PL193791B1 - Czujnik Halla - Google Patents

Abstract

1. Czujnik Halla obejmujacy strefe aktywna oraz elek- trody stykowe, gdzie elektrody stykowe utworzone sa przez dwie, rozmieszczone naprzeciw siebie stykowe elektrody zapewniajace przeplyw pradu przez okreslona pomiedzy nimi strefe aktywna, oraz dwie, rozmieszczone naprzeciw siebie elektrody mierzace napiecie Halla, znamienny tym, ze czesc elektrod kontaktowych (7a, 7b, 7c, 7d, 17a, 17b, 17c, 17d) zwrócona w strone strefy aktywnej (5, 15) ma ksztalt schodkowy, ksztalt bedacy wycinkiem kola, ksztalt eliptyczny, ksztalt paraboliczny, ksztalt hiperboliczny, ksztalt trapezowy albo posiada prostokatny wystep reduku- jacy zaklócajacy wplyw elektrod stykowych (7a, 7b, 7c, 7d, 17a, 17b, 17c, 17d) na oddzialywanie efektu pradów wiro- wych obnizajace uchyb napiecia, przy czym wszystkie elektrody stykowe (7a, 7b, 7c, 7d, 17a, 17b, 17c, 17d) maja ten sam ksztalt i sa rozmieszczone symetrycznie wzgledem strefy aktywnej (5, 15) zas dlugosc boków elektrod styko- wych (7a, 7b, 7c, 7d, 17a, 17b 17c, 17d) wynosi maksy- malnie 20% dlugosci boku strefy aktywnej. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy czujnika Halla, a w szczególności czujnika Halla wyprodukowanego w technologii CMOS. Czujniki tego typu mogą służyć między innymi do pomiaru indukcji bądź natężenia pola magnetycznego albo też mocy i natężenia prądu elektrycznego i znajdują zastosowanie w wielu różnych urządzeniach.

Generalnie, czujnik Halla zbudowany jest ze strefy aktywnej z półprzewodnika typu n, umieszczonej na podłożu z półprzewodnika typu p. Zwykle, n-domieszkowana strefa aktywna jest połączona z zewnętrznym obwodem sterowania za pośrednictwem czterech elektrod stykowych, umieszczonych w położonych naprzeciw siebie po przekątnej, narożach strefy aktywnej. Cztery elektrody stykowe podzielone są na dwie przeciwległe sterujące elektrody prądowe, zapewniające przepływ prądu przez strefę aktywną, oraz na dwie elektrody mierzące napięcie, służące do pomiaru sygnału czujnika w postaci napięcia Halla występującego prostopadle do przepływu prądu w strefie aktywnej, w obecności przyłożonego pola magnetycznego.

Zwykle, w przypadku czujników Halla o powyżej opisanej konstrukcji, znane są dwie geometrie stref aktywnych, przedstawione na pos. 1 i 2. Pos. 1 pokazuje kwadratowy czujnik Halla 20, w którym elektrody stykowe 22a-d umieszczone są odpowiednio w narożach strefy aktywnej 24. Kształt elektrod stykowych 22a-d w takim znanym układzie czujnika Halla jest zazwyczaj kwadratowy. Podczas pracy czujnika Halla 20, między dwoma umieszczonymi po przekątnej elektrodami stykowymi 22a, 22c przepływa prąd, co umożliwia pomiar napięcia Halla przy wykorzystaniu dwóch innych elektrod stykowych 22b, 22d w obecności przyłożonego pola magnetycznego.

Pos.2 pokazuje krzyżowy układ czujnika Halla 30 o kształcie „krzyża greckiego, w którym prostokątne elektrody stykowe 32a-d leżą odpowiednio na krańcach ramion krzyża tak, że końce elektrod stykowych 32a-d są równocześnie końcami strefy aktywnej 34. Szerokość elektrod stykowych 32a-d odpowiada szerokości ramienia krzyża, tj. elektrody stykowe 32a-d rozciągają się na całej szerokość strefy aktywnej 34. Analogicznie jak w przypadku układu kwadratowego, podczas pracy krzyżowego czujnika Halla, między dwoma leżącymi naprzeciw siebie elektrodami stykowymi 32a, 32c przepływa prąd, co umożliwia pomiar napięcia Halla przy wykorzystaniu dwóch innych elektrod stykowych 22b, 22d w obecności przyłożonego pola magnetycznego.

