KR102016931B1

KR102016931B1 - 원형 수직 홀 자기장 센싱 요소와 평면 홀 요소를 결합하는 자기장 센싱 요소

Info

Publication number: KR102016931B1
Application number: KR1020147005891A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 피. 프리드리히; 안드레아 포레토; 개리 티. 페프카
Original assignee: 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2019-09-02
Also published as: US20150077100A1; TWI489115B; WO2013036345A2; KR20140068048A; TW201319578A; US8922206B2; EP2726890A2; TW201506429A; JP6045592B2; US9411023B2; JP2014529749A; US20130057257A1; EP2726890B1; WO2013036345A3; TWI539177B

Abstract

자기장 센서는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소 및 적어도 하나의 평면형 홀 요소를 포함한다. 상기 CVH 센싱 요소는 기판 내의 공통 주입 영역 상부에 배열되는 콘택들을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 적어도 하나의 평면형 홀 요소가 또한 상기 공통 주입 영역 상부에 배치되는 콘택들을 갖는 원형 평면 홀(CPH) 센싱 요소로서 형성된다. CPH 센싱 요소 및 상기 CPH 센싱 요소를 제조하는 방법이 별도로 기술된다.

Description

원형 수직 홀 자기장 센싱 요소와 평면 홀 요소를 결합하는 자기장 센싱 요소{MAGNETIC FIELD SENSING ELEMENT COMBINING A CIRCULAR VERTICAL HALL MAGNETIC FIELD SENSING ELEMENT WITH A PLANAR HALL ELEMENT}

본 발명은 대체로 자기장의 방향을 감지하기 위한 자기장 센싱 요소들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원형 수직 홀(CVH) 자기장 센싱 요소를 평면형 홀 요소와 결합시키는 자기장 센싱 요소에 관한 것이다.

홀 효과(Hall effect) 요소들 및 자기저항 요소들을 포함하여 다양한 유형들의 자기장 센싱 요소들이 알려져 있다. 자기장 센서들은 일반적으로 자기장 센싱 요소와 다른 전자 부품들을 포함한다.

일부 자기장 센싱 요소들 및 관련된 자기장 센서들은 감지된 자기장의 방향을 나타내는 전기적인 신호를 제공한다. 상기 자기장 신호는 어느 정도는 상기 자기장의 포인팅 방향을 확인하도록 분석될 수 있는 방향을 따라 변화한다.

이러한 방향을 나타내는 자기장 센싱 요소들 및 관련된 자기장 센서들의 대부분의 유형들은 단지 2차원적으로, 즉 평면 내에서 상기 자기장의 성분을 방향을 나타내는 신호들을 발생시킨다. 그러나, 상기 자기장은 상기 자기장 센서의 감도의 평면에 평행한 방향, 즉, 3차원적으로 포인팅 방향을 가질 수 있다.

자기장의 3차원들을 감지할 수 있는 자기장 센서들은 일부 응용들에서, 예들 들면, 조이스틱이 2차원적으로 움직일 수 있고 또한 3차원적으로 눌러질 수 있는 3차원 조이스틱들에서 유용하다. 일부 3차원적인 응용들은 평면 내의 자기장의 포인팅 방향을 나타내는 2차원 표시를 제공하도록 동작할 수 있는 자기장 센서 및 상기 평면에 직교하는 방향으로 자기장의 크기의 표시를 제공하도록 동작할 수 있는 분리된 1차원 자기장 센서 모두를 사용한다.

따라서, 자기장의 일부 3차원적인 특성들을 분석하기 위하여, 일부 장치들은 2차원 자기장 센서와 또한 1차원 자기장 센서 모두를 이용한다. 일부 응용들에 있어서, 상기 2개의 자기장 센서들로부터의 출력 신호들은 상기 자기장의 3차원 포인팅 방향을 따라 상기 자기장의 크기를 나타내는 신호를 제공하도록 더 처리될 수 있다. 따라서, 상기 2개의 자기장 센서들에 의해 생성되는 정보를 결합함으로써, 상기 자기장의 3차원적인 특성들이 판단될 수 있다.

전술한 2차원 자기장 센서와 또한 전술한 1차원 자기장 센서 모두를 제공하는 것은 번잡하다. 이러한 2개의 자기장 센서들의 결합은 비싼 경향을 보인다. 더욱이, 상기 감지된 자기장의 3차원적인 특성들을 해결하기 위하여 추가적인 처리가 요구된다. 또한 여전히, 직교하는 축들을 제공하는 자기장 센서들의 두 가지 형태들의 배열이 결과적으로 해결되는 3차원적인 특징들의 정확성에 중요하며, 이러한 배열은 어렵고 부정확할 수 있다.

그러므로, 3차원으로 자기장의 특성들을 나타내는 신호 또는 신호들을 발생시킬 수 있는 단일의 통합된 자기장 센싱 요소 및 연관된 자기장 센서를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 통합된 자기장 센싱 요소는 단일 기판, 예를 들면 배열된 축들을 제공하는 것을 용이하게 하는 경향을 갖는 실리콘 기판 상에 형성된다.

