RU2239916C1 - Magnetic field sensing semiconductor device - Google Patents
Magnetic field sensing semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239916C1 RU2239916C1 RU2003102580/28A RU2003102580A RU2239916C1 RU 2239916 C1 RU2239916 C1 RU 2239916C1 RU 2003102580/28 A RU2003102580/28 A RU 2003102580/28A RU 2003102580 A RU2003102580 A RU 2003102580A RU 2239916 C1 RU2239916 C1 RU 2239916C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- contacts
- emitter
- magnetic field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковой электронике, полупроводниковым приборам - биполярным структурам, обладающим чувствительностью к воздействию магнитного поля.The present invention relates to semiconductor electronics, semiconductor devices - bipolar structures with sensitivity to the influence of a magnetic field.
Полупроводниковые датчики величины и направления магнитного поля находят все более широкое распространение в интегрированных микросистемах благодаря возможности их объединения с остальными компонентами микросистем методами микроэлектроники и создания микроминиатюрных приборов для контроля и управления в автоматизированных комплексах различного назначения.Semiconductor sensors of magnitude and direction of the magnetic field are becoming more widespread in integrated microsystems due to the possibility of combining them with other components of microsystems using microelectronics methods and the creation of microminiature devices for monitoring and control in automated complexes for various purposes.
Среди различных видов полупроводниковых магниточувствительных элементов резисторов, диодов, датчиков Холла, биполярных и МОП двухколлекторных транзисторов со времени изобретения первого биполярного двухколлекторного магниточувствительного транзистора (БМТ) /1/ этот прибор вызывает особый интерес в связи с возможностью получения высокой магниточувствительности. Подробно этот прибор описан в работе /2/. Магниточувствительность БМТ обусловлена отклонением в магнитном поле под действием силы Лоренца потоков инжектированных из эмиттера носителей тока при пробеге их через базу к коллекторам. Для повышения магниточувствительности биполярного двухколлекторного транзистора разрабатываются структуры прибора, в которых используются физические эффекты: эффект Холла, перераспределение тока между коллекторами под действием силы Лоренца, гальваномагнитные эффекты, рекомбинация носителей тока в объеме и на поверхности прибора, электрическое взаимодействие носителей разного знака. В результате действия этих эффектов создается изменение токов коллекторов при воздействии магнитного поля.Among various types of semiconductor magnetosensitive elements of resistors, diodes, Hall sensors, bipolar and MOS bi-collector transistors since the invention of the first bipolar two-collector magneto-sensitive transistor (BMT) / 1 /, this device is of particular interest due to the possibility of obtaining high magnetosensitivity. This device is described in detail in / 2 /. The magnetosensitivity of BMTs is due to deviation in the magnetic field under the action of the Lorentz force of the current carriers injected from the emitter of the current carriers when they run through the base to the collectors. To increase the magnetosensitivity of a bipolar two-collector transistor, device structures are developed that use physical effects: the Hall effect, redistribution of current between collectors under the action of the Lorentz force, galvanomagnetic effects, recombination of current carriers in the volume and on the surface of the device, electrical interaction of carriers of different signs. As a result of the action of these effects, a change in the collector currents is created upon exposure to a magnetic field.
В патенте /1/ предлагается прибор, в котором под действием силы Лоренца перераспределяется ток инжектированных из эмиттера носителей тока в базе обычного вертикального биполярного транзистора при их движении к разрезанному на две части коллектору. В этом приборе большая часть носителей достигает коллекторов и на фоне этого потока перераспределенная под воздействием магнитного поля часть тока составляет незначительную величину и, соответственно, определяемая по формуле 
Переход от вертикальной структуры транзистора к горизонтальной /3/ обеспечил получение значительно более высокой чувствительности. Этот прибор /4/ состоит из пары латеральных транзисторов с общим эмиттером. Малый коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор из-за большого расстояния от эмиттера до коллекторов и высокой скорости рекомбинации носителей тока в базе на поверхности кристалла определяет невысокие значения тока рабочих коллекторов. Существенное значение для работы прибора имеет то, что инжектированные из эмиттера потоки носителей тока к двум коллекторам текут в противоположных направлениях и под действием силы Лоренца один поток прижимается к поверхности, а другой поток отодвигается от поверхности. Первоначальная малая величина тока коллектора в магнитном поле сильно изменяется, например, наблюдается dIk/dB в 4 раза больше, чем первичный ток коллектора Iк при В=0 и чувствительность SR=4 Т-1.The transition from the vertical structure of the transistor to the horizontal / 3 / provided a significantly higher sensitivity. This device / 4 / consists of a pair of lateral transistors with a common emitter. The low coefficient of current transfer from the emitter to the collector, due to the large distance from the emitter to the collectors and the high recombination rate of the current carriers in the base on the crystal surface, determines the low current values of the working collectors. Essential for the operation of the device is that the carrier currents injected from the emitter to the two collectors flow in opposite directions and under the influence of the Lorentz force one stream is pressed to the surface, and the other stream is moved away from the surface. The initial small value of the collector current in a magnetic field varies greatly, for example, dI k / dB is observed 4 times greater than the primary collector current Ik at B = 0 and sensitivity S R = 4 T -1 .
