KR950009807B1 - 에미터 인젝션모듈레이션효과를 이용한 자기센서소자 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

에미터 인젝션모듈레이션효과를 이용한 자기센서소자

제1도는 홀효과를 설명하기 위한 모델.

제2a도는 캐리어디플렉션효과를 이용한 종래소자의 단면구조도.

제2b도는 인젝션모듈레이션효과를 이용한 종래소자의 평면구조도.

제3도는 본 발명의 소자의 평면구조도.

제3a도는 제3도의 절단선 A-A'를 따라 취한 단면구조도.

제3b도는 제3도의 절단선 B-B'를 따라 취한 단면구조도.

제4a 및 b도는 본 발명의 소자를 설계시에 고려해야할 컬렉터형태도들,

제4c 및 d도는 에미터에서 캐리어의 이동상태를 보여주는 설명도들,

제5도는 본 발명의 소자의 자계에 대한 상재적민감도를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 반도체자계센서에 관한 것으로, 특히 캐리어의 인젝션모듈레이션을 이용한 자계센서에 관한 것이다.

자계센서(magnetic field senser)는 자기 테이프나 디스크의 정보독출, 자기일크의 형상판독등은 물론, 무접점스위치나 선형 혹은 각변위검출용으로 그 수요가 증대되고 있다. 특히, 각종 자동제어시스템에서의 자기센서는 초소형화, 고신뢰도화등의 특성을 필요로 하고 있다. 이러한 자기센서는 투자율(permeability)이 1보다 큰 물질(ferro-)을 사용하는 경우와 투자율이 대략 1정도인 물질(dia-)을 사용하는 경우로 대별될 수 있다. 초기의 자계센서들은 강자성체물질을 이용하였으나, 반도체제조기술을 특히 평면설계기술(layout 또는 planar technology)의 급격한 발전에 따라 반도체소자가 고유하게 가지는 홀효과를 이용하여 집적화된 칩상에서 자계센서를 제작하는 방향으로 추진되어 오고 있다. 즉, 제1도에 도시된 바와 같이, x방향으로 전류가 흐르고 z방향으로 자장(B)이 걸려있는 N형반도체소자를 고려해보면, v의 속도로 운동하고 있는 전자들이 로렌쯔힘(전계 Ey)에 의해 y방향으로 디플렉션(defrection)된다. 홀효과에 관하여 잘알려진 방정식 qv×B=qEy[여기서 q는 전자의 잔하량을 나타냄]에서, 전계값을 이용하여 제2도의 반도체소자의 양단에서 홀전압(Vh)을 구할 수 있다. 결국 홀전압은 자계(B)에 비례하므로, 자계의 세기를 검출하는 센서로서 이용되는 것이다. 이러한 반도체자계센서는 전술한 강자성체자계센서에 비하여 훨씬 저렴한 가격과 우수한 특성이 있음이 이미 입증되었으며, 자계에 대한 민감도(sensitivity)를 향상시키기 위한 기술이 개발되어왔다.

지금까지 알려진 반도체자계센서들의 종류는 그 구조와 동작원리에 따라, 접적화된 홀플레이트를 사용한것, 전계효과트랜지스터를 이용한것 (MAGFET : MAGnetic field sensitive Field Effect Transistor), 바이폴라트랜지스터를 이용한 것(MT : MegnetoTransistor)등이 있고, 그외에 MD(MagnetoDiode) 및 CDM(Carrier Domain Magnetometer)등이 있다. 이들 소자들은 나름대로의 특성과 용도를 가지고 있으나, 자계센서에서 가장 중요한 요소가 되는 민감도면에 있어서는, MT가 가장 우수하고, 그것의 응용범위도 광범위한 것으로 알려져 있다. 그러나, MT소자내에서의 동작은 바이폴라트랜지스터의 고유한 동작특성과 자계검출현상(galvanomagnetic effect)간의 복잡한 조합에 의하여 이루어지기 때문에 그것에 구체적인 메키니즘은 충분히 밝혀지지는 못했으나, 이 소자의 제조공정의 용이성과 우수한 특성에 의하여 지속적인 민감도향상이 진행되어 왔다.

