JP2012032383A - ホールセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ホール素子は十字形状のホール素子感受部を有し、4つの凸部先端中央部にホール電圧出力端子を配置し、各凸部側面にはホール電圧出力端子とは独立に制御電流入力端子を配置する。このときホール電圧出力端子幅を小さくし、制御電流入力端子幅を大きくする。
【選択図】図1
Description
VH=μB(W/L)Vdd
と表され、このホール素子の磁気感度Khは、
Kh=μ(W/L)Vdd
と表される。この関係式よりホール素子を高感度にするための方法の1つはW/L比を大きくすることであるのがわかる。
1つは、図3に示すようなスピニングカレントによるオフセットキャンセル回路を用いる方法である。
Vouta=(R2*R4−R1*R3)/(R1+R4)/(R2+R3)*Vin
が出力される。一方、端子T3、T4に電圧Vinを印加すると、T1、T2にはホール電圧
Voutb=(R1*R3−R2*R4)/(R3+R4)/(R1+R2)*Vin
が出力される。2方向の出力電圧の差、つまりオフセット電圧は、
Vos=Vouta−Voutb=(R1−R3)*(R2−R4)*(R2*R4−R1*R3)/(R1+R4)/(R2+R3)/(R3+R4)/(R1+R2)*Vin
となる。ここで、右辺の分母(R1−R3)*(R2−R4)*(R2*R4−R1*R3)=0になる条件においてオフセット電圧は除去できる。したがって、オフセット電圧は各々の等価回路の抵抗R1,R2,R3,R4が異なる場合でもキャンセルできる。しかし、抵抗R1,R2,R3,R4が電流印加方向により値が異なる場合、つまり、ホール素子の一対の端子T1、T2に電圧Vinを印加する場合と端子T3、T4に電圧Vinを印加する場合とで4つの抵抗R1,R2,R3,R4の値が異なるとき、オフセット電圧Vosは前述の式が成り立たないため、キャンセルできないこととなる。
ホール素子感受部の制御電流入力端子とホール電圧出力端子を独立に配置したことを特徴とする。
ホール素子の形状は、十字形状のホール素子感受部を有し、その端部にホール電圧出力端子、十字側面に制御電流入力端子を有することを特徴とする。
そして、ホール電圧出力端子間隔が大きく、制御電流入力端子間隔が小さいことを特徴とする。
また、スピニングカレントによりオフセット電圧を除去できることを特徴とする。
以上のことにより、1つの素子で高感度であるホール素子を提供することができる。
ホール素子感受部は、半導体材料(例えばシリコン)を用い、電子移動度を高くして、感度を上げるため、不純物濃度を低くする。しかし、ホール素子感受部のN型不純物領域102の濃度を下げるほど、ホール素子感受部とその周辺部の境界では空乏層が大きくなる。これによりスピニングカレントによるオフセット電圧が除去できなくなることを防ぐため、本発明では図6のような構造とした。
まず、制御電流入力端子121、122間に電圧Vddを印加し、制御電流を流す(電流方向1)。電流が流れると、ホール電圧出力端子111、112間にホール電圧が生じる。ここでホール電圧出力端子111、112間に出力される電圧には、磁場の大きさに比例したホール電圧とオフセット電圧を含まれており、出力電圧をV34、ホール電圧をVH34、オフセット電圧をVos34とすると、
V34=VH34+Vos34
と表すことができる。
V12=VH12+Vos12
と表すことができる。
VH=VH34=−VH12
とすることができる。オフセット電圧Vosについても同様のことが言えるので、
Vos=Vos34=Vos12
とすることができる。
V34=VH+Vos
V12=−VH+Vos
と表される。
Vout=V34−V12=2VH
となりオフセット電圧が除去され、2倍のホール電圧を得ることができる。
101 P型半導体基板
102 N型不純物領域
103 N型低濃度不純物領域
110 N型高濃度不純物領域
111、112、113、114 ホール電圧出力端子
121、122、123、124 制御電流入力端子
2、12 電源
3、13 電圧計
11 切替信号発生器
S1、S2、S3、S4 センサー端子切替手段
T1、T2、T3、T4 端子
R1、R2、R3、R4 抵抗
Claims (7)
- 4つの凸部および4回回転軸を有する十字形上のホール素子感受部と、
前記4つの凸部のそれぞれの先端中央部に配置された同一形状を有するホール電圧出力端子と、
前記4つの凸部のそれぞれの側辺の中央部近辺に配置された制御電流入力端子と、
を有し、
前記制御電流入力端子のうち、前記側辺に沿って一直線上にならぶ1対の制御電流入力端子は配線により接続され同電位であることを特徴とするホールセンサ。 - 前記制御電流入力端子が前記ホール素子感受部に接している長さである制御電流入力端子幅は、前記ホール電圧出力端子が前記ホール素子感受部に接している長さであるホール電圧出力端子幅に比べ大きいことを特徴とする請求項1記載のホールセンサ。
- 前記制御電流入力端子幅は前記側辺の長さより短いことを特徴とする請求項1記載のホールセンサ。
- 相対するホール電圧出力端子の間隔が、相対する制御電流入力端子間隔よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のホールセンサ。
- 前記ホール素子感受部は、P型半導体基板表面に形成されたN型不純物領域からなり、さらに、前記N型不純物領域の側面および底面を囲むように形成されたN型低濃度不純物領域からなる空乏層抑制領域を有し、
前記第1のN型不純物領域の端部に設けられた前記ホール電圧出力端子及びその両側に配置された前記制御電流入力端子はN型高濃度不純物領域からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のホールセンサ。 - 前記制御電流入力端子及び前記ホール電圧出力端子は、前記P型半導体基板表面からの深さが前記ホール素子感受部と同じであることを特徴とする請求項5記載のホールセンサ。
- スピニングカレントによりオフセット電圧を除去できることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のホールセンサ。
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