliggende forbindelsesstykker, der forløber vinkelret på denne forbindelseslinie, hver er opdelt i et f.eks. ens antal af fire tilnærmelsesvis lige 15 store delluftskakter 22a,22c,22e og 22g henholdsvis 22b,22d,22f og 22h. De indvendige sideflader af delluftskakterne 12a, 12b,12c,12d,12e,12f,12g og 12h er fuldstændigt dækket med hvert sit gennemgående overfladelag 8a,8b,8c,8d,8e,8f, 8g henholdsvis 8h. Fig.
16 og 15 viser et horisontalt og et vertikalt tværsnit i en tredie 20 praktisk udførelse af det i fig. 8 og 9 viste hall element. Denne tredie udførelse er en forbedret variant af den anden udførelse.
Fig. 16 viser et parallelt med overfladen af hal1 elementet 1 forløbende tværsnit i hallelementet 1, som ligger umiddelbart under dækpladen 9 (se fig. 15). Når alle mellemliggende forbindelsesstyk-25 ker højest er dobbelt så brede, som overfladelagene er dybe, består de mellemliggende forbindelsesstykker udelukkende af to overfladelag af to hosliggende delluftskakter, og alle overfladelag 8a,8c,8e,8g henholdsvis 8b, 8d,8f,8h i en fælles luftskakt har alle elektrisk kontakt med hinanden. Også overfladelagene 8a til 8h, dækpladen 9, 30 bundpladen 10, og såfremt der findes luftskakter 22j og 22k ved enderne, overfladelagene 8j og 8k, har alle elektrisk kontakt med hinanden. De danner tilsammen en gennemgående flade, der så fuldstændigt som muligt omgiver den aktive zone 7 af hallelementet 1 i det mindste opadtil, nedadtil og til to sider, og de er alle af den 35 samme materialeledningsevnetype P og af den modsatte materialeledningsevnetype som den aktive zone 7 af hallelementet 1, der jo består af N"-materiale.
De i fig. 8 til 11 og 14 til 16 viste hallelementer 1 med fem strøm- henholdsvis sensortilslutninger Cp C^, C'^» Sj og er
DK 164617 B
13 externt koblet som vist i fig. 17. Et magnetfelt H^, som skal måles, virker parallelt med overfladen af det integrerede kredsløb, som indeholder hall elementet 1. En pol Vgg på en fødespænding Vqq, Vgg er over en strømgenerator 23 forbundet med den centrale strøm-• 5 tilslutning Cj, medens den anden pol Vss på fødespændingen VDD, V$s over hver sin modstand Rj henholdsvis R2 er ført til de to andre strømtilslutninger C'2 henholdsvis C"2· Den af strømgeneratoren 23 leverede fødestrøm i for hall elementet 1 halveres i hall elementet 1 og forlader dette hver som en strøm i/2 over de to modstande Rj 10 henholdsvis R2·
Den i fig. 18 viste anordning indeholder foruden hallelementet 1 og strømgeneratoren 23 yderligere et reguleringskredsløb 24,25,26,27. I fig. 18 er det antaget, at hallelementet 1 er et af de i fig. 1 til 5 viste hallelementer 1, som alle foruden ringtil-15 slutningen R kun har fire strøm- henholdsvis sensortilslutninger C^, C2, Sj og S2> I dette tilfælde er de to strømtilslutninger Cj og C2 forbundet med hver sin pol på strømgeneratoren 23. Hvis det i fig.
14 anvendte hallelement 1 derimod er et af de i fig. 8 til 11 eller 14 til 16 viste hall elementer, som alle foruden ringtilslutningen R, 20 har fem strøm- henholdsvis sensortilslutninger Cj, C'2, C"2, Sj og S2, skal den i fig. 17 viste kobling af hallelementet 1 anvendes som allerede nævnt. I begge tilfælde er den ene af de to sensortilslutninger, f.eks. den anden sensortilslutning S2, forbundet med jord, medens den første sensortilslutning Sj danner udgangen 25 Sj på hall elementet 1.
I alle beskrevne hall elementer 1 danner P/N-overgangen mellem den udvidede ring 11 og den aktive zone 7 af hallelementet 1 et spærrelag 11,7, som så fuldstændigt som muligt omgiver den aktive zone 7 af hallelementet 1, og hvis dybde kan styres ved hjælp af en 30 til ringtilslutningen R forbundet elektrisk spænding. Spærrelaget 11,7 isolerer og beskytter fuldstændigt den aktive zone 7 af hallelementet 1, så at tilstedeværelsen af et isolerende lag af siliciumoxid er overflødigt. Det altid i et sådant isolerende lag af siliciumoxid indeholdte variable antal af ladningsbærere er følgelig 35 ikke til stede her og kan derfor heller ikke negativt påvirke langtidsstabiliteten af hallelementet 1. Den beskyttende virkning af spærrelaget 11,7 er så meget desto stærkere, jo mere fuldstændigt det dækker den aktive zone 7 af hallelementet i såvidt muligt alle retninger og afhænger desuden af dets dybde. Denne dybde skal trods
DK 164617 B
14 tilstedeværelsen af eventuelle forstyrrende indflydelser, f.eks. af variable temperaturindvirkninger, altid være konstant. For at opnå dette skal hall elementet 1 som vist i fig. 18 forbindes med et reguleringskredsløb 24,25,26, 27, der regulerer dybden af spærrela-5 get 11,7 ind på en konstantværdi.