본 발명은 3차원으로 자기장의 특성들을 나타내는 신호 또는 신호들을 발생시킬 수 있는 단일의 통합된 자기장 센싱 요소 및 관련된 자기장 센서를 제공한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 통합된 자기장 센싱 요소는 단일 기판, 예를 들면 배열된 축들을 제공하는 것을 용이하게 하는 경향을 갖는 실리콘 기판 상에 형성된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 자기장 센서는 제1 및 제2 평행한 주요 표면들(major surfaces)을 갖는 반도체 기판을 포함한다. 상기 자기장 센서는 원형 수직 홀(circular vertical Hall: CVH) 구조로서 배열되는 복수의 수직 홀 요소들을 포함한다. 상기 복수의 수직 홀 요소들의 각각은 상기 반도체 기판의 제1 주요 표면 내의 공통 원형 주입 영역 상에 배치된다. 상기 복수의 수직 홀 요소들은 상기 반도체 기판의 제1 주요 표면에 평행한 x-y 평면 내의 방향 성분(direction component)을 갖는 자기장에 반응하여 각각의 복수의 x-y 출력 신호들을 발생시키도록 구성되며, 상기 x-y 평면은 x-방향 및 상기 x-방향에 직교하는 y-방향을 가진다. 상기 자기장 센서는 또한 상기 반도체 기판 상에 배치되는 평면형 홀 요소(planar Hall element)를 포함한다. 상기 평면형 홀 요소는 상기 x-y 평면에 직교하는 z 방향으로 방향 성분을 갖는 자기장에 반응하여 z 출력 신호를 발생시키도록 구성된다. 상기 자기장 센서는 또한, 상기 반도체 기판 상에 배치되고, 상기 복수의 x-y 출력 신호들을 나타내는 신호를 수신하도록 연결되며, 상기 z 출력 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 x-y 평면 내의 상기 방향 성분의 각도를 나타내는 x-y 각도 신호 또는 상기 x-y 평면 내의 상기 방향 성분의 크기를 나타내는 x-y 크기 신호의 적어도 하나를 발생시키도록 구성되며, 상기 z 방향으로 상기 방향 성분의 크기를 나타내는 z 크기 신호를 발생시키도록 구성되는 처리 회로(processing circuit)를 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 다음 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 x-y 각도 신호, 상기 x-y 크기 신호 및 상기 z-크기 신호는 상기 지기장의 3차원적인 포인팅 방향 및/또는 상기 3차원적인 포인팅 방향을 따른 상기 자기장의 크기를 나타내는 3차원 신호를 발생시키도록 결합될 수 있다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 평면형 홀 요소는 상기 반도체 기판 상에 배치되는 복수의 평면형 홀 요소들의 하나이며, 여기서 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 z 방향으로 방향 성분을 갖는 상기 자기장에 반응하여 복수의 z 출력 신호들을 발생시키도록 구성되고, 여기서 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 수신하도록 연결된다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 원형 평면 홀(CPH) 구조 내에 배열되며, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 공통 원형 주입 영역 상에 배열된다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 공통 원형 주입 영역은 n형 도핑 물질을 포함하고 상기 기판은 p형 물질로 구성된다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판을 포함한다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 포함하고, 여기서 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 발생시키기 위해 상기 평면형 홀 요소 콘택들의 복수의 그룹들을 이용하여 상기 복수의 평면형 홀 요소들을 처리하도록 동작할 수 있다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 회로는 멀티플렉스된(multiplexed) 배열 내의 평면형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 처리하도록 더 동작할 수 있으며, 여기서 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각의 상기 평면형 홀 요소 콘택들의 다른 하나들은 다른 시간들에서 복수의 z 출력 신호들의 다른 하나들을 제공한다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 수직형 홀 요소들의 각각은 수직형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 포함하며, 여기서 상기 처리 회로는 상기 복수의 x-y 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 발생시키기 위해 수직형 홀 요소 콘택들의 복수의 그룹들을 이용하여 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 처리하도록 동작할 수 있다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 회로는 멀티플렉스된 배열 내의 수직형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 처리하도록 동작할 수 있으며, 여기서 상기 복수의 수직형 홀 요소들의 각각의 상기 수직형 홀 요소 콘택들의 다른 하나들은 다른 시간들에서 상기 복수의 x-y 출력 신호들의 다른 하나들을 제공한다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 수신하도록 연결되고, z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분에 반응하여 제1 중간 신호(intermediate signal)를 발생시키도록 구성되는 z 방향 성분 프로세서를 포함한다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 중간 신호는 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기에 반응하여 DC 신호 값을 갖는 DC 신호 성분을 포함하며, 여기서 상기 처리 회로는 상기 DC 신호 값에 반응하여 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 상기 z 크기 신호를 발생시키도록 동작할 수 있다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 복수의 x-y 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분에 반응하여 제2 중간 신호를 발생시키도록 구성되는 x-y 방향 성분 프로세서를 더 포함한다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 중간 신호는 상기 x-y 평면 내에서 상기 자기장의 방향 성분의 각도에 반응하여 위상을 가지고, 상기 x-y 평면 내에서 상기 자기장의 방향 성분의 크기에 반응하여 크기를 가지는 AC 신호 성분을 포함하며, 여기서 상기 처리 회로는 상기 AC 신호 성분의 위상에 반응하여 상기 x-y 내의 상기 자기장의 방향 성분의 각도를 나타내는 상기 x-y 각도 신호를 발생시키도록 동작할 수 있다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 AC 신호 성분의 크기에 반응하여 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 상기 x-y 크기 신호를 발생시키도록 더 동작할 수 있다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 z 방향 성분 프로세서는 상기 제1 중간 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되는 저역 통과 필터(low pass filter)를 포함한다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 x-y 방향 성분 프로세서는, 상기 제2 중간 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되고 필터링(filtered)된 신호를 발생시키도록 구성되는 대역 통과 필터(bandpass filter); 그리고 상기 필터링된 신호를 수신하도록 연결되고, 클록 신호(clock signal)를 수신하도록 연결되며, 상기 클록 신호의 위상과 상기 필터링된 신호의 위상을 비교하도록 구성되는 계수기 회로(counter circuit)를 포함한다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 x-y 방향 성분 프로세서는, 상기 필터링된 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 x-y 크기 신호를 발생시키기 위해 상기 필터링된 신호의 진폭을 검출하는 진폭 검출기(amplitude detector)를 더 포함한다.

상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 진폭 검출기는 저역 통과 필터에 연결되는 정류기(rectifier)를 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는, 상기 z 크기 신호, 상기 x-y 각도 신호 및 상기 x-y 크기 신호를 수신하도록 연결되고, 3차원으로 상기 자기장의 포인팅 방향으로 따라 상기 자기장의 크기를 나타내는 신호를 발생시키기 위해 성기 신호들을 결합하도록 구성되는 결합 프로세서(combining processor)를 더 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는, 상기 z 크기 신호, 상기 x-y 각도 신호, 또는 상기 x-y 크기 신호의 적어도 2개를 수신하도록 구성되고, 상기 적어도 2개의 신호들을 SENT 포맷, I2C 포맷 또는 펄스 폭 변조(PWM) 포맷의 적어도 하나를 포함하는 포맷으로 포맷하도록 구성되는 결합 프로세서를 더 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 자기장 센싱 요소는 x-y 평면에 대해 평행한 제1 및 제2 평행 주요 표면들을 갖는 반도체 기판을 포함한다. 상기 자기장 센서는 또한 원형 평면 홀(CPH) 구조로서 배열되는 복수의 평면형 홀 요소들을 포함한다. 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 상기 반도체 기판의 상기 제1 주요 표면 내의 공통 원형 주입 영역 상에 배치된다. 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 x-y 평면에 직교하는 z 방향으로 방향 성분을 갖는 자기장에 반응하여 복수의 z 출력 신호들을 발생시키도록 구성된다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소는 다음의 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 자기장 센싱 요소의 일부 실시예들에 있어서, 상기 공통 원형 주입 영역은 n-형 도핑 물질을 포함하고, 여기서 상기 기판은 p형 물질로 이루어진다.

상기 자기장 센싱 요소의 일부 실시예들에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판을 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소는 상기 반도체 기판 상에 배치되고 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 수신하도록 연결되는 처리 회로를 더 포함하며, 여기서 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 포함하고, 여기서 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 발생시키기 위해 상기 평면형 홀 요소 콘택들의 복수의 그룹들을 이용하여 상기 복수의 평면형 홀 요소들을 처리하도록 동작할 수 있다.

상기 자기장 센싱 요소의 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 회로는 멀티플렉스된 배열 내의 평면형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 처리하도록 더 동작할 수 있고, 여기서 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각의 상기 평면형 홀 요소 콘택들의 다른 하나들은 다른 시간들에서 상기 복수의 z 출력 신호들의 다른 하나들을 제공한다.

상기 자기장 센싱 요소의 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 수신하도록 연결되고 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분을 나타내는 중간 신호를 발생시키도록 구성되는 z 방향 성분 프로세서를 포함하며, 여기서 상기 중간 신호는 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기에 반응하여 DC 신호 값을 갖는 DC 신호 성분을 포함하고, 여기서 상기 처리 회로는 상기 DC 신호 값에 반응하여 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 출력 신호를 발생시키도록 동작할 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소는 상기 공통 원형 주입 영역 상에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 더 포함하고, 여기서 상기 CVH 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하며, 여기서 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 수직형 홀 요소 콘택들과 함께 개재되는 개개의 평면형 홀 요소들을 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소는 상기 반도체 기판의 주요 표면 내의 다른 공통 원형 주입 영역 상에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 더 포함하며, 여기서 상기 CVH 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 자기장 센싱 요소 배열을 제조하는 방법은

x-y 평면에 대해 모두 평행한 제1 및 제2 주요 평행 표면들을 갖는 반도체 기판의 제1 주요 표면 내의 원형 공통 주입 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 공통 원형 주입 영역 상부에, 원형 평면 홀(CPH) 구조로 배열되는 복수의 평면형 홀 요소들을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 x-y 평면에 직교하는 z 방향으로 방향 성분을 갖는 자기장에 반응하여 복수의 z 출력 신호들을 발생시키도록 구성된다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은 다음의 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 공통 원형 주입 영역 상에 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 형성하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 CVH 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하며, 여기서 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 수직형 홀 요소 콘택들과 함께 개재되는 개개의 평면형 홀 요소들을 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 반도체 기판의 주요 표면 내의 다른 공통 원형 주입 영역 상에 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 형성하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 CVH 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함한다.

