JPH03252578A

JPH03252578A - 磁気検出装置

Info

Publication number: JPH03252578A
Application number: JP2049458A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Inoue; 和彦井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1991-11-11
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: KR910017201A; KR940019987U; KR960000763Y1; JPH0769407B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は半導体ホールセンサを磁気検出に使用する磁気
検出装置に関する。

（従来の技術）従来、電子モータのロータ磁極の位置検出には半導体ホ
ールセンサ単体のホール出力電圧が使用されている。

このように半導体ホールセンサは単体で使用するのが一
般的であるが、以下のような問題点があった。

（イ）出力電圧の温度依存性が生ずる。

一般に半導体では温度によってキャリアの数及び易動度
が変化するため、ホール出力電圧も変化し、実使用上問
題となる。即ち、実装上あるいは使用温度上制限が加わ
る温度による変化量は半導体材料固有のバンドギャップ
できまる。

Ｓｉ　１．１ｅＶ、　　　Ｉｎ　Ｓｂ　０．１８ｅＶ。

Ｉｎ　Ａｓ　Ｏ，３６ｅＶ、　　Ｇａ　Ａｓ　１．４３
ｅＶであるのでＧａ　Ａｓがこの点で最も優れている（
温度特性が小さく、−５００１）ｐｍ／’Ｃのオーダで
ある）。しかし、温度特性のために、使用用途の範囲に
制限があることは事実で、例えば広い温度幅の環境にさ
らされる車や、高信頼性を要求される産業用途ではまだ
まだ難点がある。

（ロ）零磁界での出力、即ちオフセット電圧が存在する
。

実際の半導体ホールセンサ素子では、形状のわずかな非
対称性や材料の不均質性があるため、電流の流れが一様
でなくなり、零磁界でも出力電圧が生ずる。オフセット
電圧が大きいと、磁束Ｂの正負に対する出力電圧が異な
る。即ち、例えば十Ｂの出力に対してホール素子の実際
の出力ＶＭ（＋）　Ｉ　−Ｉ　ＶＨ＋　Ｖｎｏｌとする
と、−Ｂに対してはｌ　ＶＮ（−）　ｌ　−Ｉ　ＶＨ−
ＶＨＯＩとナル。シタがって、ＩＶ）１０１が大きいと
、本来、ＩＶＭ（＋）１−　Ｉ　ＶＭ（−）ｌ　−Ｉ　
ＶＨＩとしての回路設計がなされるので、設計マージン
がとれなくなる。最悪、モータが動作しなくなることも
ある。

又、従来、特性の揃った一対の半導体ホールセンサ素子
を一定の間隔を設けて配設し両者の差電圧を出力に取出
すことで、２素子の線上での磁場の傾斜を検出するもの
もある。しかしながら、このような２素子の線上での磁
場の傾斜を検出するものでは同一特性の素子間の差電圧
を取り出すため磁場そのものの検出には使用できない。

あくまで磁場の変化分の検出に限られる。

（発明が解決しようとする課題）本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、磁場その
ものを良好に検出し得、かつ、ホール出力電圧の温度特
性及びオフセット電圧を改善し得る磁気検出装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段と作用）本発明は上記目的を達成するために、同一半導体チップ
あるいは同一外囲器内に形成した一対のホールセンサか
らなる磁気検出装置において、一方のホールセンサの出
力電圧を他方のホールセンサの出力電圧より大きくし、
両方のホールセンサの出力電圧の差を出力として取り出
すことを特徴とするものである。

（実施例）以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図であり、７は半
導体チップ又は外囲器で、この同一半導体チップ上又は
同一外囲器内には第１のホールセンサ５及び第２のホー
ルセンサ６が形成される。

この第１のホールセンサ５には入力端子ＩＣ（−）１及
び入力端子ＩＣＩ（＋）２及び出力端子ＶＨＩ（＋）　
３が設けられ、第２のホールセンサ６には入力端子Ｉ　
Ｃ（−）１及び入力端子ＩＣ２（＋）２’及び出力端子
Ｖ）１２（＋）　４が設けられる。前記第１のホールセ
ンサ５の出力電圧Ｖ）Ｉｆ（＋）を第２のホールセンサ
６の出力電圧ＶＨ２（＋）より大きくなるように１８１
のホールセンサ５を構成する。しかして、第１のホール
センサ５の出力電圧ＭＨＩ（＋）と第２のホールセンサ
６の出力電圧ＶＨ２（＋）の差を磁気検出装置の出力と
して取り出す。尚、入力端子２に加えられた制御電流Ｉ
　ＣＬ（＋）は第１のホールセンサ５を過って入力端子
１に流れ、入力端子２′に加えられた制御電流Ｉ　Ｃ２
（＋）は第２のホールセンサ６を通って入力端子１に流
れる。又、ｍｌのホールセンサ５及び第２のホールセン
サ６には磁束密度Ｂが貫通している。