I fig. 18 er udgangen Sj på hall elementet 1 over reguleringskredsløbet 24,25,26,27 forbundet med ringtilslutningen R for hallelementet 1. Reguleringskredsløbet 24,25,26,27 består i det mindste af en erværdibehandlingsenhed 24, en børværdigiver 25 og en 10 børværdi/erværdi-differensgiver 26,27. Udgangen Sj på hall elementet 1 er over erværdibehandlingsenheden 24 forbundet med en første indgang Ej på børværdi/erværdi-differensgiveren 26,27, og udgangen på børværdigiveren 25 er direkte forbundet med dens anden indgang Eg. Udgangen på børværdi/erværdi-differensgiveren 26,27 er ført til 15 ringtilslutningen R på hall elementet 1. Erværdibehandlingsenheden 24 er i det simpleste tilfælde en absolutværdidanner, f.eks. en ensretter, hvis udgangsspænding altid er lig med den absolutte værdi af dens indgangsspænding.
I fig. 18 består absolutværdidanneren og dermed også erværdi-20 behandlingsenheden 24 i det mindste af en af en styreenhed 28 styret omskifter 29 og af en inverterende forstærker 30. I fig. 18 har erværdibehandlingsenheden 24 yderligere til afkobling en spændingsfølger 31, der forefindes fakultativt. I erværdibehandlingsenheden 24 er dennes indgang direkte eller over spændingsfølgeren 31 25 alt efter stillingen af omskifteren 29 ved hjælp af denne omskifter 29 enten forbundet med indgangen eller med udgangen på den inverterende forstærker 30. Udgangen på den inverterende forstærker 30 danner udgangen på erværdibehandlingsenheden 24 og er følgelig ført til den første indgang Ej på børværdi/erværdi-differensgiveren 30 26,27. Indgangen på erværdibehandlingsenheden 24 er desuden direkte eller over spændingsfølgeren 31 forbundet med indgangen på styreenheden 28, hvis udgang er ført til styreindgangen på omskifteren 29. Styreenheden 28 består f.eks. af kun en komparator og detekterer polariteten af indgangsspændingen på erværdibehandl ingsenheden 24 og 35 dermed også polariteten af udgangsspændingen på hallelementet 1.
Alt efter polariteten af denne udgangsspænding shunter omskifteren 29 den inverterende forstærker 30 eller tager denne i brug. Med andre ord: hvis udgangsspændingen på hallelementet 1 er positiv, bliver den direkte uden fortegnsinvertering, og er den negativ,
DK 164617 B
15 bliver den ved hjælp af den inverterende forstærker 30 med for-tegningsinvertering overført til den første, indgang Ej på børvær-di/erværdi-differensgiveren 26,27.
Børværdigi veren 25 består f.eks. af en seriekobling af en for-5 modstand R' og "Source-Drain"-strækningen i en felteffekttransistor 32, hvis fælles pol danner udgangen på børværdigi veren 25 og følgelig er forbundet med den anden indgang E£ på børværdi-erværdi -differensgiveren 26,27. Den anden pol på formodstanden R' er forbundet med en første referencespænding Vpe^ j, "gate" -tilslutningen 10 på felteffekttransistoren 32 er forbundet med en anden referencespænding Vjjgj: g» og den anden pol på Source-Drain"-strækningen i felteffekttransistoren 32 er forbundet med en tredie referencespæn- din9 VRef,3* Børværdi/erværdi-differensgiveren 26,27 består i det mindste af 15 en differensforstærker 26, der f.eks. er opbygget på i og for sig kendt måde ved hjælp af en operationsforstærker 33. I dette tilfælde er den inverterende indgang på operationsforstærkeren 33 over en første indgangsmodstand R^ forbundet med den første indgang Ej, over en anden indgangsmodstand R^ med den anden indgang E2 og over en 20 tilbagekoblingsmodstand Rg med udgangen F på differensforstærkeren 26. Udgangen F er samtidig også udgangen på operationsforstærkeren 33. Den ikke inverterende indgang på operationsforstærkeren 33 er over en tredie indgang Eg på differensforstærkeren 26 ført til en fjerde referencespænding Differensforstærkeren 26 er f.eks.