다음의 도면들의 상세한 설명으로부터 전술한 본 발명의 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체도 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 공통 기판 내의 분리된 주입 영역들 상부에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소 및 평면형 홀 요소를 구비하는 자기장 센싱 요소 배열을 갖는 자기장 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 각 수직형 홀 요소들이 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 갖는 복수의 수직형 홀 요소들을 가지는 CVH 센싱 요소를 나타내는 도면이다.
도 2a는 각 평면형 홀 요소들이 복수의 평면형 홀 요소 콘택들을 갖는 복수의 평면형 홀 요소들을 가지는 원형 평면 홀(CPH) 센싱 요소를 나타내는 도면이다.
도 2b는 모두 공통 기판 내의 공통 주입 영역 상부에 배치되는 CVH 센싱 요소를 가지고 CPH 센싱 요소를 가지는 자기장 센싱 요소 배열을 나타내는 도면이다.
도 3은 결합된 배열로 CVH 센싱 요소를 갖고 CPH 센싱 요소를 갖는 자기장 센싱 요소 배열을 가지고, x-y 방향 성분 회로를 가지며, z 방향 성분 회로를 가지고, 결합 회로를 가지는 자기장 센서를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 자기장 센서의 세부들을 더 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 자기장 센서 내부 및 상기 CVH 센싱 요소와 연관되는 네 개의 신호들을 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 4의 자기장 센서 내부 및 상기 CPH 센싱 요소와 연관되는 다른 세 개의 신호들을 나타내는 그래프이다.
도 7은 CVH 센싱 요소 및 CPH 센싱 요소를 갖는 자기장 센싱 요소 배열을 가지는 자기장 센서를 나타내는 도면이다.

본 발명을 설명하기 전에, 일부 도입 개념들과 용어들을 설명한다.

여기서 사용되는 바와 같이, "자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)"라는 용어는 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 요소들을 기술하는 데 사용된다. 상기 자기장 센싱 요소들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과(Hall effect) 요소들, 자기저항 요소들, 또는 자기 트랜지스터들이 될 수 있다. 알려진 바와 같이, 예를 들면, 평면형 홀 요소(planar Hall element), 수직형 홀 요소(vertical Hall element) 및 원형 홀 요소(circular Hall element)와 같이 다른 유형들의 홀 요소들이 있다. 또한 알려진 바와 같이, 예를 들면, 거대 자기저항(GMR) 요소, 이방성 자기저항(AMR) 요소, 터널링 자기저항(TMR) 요소, 인듐 안티몬(InSb) 센서 및 자기 터널 접합(MTJ)의 다른 유형들의 자기저항 요소들이 있다.

이른바 "원형 수직 홀(circular vertical Hall: CVH)" 센싱 요소가 알려져 있으며, 2008년 5월 28일에 출원되고 PCT 공개 제WO 2008/145662호로 공개되었으며 출원 및 공개의 개시 사항이 여기에 참조로 포함된 PCT 특허 출원 제PCT/EP2008056517호(발명의 명칭："평면 내에서 자기장의 방향을 측정하기 위한 자기장 센서"(Magnetic field sensor for measuring direction of a magnetic field in a plane))에 기재되어 있다. 상기 CVH 센싱 요소는 기판 내에 형성되는 공통 원형 주입 영역 상부에 배치되는 수직형 홀 요소들(즉, 수직형 홀 요소 콘택들)의 원형 배열이다. 상기 CVH 센싱 요소 상기 기판의 평면 내에 자기장의 성분의 방향(즉, 각도)과 선택적으로는 크기를 감지하는 데 사용될 수 있다.

알려진 바와 같이, 전술한 자기장 센싱 요소들 중의 일부는 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 평행한 최대 감도의 축을 가지려는 경향이 있으며, 전술한 자기장 센싱 요소들의 다른 것들은 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 직교하는 최대 감도의 축을 가지려는 경향이 있다. 특히, 평면형 홀 요소들은 기판에 직교하는 감도의 축들을 가지려는 경향이 있는 반면, 자기저항 요소들 및 수직형 홀 요소들(원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소들을 포함하여) 기판에 대해 평행한 감도의 축들을 가지려는 경향이 있다.

자기장 센서들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자기장의 방향의 각도를 감지하는 각도 센서, 전류 운송 도체에 의해 운반되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감지하는 전류 센서, 강자성 물체의 근접을 감지하는 자기 스위치, 강자성 물품들, 예를 들면, 링 자석의 자기 도메인들의 통과를 감지하는 회전 검출기, 그리고 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서를 포함하는 다양한 응용들에 사용된다.

도 1을 참조하면, 자기장 센서(10)는 자기장 센싱 요소 배열(magnetic field sensing element arrangement)(11)을 포함할 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소 배열(11)은 기판(22) 상에 배치되는 공통 주입 영역(16) 상부에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소(12)를 포함한다. 상기 CVH 센싱 요소(12)는 복수의 수직형 홀 요소들을 포함하며, 그 수직형 홀 요소(14)는 단지 하나의 예이다. 상기 수직형 홀 요소(14)는, 상기 CVH 센싱 요소(12) 내의 다른 수직형 홀 요소들처럼, 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하며, 이의 수직형 홀 요소 콘택들(14a, 14b, 14c, 14d, 14e)은 예들이다. 상기 수직형 홀 요소(14)가 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들(14a, 14b,14c, 14d, 14e)을 가지는 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에 있어서, CVH 센싱 요소는 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들보다 많거나 적은, 예를 들면, 네 개의 수직형 홀 요소 콘택들 또는 여섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들을 갖는 수직형 홀 요소들을 구비할 수 있다.

상기 자기장 센싱 요소 배열(11)은 또한 상기 기판(22) 상에, 예를 들면 t상기 CVH 센싱 요소(12)의 중앙에 또는 중앙 부근에 배치되는 평면형 홀 요소(18)를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 기판(22) 상의 상기 평면형 홀 요소(18)의 다른 위치들도 가능하다. 상기 평면형 홀 요소(18)는 분리된 주입 영역920) 상부에 배치된다.

상기 CVH 센싱 요소(12)는 전자 장치들(24)과 함께, 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 자기장의 하나 또는 둘 이상의 치수적인 측면들을 나타내는 출력 신호(24a)를 제공할 수 있다. 상기 하나 또는 그 이상의 측면들은, 예를 들면, a) 상기 CVH 센싱 요소(12)의 평면 내에서 상기 CVH 센싱 요소(12)에 의해 겪는 자기장의 성분의 방향의 각도, 그리고 b) 상기 CVH 센싱 요소(12)의 평면 내의 상기 자기장의 크기를 포함할 수 있다.

이에 비하여, 상기 평면형 홀 요소(18)는 상기 전자 장치들(24)과 함께 상기 평면형 홀 요소(18)의 평면에 대해 직교하는 상기 자기장의 성분의 크기를 나타내는 출력 신호(24a)를 제공할 수 있다.

전술한 정보로써, 상기 자기장 센싱 요소 배열(11)은 상기 전자 장치들(24)과 함께 상기 자기장의 일부 3차원적인 특성들, 예를 들면, a) 상기 자기장 센싱 요소 배열(10)에 의해 겪는 상기 자기장의 3차원적 포인팅 방향(pointing direction), 그리고 b) 상기 3차원적 포인팅 방향을 따른 상기 자기장의 크기를 분석하기에 충분한 정보를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 3차원적 특성들에 대한 분석은 상기 신호(24a)를 수신하도록 연결되는 다른 프로세서(도시되지 않음)에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에 있어서, 상기 전자 장치(24)가 상기 자기장의 3차원적 포인팅 방향 및 상기 3차원적 포인팅 방향으로 상기 자기장의 크기도 나타내는 상기 출력 신호(24a)를 제공할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 그 수직형 홀 요소(28)는 단지 하나의 예인 복수의 수직형 홀 요소들을 갖는 CVH 센싱 요소(26)는 도 1의 상기 CVH 센싱 요소(12)와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 CVH 센싱 요소(26)는 상부에 각기 수직형 홀 요소들을 갖는 상기 복수의 수직형 홀 요소들이 배치되는 기판 내의 공통 주입 영역(27)을 포함할 수 있다. 각 수직형 홀 요소, 예를 들면, 수직형 홀 요소(28)는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들, 예를 들면, 다섯 개의 콘택들(28a, 28b, 28c, 28d, 28e)을 포함할 수 있다.