第２図は本発明に係る半導体チップ８上に形成した電極
構造の一例であり、第１のホールセンサ５は入力電極Ｉ
　Ｃ（−）１１−１．入力電極Ｉ　Ｃ１（＋）１２、出
力電極ＶＨＩ（＋）　１３．出力電極ＶＨ（−）１７−
１．動作領域１５より構成され、第２のホールセンサ６
は入力電極Ｉ　Ｃ（−）１１−２．入力電極Ｉ　Ｃ２（
＋）　１２　’出力電極ＶＨ２（＋）１４．出力電極Ｖ
Ｈ（−）１７−２．動作領域１６より構成される。

前記入力電極Ｉ　Ｃ（−）１１−１と入力電極Ｉ　Ｃ（
−）１１−２はパターンで接続され、前記出力電極ＶＨ
（−）１７−１と出力電極ＶＨ（−）１７−２　ハハ９
−ンで接続される。

次に、第１のホールセンサ５の出力電圧ＶＨＩ（＋）を
第２のホールセンサ６の出力電圧Ｖｌ（２（＋）より大
きくする手段について説明する。

一般に、ホールセンサの出力電圧ＶＨは以下のように表
わされる。

ＶＨ＝ＫＩＩ　ＩＩＲｄ・■ｃＩＩＢただし、Ｋ１は比感度、Ｒｄは入力抵抗、Ｉｃは制御電
流、Ｂはホールセンサ素子動作層を貫通する磁束密度で
ある。

さらに、Ｋ１は以下のように表わされる。

Ｋ！〆一」−・−リー・ｆＨＲｄ　　　　　ｄただし、ＲＨはホール係数でキャリア濃度に逆比例する
。ｄは動作層の厚み、ｆＨは動作層の形状と易動度で決
まる因子である。

■第１のホールセンサ５のホール係数ＲＨを第２のホー
ルセンサ６のホール係数ＲＨより大きくすることにより
、第１のホールセンサ５の出方電圧Ｖｌｌ（＋）を第２
のホールセンサ６の出力電圧ＶＨ２（＋）より大きくす
る。

すなわち、第３図に示すように、半導体基板３２に形成
された第１のホールセンサ５の動作層３０のイオン注入
の打込エネルギを、第２のホールセンサ６の動作層３１
のイオン注入の打込エネルギより大きくし、同じ抵抗値
を維持して動作層３０を動作層３１より深く形成すると
、キャリヤ密度ｎが小さくなるので、ＲＨ”　１　／　
ｎよりホール係数ＲＨは大きくなり第１のホールセンサ
５のホール出力電圧ＶＨを大きくすることができる。

これと同時に、動作層３０の不純物散乱が動作層３１の
不純物散乱より減少するので、易動度が大きくなり、因
子ｆＨが大きくなり第１のホールセンサ５のホール出力
電圧Ｖ）Ｉを大きくすることができる。

尚、第３図において、Ｎ＋層２６，２７、動作層３０よ
り第１のホールセンサ５が形成され、Ｎ′″層２８．２
９、動作層３１より第２のホールセンサ６が形成される
。前記Ｎ＋層２６には入力電極Ｉ　Ｃ（−）２１を介し
てボンディングワイヤ３３が接続され、前記Ｎ＋層２７
には入力電極Ｉ　Ｃ１（＋）を介してボンディングワイ
ヤ３４が接続される。又、前記Ｎ＋層２８には入力電極
Ｉ　Ｃ（−）が設けられ、前記Ｎ＋層２９には入力電極
Ｉ　Ｃ２（＋）　２４を介してボンディングワイヤ３５
が接続される。２５は半導体基板３２の表面に形成され
た絶縁膜である。

尚、因子ｆＨだけを変える手段としては動作層の形状を
変える手段もある。

■第１のホールセンサ５の貫通磁束密度Ｂを第２のホー
ルセンサ６の貫通磁束密度Ｂより大きくすることにより
、第１のホールセンサ５の出力電圧ＶＨＩ（＋）を第２
のホールセンサ６の出力電圧ＶＨ２（＋）より大きくす
る。