25 koblet som inverterende forstærker. I dette tilfælde skal der i kaskade efter den indkobles en yderligere forstærker 27, f.eks. for ophævelse af den af differensforstærkeren 26 forårsagede invertering. De to forstærkere 27 og 30 har f.eks. hver en forstærkningsfaktor -1 og er f.eks. ligeledes opbygget på i og for sig 30 kendt måde med hver sin operationsforstærker.
Felteffekttransistoren 32 tjener som temperaturfølsomt element, hvis mætnings-C'Pinch off") strøm er omvendt proportional med kvadratet på omgivelsestemperaturen for felteffekttransistoren 32 og også for hall elementet 1, da disse to komponenter takket være deres 35 indbygning i et integreret kredsløb rumligt ligger meget nær hinanden. Dette viser igen, hvor vigtigt det er, at såvel hallelementet 1 som transistorer, såsom f.eks. felteffekttransistoren 32, er inte-grerbare i den samme hal vi ederkrystal ved hjælp af den samme teknologi. Reguleringskredsløbet 24,25,26,27 regulerer tykkelsen af
DK 164617B
16 spærrelaget 11,7, idet det sammenligner udgangsspændingen på hall elementet 1 som erværdi med den af børværdigiveren 25 leverede børværdi og fører en således opnået børværdi/erværdi-differens forstærket til ringtilslutningen R på hallelementet 1. Da feltef-5 fekttransistoren 32 er en temperaturfølsom komponent, er også børværdien temperaturafhængig. Dette gør det muligt for reguleringskredsløbet 24,25,26,27 i dette tilfælde at regulere tykkelsen af spærrelaget 11,7 ind på en værdi, der muliggør, at magnetfeltføl somheden af hallelementet 1 forbliver uafhængig af temperaturen.
10 Hvis hallelementet 1 i sig selv er tilstrækkeligt temperaturstabilt, er felteffekttransistoren 32 overflødig og kan udelades.
Omskifteren 29 er i fig. 18 vist som relækontakt. I praksis er den imidlertid i reglen en styrbar hal vi ederomskifter, der f.eks. er fremstillet i CMOS-teknologi. De i reguleringskredsløbet 24,25,26,27 15 anvendte transistorer, såsom felteffekttransistoren 32, har f.eks. en som i fig. 6 og 7 eller 12 og 13 vist opbygning.
Det i fig. 18 viste kredsløb har desuden yderligere den fordel at linearisere karakteristikken » f(B) for hallelementet 1 ved given fødestrøm i, hvorved såvel lige parrede som ulige parrede 20 ulineariteter elimineres. Definitionen af ulineariteten fremgår af fig. 19, hvor en ulineær karakteristik f(B) er vist for en given fødestrøm i. Den lineariserede karakteristik er vist punkteret i fig. 19. Ved bestemt værdi B = Bj af induktionen B har den ulineære karakteristik for hall spændingen et arbejdspunkt X, hvis 25 ordinat er lig med V^(Bj), medens det tilsvarende arbejdspunkt Y på den lineære karakteristik har ordinaten
SVH · Bp hvor faktoren SVH
SB B = 0 SB B = 0 30 såvel angiver stigningen af den ulineære som stigningen af den lineære karakteristik i nulpunktet B = 0. Ulineariteten ε(Β^) ved værdien B = Bj er defineret som differensen af ordinaterne for de to 35 arbejdspunkter Y og X, dvs.: «(Βχ) - Γ SVH~ - Bj - Vh(B1) SB B = 0
DK 164617B
17
Ulineariteten er af den lige parrede type, når: s(Bj) = £(-Bj) (se fig. 20).
Ulineariteten er af den ulige parrede type, når: ε(Bj) = ε(_Bj) (se fig. 21).
5 Den i fig. 19 viste ulinearitet er af den ulige parrede type.
Om ulineariteten af et givet hallelement 1 er af den lige parrede eller af den ulige parrede type må bestemmes f.eks. ved en måling før indbygningen af hallelementet 1 i det i fig. 18 viste kredsløb. Den efterfølgende funktionsbeskrivelse gælder under den 10 antagelse, at de positive værdier af induktionen B også svarer til positive værdier af udgangsspændingen på hallelementet 1, og de negative værdier af induktionen B også svarer til negative værdier af udgangsspændingen (se fig. 19).
Ved et hall element af den lige parrede type er ulineariteten 15 ε(Β) som funktion af induktionen B i reglen enten altid positiv som vist i fig. 20 som ikke punkteret karakteristik eller altid negativ som vist i fig. 20 som punkteret karakteristik.