Jednakże w przypadku procesów CMOS stosowanych w celu otrzymywania materiałów półprzewodnikowych, w półprzewodnikowym materiale strefy aktywnej pojawiają się jednak często produkcyjne niejednorodności i defekty. Niejednorodności tych nie daje się niestety uniknąć całkowicie nawet przy zastosowaniu kosztownych procesów produkcyjnych. Tymczasem one właśnie są często przyczyną występowania uchybu sygnału czujnika. Oznacza to, że na elektrodach stykowych, na których dokonywany jest pomiar napięcia Halla, wykrywany jest sygnał czujnika nawet bez przyłożonego do strefy aktywnej pola magnetycznej. Taki zakłócający sygnał czujnika określany jest terminem „uchyb użytecznego sygnału czujnika lub wprost jako sygnał uchybu. Gdy te niejednorodności znajdują się w niekorzystnych miejscach strefy aktywnej, w przypadku znanych czujników Halla może być rejestrowany stosunkowo wysoki sygnał uchybu, ze względu na niekorzystne odchylenie linii prądu w strefie aktywnej i wytworzenie się miejsc o wysokie oporności. Tak więc występujący w czujnikach Halla uchyb sygnału silnie zależy nie tylko od liczby niejednorodności ale także od ich rozmieszczenia.

W następstwie tej silnej zależności sygnału uchybu od niejednorodności materiału, występuje duży rozrzut cech w różnych egzemplarzach typowych czujników Halla. Dodatkowo pod tym silnym wpływem znajdują się również czułość i dokładność pomiaru. Z tego powodu kompensowanie uchybu i prawidłowy szacunek sygnałów otrzymywanych z czujników wymaga zastosowania kosztownej technologii.

Przedmiotem wynalazku jest czujnik Halla obejmujący strefę aktywną oraz elektrody stykowe, gdzie elektrody stykowe utworzone są przez dwie, rozmieszczone naprzeciw siebie stykowe elektrody zapewniające przepływ prądu przez określoną pomiędzy nimi strefę aktywną, oraz dwie, rozmieszczone naprzeciw siebie elektrody mierzące napięcie Halla.

Istotą wynalazku jest to, że część elektrod kontaktowych, zwrócona w stronę strefy aktywnej ma kształt schodkowy, kształt będący wycinkiem koła, kształt eliptyczny, kształt paraboliczny, kształt hiperboliczny, kształt trapezowy albo posiada prostokątny występ, redukujący zakłócający wpływ elektrod stykowych na oddziaływanie efektu prądów wirowych obniżające uchyb napięcia, przy czym wszystkie elektrody stykowe mają ten sam kształt i są rozmieszczone symetrycznie względem strefy

PL 193 791B1 aktywnej, zaś długość boków elektrod stykowych wynosi maksymalnie 20% długości boku strefy aktywnej.

Korzystnie, strefa aktywna ma kształt prostokątny, a elektrody stykowe rozmieszczone są w położonych naprzeciw siebie po przekątnej, narożach strefy aktywnej.

W innym korzystnym wariancie, część elektrod stykowych o kształcie będącym wycinkiem koła, kształcie eliptycznym, kształcie parabolicznym lub kształcie hiperbolicznym jest skierowana wypukłością w stronę strefy aktywnej.

Korzystnie, na części elektrod stykowych o kształcie trapezowym, na zwróconej w stronę strefy aktywnej krótszej podstawie trapezu umieszczony jest segment o kształcie wycinka koła, kształcie eliptycznym, kształcie parabolicznym lub kształcie hiperbolicznym.