이제 도 2a를 참조하면, 원형 평면 홀(circular planar Hall: CPH) 센싱 요소(30)는 복수의 평면형 홀 요소들을 포함할 수 있고, 이의 평면형 홀 요소들(34)은 단지 하나의 예이다. 상기 평면형 홀 요소들은 기판 내의 공통 주입 영역(32) 상부에 배치될 수 있다. 각 평면형 홀 요소, 예를 들면, 상기 평면형 홀 요소(34)는 복수의 평면형 홀 요소 콘택들, 예를 들면 네 개의 콘택들(34a, 34b, 34c, 34d)을 포함할 수 있다.

이제 도 2b를 참조하면, 자기장 센서(40)는 자기장 센싱 요소 배열(41)을 포함할 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소 배열(41)은 도 2의 상기 CVH 센싱 요소(26)와 동일하거나 유사할 수 있는 CVH 센싱 요소(48)를 포함할 수 있고, 또한 도 2a의 상기 CPH 센싱 요소들(30)과 동일하거나 유사할 수 있는 CPH 센싱 요소(46)를 포함할 수 있다. 이의 수직형 홀 요소(44)는 단지 하나의 예인 복수의 수직형 홀 요소들을 포함하는 상기 CVH 센싱 요소(48)는 기판(50) 상의 공통 주입 영역(42) 상부에 배치된다. 또한, 이의 평면형 홀 요소(47)는 단지 하나의 예인 복수의 평면형 홀 요소들을 포함하는 상기 CPH 센싱 요소(46)도 상기 기판(50) 상의 상기 공통 주입 영역(42) 상부에 배치된다. 상기 CPH 센싱 요소(46)의 상기 평면형 홀 요소들 각각은 상기 CVH 센싱 요소의 콘택들 사이에 배치될 수 있다.

도 1의 상기 자기장 센서(10)처럼, 상기 자기장 센서(40)가, 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 자기장 센서(40)에 의해 경험되는 자기장의 3차원적인 특성들의 하나 또는 둘 이상을 나타내는 출력 신호(52a)를 제공할 수 있는 전자 장치(52)를 포함할 수 있는 점을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 출력 신호(52a)는, a) 상기 CVH 센싱 요소(48)의 평면 내에서 상기 자기장 센싱 요소 배열(41)에 의해 경험되는 자기장의 성분의 방향의 각도, b) 상기 CVH 센싱 요소(48)의 평면 내의 상기 자기장의 상분의 크기, c) 상기 CPH 센싱 요소(46)의 평면에 대해 직교하는 방향으로 상기 자기장의 성분의 크기, d) 상기 자기장 센싱 요소 배열(41)에 의해 겪는 상기 자기장의 3차원적 포인팅 방향, 그리고 e) 상기 3차원적 포인팅 방향을 따른 상기 자기장의 크기의 하나 또는 그 이상을 나타내는 정보를 제공할 수 있다.

일부 선택적인 실시예들에 있어서, 상기 CVH 센싱 요소(48) 및 상기 CPH 센싱 요소(46)는 다른 주입 영역들 상부에 배치된다. 일부 선택적인 실시예들에 있어서, 보다 적은 평면형 홀 요소들이 존재하여 평면형 홀 요소가 수직형 홀 요소 콘택들의 모든 쌍 사이에 배치되지 않는다.

상술한 바와 같이 점선들에 의해 선택적으로 도시한 바에 있어서, 상기 CVH 센싱 요소(48) 대신에, 상기 센싱 요소 배열(41)은 분리된 공통 주입 영역(56) 상부에 배치되는 CVH 센싱 요소(54) 및 상기 CPH 센싱 요소(46)가 상부에 배치되는 분리된 공통 주입 영역(42)을 가질 수 있다. 상기 CVH 센싱 요소(54)에 있어서, 명료성을 위해 단지 두 개의 수직형 홀 요소 콘택들, 예를 들면, 58이 도시된다.

상기 선택적인 CVH 센싱 요소(54)가 상기 CPH 센싱 요소(46) 보다 작은 직경의 공통 주입 영역 상부에 보다 작은 직경을 가지는 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에 있어서, 선택적인 CVH 센싱 요소는 보다 큰 직경을 가질 수 있고, 상기 CPH 센싱 요소(46) 보다 큰 직경의 공통 주입 영역 상부에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 선택적인 CVH 센싱 요소(54)는 상기 CPH 센싱 요소(46)로부터 상기 기판(50)의 대향하는 측부 상에 배치된다.

이제 도 3을 참조하면, 자기장 센서(50)는 자기장 센싱 요소 배열(52)을 포함할 수 있으며, 이는 도 2b의 상기 자기장 센싱 요소 배열(41)처럼 CVH 센싱 요소 및 CPH 센싱 요소의 결합을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)은 도 1의 상기 자기장 센싱 요소 배열(11)과 같을 수 있다.

오실레이터(oscillator)(58)는 클록 신호(clock signal)(58a)를 발생시키도록 구성된다. 스위치들(switches) 및 로직(logic)(56)은 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)에 컨트롤 신호(56a)를 제공하도록 연결된다. CVH 센싱 요소의 스위칭 및 컨트롤은 전술한 PCT 특허 출원 제PCT/EP2008056517호에 보다 자세하게 기재되어 있다. CPH 센싱 요소의 스위칭 및 컨트롤은 CVH 센싱 요소의 경우와 유사하다. 이들 모두는 도 7과 함께 다음에 보다 상세하게 기술된다.

바이어스 회로(bias circuit)(54)는 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)에 하나 또는 그 이상의 바이어스 신호들(54a)을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 바이어스 신호들(54a)은 전류 신호들이다.

상기 자기장 센싱 요소 배열(52)은 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)의 평면(x-y 평면) 내에서 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)에 의해 경험되는 상기 자기장의 성분의 각도 및 크기를 나타내는 출력 신호(52a)를 발생시키도록 구성된다. 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)은 또한 자기장 센싱 요소 배열(52)의 평면에 직교하는 방향으로 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)에 의해 경험되는 상기 자기장의 성분의 크기를 나타내는 신호(52b)를 발생시키도록 구성된다.

x-y 방향 성분 회로(direction component circuit)(60)는 상기 신호(52a)를 수신하도록 연결되며, 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)의 평면 내에서 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)에 의해 겪는 상기 자기장의 성분의 각도를 나타내고 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)의 평면 내에 상기 자기장의 성분의 크기를 나타낼 수 있는 신호(60)를 발생시키도록 구성된다. z 방향 성분 회로(62)는 상기 신호(52b)를 수신하도록 연결되고, 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)의 평면에 대해 직교하는 방향으로 상기 자기장 센싱 요소 배열(52)에 의해 겪는 상기 자기장의 성분의 크기를 나타내는 신호(62a)를 발생시키도록 구성된다.

결합 프로세서(combining processor)(64)는 상기 신호들(60a, 62a)을 수신하도록 연결되고, 출력 신호(64a)를 발생시키도록 구성되며, 이는 상술한 모든 방향 특징들을 나타내는 신호가 될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 출력 신호는 또한 대신에 상기 자기장의 3차원적인 포인팅 방향 및/또는 상기 3차원적인 포인팅 방향을 따른 상기 자기장의 크기를 나타낼 수 있다.

상기 자기장 센서(50)의 동작은 도 4와 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다.

이제 도 4를 참조하면, 자기장 센서(100)는, 도 2b의 상기 자기장 센싱 요소 배열(41)과 같이, 복수의 수직형 홀 요소들을 갖는 CVH 센싱 요소(104) 및 복수의 평면형 홀 요소들을 갖는 CPH 센싱 요소(106)를 구비하는 자기장 센싱 요소 배열(102)을 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소 배열(102)은 도 1의 상기 자기장 센싱 요소 배열(11)과 같을 수 있다.