Ved et hall element af den ulige parrede type er ulineariteten ε(Β) som funktion af induktionen B i reglen enten som vist i fig. 21 20 som ikke punkteret karakteristik, for positive værdier af B positiv og for negative værdier af B negativ eller omvendt som vist i fig.
21 som punkteret karakteristik for positive værdier af B negativ og for negative værdier af B positiv.
Hvis hallelementet 1 på ideal måde er af den lige parrede type, 25 bliver den fjerde indgang på differensforstærkeren 26 ikke benyttet, dvs. den i fig. 18 punkteret viste fakultative forbindelse mellem udgangen på spændingsfølgeren 31 og den fjerde indgang E^ på differensforstærkeren 26 falder bort, og kun den absolutte værdi af udgangsspændingen V^ på hallelementet 1 føres over erværdibehand-30 lingsenheden 24 til den første indgang Ej på differensforstærkeren 26.
Hvis hallelementet 1 i dette tilfælde har en lignende karakterstik som den, der er vist ikke punkteret i fig. 20, og under den forudsætning at spændingsfølgeren 31 har en positiv forstærknings-35 faktor +1, skal forstærkeren 27 være en inverterende forstærker, så at kaskadekoblingen 24,26,27 ikke forårsager nogen spændingsinversion. Hvis hallelementet 1 derimod har en lignende karakteristik som den, der er vist punkteret i fig. 20, skal forstærkeren 27 under de samme betingelser være en ikke inverterende forstærker, så at
DK 164617B
18 kaskadekoblingen 24,26,27 forårsager en spændingsinversion. Hvis hallelementet 1 på ideal måde er af den ulige parrede type, kan styreenheden 28, omskifteren 29 og den inverterende forstærker 30 udelades, dvs. der bliver ikke dannet nogen absolutværdi af ud-5 gangsspændingen Vjj på hallelementet 1, og denne udgangsspænding føres over spændingsfølgeren 31 og en fakultativt tilstedeværende og derfor i fig. 18 punkteret vist forbindelse til en fjerde indgang på differensforstærkeren 26. I sidstnævnte tilfælde er den fjerde indgang over en tredie indgangsmodstand Rg forbundet med den 10 inverterende indgang på operationsforstærkeren 33.
Hvis hal1 elementet 1 i dette tilfælde har en lignende karakteristik som den, der er vist ikke punkteret i fig. 21, og igen under den forudsætning at spændingsfølgeren 31 har en positiv forstærkningsfaktor +1, skal forstærkeren 27 være en inverterende forstær-15 ker, så at kaskadekoblingen 31,26,27 ikke forårsager nogen spændingsinversion. Hvis hallelementet 1 derimod har en lignende karakteristik som den, der er vist punkteret i fig. 21, skal forstærkeren 27 under de samme forudsætninger være en ikke inverterende forstærker, så at kaskadekoblingen 31,26,27 forårsager en spændingsinver-20 sion.
De i fig. 20 og 21 viste karakteristikker er ideale karakteristikker. I praksis er disse karakteristikker ikke anbragt så symme- . trisk i forhold til s(B)-aksen henholdsvis til nulpunktet, dvs. i praksis findes der i reglen altid en blanding af lige parrethed og 25 ulige parrethed. I dette tilfælde skal udgangsspændingen på hallelementet 1 føres til såvel den første indgang Ej over erværdi-behandlingsenheden 24 som til den fjerde indgang E^ over spændingsfølgeren 31. Da usymmetrierne ved lige parrede og ved ulige parrede ulineariteter ikke ubetinget er lige store, kan de ved valg af 30 forskellige værdier af indgangsmodstandene Rg og Rg korrigeres ulige stærkt. Den første og den fjerde indgang Ej og E^ på differensfor stærkeren 26 danner følgelig hver en af to erværd i indgange. På den fjerde indgang E^ optræder altid udgangsspændingen på hallelementet 1 med sit virkelige fortegn, medens den absolutte 35 værdi af denne udgangsspænding altid findes på den første indgang Ej af differensforstærkeren 26. Summen af de to til de to indgange Ej og E^ på differensforstærkeren 26 førte spændinger danner her erværdien for reguleringskredsløbet 24,25,26,27.
Kort sammenfattet kan virkemåden af det i fig. 18 viste
DK 164617 B
19 kredsløb beskrives som følger:
Referencespsndingerne VRef>1, VRef2, VRef>3 og VRef4 bliver valgt således, at der på indgangen af forstærkeren 27 ligger en positiv børværdi, når forstærkeren 27 er inverterende, og omvendt 5 ligger der en negativ børværdi, når forstærkeren 27 er ikke inverterende, så at der i begge tilfælde på styreindgangen M på hallelementet 1 ligger en negativ grundspænding som børværdi. Hvis det ved hjælp af hall elementet 1 målte magnetfelt, f.eks. et sinusformet vekselmagnetfelt, er udgangsspændingen på 10 hall elementet 1 en sinusformet vekselspænding. Ved et hall element 1 med ideal ulige parret ulinearitet bliver denne sinusformede vekselspænding Vjj uændret ført til den fjerde indgang på differensforstærkeren 26 som erværdi og derefter alt efter positiv eller negativ forstærkningsfaktor af forstærkeren 27 overlejret således på 15 den konstante børværdi med eller uden inversion, at den negative spænding på styreindgangen M på hall elementet 1 bliver mindre henholdsvis mere negativ i den rigtige retning, idet den samlede spænding på styreindgangen M i hvert fald skal forblive negativ.