Korzystnie, strefa aktywna ma kształt wielokąta foremnego.

W innym korzystnym wariancie, aktywna strefa ma kształt krzyża, a elektrody stykowe umieszczone są odpowiednio w przeciwległych ramionach krzyża strefy aktywnej.

W kolejnym korzystnym wariancie, strefa aktywna ma kształt gwiazdy, a elektrody stykowe umieszczone są odpowiednio w przeciwległych ramionach gwiazdy strefy aktywnej.

W powyższych wariantach wynalazku korzystnie, część elektrod stykowych o kształcie będącym wycinkiem koła, kształcie eliptycznym, kształcie parabolicznym lub kształcie hiperbolicznym jest skierowana wypukłością w stronę strefy aktywnej.

W powyższych wariantach korzystnie, na części elektrod stykowych o kształcie trapezowym, na zwróconej w stronę strefy aktywnej krótszej podstawie trapezu umieszczony jest segment o kształcie wycinka koła, kształcie eliptycznym, kształcie parabolicznym lub kształcie hiperbolicznym.

Zaletą czujnika Halla według wynalazku jest zmniejszony uchyb sygnału.

U podstaw niniejszego wynalazku leży przekonanie, że występujący w czujniku Halla uchyb sygnału czujnika może zostać znacząco zmniejszony przez stosowny dobór kształtu zastosowanych elektrod stykowych. Rozstrzygającą sprawą dla małego uchybu sygnału czujnika jest nie tylko równomierny rozkład gęstości prądu w strumieniu prądu w idealnych warunkach materiału półprzewodnikowego, tj. bez występowania niejednorodności, z czego najczęściej wynikają cechy konwencjonalnych czujników. Znacznie większe znaczenie ma to, jak pod wpływem istniejącej niejednorodności lub innych zakłóceń wywołanych przez materiał półprzewodnikowy stref aktywnych, zmienia się rozkład gęstości prądu, w szczególności przy elektrodach stykowych. Równocześnie, w celu zmniejszenia rozrzutu wynikowego uchybu sygnału czujnika, końcowy uchyb sygnału czujnika powinien być tak niezależny od położenia niejednorodności lub miejsc powodujących zakłócenia w materiale półprzewodnikowym jak to możliwe.

Zalety kształtów elektrod kontaktowych zastosowanych w wynalazku wynikają z następujących reguł. Mierzalny z zewnątrz uchyb czujnika Halla zależy od trzech zasadniczych czynników:

- natężenia i rozprzestrzenienia zjawisk występujących w czujniku;

- napięcia roboczego czujnika;

- geometrii czujnika.

Pierwsze dwa czynniki, w związku z tematyką niniejszego wynalazku, nie są dalej rozważane. W tym przypadku, jedynym czynnikiem, który można zmieniać jest geometria czujnika, która ma dalekosiężny i różnorodny wpływ na właściwości czujnika. Szczególny związek istnieje między kształtem styków i uchybem redukowanym przez prądy wirowe, co zostanie wyjaśnione poniżej.

Zasada działania prądów wirowych polega na tym, że kierunek pomiaru jest ciągle, z określoną częstotliwością, cyklicznie przekręcany, np. o 90°, tzn. prąd roboczy płynie od jednej do drugiej z elektrody stykowej, a napięcie Halla mierzone jest na dwu innych, umieszczonych poprzecznie elektrodach stykowych, po czym, przy następnym cyklu, kierunek pomiaru zostaje przekręcony dalej o 90°. Zmierzone napięcia Halla zostają zsumowane, przy czym podczas jednego cyklu powinno dojść praktycznie do wzajemnego zniesienia się uchybu napięć. W ten sposób otrzymuje się te części sygnału, które zależne są od pola magnetycznego.