MT소자는 구조적으로 수직형 MT와 수평형 MT로 구분된다. 수직형 MT소자는 1982년 네델란드 델프트(Delft)대학의 V.Zieren에 의하여 제안된 바 있으며(IEE Transanctions on Electron Devices, Vol. ED-29, No.1, Jan,1982, pp-83-90을 참조바람), 수평형 MT소자는 1982년 미국 IBM의 A.W. Vinal에 의하여 제안되었다(IEEE Transanctions on Electron Devices, Vol.31, No.10. Oct.1984을 참조바람).

제2a도를 참조하면, Zieren에 의한 소자는 두개의 컬렉터를 가지는 바이폴라트랜지스터구조로 되어 있음을 알 수 있다. 에미터에서 인젝션되어진 전자들이 소자표면에 평행하게 인가된 자장(By)에 의하여 어느 한쪽으로 디프렉션되어진다. 제2a의 소자는 NPN바이폴라트랜지스터로 되어 있으므로, 전자들은 좌측의 컬렉터쪽으로 디프렉션되어 좌측의 컬렉터전류 I_C1이 우측이 컬렉터전류 I_C2보다 크게 된다. 즉, 두개의 컬렉터전류의 차이를 검출하여 자장의 세기를 알 수 있는 것이다. 이는 자장의 세기가 두개의 컬렉터전류의 차이를 유기시키는 메카미즘을 이용한 것으로, 캐리어디플렉션에 의해 MT소자의 동작형태가 설명되는 하나의 예가 된다.

한편, 제2b도를 참조하면, Vinal에 의한 소자는, 어느쪽 베이스전극을 활성화시키느냐에 따라 좌우측의 컬렉터전류값이 달라지게 된다. 베이스 B1을 활성화시키면 우측의 컬렉터전류 I_CR가 좌측의 컬렉터전류 I_CL보다 크게되고, 베이스 B2가 활성화되면 그 반대로 된다. 이는 소자표면에 수직으로 인가되는 자장 B로 인하여 유기되는 인젝션전류의 디플렉션이 홀전압을 형성하고, 이것이 에미터-베이스졍션에서의 바이어스 변화를 일dm킴에 의한 것이다. 그래서, 홀전압에 의한 에이터-베이스간의 바이어스변화를 검출한다. 이는 에미터인젝션모듈레이션에 의해 MT소자의 동작형태가 설명되어지는 하나의 예가 된다.

제2a 및 b도와 같은 캐리어디플렉션 및 인젝션모듈레이션의 메카니즘으로 대별되는 다양한 MT소자들이 민감도를 향상시키기 위하여 개발되었다. 예를 들면, 1986년 R.S.Popovic에 의하여 제안된 씨모오스기술을 이용한 MT소자의 경우는 자장에 대해 상대적민감도가 1.5/Tesla까지 실현되었으며(이는 캐리어디플렉션모델로 해석됨), 1989년에 L.Ristic에 의하여 제안된 MT소자인 SSIMT(Suppressed Sidewall Injection MT)의 경우는 자장에 대한 상대적민감도가 30/Tesla으로서 현재까지 제작된 소자들중 가장 우수한 민감도를 나타내고 있다.

SSIMT는 캐리어디플렉션모델에 의하여 해석되는 것으로서, 에미터측면에 있는 두개의 P⁺영역이 에미터와 역바이어스되어져 전자의 인젝션영역을 좁게 만들어 주기 때문에, 원래의 컬렉터전류도 작은 값으로 유지되고 자장의 인가에 의한 전자의 디플렉션이 인젝션영역에서 상대적으로 크게 나타나게 되어 이전의 소자들보다 큰 상대적민감도를 실현할 수 있는것이다.(IEEE Transanctions on Electron Devices. Vol.36, No.6, Jun.1989, pp.1076-1986을 참조바람).