Ved et hallelement 1 med ideal lige parret ulinearitet sker det 20 samme, kun at de negative halvbølger af udgangsspændingen VH fra hall elementet 1 denne gang ensrettes ved hjælp af omskifteren 29 og den inverterende forstærker 30, og den således ensrettede udgangsspænding V^ bliver som erværdi ført til den første indgang Ej på differensforstærkeren 26. Hvis forstærkningsfaktoren af den inver-25 terende forstærker 30 er lig med -1, er de ensrettede negative halvbølger lige så store som de positive halvbølger og ellers ulige store. Ved et hall element 1 med usymmetriske ulineariteter, dvs. når der findes en kombination af lige parrede og ulige parrede ulineariteter, skal også erværdien være en kombination af de to 30 ovennævnte erværdier, dvs. den uændrede udgangsspænding Vjj skal føres til indgangen E^, og samtidig skal den ensrettede udgangs spænding VH føres til indgangen Ej. I dette tilfælde bliver summen af den vægtede udgangsspænding Vjj og af den vægtede ensrettede udgangsspænding V^ virksom som samlet erværdi, idet værdierne af 35 indgangsmodstandene Rg og R3 hver danner vægtningsfaktoren.
Da følsomheden og dermed også udgangsspændingen V^ af hal 1 -elementet 1 ved et givet magnetfelt tilnærmelsesvis er omvendt proportional med tykkelsen af spærrelaget, og denne tykkelse på den anden side er proportional med spændingen, som ligger på 20 5
DK 164617 B
styreindgangen M, bliver ulineariteten af udgangsspændingen korrigeret, når spændingen på styreindgangen M på hall elementet 1 ændres reguleringsteknisk i den rigtige retning.
10 15 20 25 30 35

Claims (20)

1. Anordning med et i et integreret kredsløb integrerbart hallelement, som har to sensortilslutningskontakter og mindst to 5 strømtilslutningskontakter, der for størstedelens vedkommende er anbragt ved en overflade i hall elementet, hvis aktive zone i det mindste sideværts er omgivet af en ring, der har en ringtilslutning og er af den modsatte materialeledningsevnetype som den aktive zone og tilslutningskontakterne for hall elementet, kendetegnet 10 ved, at hallelementet (1) er begravet i det indre af halvledermaterialet, at ringen (8) er udvidet således ved hjælp af en dækplade (9) og en bundplade (10), at den udvidede ring (8,9,10 henholdsvis 11. omgiver den aktive zone (7) af hallelementet (1) i alle retninger, at sensor- og strømtilslutningskontakterne (2-6) for 15 hallelementet (1) strækker sig gennem dækpladen (9) eller bundpladen (10) indtil elektrisk kontakt med den aktive zone (7) af hallelementet (1), og at ringen (8), dækpladen (9) og bundpladen (10) er af den samme materialeledningsevnetype, og alle har elektrisk kontakt med hinanden,
2. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ud gangen (Sj) på hallelementet (1) over et reguleringskredsløb (24,25, 26,27) er forbundet med ringtilslutningen (R) for hallelementet (1).
3. Anordning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at reguleringskredsløbet (24,25,26,27) i det mindste består af en ervær- 25 dibehandlingsenhed (24), en børværdigiver (25) og en børværdi/er-værdi-differensgiver (26,27).
4. Anordning ifølge krav 3, kendetegnet ved, at er-værdibehandlingsenheden (24) er en absolutværdidanner.
5. Anordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at er- 30 værd i behandlingsenheden (24) i det mindste består af en af en sty reenhed (28) styret omskifter (29) og af en inverterende forstærker (30).
6. Anordning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at styreenheden (28) består af en komparator.
7. Anordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at er- værdibehandlingsenheden (24) består af en ensretter.
8. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 3-7, kendetegnet ved, at børværdi g i veren (25) består af en seriekobling af en formodstand (R') og af "Source-Drain,,-strækningen DK 164617 B i en felteffekttransistor (32).
9. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 3-8, kendetegnet ved, at børværdi/erværdi-differensgi veren (26,27) i det mindste består af en differensforstærker (26).