전류 소스들(current sources)(108a, 108b, 108c, 108d)은 상기 자기장 센싱 요소 배열(102)에 전류 신호들(108aa, 108ba, 108ca, 108da)의 형태로 바이어스 신호들을 제공할 수 있다.

오실레이터(112)는 클록 신호(112a)를 발생시킬 수 있다. 분주기(divider)(114)는 상기 클록 신호(112a)를 수신하도록 연결될 수 있고 분주된 클록 신호(divided clock signal)(114a)를 발생시키도록 구성될 수 있다. 스위치 컨트롤 회로(switch control circuit)(110)는 상기 분주된 클록 신호(114a)를 수신하도록 연결될 수 있고 컨트롤 신호들(control signals)(110a)을 발생시키도록 구성될 수 있다. 스위칭 회로(switching circuit)(116)는 상기 컨트롤 신호들(110a)을 수신하도록 연결되고 다음에 보다 상세하게 기술하는 방식으로 상기 자기장 센싱 요소 배열(102)을 동작시키도록 구성된다.

상기 자기장 센싱 요소 배열(102)의 상기 CVH 센싱 요소 부분(104)의 동작은 전술한 PCT 공개 제WO 2008/145662호에 보다 자세하게 기재되어 있다.

상기 자기장 센싱 요소 배열(102)과 특히 상기 CVH 센싱 요소(104)는 차동 신호(differential signal)(104a, 104b)를 발생시키도록 구성되며, 이는 복수의 이른바 "x-y 출력 신호들"을 포함한다. 상기 자기장 센싱 요소 배열(102)과 특히 상기 CPH 센싱 요소(106)도 차동 신호(106a, 106b)를 발생시키도록 구성되며, 이는 복수의 이른바 "z 출력 신호들"을 포함한다.

상기 자기장 센서(100)는 x-y 방향 성분 회로(118)를 포함할 수 있고, 이는 도 3의 상기 x-y 방향 성분 회로(60)와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 x-y 방향 성분 회로(118)는 상기 차동 신호(104a, 104b)를 수신하도록 연결되고 증폭된 신호(120a)(또한, 여기서는 제1 중간 신호(intermediate signal)로 언급되는)를 발생시키도록 구성되는 증폭기(amplifier)(120)를 포함할 수 있다. 대역 통과 필터(bandpass filter)(122)는 상기 증폭된 신호(120a)를 수신하도록 연결되고 필터링된 신호(filtered signal)(122a)를 발생시키도록 구성된다. 비교기(comparator)(126)는, 히스테리시스(hysteresis)로 또는 히스테리시스 없이, 상기 필터링된 신호(122a)를 수신하도록 구성된다. 상기 비교기(126)는 또한 한계 신호(threshold signal)(124)를 수신하도록 구성된다. 상기 비교기(126)는 상기 필터링된 신호(122a)와 한계 신호(124) 사이의 비교에 반응하여 한계화된 신호(thresholded signal)(126a)를 발생시키도록 구성된다.

상기 x-y 방향 성분 회로(118)는 또한 유효 입력(enable input)에서 상기 한계화된 신호(126a)를 수신하도록 연결되는 계수기(counter)(128)를 포함할 수 있다.

상기 오실레이터(112)는 또한 클록 신호들(112b 및 112c)을 발생시키도록 구성된다. 분주기(113)는 상기 클록 신호(112c)를 수신하도록 연결되고 다른 분주된 클록 신호(113a)를 발생시키도록 구성된다.

상기 계수기(128)는 클록 입력에서 상기 클록 신호(112b)를 수신하도록 연결되고 리셋 입력(reset input)에서 상기 분주된 클록 신호(113a)를 수신하도록 연결된다.

동작에 있어서, 상기 계수기(128)는 계수 신호(count signal)(128a)를 발생시키도록 구성되며, 이는 상기 한계화된 신호(126a)와 상기 분주된 클록 신호(113a) 사이의 위상 차이를 나타내는 멀티-비트 디지털 신호이다. 따라서, 상기 계수 신호(128a)는 여기서는 x-y 평면으로도 언급되는 상기 CVH 센싱 요소(104)의 평면 내에서 상기 CVH 센싱 요소(104)에 의해 겪는 상기 자기장의 성분의 방향의 각도를 나타낸다.

상기 x-y 방향 성분 회로(118)는 또한 상기 계수 신호(128a)를 수신하도록 연결되고 래치된 신호(latched signal)(130a)를 발생시키도록 구성되는 래치(latch)(130)를 포함할 수 있으며, 이는 상기 계수 신호(128a)처럼 상기 CVH 센싱 요소(104)의 x-y 평면 내에서 상기 CVH 센싱 요소(104)에 의해 겪는 상기 자기장의 성분의 방향의 각도를 나타낸다.

상기 x-y 방향 성분 회로(118)는 또한 진폭 검출 회로(amplitude detection circuit)를 포함할 수 있다. 상기 진폭 검출 회로는 상기 필터링된 신호(122a)를 수신하도록 연결되고 정류된 신호(rectified signal)(132a)를 발생시키도록 구성되는 정류기(rectifier)(132)를 포함할 수 있다. 상기 진폭 검출 회로는 또한 상기 정류된 신호(132a)를 수신하도록 연결되고 저역 통과 필터링된 신호(low pass filtered signal)(134a)를 발생시키도록 구성되는 저역 통과 필터(low pass filter)(134)를 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter)(136)는 상기 저역 통과 필터링된 신호(134a)를 수신하도록 연결될 수 있고 되고 신호(136a)를 발생시키도록 구성될 수 있으며, 이는 상기 x-y 평면 내에서 상기 CVH 센싱 요소(104)에 의해 경험되는 상기 자기장의 성분의 크기를 나타낸다. 다른 회로 위상 수학들도 진폭을 검출하는 데 이용될 수 있다.

상기 자기장 센서(100)는 또한 상기 차동 신호(106a, 106b)를 수신하도록 연결되는 증폭기(amplifier)(140)를 갖는 z 방향 성분 회로(138)를 포함할 수 있다. 상기 증폭기(140)는 증폭된 신호(140a)(또한 여기서는 제2 중간 신호로 언급되는)를 발생시키도록 구성된다. 저역 통과 필터(142)는 상기 증폭된 신호(140a)를 수신하도록 연결되고 필터링된 신호(142a)를 발생시키도록 구성된다. 상기 아날로그-디지털 컨버터(144)는 상기 필터링된 신호(142a)를 수신하도록 연결되고 z 크기 신호(magnitude signal)(144a)를 발생시키도록 구성되며, 이는 상기 x-y 평면에 직교하는 방향으로 상기 CPH 센싱 요소(106)에 의해 겪는 상기 자기장의 크기를 나타낸다. 다른 회로 위상 수학들도 z-크기를 검출하는 데 이용될 수 있다.

상기 신호들(136a, 130a, 144a)은 결합 프로세서, 예를 들면, 도 3의 결합 프로세서(64)에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 결합 프로세서는 상기 신호들(130a, 136a, 144a)의 하나 또는 그 이상을 상기 자기장 센서의 외부의 회로에 대한 통신을 위해 표준 포맷(standard format)으로 포맷하도록 구성된다. 상기 포맷은, 이에 한정되는 것은 아니지만, SENT 포맷, I2C 포맷 또는 펄스 폭 변조(PWM) 포맷을 포함하는 다양한 포맷들 중의 하나가 될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 결합 프로세서는 3차원으로 상기 자기장의 포인팅 방향을 나타내는 신호, 예를 들면, 상기 x-y 평면에 대한 각도, 또는 상기 3차원적인 포인팅 방향을 따른 상기 자기장의 크기를 나타내는 신호의 하나 또는 그 이상을 발생시키기 위해 상기 신호들(130a, 136a, 144a)을 처리하도록 더 구성된다. 이들 신호들은 또한 전술한 신호들과의 통신을 위해 또는 전술한 신호들 대신에 상술한 표준 포맷들의 하나로 입력될 수 있다.