여기에서, 일반적으로 자계센서의 상대적 민감도로서 정의되는 값, 즉 컬렉터전류의 자장에 대한 변화를 컬렉터전류로 나눈 값 △Ic(B)/Ic가, 캐리어디플렉션모델에서는 자장에 대하여 선형적으로 변화하고, 인젝션모듈레이션모델에서는 자장의 변화에 대하여 지수적으로 변화한다. 즉, 캐리어디플렉션모델에서는, 켈렉터전류사이의 차이와 그에 따른 홀전압과의 관계를 볼때, 캐리어의 디플렉션을 일으키는 홀전계는 △Ic(B)/Ic의 값에 의한 홀전압의 상태에 따라 결정되기 때문에 선형적인 값으로 얻어지며, 인젝션모듈레이션에서는 에미터에서 인젝션되는 캐리어들의 농도에 따른 전류밀도가 홀전압에 반영되기 때문에 민감도가 지수함수적인 값으로 얻어진다.

그러므로, 넓은 범위의 자장에서 높은 민감도를 얻기 위해서는 인젝션모듈레이션모델에 따라서 소자를 설계하는 것이 바람직하다.

그러나, 상술한 바와 같은 인젝션모듈레이션모델을 이용하는 종래의 소자들이 캐리어디플렉션모델을 이용한 소자들에 비하여 월등한 민감도를 실현시키지 못하였던 것은, 인젝션전류가 홀전압을 유기시키도록 되어 홀전압이 증가함에 따라 컬렉터전류가 상승하였기 때문이다. 즉, 종래의 인젝션모듈레이션형 자계센서들은 홀전압을 발생시키는 전류와 인젝션전류를 분리시키지 못하여, 이론적인 이점을 우월하게 가지고 있으면서도 적극적으로 이용되지 못하였던 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 반도체자계센서에 있어서 홀전압을 발생시키는 전류와 엔젝선전류를 분리시킬 수 있는 센서를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 또다른 목적은 자장에 대한 상대적민감도가 큰 반도체자계센서를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 자계센서는 인젝션모듈레이션모델에 따르는 종래의 소자가 베이스를 활성영역으로 사용한 것과는 달이 에미터를 활성영역으로 사용한다. 에미터내에 두개의 전극을 사룡하여 홀전압을 발생시키는 전류를 조절하고, 에미터양측에 각각 두개의 베이스전극을 사용하여 에미터-베이스간의 바이어스가 에미터내의 전압차와 관계없이 유지하도록 한다. 또한 본 발명에서는 컬렉터의 형태를 사다리꼴로 하여 베이스내의 전압차로 인한 베이스-컬렉터간의 국부적으로 과도한 역바이어스를 억제시킨다.

이하 본 발명의 반도체자계센서의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제3도를 참조하면, 본 발명에 따른 자계센서는 두개의 전극(UEE, DEE)을 가지는 에미터(E)와, 상기 에미터의 양측에 위치하여 각각의 컬렉터전극(LCE)및 (RCE)을 가지는 좌우측의 컬렉터(LC) 및 (RC)와, 상기 좌측 및 우측컬렉터의 위쪽과 아래쪽에 각각 위치하고 상기 에미터의 좌우측에 각각 두개씩 구비된 네개의 베이스 전극들(ULB, URB, DLB, DRB)로 이루어진 베이스와, 이들이 집적되어 형성된 베이스로서의 반도체기판(SUB)으로 구성되어 있다. 특히, 상기 컬렉터의 형태는 아래쪽의 베이스(DLB, DRB)쪽으로 향하면서 폭이 좁아짐에 특징이 있다.