10. Anordning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at differensforstærkeren (26) er koblet som en inverterende forstærker, og at der i kaskade efter den er indkoblet en yderligere inverterende forstærker (27).
11. Anordning ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet 10 ved, at differensforstærkeren (26) har to erværdi indgange (EpE^), hvor den første (Ej) er forbundet med udgangen, og den anden (E^) er forbundet med indgangen på erværdibehandlingsenheden (24).
12. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 2-11, kendetegnet ved, at transistorer, f.eks. (32), som anvendes 15. reguleringskredsløbet (24,25,26,27), ligeledes hver har en udvidet ring (8,9,10), der er opbygget på samme måde som ringen i hallelementet (1).
13. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-12, kendetegnet ved, at den udvidede ring (8,9,10 henholdsvis 20 11) er af et stykke, og at ringen (8), dækpladen (9) og bundpladen (10) følgelig består af et og samme materiale.
14. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-12, kendetegnet ved, at ringen (8) består af stærkt med aluminium-fremmedatomer doteret materiale.
15. Anordning ifølge krav 14, kendetegnet ved, at alle sensor- og strømtilslutningskontakter (2,3,5 og 6) forefindes flerdobbelt i samme antal, at alle ens benævnte strøm- og sensortilslutningskontakter (2,2' 2" henholdsvis 3,3',3" henholdsvis 5,5', 5" henholdsvis 6,6',6") udvendigt er forbundet med hinanden 30 ved hjælp af hver sin elektriske forbindelse, at ringen (8) har mellemliggende forbindelsesstykker (14,15), der opdeler ringen (8) i ved siden af hinanden liggende underringe (I,II,III), hvor hvert mellemliggende forbindelsesstykke (14,15) er fælles for to hosliggende underringe (I,II henholdsvis II,III), og hvor opdelingen af 35 ringen (8) i underringe (I,II,III) er udført således, at hver underring (I,II, III) sideværts omgiver en aktiv zone (7', 7, 7") med en tilhørende fuldstændig gruppe (2',3',5',6' henholdsvis 2,3,5,6 henholdsvis 2", 3", 5", 6") af uens benævnte strøm- og sensorti 1 siutni ngskontakter. DK 164617 B
16. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-12, kendetegnet ved, at ringen (8) består af et overfladelag, som er påført rundt omkring på en ringformet bærer (21) af siliciumoxid eller polysilicium, og at bundpladen (10) er et ved 5 grænsen mellem et substrat (12) og et på substratet (12) opvokset lag (20) anbragt begravet lag.
17. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-12, kendetegnet ved, at ringen (8) er rektangulær og kun består af to diametralt overfor hinanden liggende sider, som hver er 10 dannet af mindst et overfladelag (8a henholdsvis 8b), der fuldstændigt og gennemgående dækker de indre sideflader af hver sin luftskakt (22a henholdsvis 22b), hvor luftskakterne (22a,22b) fuldstændigt gennemgående fra overfladen til bundfladen strækker sig gennem et substrat (12), hvoraf hallelementet (1) er fremstillet.
18. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-12, kendetegnet ved, at ringen (8) er rektangulær og består af mindst fire overfladelag (8a,8b,8j,8k), som hver to og to ligger diametralt overfor hinanden, og som fuldstændigt og gennemgående dækker de indre sideflader af hver sin luftskakt (22a,22b,22j,22k), 20 hvor luftskakterne (22a,22b,22j,22k) fuldstændigt gennemgående fra overfladen til bundfladen strækker sig igennem et substrat (12), hvoraf hallelementet (1) er fremstillet, og hvor alle overfladelag (8a, 8b,8j,8k) har elektrisk kontakt med hinanden.
19. Anordning ifølge krav 17 eller 18, kendetegnet 25 ved, at i det mindste to diametralt overfor hinanden liggende luftskakter er opdelt af mellemliggende forbindelsesstykker i delluft-skakter (22a,22c,22e,22g henholdsvis 22b,22d,22f,22h), hvis indre sideflader fuldstændigt er dækket med hvert sit gennemgående overfladelag (8a,8c,8e,8g,8b,8d,8f henholdsvis 8h), at alle mellemlig- 30 gende forbindelsesstykker udelukkende består af to overfladelag i to hosliggende del luftskakter, og at alle overfladelag (8a til 8k) har elektrisk kontakt med hinanden.
20. Anvendelse af anordningen ifølge et hvilket som helst af kravene 1-19 i en effektmåler eller i en elektricitetsmåler til 35 måling af en elektrisk strøm eller til dannelse af et spændings/ strømprodukt.
DK036087A 1985-05-22 1987-01-22 Anordning med et i et integreret kredsloeb integrerbart hallelement og anvendelse af denne anordning i en effektmaaler eller elektricitetsmaaler DK164617C (da)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH217685 1985-05-22
CH2176/85A CH668147A5 (de) 1985-05-22 1985-05-22 Einrichtung mit einem hallelement in integrierter halbleitertechnologie.