이제 도 5를 참조하면, 그래프(150)는 도 4의 상기 CVH 센싱 요소(104) 주위의 수직형 홀 요소를 나타내는 단위들로의 수평축을 가진다. 수직형 홀 요소 위치는 도 7과 함께 다음에 보다 상세하게 설명한다. 도 7과 함께 다음에서의 논의로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 예시적인 실시예에서는 상기 CVH 센싱 요소(104) 내의 64개의 수직형 홀 요소 콘택들 및 상기 CVH 센싱 요소(104) 내의 대응하는 64개의 수직형 홀 요소들이 존재한다.

상기 그래프(150)는 또한 4개의 다른 신호들(152, 154, 156, 158)에 대응하는 4개의 다른 범위들 내의 볼트들의 단위를 갖는 수직축을 포함한다.

상기 신호(152)는 도 4의 상기 클록 신호(112b)를 나타낸다. 상기 신호(154)는 도 4의 상기 분주된 클록 신호(113a)를 나타낸다. 상기 신호(156)는 도 4의 상기 증폭된 신호(120a)를 나타낸다. 상기 신호(158)는 도 4의 상기 필터링된 신호(122a)를 나타낸다.

상기 신호(154)가 자기장의 방향과 관련하여 위상이 변화되지 않는 고정된 기준 신호(reference signal)인 점이 이해되어야 할 것이다. 그러나, 상기 신호들(156 및 158)은 대응하는 CVH 센싱 요소의 평면 내의 상기 자기장의 방향과 관련하여 위상을 변화시킨다. 상기 신호(154)의 경우와 상기 신호들(156, 158)의 경우 사이의 위상 차이는 상기 CVH 센싱 요소의 평면 내의 상기 자기장의 각도를 나타낸다.

상기 신호(158)로부터, 상기 CVH 센싱 요소(104) 내의 상기 수직형 홀 요소들의 다른 하나들이 자기장의 존재에 있을 때에 제로(0)에 대해 다른 진폭들을 갖는 신호들을 제공하는 점을 알 수 있다. 최대의 음의 신호(negative signal)는 수직형 홀 요소 위치 번호 24에서 구현되고, 최대의 양의 신호(positive signal)는 수직형 홀 요소 위치 번호 56에서 이루어진다. 상기 신호(158)의 위상, 즉, 최대 및 최소의 센싱 요소 위치는 상기 CVH 센싱 요소(104)의 평면 내에서 상기 CVH 센싱 요소(104)에 의해 겪는 상기 자기장의 성분의 방향의 각도와 관련된다(도 4). 따라서, 상기 자기장의 다른 각도들을 위해, 상기 위상이 다르게 될 것이며, 상기 최대 및 최소(그리고 또한 상기 제로 크로싱(zero crossings))는 다른 수직형 홀 요소 위치들에 있을 것이다.

상기 신호(156)에 관하여, 상기 신호(156)의 불규칙한 상하로의 진행들은 상기 CVH 센싱 요소(104)의 수직형 홀 요소들 사이에서 변화되는 DC 오프셋 신호들(offset signals)을 나타낸다. 상기 오프셋 전압들은 바람직하지 않다.

상기 신호(158)의 크기(Bxy)는 상기 CVH 센싱 요소(104)의 평면 내에서 도 4의 상기 CVH 센싱 요소(104)에 의해 경험되는 상기 자기장의 성분의 크기를 나타낸다.

이제 도 6을 참조하면, 그래프(170)는 도 4의 상기 CPH 센싱 요소(106) 주위의 평면형 홀 요소 위치를 나타내는 단위를 갖는 수평축을 가진다. 도 7과 함께 다음의 논의로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 예시적인 실시예에서 상기 CPH 센싱 요소(106) 내의 64개의 평면형 홀 요소들 및 상기 CPH 센싱 요소(106) 내의 이백 오십 육 개의 평면형 홀 요소 콘택들이 존재할 수 있다.

상기 그래프(170)는 또한 3개의 다른 신호들(172, 174, 176)에 대응하는 3개의 범위들 내의 볼트들의 단위를 갖는 수직축을 포함한다.

상기 신호(172)는, 도 5의 상기 신호(152)와 같이, 도 4의 상기 클록 신호(112b)를 나타낸다. 상기 신호(174)는 도 4의 상기 증폭된 신호(140a)를 나타낸다. 상기 신호(176)는 도 4의 상기 필터링된 신호(142a)를 나타낸다.

상기 신호(176)의 크기(Bz)는 상기 CPH 센싱 요소(106)의 평면에 직교하는 방향으로 상기 CPH 센싱 요소(106)에 의해 겪는 상기 자기장의 성분의 크기를 나타낸다.

이제 도 7을 참조하면, 자기장 센서(200)는 자기장 센싱 요소 배열(201)을 포함한다. 상기 자기장 센싱 요소 배열(201)은 기판(208)의 표면 내의 원형 주입 영역(202)을 포함한다. 그 수직형 홀 요소들(204a, 204b, 204c)은 예들인 복수의 수직형 홀 요소들이 상기 원형 주입 영역(202) 상에 배치된다. 각 수직형 홀 요소는 그 수직형 홀 요소 콘택(204aa)은 단지 하나의 예인 복수의 홀 요소 콘택들(예를 들면, 네 개 또는 다섯 개의 콘택들)을 가진다.

예를 들면, 다섯 개의 인접하는 콘택들을 가질 수 있는 상기 CVH 센싱 내의 특정한 수직형 홀 요소(예를 들면, 204a)는 다음의 수직형 홀 요소(예를 들면, 204b)와 일부, 예를 들면, 다섯 개의 콘택들 중에서 네 개를 공유할 수 있다. 따라서, 다음의 수직형 홀 요소(204b)는 이전의 수직형 홀 요소로부터 하나의 콘택만큼 쉬프트(shift)될 수 있다. 이러한 하나의 콘택에 의한 쉬프트들을 위하여, 수직형 홀 요소들의 수가 수직형 홀 요소 콘택들의 수, 예를 들면, 64개와 동일한 점이 이해될 것이다. 그러나, 다음의 수직형 홀 요소가 상기 이전의 수직형 홀 요소로부터 하나 이상의 콘택들만큼 쉬프트될 수 있는 점도 이해될 것이며, 이 경우에는 상기 CVH 센싱 요소 내에 존재하는 수직형 홀 요소 콘택들보다 적은 수직형 홀 요소들이 있다.

예시적인 CVH 센싱 요소에 있어서, 64개의 수직형 홀 요소들과 64개의 수직형 홀 요소 콘택들이 존재한다. 그러나, CVH는 64개 보다 많거나 적은 수직형 홀 요소들 및 64개보다 많거나 적은 수직형 홀 요소 콘택들을 가질 수 있다.

상기 자기장 센싱 요소 배열(201)도, 도 2b의 상기 자기장 센싱 요소 배열(41)과 같이, 복수의 평면형 홀 요소들, 예를 들면, 평면형 홀 요소들(206a, 206b, 206c, 206d, 206e)을 포함할 수 있다.

각 평면형 홀 요소는, 예를 들면, 점들로 나타낸 네 개의 콘택들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 평면형 홀 요소들의 콘택들은 기본적으로 공유된다. 예를 들면, 일 실시예에서 제1 평면형 홀 요소(206a)는 4개의 콘택들을 가진다. 다음의 평면형 홀 요소(206b)는 상기 평면형 홀 요소(206a)의 콘택들의 2개를 공유한다. 다음의 평면형 홀 요소(206c)는 상기 평면형 홀 요소(206b)의 콘택들의 2개를 공유하며, 이러한 방식으로 콘택들을 공유한다.

다른 실시예들에 있어서, 인접하는 평면형 홀 요소들의 콘택들이 공유되지 않는다. 예를 들면, 제1 평면형 홀 요소(206a)는 다음의 평면형 홀 요소(206c)와 콘택들을 공유하지 않는다.