또한, 상기 에미터의 길이(L)와 폭(W)이 소자의 설계에 있어서 중요한 인자가 됨을 알아두기 바란다. 컬렉터의 형태와 에미터의 사이즈에 관하여는 이하 상세히 설명될 것이다. 윗쪽의 에미터전극(UEE)에는 에미터공급전압 V(1at)이 인가되고, 아래쪽의 에미터전극(DEE)은 접지에 연결되어 있다. 상기 반도체기판(SUB)이 (100)의 오리엔테이션을 가지는 P형의 실리콘기판이라면, 상기 에미터(E) 및 켈럭터(LC, RC)는 N형의 웰로 되며, 상기 에미터전극(UEE,DEE) 및 컬렉터전극(LCE, RCE)들은 N⁺형의 얕은 확산영역으로 이루어지며, 상기 베이스 전극들(ULB, URB, DLB, DRB)은 P⁺형의 확산영역으로 이루어진다. 에미터, 컬렉터 및 베이스의 사이즈 또는 이들 요소들간의 거리 및 간격은 최대의 민감도를 얻을 수 있도록 구성하는것이 바람직하다.

예를 들면, 소자의 크기는 가로 76μM 세로 48μM, 에미터는 18×24, 에미터전극은 18×12, 베이스 20×12, 컬렉터는 넓은 폭은 7, 좁은 폭을 5로 하고 길이를 20으로 하며, 컬렉터전극은 13×20으로 한다. 또한 에미터와 컬렉터간의 간격은9, 컬렉터와 베이스간의 간격은 6으로 하면 될 것이다.

제3a도 및 제3b도는 제3도의 절치선 A-A' 및 B-B'에 다른 단면구조를 보이는 도면이다. 제3a도에는 에미터와 컬렉터 및 컬렉터전극의 단면구조가 도시되어 있고, 제3b도에는 에미터 및 에미터 전극과 베이스의 단면이 도시되어 있다. 에미터 및 컬렉터를 형성하는 N웰은 4미크론(micrometer)정도의 깊이로 하고, 에미터전극, 컬렉터전극 및 베이스등은 2미크론정도의 얕은 졍션을 이룬다.

에미터의 길이(L)와 폭(W)에 대한 설계는 홀전압이 소자의 기하학적인 인자에 따라 어떻게 달라지는가에 대한 신중한 고려에 의하여 이루어져야 한다. 상기 기하학적인 인자는 소자내에서 입력 및 출력전극의 영향을 나타내는 값으로서 일반적으로 에미터의 W/L비로 표현된다. 본 발명에서 사용되는 에미터는 W/L=18/24=0.75로 됨을 알 수 있다. 그러나 이 값은 최대의 홀전압을 일으킬 수 있는 조건하에서 달리 설정될 수도 있다. 컬렉터에서의 출력전압으로 나타나는 홀전압 V_H는,

V_H=μ_n×(W/L)×V_1at×G×B……………………………………식(1)

로서 표현된다. 여기서 μ_n은 전자의 이동두(mobility), G는 약 0.8정도, B는 제3도에서 표면에 대하여 수직으로 인가되는 자장을 표시한다.

한편, 상대적민감도 Sr(relative sensitivity)은 자장 B가 인가되기 전[J_c(0)]과 후[J_c(B)]의 컬렉터에서의 전류밀도변이분 △Jc=Jc(B)-Jc(0)와 바이폴라트랜지스터의 전류증폭이득 β에 의하여 결정된다. 즉, Sr=[△Jc/Jc(0)]×β^-1로 표현되며, 잘알려진 트랜지스터방정식에 의해 구해진 상기 Jc(0) 및 Jc(B)의 관계식을 상기 Sr의 방정식에 대압하면, 상대적민감도 Sr은 최종적으로,

Sr=So×[EXP(_qV_H/kT)-1]×β^-1………………………………식(2)