PCT/CH1986/000056 WO1986007196A1 (en) 1985-05-22 1986-04-25 Device comprising a hall effect element incorporated in an integrated circuit
CH8600056 1986-04-25

Publications (4)

Publication Number Publication Date
DK36087A DK36087A (da) 1987-01-22
DK36087D0 DK36087D0 (da) 1987-01-22
DK164617B true DK164617B (da) 1992-07-20
DK164617C DK164617C (da) 1992-12-07

Family

ID=4227667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK036087A DK164617C (da) 1985-05-22 1987-01-22 Anordning med et i et integreret kredsloeb integrerbart hallelement og anvendelse af denne anordning i en effektmaaler eller elektricitetsmaaler

Country Status (19)

Country Link
US (1) US4673964A (da)
EP (1) EP0202508B1 (da)
JP (1) JPH0728058B2 (da)
KR (1) KR940001299B1 (da)
CN (1) CN86103480B (da)
AT (1) ATE40023T1 (da)
CA (1) CA1249667A (da)
CH (1) CH668147A5 (da)
CS (1) CS274590B2 (da)
DE (1) DE3661788D1 (da)
DK (1) DK164617C (da)
ES (1) ES8707822A1 (da)
HU (1) HU202679B (da)
IN (1) IN166917B (da)
MX (1) MX168024B (da)
NZ (1) NZ216151A (da)
RO (1) RO96966B (da)
WO (1) WO1986007196A1 (da)
YU (1) YU46405B (da)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH668146A5 (de) * 1985-05-22 1988-11-30 Landis & Gyr Ag Einrichtung mit einem hallelement in integrierter halbleitertechnologie.
CH669068A5 (de) * 1986-04-29 1989-02-15 Landis & Gyr Ag Integrierbares hallelement.
JP2754599B2 (ja) * 1988-10-05 1998-05-20 株式会社デンソー 半導体装置
US5119166A (en) * 1990-02-06 1992-06-02 Honeywell Inc. Hall effect element aligned to reduce package-induced offsets
DE4118255A1 (de) * 1991-06-04 1992-12-10 Itt Ind Gmbh Deutsche Monolithisch integrierter sensorschaltkreis in cmos-technik
JP3583458B2 (ja) * 1994-03-09 2004-11-04 株式会社東芝 ホール素子
DE19857275A1 (de) * 1998-12-11 2000-06-15 Johannes V Kluge Integrierbarer Magnetfeldsensor aus Halbleitermaterial
DE10125425A1 (de) * 2001-05-25 2002-12-05 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Messung einer B-Komponente eines Magnetfeldes, Magnetfeldsensor und Strommesser
DE10240239A1 (de) * 2002-08-31 2004-03-11 Robert Bosch Gmbh Hochgenauer Hall-Sensor mit mehreren Kontaktpaaren
DE10240404A1 (de) * 2002-09-02 2004-03-18 Austriamicrosystems Ag Hall-Sensor und Verfahren zu dessen Betrieb
JP2006210731A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Denso Corp ホール素子およびその製造方法
US8089070B2 (en) * 2006-02-16 2012-01-03 California Institute Of Technology Apparatus and method of manufacture for an imager equipped with a cross-talk barrier
US8174014B2 (en) * 2006-02-16 2012-05-08 California Institute Of Technology Apparatus and method of manufacture for depositing a composite anti-reflection layer on a silicon surface
US7626377B2 (en) * 2008-02-18 2009-12-01 Honeywell International Inc. Hall-effect device with merged and/or non-merged complementary structure
CH699933A1 (de) * 2008-11-28 2010-05-31 Melexis Technologies Sa Vertikaler Hallsensor.