일부 실시예들에 있어서, 각 수직형 홀 요소(예를 들면, 다섯 개의 수직형 홀 요소 콘택들) 초프(chop)된다. 초핑(chopping)은 상기 수직형 홀 요소의 콘택들에 대한 현재의 구동 신호들을 재구성하고, 수직형 홀 요소의 출력 신호 콘택들을 4개의 구성들을 연속하여 나타내는 상기 수직형 홀 요소로부터의 출력 신호를 제공하도록 가능 흔하게는 4개의 구성들로 동시에 재구성하는 스위칭 배열로 이해될 것이다. 초핑은 도 5의 신호(156)와 함께 앞서 논의한 상기 수직형 홀 요소들의 오프셋 전압들의 효과의 감소를 가져오려는 경향이 있다.

유사하게, 일부 실시예들에 있어서, 각 평면형 홀 요소(예를 들면, 네 개의 평면형 홀 요소 콘택들)가 일부 이점들을 구현하기 위해 초프된다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서 초핑이 이용되지 않으며, 이 경우에 구동 및 출력 콘택들의 하나의 구성만이 각 수직형 또는 평면형 홀 요소를 위해 사용된다.

64개의 수직형 홀 요소들 및 64개의 평면형 홀 요소들이 상기 CVH 및 CPH 센싱 요소들 내에 기재되지만, 동일하지 않은 수의 수직형 홀 요소들을 갖는 실시예들을 포함하며, 64개보다 많거나 적은 또는 각각의 형태의 상술한 상기 자기장 센싱 요소 배열들 내의 홀 요소들이 존재할 수 있는 점이 이해될 것이다.

여기서 언급되는 모든 참고 문헌들은 개시 사항들이 참조로 여기에 포함된다. 상술한 바에서는 본 발명의 범주에 속하는 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 예시하는 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 이들 개념들, 구조들 및 기술들을 포괄하는 다른 실시예들도 수행 가능한 점이 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 범주가 기술된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허 청구 범위의 사상과 범주에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