即ち、第４図に示すように、第３図のように形成した半
導体チップにおいて、第１のホールセンサ５に対応した
上面に、磁性体例えば軟磁性材料３６を形成する。この
軟磁性材料３６を形成するには例えばフェライト粉等の
磁性粉を混ぜた樹脂を半導体チップの上面に滴下してエ
ンキャップ状に形成する。すなわち、磁性体の集磁効果
により周囲磁束が集束され磁束密度Ｂが大きくなり、第
１のホールセンサ５の出力電圧ＶＨＩ（＋）を第２のホ
ールセンサ６の出力電圧ＶＨ２（＋）より大きくするこ
とができる。尚、磁性体としてヒステリシス特性を持た
ない軟磁性材料を用いた場合には残留磁気の影響を小さ
くし、交番磁界での使用に支障がないようにすることが
できる。

尚、半導体チップの第１のホールセンサに対応した下面
あるいは両面に磁性体を形成してもよい。

半導体チップの下面に磁性体を形成するには磁性体をペ
レット状に切り出して半導体チップに接着するか、ある
いは磁性粉を混ぜた樹脂を半導体チップの裏面に塗布す
る。

■第１のホールセンサ５の入力抵抗Ｒｄを第２のホール
センサ６の入力抵抗Ｒｄより大きくすることにより、第
１のホールセンサ５の出力電圧ＶＨＩ（＋）を第２のホ
ールセンサ６の出力電圧ＶＨ２（＋）より大きくする。

この場合は定電流使用に有効である。

即ち、第１のホールセンサ５の動作層のシート抵抗ρＳ
を第２のホールセンサ６の動作層のシート抵抗ρＳより
高くすればいいので、第１のホールセンサ５の動作層の
ドーズ量を少なくする。例えば、第１のホールセンサ５
の動作層のドーズ量を２００ＫｅＶで２　Ｘ　１０　”
ａｍ−２とし、第２のホールセンサ６の動作層のドーズ
量を２００ＫｅＶで４　Ｘ　１０　”ａｎ−２とするこ
とニヨリ、第１１７）＊−ルセンサ５の入力抵抗Ｒｄを
第２のホールセンサ６の入力抵抗Ｒｄより大きくするこ
とができ、第１のホールセンサ５の出力電圧ＶＨＩ（＋
）を第２のホールセンサ６の出力電圧ＶＨ２（＋）より
大きくすることができる。

次に本実施例の効果について説明する。

■温度改善効果第５図に示すように、同一温度特性を有する第１のホー
ルセンサ５と第２のホールセンサ６の差を出力として取
り出すので、温度特性は相殺され、小さくなる。

尚、モノリシックでも、ハイブリッドでも同様の効果を
期待できる。

■オフセット電圧（Ｖ　ＨＯ）縮小効果ハイブリッドの
場合に限るが、特性が同一で接近したオフセット電圧を
有する一対のホールセンサをベアリングすることで実現
できる。すなわち、第１のホールセンサ５のオフセット
電圧をＶＨＯＩとし、ｊ＠２のホールセンサ６のオフセ
ット電圧をＶ　）１０２とした場合、ベアリングした一
対のホールセンサのオフセット電圧ＶＨＯはＶ　ＨＯ−
Ｖ　ＨｏｔＶＨＯ２テ、Ｖ　Ｈｏｔ　！　Ｖ　ＨＯ２な
らｖ　ｎｏ＝　ｏ　テある。

［発明の効果］以上延べたように本発明によれば、磁場そのものを良好
に検出することができ、かつ、ホール出力電圧の温度特
性及びオフセット電圧を改善することができる磁気検出
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は本発
明に係る半導体チップ上面の一例を示す構成説明図、第
３図は本発明に係る半導体チップの一例を示す断面図、
第４図は本発明に係る半導体チップの他の例を示す断面
図、第５図は本発明に係る温度特性の一例を示す特性図
である。１．２．２’・・・入力端子、３，４・・・出力端子、
５・・・第１のホールセンサ、６・・・第２のホールセ
ンサ、７・・・半導体チップ又は外囲器、１１−１゜１
１−２．１２．１２’　、２１，２２，２３゜２４・・
・入力電極、１３，１４．１７−１．１７−２・・・出
力電極、１５．１６・・・動作領域、１８・・・半導体
チップ、２６・・・絶縁膜、２６．２７，２８゜２９・
・・Ｎ十層、３０．３１・・・動作層、３２・・・半導
体基板、３３，３４．３５・・・ボンディングワイヤ、
３６・・・軟磁性材料。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同一半導体チップあるいは同一外囲器内に形成し
た一対のホールセンサからなる磁気検出装置において、
一方のホールセンサの出力電圧を他方のホールセンサの
出力電圧より大きくし、両方のホールセンサの出力電圧
の差を出力として取り出すことを特徴とする磁気検出装
置。
（２）一方のホールセンサの出力電圧を大きくする手段
として、半導体チップの上もしくは下もしくは両方に磁
性体を配置したことを特徴とする請求項１記載の磁気検
出装置。