로서 표현된다. 여기서, So는 절대적민감도를 나타내는 상수항으로서 이를 약 1정도로 가정하여 상기 식(2)를 근사화할 수 있다. 결국, 상기 식(2)로부터, 상대적민감도 Sr은 홀전압 V_H에 따라 지수함수적인 비례관계를 가지는 값임을 알 수 있다. 이는 앞서 언급한 바 있다. 상기 식(1)을 참조하면, 홀전압 V_H는 에미터의 W/L비가 결정된 상태에서는 에미터의 위쪽전극(UEE)에 인가되는 전압 V_1at에 의해 변한다는 것을 알 수 있다. 상기 V_1at의 값을 결정하기 위해서는 에미터의 길이방향으로 형성되는 전계 E_1at의 영항에 대하여 고려하여야 한다. 여기서, 이 전계의 크기는 트랜지스터에서 캐리어의 인젝션에 영향을 끼치는 주요인이 되므로, 이에 대한 바람직한 설정이, 인젝션모듈레이션모델을 이용하는 본 발명의 목적을 달성하는데 있어서, 중요한 사인임을 알아두기 바란다. 전계 E_1at의 크기는 상대적민감도 Sr의 변화에 의해 나타나지 않고, 동일한 V_1at하에서 에미터의 기하학적인 인자의 변화에 의하여 달라진다. 가령, V_1at이 10V이고 에미터의 길이 L이 각각 10μM, 1μM이라면(에미터 폭 W는 일정하다고 가정함), 전계 E_1at의 크기는 각각 10⁴V/M, 10⁵V/M이 된다.

제4a도 및 제4b도를 참조하면, 에미터의 길이방향으로 형성되는 전계 E_1at의 크기에 따라 에미터에서의 전자의 평형표류와 인젝션상태를 알 수 있다. 도면에서, GE_1at는 GE_1at에 의한 전위의 세로방향의 기울기(gradient)를 나타내며, Gφ_EB는 에미터와 베이스간의 전위장벽(potenial barrier)에 의한 가로방향의 기울기를 표시한다. 상기 에미터-베이스간의 기울기 Gφ_EB는 순방향바이어스인 경우에 변동이 없이 PN접합의 포텐셜인 0.1eV정도로 보면 될 것이다. 에미터-베이스간의 포텐셜크기는 평형표류의 상태에 영향을 끼친다. 한편, 상기 GE_1at는 전계의 크기에 따라 달라지는데, 제4a도와 같이, 작은 전게에서는 전자의 평형표류와 인젝션이 함께 발생되도록 하나, 제4b도와 같이 전자의 에너지가 에미터-베이스간의 포텐셜을 극복할 수 있을 만큼의 큰 전계가 되면, 전자의 운동은 거의 인젝션에 따르게 된다. 이와 같이, 전계 E_1at의 크기와 이에 따른 전자의 운동성관계를 근거로 하여, 본 발명의 소자에서 적용될 수 있는 전계 E_1at의 범위를 설정할 수 있다. 즉 전자의 평형표류와 에미터-베이스간 인젝션이 동시에 일어나도록(인젝션전류를 더이상 증가시키지 않으면서 홀전압을 극대화시킬 수 있도록 전자의 평형표류에 의한 전류가 더해지도록)하는 범위내에서 한정된다. 이는,

[전자의 평균자유행정]×E_1at＜0.1eV×г…………………………식(3)

로 나타낼 수 있다. 상기 식(3)의 부동식에서 「좌변」은 전계 E_1at에 의하여 전자가 얻은 에너지이고, ｒ는 양자역학적으로 결정되는 상수로서 2-3정도가 적절하다. 결국, E_1at에 의한 전자의 에너지[식(4)의 「좌변」] 에미터-베이스간 포텐셜의 2-3배에 가까워질때 V_1at이 최대로 인가됨에 의하여 홀전압 V_H가 최대로되며[식(1)참조], 그에 따라 상대적민감도 SR의 최고치를 얻을 수 있는 것이다[식(2)참조]. V_1at을 10V로 인가하였다면, 상기 식(3)의 「우변」의 값과 전자의 평균자유행정(mean free path)을 알 수 있으므로 E_1at의 범위를 알 수 있다. 이것에 의하여 적정한 에미터의 길이 L을 설정할 수 있다. W/L의 비를 0.75-0.77로 한다면, 구해진 L값을 이용하여 에미터의 폭 W의 값을 얻음으로써, 에미터의 기하학적인 수치들을 결정할 수 있게 된다.