Nawet podczas pracy bez prądu wirowego, w zależności od wybranej geometrii czujnika i styków ujawniają się te położenia, którym występujące zjawiska nie przeszkadzają, oraz takie położenia, przy których pojawia się znaczny uchyb. Dobrym przykładem jest tu linia łącząca elektrody stykowe, przez które przepływa prądu sterujący. Defekty występujące na tej linii, ze względu na symetrię, nie prowadzą do uchybu. Jednakże przy jakimkolwiek odchyleniu od tej linii, na elektrodach stykowych czujnika Halla ujawnia się mierzalny uchyb, chociaż gęstość prądu jest w obu punktach prawie identyczna i nie jest znikomo mała.

PL 193 791B1

Przy pracy z prądem wirowym ujawnia się, w zależności od geometrii, także taka funkcja wrażliwości na miejsce, która opisuje oddziaływanie defektu w określonym miejscu na uchyb. W przypadku elektrod stykowych Halla, sterujących i pomiarowych, które są rozmieszczone w pewnej odległości od siebie, funkcja ta wygląda na stosunkowo złożoną. W czujniku Halla o kształcie krzyżowym, funkcja ta ma miejsca zerowe na liniach łączących naprzeciwległe elektrody stykowe, oraz dodatkowo pomiędzy dwusiecznymi kąta wewnętrznego obszaru krzyża. Pozostały przebieg a zwłaszcza ekstrema tej funkcji w strefie aktywnej mogą być kształtowane przez stosowny wybór kształtu czujnika i styków. Z zasady miejsca o szczególnej wrażliwości na uchyb znajdują się na krawędziach czujnika i styków, podczas gdy w strefie wewnętrznej nie ujawniają się zwykle żadne lokalne wartości ekstremalne. Ponieważ w następstwie modyfikacji kształtu, zmianie mogą ulec również wszystkie inne właściwości czujnika, przy wprowadzaniu zmian w kształcie styków brać trzeba pod uwagę także te wszystkie inne właściwości.

W elektrodach stykowych według wynalazku, kształt elektrod został dobrany tak by uzyskać niski uchyb przy zachowaniu dużej wydajności, praktycznie bez zmiany czułości.

Uzyskana rozdzielczość zwiększa się im niższy jest uchyb czujnika.

Korzystne rozwiązania według wynalazku zostały przedstawione szczegółowo na rysunku, na którym fig. 1 przedstawiła schematyczny rzut kwadratowego czujnika Halla, z elektrodami stykowymi według wynalazku, fig. 2a-e schematyczny rzut różnych kształtów elektrod stykowych według wynalazku, przeznaczonych dla kwadratowego czujnika Halla, fig. 3a schematyczny rzut krzyżowego czujnika Halla, z elektrodami stykowymi według wynalazku, fig. 3b-d zmodyfikowane postaci struktury krzyżowej, a fig. 4a-g schematyczne rzuty różnych kształtów elektrod stykowych według wynalazku, przeznaczonych do krzyżowego czujnika Halla.

Na fig. 1 przedstawiony jest ogólny schemat prostokątnego czujnika Halla 1. Na półprzewodnikowym podłożu 3, korzystnie typu p, umieszczona jest prostokątna półprzewodnikowa strefa aktywna 5, korzystnie typu n. W bezpośredniej bliskości naroży n-domieszkowanej strefy aktywnej 5 znajdują się elektrody stykowe 7a-d, które normalnie otrzymywane są w wyniku domieszkowania n+. Elektrody stykowe 7a-d rozmieszczone są odpowiednio naprzeciw siebie po przekątnych w n-domieszkowanej strefie aktywnej 5, która otoczona jest przez p-domieszkowane podłoże. Oznaczony linią przerywaną kontur części elektrod stykowych 7a-d, skierowany w stronę strefy aktywnej 5 wyróżniony jest w celu przedstawienia nowych struktur elektrod stykowych 7a-d, o których bardziej szczegółowo będzie mowa dalej w nawiązaniu do fig. 2a-f.