US20100145660A1 (en) * 2008-12-08 2010-06-10 Robert Bosch Gmbh Mems sensor with built-in self-test
US8114684B2 (en) * 2009-03-02 2012-02-14 Robert Bosch Gmbh Vertical hall effect sensor with current focus
DE102009038938B4 (de) * 2009-08-26 2013-10-10 Austriamicrosystems Ag Verfahren zur Herstellung eines vertikalen Hall-Sensors
US9202940B2 (en) * 2011-09-28 2015-12-01 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
US9484525B2 (en) * 2012-05-15 2016-11-01 Infineon Technologies Ag Hall effect device
JP6865579B2 (ja) * 2016-12-28 2021-04-28 エイブリック株式会社 半導体装置
JP7133968B2 (ja) * 2018-04-24 2022-09-09 エイブリック株式会社 半導体装置
KR102669303B1 (ko) * 2018-05-18 2024-05-23 르파운드리 에스.알.엘. 감소된 오프셋을 갖는 수직 홀 소자 및 그 제조 방법
US10424616B1 (en) * 2018-06-20 2019-09-24 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Integrated circuit devices including vertical and lateral hall elements, and methods for fabricating the same
EP4022325A1 (en) * 2019-07-08 2022-07-06 LFoundry S.r.l. Hall integrated sensor and corresponding manufacturing process

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3372070A (en) * 1965-07-30 1968-03-05 Bell Telephone Labor Inc Fabrication of semiconductor integrated devices with a pn junction running through the wafer
US3668439A (en) * 1969-09-11 1972-06-06 Mitsubishi Electric Corp Magnetically operated semiconductor device
US3852802A (en) * 1972-05-01 1974-12-03 Signetics Corp Integrated circuit hall effect device and method
JPS5257792A (en) * 1975-11-07 1977-05-12 Agency Of Ind Science & Technol Photoelectric converting element
US4141026A (en) * 1977-02-02 1979-02-20 Texas Instruments Incorporated Hall effect generator
US4129880A (en) * 1977-07-01 1978-12-12 International Business Machines Incorporated Channel depletion boundary modulation magnetic field sensor
US4253107A (en) * 1978-10-06 1981-02-24 Sprague Electric Company Integrated circuit with ion implanted hall-cell

Also Published As

Publication number Publication date
NZ216151A (en) 1989-08-29
DK36087A (da) 1987-01-22
AU5695186A (en) 1986-12-24
ATE40023T1 (de) 1989-01-15
EP0202508B1 (de) 1989-01-11
DE3661788D1 (en) 1989-02-16
KR880700477A (ko) 1988-03-15
JPH0728058B2 (ja) 1995-03-29
CN86103480B (zh) 1988-10-19
CS274590B2 (en) 1991-08-13
CH668147A5 (de) 1988-11-30
DK164617C (da) 1992-12-07
AU589958B2 (en) 1989-10-26
MX168024B (es) 1993-04-28
CN86103480A (zh) 1986-11-19
HUT44363A (en) 1988-02-29
IN166917B (da) 1990-08-04
YU46405B (sh) 1993-10-20
RO96966A (ro) 1989-05-30
ES8707822A1 (es) 1987-08-16
DK36087D0 (da) 1987-01-22
HU202679B (en) 1991-03-28
US4673964A (en) 1987-06-16
KR940001299B1 (ko) 1994-02-18
CA1249667A (en) 1989-01-31
JPS62502928A (ja) 1987-11-19
RO96966B (ro) 1989-06-01
EP0202508A1 (de) 1986-11-26
YU86286A (en) 1989-12-31
CS343486A2 (en) 1991-02-12
ES555166A0 (es) 1987-08-16
WO1986007196A1 (en) 1986-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK164617B (da) Anordning med et i et integreret kredsloeb integrerbart hallelement og anvendelse af denne anordning i en effektmaaler eller elektricitetsmaaler
KR940001298B1 (ko) 집적회로에 집적가능한 홀소자를 구비한 장치
US9285439B2 (en) Vertical hall sensor with series-connected hall effect regions
JP3602611B2 (ja) 横型ホール素子
US6903429B2 (en) Magnetic sensor integrated with CMOS
US9735345B2 (en) Vertical hall effect sensor
US11205748B2 (en) 3-contact vertical hall sensor elements connected in a ring and related devices, systems, and methods
Ausserlechner Hall effect devices with three terminals: Their magnetic sensitivity and offset cancellation scheme
US7205622B2 (en) Vertical hall effect device
US3448353A (en) Mos field effect transistor hall effect devices
US10943976B2 (en) Metal-oxide semiconductor (MOS) device structure based on a poly-filled trench isolation region
Le Bihan et al. Realization of polycrystalline silicon magnetic sensors
RU209743U1 (ru) Магнитоэлектрический полевой транзистор
US4247788A (en) Charge transfer device with transistor input signal divider
JP2008028412A (ja) 縦型ホール素子およびそのオフセット電圧調整方法
NO173676B (no) Integrerbart hallelement
Nakachai et al. Simulation of MOSFET as horizontal magnetic mosfet (MAGFET)
JP3431326B2 (ja) ホール素子および電気量測定装置
Leepattarapongpan et al. The increase sensitivity of PNP-magnetotransistor in CMOS technology
JP2006179594A (ja) ホール素子
Leepattarapongpan et al. The Effect Injection Width and Temperature-Offset Compensation of Magnetotransistor
BG67250B1 (bg) Полупроводниково устройство на хол
Choi et al. Design parameter optimization for Hall sensor application
JP2015198198A (ja) ホール素子
BG109950A (bg) Магнитотранзистор

Legal Events

Date Code Title Description
AHB Application shelved due to non-payment
PBP Patent lapsed