한편으로, 컬렉터의 형태에 대한 결정은, 베이스와 컬렉터간의 바이어스에 따른 유효베이스폭 W_B와 컬렉터-베이스졍션에서의 역바이어스에 따른 펀치스루우(punchthrough)에 관한 고려로부터 출발하여야 한다. 제3도에서 에미터의 위쪽전극(UEE) 및 아래쪽전극(DEE)사이에 각각 12V 및 OV의 바이어스전압이 인가되고, 위쪽 및 아래쪽베이스(URB)(DRB)에는 각각 12.7V 및 0.7V, 컬렉터(RC)에는 30V의 바이어스가 인가된다고 가정한다. 에미터와 베이스간에는 PN졍션은 드레쉬홀드전압 0.7V만큼 순방향바이어스되어있다. 베이스-컬렉터간에는 위쪽졍션(URB-RC)에는 17.3V(=V_CBU), 아래쪽졍션(DRB-RC)에는 29.3V(V=_CBD)로 되어 베이스와 컬렉터간에는 역방향바이어스되어 있다. 그래서, 제4c도에 도시된 바와 같이, 역방향바이어스가 더 큰 졍션(V_CBU＜V_CBD)에서 디플리션영역이 더 넓게 형성된다. 이는 두개의 베이스에서의 각각의 유효베이스폭 W_B이 서로 달라지게 한다. 각각의 베이스에서의 유효베이스폭이 서로 다르게 되면, 에미터에서의 전자의 인젝션 전류의 양이 달라지고 이는 컬렉터전류를 변화시키는 요인으로 작용하게 되므로 본 발명이 원하는 소자의 특성을 해석하는데 있어서 또다른 장애물이 된다.

따라서, 상기 유효베이스폭을 일정하게 하기 위하여, 제4d도에 도시한 바와 같이, 아래쪽졍션(DRB-RC)에서의 컬렉터폭을 위쪽보다 △X만큼 작게 한다. 졍션바이어스의 차로 인한 디플리션영역의 폭만큼 컬랙터의 폭을 줄여줌으로써, 베이스들의 유효베이스폭을 동일하게 유지시킬 수 있는 것이다. 또한, 아래쪽컬렉터졍션에서의 역바이어스전압이 상대적으로 큼으로 인하여, 아래쪽졍션에서 컬렉터와 베이스간에 펀치스루우가 일어나서 단락된 확률이 높아진다. 따라서, 아래쪽컬렉터졍션에서의 컬렉터-베이스간 거리 d2를 위쪽컬렉터졍션에서의 컬렉터-베이스간거리 d1보다 크게 하여주어야 한다. 이러한 컬렉터의 폭과 컬렉터-베이스간거리, 그리고 에미터-베이스간의 거리는 상술한 본 발명의 소자에 대한 바람직한 특성을 결정하는 과정들에 의하여 적절하게 설정될 수 있음을 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 잘 알 수 있을 것이다.

그러면, 상기한 바와 같이, 제3도의 소자에 대한 기하학적인 인자에 대한 구성된 자계센서에서의 동작을 살펴본다. 에미터에 인가된 V_1at를 12V로 한 상태에서 소자에 수직방향(z방향)으로 가장 Bz를 인가하면, N형의 에미터내에서 전자들은 홀효과에 의하여 오른쪽으로 디플렉션되어진다. 그러면, 에미터의 왼쪽에서 오론쪽으로 향하는 홀전계가 발생되고, 이 홀전계는 상기 드플렉션되는 전자들에 의해 유기되는 홀전류의 흐름을 상쇄할만큼의 크기를 가진다. 에미터의 좌변과 우변사이에 전압계를 놓는다면 홀전압 V_H는 상기 홀전계에 에미터의 폭 W를 곱한 값으로 측정될 것이다. 에미터-베이스간이 순방향바이어스된 상태이므로, 전계 E_1at에 의해 에너지를 받은 에미터내의 과잉캐리어인 전자들이 에미터와 베이스간의 PN정션에서 형성된 전위장벽(순방향바이어스에 의해 낮아짐)을 넘어 베이스로 주입된다. 에미터로부터의 전자의 인젝션에 의해 발생된 전류 즉 인젝션전류는 에미터-베이스간의 전압 V_EB가 일정하게 잡혀있고 유효베이스폭이 일정하게 되어 있으므로 일정하게 흐른다. 그러나, 인가된 자장에 의해 에미터내에서 형성되는 홀전압 V_H이 상기 에미터-베이스간 전압에 더해져서 전술한 컬렉터전류밀도변이분 △Jc에 반영되고, 결과적으로 상대적민감도 Sr이 전술한 식(2)에 따라 홀전압 V_H에 의해 지수함수적으로 증대되는 것이다. 주어진 자장에 대하여 얼마만큼의 홀전압을 유기시킬 수 있는가에 대해서는 앞서 충분히 설명한 바 있다.