Na fig. 2a-f przedstawione są różne korzystne kształty elektrod stykowych 7a-d. Dla uproszczenia następującego dalej opisu, pokazywany zawsze jest tylko jeden narożny, powiększony fragment czujnika Halla 1 wraz z należącą do niego elektrodą stykową 7a (patrz otoczony przerywanym okręgiem fragment obszaru Ina fig. 1), bowiem inne elektrody stykowe 7b-d mają zwykle identyczną strukturę i umieszczone są symetrycznie w innych narożach strefy aktywnej 5. Dla uproszczenia opisu, elektrody stykowe 7a-d pokazane na fig. 2a-e, zostają formalnie podzielone na dwie części, tj. na część zwróconą ku strefie aktywnej 5 i część, która jest odwrócona od tej strefy. Ponadto, na elektrodach stykowych 7a-d zdefiniowane zostają dwa punkty krańcowe A i B, pomiędzy którymi mieszczą się, będące przedmiotem wynalazku kształty elektrod stykowych 7a-d.

W wariancie wynalazku, pokazanym na fig. 2a, zwrócona ku strefie aktywnej 5 część elektrody stykowej 7a jest ukształtowana jako linia prosta, w wyniku czego elektroda stykowa 7a ma postać trójkąta równoramiennego.

Figura 2b pokazuje wariant kształtu elektrody stykowej 7a, w którym punkty krańcowe A, B części elektrody stykowej 7a zwróconej ku strefie aktywnej połączone są linią schodkową. Ma się, więc tu do czynienia z stopniowym lub schodkowym kształtem elektrody stykowej.

Figura 2c pokazuje wariant kształtu elektrody stykowej 7a, w której punkty krańcowe A i B połączone są strukturą stanowiącą wycinek koła, z wypukłością skierowaną w stronę strefy aktywnej. Taka wypukła część elektrody stykowej może w dalszych wariantach przybierać kształt eliptyczny, paraboliczny lub hiperboliczny.

Na fig. 2d przedstawiony jest kształt elektrody, w którym część elektrody stykowej 7a, zwrócona w stronę strefy aktywnej, ma postać trapezu równoramiennego, którego dłuższa podstawa przebiega między punktami krańcowymi A i B.

Na fig. 2e pokazana jest struktura elektrody stykowej 7a, w której, w porównaniu do struktury pokazanej na fig. 2d, dokonana jest zmiana polegająca na tym, że na krótszej podstawie trapezu,

PL 193 791B1 zwróconej w stronę strefy aktywnej 5, znajduje się segment o kształcie wycinka koła, o kształcie eliptycznym, parabolicznym lub hiperbolicznym, skierowany wypukłością w stronę strefy aktywnej.

Opisane powyżej kształty elektrod stykowych mogą być, dla potrzeb dokładnego opisu matematycznego, potraktowane w przybliżeniu jako ciąg wieloboków.

Równocześnie okazało się, że dla uzyskania optymalnych właściwości roboczych czujników Halla ze zredukowanym sygnałem uchybu, długości boków elektrod stykowych wynosić powinny maksymalnie 20% rozmiarów strefy aktywnej, bo wówczas rozkład gęstości prądu w strefie aktywnej czujnika Halla staje się w zasadzie niezależny od położenia miejsc niejednorodności i innych miejsc w materiale półprzewodnikowym wywołujących zakłócenia.

Dalej zwrócić należy uwagę na to, że kształt części elektrod stykowych 7a-d odwróconych od strefy aktywnej, nie jest, jak to pokazują -fig. 2a-f, ograniczony tylko do kształtu trójkątnego, ale może przybierać formę bardziej odpowiednią do konkretnego zastosowania, np. dla zapewnienia styku z obszarem zewnętrznym lub wyprowadzenia elektrod stykowych. Kształt części elektrod stykowych 7a-d, odwróconej od strefy aktywnej, dla niniejszego wynalazku nie ma jednak większego znaczenia.