자기장 센서에 있어서,
제1 및 제2 평행한 주요 표면(major surface)들을 갖는 반도체 기판을 포함하고;
원형 수직 홀(CVH) 구조로 배열되는 복수의 수직형 홀 요소(vertical Hall element)들을 포함하며, 상기 복수의 수직형 홀 요소들의 각각은 상기 반도체 기판의 상기 제1 주요 표면 내의 공통 원형 주입 영역 상에 배치되고, 상기 복수의 수직형 홀 요소들은 상기 반도체 기판의 상기 제1 주요 표면에 평행한 x-y 평면 내의 방향 성분(direction component)을 갖는 자기장에 대응하여 각각의 복수의 x-y 출력 신호들을 발생시키도록 구성되고, 상기 x-y 평면은 x-방향 및 상기 x-방향에 직교하는 y-방향을 가지며;
상기 반도체 기판 상에 배치되는 복수의 평면형 홀 요소(planar Hall element)들을 포함하고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 원형 평면 홀(CPH) 구조로 배열되며, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 상기 원형 수직 홀(CVH) 구조의 상기 공통 원형 주입 영역 또는 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 분리된 공통 주입 영역 상에 배치되고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 x-y 평면에 직교하는 z 방향으로 방향 성분을 갖는 자기장에 대응하여 복수의 z 출력 신호들을 발생시키도록 구성되며;
상기 반도체 기판 상에 배치되고, 상기 복수의 x-y 출력 신호들을 나타내는 신호를 수신하도록 연결되며, 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 x-y 평면 내의 상기 방향 성분의 각도를 나타내는 x-y 각도 신호 또는 상기 x-y 평면 내의 상기 방향 성분의 크기를 나타내는 x-y 크기 신호의 하나 또는 그 이상을 발생시키도록 구성되며, 상기 z 방향으로 상기 방향 성분의 크기를 나타내는 z 크기 신호를 발생시키도록 구성되는 처리 회로(processing circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 공통 원형 주입 영역은 n형 도핑 물질을 포함하고, 상기 기판은 p형 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 4 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하며, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 발생시키기 위해 상기 평면형 홀 요소 콘택들의 복수의 그룹들을 이용하여 상기 복수의 평면형 홀 요소들을 처리하도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 6 항에 있어서, 상기 처리 회로는 멀티플렉스된 배열(multiplexed arrangement) 내의 평면형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 처리하도록 더 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 6 항에 있어서, 상기 복수의 수직형 홀 요소들의 각각은 수직형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하며, 상기 처리 회로는 상기 복수의 x-y 출력 신호들을 나타내는 신호를 발생시키기 위해 수직형 홀 요소 콘택들의 복수의 그룹들을 이용하여 상기 복수의 수직형 홀 요소들을 처리하도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 처리 회로는 멀티플렉스된 배열 내의 수직형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 처리하도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 수신하도록 연결되고 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분에 반응하여 제1 중간 신호(intermediate signal)를 발생시키도록 구성되는 z 방향 성분 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 10 항에 있어서, 상기 제1 중간 신호는 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기에 반응하여 DC 신호 값을 갖는 DC 신호 성분을 포함하며, 상기 처리 회로는 상기 DC 신호 값에 반응하여 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 상기 z 크기 신호를 발생시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 10 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 복수의 x-y 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 수신하도록 연결되고 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분에 반응하여 제2 중간 신호를 발생시키도록 구성되는 x-y 방향 성분 프로세서(direction component processor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 12 항에 있어서, 상기 제2 중간 신호는 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분의 각도에 반응하여 위상(phase)을 가지고 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분의 크기에 반응하여 크기를 갖는 AC 신호 성분을 포함하며, 상기 처리 회로는 상기 AC 신호 성분의 위상에 반응하여 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분의 각도를 나타내는 상기 x-y 각도 신호를 발생시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 13 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 AC 신호 성분의 크기에 반응하여 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 상기 x-y 크기 신호를 발생시키도록 더 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 12 항에 있어서, 상기 z 방향 성분 프로세서는 상기 제1 중간 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되는 저역 통과 필터(low pass filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 12 항에 있어서, 상기 x-y 방향 성분 프로세서는,
상기 제2 중간 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되고 필터링된 신호(filtered signal)를 발생시키도록 구성되는 신호 대역 통과 필터(bandpass filter); 및
상기 필터링된 신호를 수신하도록 연결되고 클록 신호(clock signal)를 수신하도록 연결되며 상기 클록 신호의 위상을 상기 필터링된 신호의 위상과 비교하도록 구성되는 계수기 회로(counter circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 16 항에 있어서, 상기 x-y 방향 성분 프로세서는 상기 필터링된 신호를 수신하도록 연결되고 상기 x-y 평면 내의 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 x-y 크기 신호를 발생시키기 위해 상기 필터링된 신호의 진폭을 검출하도록 구성되는 진폭 검출기(amplitude detector)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 17 항에 있어서, 상기 진폭 검출기는 저역 통과 필터에 연결되는 정류기(rectifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 17 항에 있어서, 상기 z 크기 신호, 상기 x-y 각도 신호 및 상기 x-y 크기 신호를 수신하도록 연결되고, 3차원으로 그 포인팅 방향(pointing direction)을 따라 상기 자기장의 크기를 나타내는 신호를 발생시키기 위해 상기 z 크기 신호, 상기 x-y 각도 신호 및 상기 x-y 크기 신호를 결합하도록 구성되는 결합 프로세서(combining processor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 17 항에 있어서, 상기 z 크기 신호, 상기 x-y 각도 신호 또는 상기 x-y 크기 신호의 적어도 둘을 수신하도록 연결되고, 상기 적어도 둘의 신호들을 SENT 포맷, I2C 포맷 또는 펄스 폭 변조(PWM) 포맷의 적어도 하나를 포함하는 포맷 내로 포맷하도록 구성되는 결합 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
자기장 센싱 요소 배열에 있어서,
x-y 평면에 평행한 제1 및 제2 주요 평행한 표면들을 갖는 반도체 기판을 포함하고;
원형 평면 홀(CPH) 구조로 배열되는 복수의 평면형 홀 요소들을 포함하며, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 상기 반도체 기판의 상기 제1 주요 표면 내의 공통 원형 주입 영역 상에 배치되고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 x-y 평면에 직교하는 z 방향으로 방향 성분을 갖는 자기장에 반응하여 복수의 z 출력 신호들을 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 21 항에 있어서, 상기 공통 원형 주입 영역은 n-형 도핑 물질을 포함하고, 상기 기판은 p-형 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 21 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 21 항에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 배치되고, 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 수신하도록 연결되는 처리 회로를 더 포함하며, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하고, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 발생시키기 위해 상기 평면형 홀 요소 콘택들의 복수의 그룹들을 이용하여 상기 복수의 평면형 홀 요소들을 처리하도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 24 항에 있어서, 상기 처리 회로는 멀티플렉스된 배열 내의 평면형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 처리하도록 더 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 24 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 수신하도록 연결되고 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분에 반응하여 중간 신호를 발생시키도록 구성되는 z 방향 성분 프로세서를 포함하며, 상기 중간 신호는 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기에 반응하여 DC 신호 값을 갖는 DC 신호 성분을 포함하고, 상기 처리 회로는 상기 DC 신호 값에 반응하여 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 출력 신호를 발생시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 21 항에 있어서, 상기 공통 원형 주입 영역 상에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 더 포함하며, 상기 CVH 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 수직형 홀 요소 콘택들과 함께 개재되는 개개의 평면형 홀 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 21 항에 있어서, 상기 반도체 기판의 주요 표면 내의 다른 공통 원형 주입 영역 상에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 더 포함하며, 상기 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
자기장 센싱 요소 배열의 제조 방법에 있어서,
x-y 평면에 모두 평행한 제1 및 제2 주요 평행 표면들을 갖는 반도체 기판의 상기 제1 주요 표면 내에 공통 원형 주입 영역을 형성하는 단계를 포함하고;
상기 공통 원형 주입 영역 상부에, 원형 평면 홀(CPH) 구조로 배열되는 복수의 평면형 홀 요소들을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 x-y 평면에 직교하는 z 방향으로 방향 성분을 갖는 자기장에 반응하여 복수의 z 출력 신호들을 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열의 제조 방법.
제 29 항에 있어서, 상기 공통 원형 주입 영역 상에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 개개의 평면형 홀 요소들을 상기 수직형 홀 요소 콘택들과 함께 개재되는 개개의 평면형 홀 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열의 제조 방법.
제 29 항에 있어서, 상기 반도체 기판의 주요 표면 내의 공통 원형 주입 영역 상에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하며, 각각의 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 다른 각각의 상기 복수의 평면형 홀 요소들과 평면형 홀 요소 콘택들을 공유하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 원형 수직 홀(CVH) 구조의 상기 공통 원형 주입 영역 및 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 공통 주입 영역은 상기 기판 상에 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 상기 원형 수직 홀(CVH) 구조의 상기 공통 원형 주입 영역 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 21 항에 있어서, 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하며, 각각의 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 다른 각각의 상기 복수의 평면형 홀 요소들과 평면형 홀 요소 콘택들을 공유하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
자기장 센싱 요소 배열에 있어서,
x-y 평면에 평행한 제1 및 제2 평행한 주요 표면들을 갖는 반도체 기판을 포함하고;
원형 평면 홀(CPH) 구조로 배열되는 복수의 평면형 홀 요소들을 포함하며, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 상기 반도체 기판의 상기 제1 주요 표면 내의 공통 원형 주입 영역 상에 배치되고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 x-y 평면에 직교하는 z 방향으로 방향 성분을 갖는 자기장에 대응하여 복수의 z 출력 신호들을 발생시키도록 구성되고;
상기 원형 공통 주입 영역 상에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 포함하며, 상기 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 수직형 홀 요소 콘택들과 함께 개재되는 개개의 평면형 홀 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
자기장 센싱 요소 배열에 있어서,
x-y 평면에 평행한 제1 및 제2 주요 표면들을 갖는 반도체 기판을 포함하고;
원형 평면 홀(CPH) 구조로 배열되는 복수의 평면형 홀 요소들을 포함하며, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 상기 반도체 기판의 상기 제1 주요 표면 내의 공통 원형 주입 영역 상에 배치되고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들은 상기 x-y 평면에 직교하는 z 방향으로 방향 성분을 갖는 자기장에 대응하여 복수의 z 출력 신호들을 발생시키도록 구성되며;
상기 반도체 기판의 주요 표면 내의 다른 공통 원형 주입 영역 상에 배치되는 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소를 포함하고, 상기 원형 수직 홀(CVH) 센싱 요소는 복수의 수직형 홀 요소 콘택들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 36 항에 있어서, 상기 공통 원형 주입 영역은 n형 도핑 물질을 포함하고, 상기 기판은 p형 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 36 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 36 항에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 배치되고, 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 수신하도록 연결되는 처리 회로를 더 포함하고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하며, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 발생시키기 위해 상기 평면형 홀 요소 콘택들의 복수의 그룹들을 이용하여 상기 복수의 평면형 홀 요소들을 처리하도록 동작할 수 있고, 상기 처리 회로는 멀티플렉스된 배열 내의 평면형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 처리하도록 더 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 40 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분에 대응하여 제1 중간 신호를 발생시키도록 구성되는 z 방향 성분 프로세서를 포함하며, 상기 중간 신호는 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기에 대응하여 DC 신호 값을 갖는 DC 신호 성분을 포함하고, 상기 처리 회로는 상기 DC 신호 값에 대응하여 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 출력 신호를 발생시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 36 항에 있어서, 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하고, 각각의 상기 평면형 홀 요소 콘택들은 다른 각각의 상기 복수의 평면형 홀 요소들과 평면형 홀 요소 콘택들을 공유하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 37 항에 있어서, 상기 공통 원형 주입 영역은 n형 도핑 물질을 포함하고, 상기 기판은 p형 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 37 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 37 항에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 배치되고, 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 수신하도록 연결되는 처리 회로를 더 포함하고, 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하며, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 신호를 발생시키기 위해 상기 평면형 홀 요소 콘택들의 복수의 그룹들을 이용하여 상기 복수의 평면형 홀 요소들을 처리하도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 45 항에 있어서, 상기 처리 회로는 멀티플렉스된 배열 내의 평면형 홀 요소 콘택들의 각 그룹을 처리하도록 더 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 45 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 복수의 z 출력 신호들을 나타내는 상기 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분에 대응하여 중간 신호를 발생시키도록 구성되는 z 방향 성분 프로세서를 포함하고, 상기 중간 신호는 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기에 대응하여 DC 신호 값을 갖는 DC 신호 성분을 포함하며, 상기 처리 회로는 상기 DC 신호 값에 대응하여 상기 z 방향으로 상기 자기장의 방향 성분의 크기를 나타내는 상기 출력 신호를 발생시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 37 항에 있어서, 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하고, 각각의 상기 평면형 홀 요소 콘택들은 다른 각각의 상기 복수의 평면형 홀 요소들과 평면형 홀 요소 콘택들을 공유하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열.
제 29 항에 있어서, 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하고, 상기 자기장 센싱 요소 배열의 제조 방법은,
각각의 상기 복수의 평면형 홀 요소들 사이에 평면형 홀 요소 콘택들을 공유하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열의 제조 방법.
제 31 항에 있어서, 상기 원형 평면 홀(CPH) 구조의 상기 복수의 평면형 홀 요소들의 각각은 평면형 홀 요소 콘택들의 각각의 그룹을 포함하고, 상기 자기장 센싱 요소 배열의 제조 방법은,
각각의 상기 복수의 평면형 홀 요소들 사이에 평면형 홀 요소 콘택들을 공유하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센싱 요소 배열의 제조 방법.