제5도를 참조하면, 상기 식(2)에 따르는, 상기, 제3도와 같은 본 발명의 자계 센서소자에서 에미터의 양단에 인가되는 전압 V_1at의 크기에 따라 상대적민감도 Sr이 어떻게 나타나는가를 알 수 있다. 예를 들어, 12V의 V_1at에서 0.55T정도의 자장이 인가된 경우에 100/T정도의 상대적민감도가 나타난다. 그리고, 12V에서 1.55T이상의 자장이 인가된다면, 곡선의 지수함수적인 특성에 의하여 매우 높은 상태적민감도를 얻을수가 있다.

제3도와 같은 본 발명의 자계센서소자를 제작하기 위해서는 표준 CMOS공정으로 총 5회의 마스크공정을 이용하여 형성할 수 있다. 즉, 먼저, 기판에 N웰(에미터 및 컬렉터영역이 됨)을 형성하기 위하여 P형의 실리콘 기판에 제1포트레지스트 패턴을 사용하여 10¹⁷/㎠의 도우즈량으로 이온주입 및 확산시킨 다음, 제2 및 제3포토레지스트패턴을 사용하여 얕은 깊이의 P⁺및 N⁺영역(에미터전극, 컬렉터전극 및 베이스가됨)을 형성하고, 전극과의 컨택형성과 금속배선패턴을 형성하기 위하여 제4 및 제5포토레지스트패턴을 사용한다. 이러한 공정에서는 마스크설계시에 상술한 소자의 기하학적인 인가를 고려하여야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체형 자계선서에 있어서 캐리어디플렉션에 비해 보다 큰 민감도를 얻을 수 있는 인젝션모듈레이션모델을 바람직하게 활용할 수 있는 자계센서소자를 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 간단한 공정으로 종래에 비해 높은 민감도를 달성할 수 있는 자계센서소자를 제공하는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 인가되는 자장에 응답하는 반도체자계 센서소자에 있어서 : 제1도전형의 기판상에 형성되고, 상기 기판에 대해 수평방향으로 제1바이어스 전압을 제공받는 제1, 2양단전극들을 구비한 제2도전형의 에미터 영역과 : 상기 에미터 영역의 상기 제1, 2양단전극들에 각기 대칭적으로 배열돤 제1, 2, 3 및 4베이스 전극들을 구비하며, 상기 베이스 전극들의 쌍전극들을 통해 상기 제1바이어스 전압과는 다른 제2바이어스전압을 제공받는 상기 기판으로서의 베이스영역과 : 상기 베이스 전극들의 상기 쌍전극들사이에 위치되고, 상기 에미터 영역에 각기 대칭적으로 배치된 컬렉터 전극들을 구비하며, 상기 기판에 대해 수직방향으로 자장이 인가될시 상기 컬렉터 전극들을 통해 홀효과에 기인되는 전류를 생성하는 제2도전형의 컬렉터 영역을 가짐에 의해, 상기 에미터 영역에서 상기 자장의 크기에 응답하는 전압이 형성되게 한 것을 특징으로 하는 반도체자계센서소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2바이어스 전압은 상기 제1바이어스 전압보다 높은 전압레벨임을 특징으로하는 반도체자계센서소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 컬렉터 영역의 폭이 사다리꼴 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체자계센서소자.