Przy pomocy opisanych powyżej nowych, zastosowanych w czujniku Halla kształtów elektrod stykowych, powstaje możliwość zredukowania niepożądanych sygnałów uchybu, które powstają np. jako następstwo wytwarzanych w trakcie w produkcji niejednorodności materiału półprzewodnikowego strefy aktywnej, i które nakładają się na sygnał napięcia Halla. Poprawa ta zostaje osiągnięta poprzez zastosowanie elektrod stykowych o kształcie według wynalazku, w taki sposób, że wynikowy sygnał uchybu staje się w zasadzie niezależny od położenia w strefie aktywnej miejsc niejednorodności lub innych miejsc w materiale półprzewodnikowym wywołujących zakłócenia. W ten sposób możliwe staje się ograniczenie rozrzutu cech poszczególnych egzemplarzy czujników i poprawienie dokładności pomiaru czujników Halla, w których zastosowanie znajdą opisane wyżej elektrody stykowe o nowych kształtach.

Na fig. 3a przedstawiony jest ogólny schemat krzyżowego czujnika Halla 10. Na półprzewodnikowym podłożu 13, korzystnie typu p, umieszczona jest krzyżowa półprzewodnikowa strefa aktywna 15, korzystnie typu n. W bezpośredniej bliskości końców ramion strefy aktywnej 15, znajdują się elektrody stykowe 17a-d, które normalnie otrzymywane są w wyniku domieszkowania n+. Odpowiednie elektrody stykowe 17a-d służące do wywoływania przepływu prądu przez czujnik oraz do pomiaru napięcia Halla występującego w obecności przyłożonego pola magnetycznego, rozmieszczone są odpowiednio w symetrycznie przeciwnych ramionach krzyża. Oznaczony linią przerywaną kontur części elektrod stykowych 17a-d, skierowany w stronę strefy aktywnej 15 wyróżniony jest w odniesieniu do fig. 1 w celu przedstawienia nowych kształtów elektrod stykowych 17a-d, o których bardziej szczegółowo będzie mowa dalej w nawiązaniu do fig. 4a-f.

W oczywisty sposób jest możliwe zastosowanie również zmodyfikowanych czujników krzyżowych, w których zmieniony kształt mają naroża czujnika skierowane do jego środka, tak jak to pokazano na fig. 3b-d. Fig. 3d można przy tym traktować jako graniczny przykład czujnika kwadratowego.

Inne korzystne kształty elektrod stykowych 17a-d są pokazane na fig. 4a-g. Dla uproszczenia następującego dalej opisu, pokazywane jest tylko jedno ramię krzyża czujnika Halla 1 wraz z należącą do niego elektrodą stykową 17a (patrz otoczony przerywanym okręgiem fragment obszaru 2 na fig. 3a), bowiem inne elektrody stykowe 17b-d mają identyczną strukturę i umieszczone są symetrycznie w innych ramionach krzyża strefy aktywnej 15. Dla uproszczenia opisu, elektrody stykowe, pokazane na fig. 4a-g, zostają formalnie podzielone na dwie części, tj. na część zwróconą ku strefie aktywnej i część, która jest odwrócona od tej strefy. Ponadto, na elektrodach stykowych 7a-d zdefiniowane zostają dwa punkty krańcowe C i D, pomiędzy którymi mieszczą się będące przedmiotem wynalazku kształty elektrod stykowych 17a-d.

W najprostszym wariancie wynalazku, pokazanym na fig. 4a elektroda stykowa 17a ma kształt prostokątny, przy czym elektroda stykowa jest całkowicie otoczona przez materiał typu n.

Figura 4b pokazuje kolejny, możliwy wariant kształtu części elektrody stykowej 17a, zwróconej ku strefie aktywnej 15. Kształt ten utworzony jest przez prostokątny występ pomiędzy punktami C i D.

Figura 4c pokazuje wariant kształtu elektrody stykowej 17a, w której elektroda kontaktowa 17a pomiędzy punktami krańcowymi C, D posiada segment kolisty, z wypukłością skierowaną w stronę strefy aktywnej. Taka wypukła część elektrody stykowej może w dalszych wariantach przybierać kształt eliptyczny, paraboliczny lub hiperboliczny.

PL 193 791B1

Kształt części elektrody stykowej 17a, zwróconej w stronę strefy aktywnej, może mieć kształt trapezowy jak pokazano na fig. 4d, gdzie dłuższa podstawa trapezoidu styka się z linią łączącą punkty krańcowymi C i D.

Kształt elektrody stykowej 17a, pokazanej na fig. 4e jest rozwinięty w porównaniu do struktury pokazanej na fig. 4d, w taki sposób, że na krótszej podstawie trapezoidu, znajduje się segment o kształcie wycinka koła, o kształcie eliptycznym, parabolicznym lub hiperbolicznym, skierowany wypukłością w stronę strefy aktywnej.

W innych kształtach elektrod stykowych, takich jak te przedstawione na fig. 4a-g, części elektrod stykowych odwrócone od strefy aktywnej mogą co najmniej częściowo rozciągać się do obszaru p-domieszkowanego podłoża. Wariant takiej struktury przedstawiony jest fig. 4f. W tym przykładzie, kołowy kształt elektrody stykowej 17a między punktami krańcowymi C i D może symbolizować każdy inny kształt elektrod stykowych pokazany na fig. 4a-e.

W dalszej kolejności, jak to pokazano na fig. 4g, cała część elektrody stykowej, odwrócona od strefy aktywnej może leżeć w sąsiedztwie podłoża z półprzewodnika typu p, przy czym szerokość elektrody stykowej równa jest szerokości strefy aktywnej wewnątrz ramienia krzyża, tj. elektroda stykowa 17a rozciąga się na całej szerokości ramienia krzyża. Zwrócona ku strefie aktywnej część elektrody stykowej 17a może przy tym, jak widać na fig. 4b-e, mieć wypukłość zwróconą ku strefie aktywnej 15.

Należy prócz tego zwrócić uwagę, że opisane wyżej kształty elektrod stykowych mogą być stosowane nie tylko w czujnikach Halla, mających formę krzyża, ale również w czujnikach Halla, w których strefy aktywne mają kształt gwiazdy.

Zwrócić należy ponadto uwagę na to, że zarówno w nawiązaniu do rozwiązań z fig. 2a-e, przedstawiających prostokątne strefy aktywne, jak i do rozwiązań z fig. 4a-g, opisujących krzyżowe strefy aktywne, elektrody stykowe mogą w całości leżeć w strefach n-domieszkowanych i mieć połączenie z otoczeniem tylko za pośrednictwem płaszczyzny metalizacyjnej. Strefy styku są więc całkowicie otoczone materiałem półprzewodnikowym typu n. Poza tym istnieje możliwość, że elektrody stykowe nie leżą w całości w aktywnej strefie półprzewodnikowej, co pokazano na fig. 4g-h. Oznacza to, że co najmniej jedna krawędź odwróconej od strefy aktywnej części elektrod stykowych może przylegać do skraju strefy aktywnej.

Dalej należy zauważyć, że elektrody stykowe służące do doprowadzania prądu (7a, 7c, 17a, 17c) i elektrody stykowe służące do pomiaru napięcia (7b, 7d, 17b. 17d) mają identyczne kształty, co umożliwia korzystne użycie ich do skompensowania uchybu w tzw. metodzie prądów wirowych. Zalety kształtów elektrod stykowych według wynalazku stają się widoczne szczególnie przy stosowaniu tej metody.

W czujnikach Halla z konwencjonalnie ukształtowanymi elektrodami stykowymi napięcia uchybowe, występujące jako rezultat istnienia niejednorodności w materiale półprzewodnikowym, będą miały różną wartość, przy każdej zmianie kierunku przepływu prądu przez strefę aktywną, tak, że nawet przy zastosowaniu wspomnianych metod kompensacji nie można uzyskać zadowalającego zmniejszenia uchybu.

W przeciwieństwie do tego, zastosowanie elektrod stykowych o kształcie według wynalazku pozwala oczekiwać osiągnięcia niemal całkowitego skompensowania uchybu, gdyż dzięki zastosowaniu elektrod stykowych według wynalazku redukujące uchyb działanie prądów wirowych jest znacznie mniej zakłócane niż w przypadku stosowania elektrod o tradycyjnym kształcie.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Czujnik Halla obejmujący strefę aktywną oraz elektrody stykowe, gdzie elektrody stykowe utworzone są przez dwie, rozmieszczone naprzeciw siebie stykowe elektrody zapewniające przepływ prądu przez określoną pomiędzy nimi strefę aktywną, oraz dwie, rozmieszczone naprzeciw siebie elektrody mierzące napięcie Halla, znamienny tym, że część elektrod kontaktowych (7a, 7b, 7c, 7d, 17a, 17b, 17c, 17d) zwrócona w stronę strefy aktywnej (5, 15) ma kształt schodkowy, kształt będący wycinkiem koła, kształt eliptyczny, kształt paraboliczny, kształt hiperboliczny, kształt trapezowy albo posiada prostokątny występ redukujący zakłócający wpływ elektrod stykowych (7a, 7b, 7c, 7d, 17a, 17b, 17c, 17d) na oddziaływanie efektu prądów wirowych obniżające uchyb napięcia, przy czym wszystkie elektrody stykowe (7a, 7b, 7c, 7d, 17a, 17b, 17c, 17d) mają ten sam kształt i są rozmieszczone

   PL 193 791B1 symetrycznie względem strefy aktywnej (5, 15) zaś długość boków elektrod stykowych (7a, 7b, 7c, 7d, 17a, 17b 17c, 17d) wynosi maksymalnie 20% długości boku strefy aktywnej.
2. 2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa aktywna (5) ma kształt prostokątny, a elektrody stykowe (7a, 7b, 7c, 7d) rozmieszczone są w położonych naprzeciw siebie po przekątnej, narożach strefy aktywnej (5).
3. 3. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że część elektrod stykowych (7a, 7b, 7c, 7d) o kształcie będącym wycinkiem koła, kształcie eliptycznym, kształcie parabolicznym lub kształcie hiperbolicznym jest skierowana wypukłością w stronę strefy aktywnej (5).
4. 4. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na części elektrod stykowych (7a, 7b, 7c, 7d) o kształcie trapezowym, na zwróconej w stronę strefy aktywnej krótszej podstawie trapezu umieszczony jest segment o kształcie wycinka koła, kształcie eliptycznym, kształcie parabolicznym lub kształcie hiperbolicznym.
5. 5. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa aktywna (5) ma kształt wielokąta foremnego.
6. 6. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że aktywna strefa (15) ma kształt krzyża, a elektrody stykowe (17a, 17b, 17c, 17d) umieszczone są odpowiednio w przeciwległych ramionach krzyża strefy aktywnej (15).
7. 7. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa aktywna (15) ma kształt gwiazdy, a elektrody stykowe (17a, 17b, 17c, 17d) umieszczone są odpowiednio w przeciwległych ramionach gwiazdy strefy aktywnej (15).
8. 8. Czujnik według zastrz. 5 albo 6, albo 7, znamienny tym, że część elektrod stykowych (17a, 17b, 17c, 17d) o kształcie będącym wycinkiem koła, kształcie eliptycznym, kształcie parabolicznym lub kształcie hiperbolicznym jest skierowana wypukłością w stronę strefy aktywnej (15).
9. 9. Czujnik według zastrz. 5 albo 6, albo 7, znamienny tym, że na części elektrod stykowych (17a, 17b, 17c, 17d) o kształcie trapezowym, na zwróconej w stronę strefy aktywnej krótszej podstawie trapezu umieszczony jest segment o kształcie wycinka koła, kształcie eliptycznym, kształcie parabolicznym lub kształcie hiperbolicznym.