Повышение чувствительности биполярного магниточувствительного двухколлекторного транзистора достигается различными конструктивными усовершенствованиями. В патенте /5/ предлагается высокочувствительный датчик магнитного поля с отклонением под действием магнитного поля потоков двух типов носителей тока, которые протекают в базовой и эмиттерной областях за счет создания двойных контактов к базе и к эмиттеру. Под двумя коллекторами на переходе база-эмиттер возникает Холловское напряжение разного знака и по экспоненте растет ток одного коллектора и уменьшается другого, что позволяет получить более высокую чувствительность.An increase in the sensitivity of a bipolar magnetically sensitive two-collector transistor is achieved by various design improvements. The patent / 5 / proposes a highly sensitive magnetic field sensor with deviation under the influence of the magnetic field of the flows of two types of current carriers, which flow in the base and emitter regions due to the creation of double contacts to the base and to the emitter. Under two collectors at the base-emitter junction, a Hall voltage of a different sign appears and the current of one collector increases exponentially and the other decreases, which allows for a higher sensitivity.
В патенте /6/ представлен датчик магнитного поля с латеральным биполярным транзистором, сформированным в кармане, и с двойным коллекторным контактом для снижения шумов.The patent / 6 / presents a magnetic field sensor with a lateral bipolar transistor formed in a pocket and with a double collector contact to reduce noise.
В патенте /7/ на поверхность латерального биполярного транзистора, сформированного в кармане, наносят концентраторы магнитного поля. Такие же концентраторы, но на обратной стороне прибора, вводятся в патенте /8/.In the patent / 7 /, magnetic field concentrators are applied to the surface of a lateral bipolar transistor formed in a pocket. The same hubs, but on the back of the device, are introduced in the patent / 8 /.
В патенте /9/ добавлены два коллекторных электрода и три базовых контакта. Эта структура, кроме увеличения чувствительности, позволяет совместить транзистор с датчиком Холла и получить два знака магниточувствительности. При малом уровне инжекции в соответствии с эффектом Холла за счет основных носителей формируется полезный сигнал одного знака, а при большом уровне инжекции полезный сигнал другого знака определяется воздействием силы Лоренца на ток неосновных носителей.In the patent / 9 / two collector electrodes and three base contacts are added. This structure, in addition to increasing the sensitivity, allows you to combine the transistor with the Hall sensor and get two signs of magnetosensitivity. At a low injection level, in accordance with the Hall effect, a useful signal of one sign is formed due to the main carriers, and at a large injection level, a useful signal of a different sign is determined by the influence of the Lorentz force on the current of minority carriers.
В патенте /10/ несколько коллекторных электродов располагаются вокруг эмиттера, что позволяет определить направление действия магнитного поля.In the patent / 10 / several collector electrodes are located around the emitter, which allows to determine the direction of action of the magnetic field.
В патенте /11/ из биполярных магниточувствительных транзисторов формируется интегральная матрица, позволяющая измерять распределение магнитного поля.In the patent / 11 / an integral matrix is formed from bipolar magnetically sensitive transistors, which makes it possible to measure the distribution of the magnetic field.
В работе /12/ описан биполярный латеральный магниточувствительный транзистор, в котором при слабом легировании области эмиттера за счет эффекта Холла возникает модуляция инжекции из эмиттера, что создает повышение магниточувствительности при низком уровне инжекции, а при высоком уровне инжекции носители изменяют сопротивление базы, что повышает чувствительность за счет магнитоконцентрационного эффекта.A bipolar lateral magnetosensitive transistor is described in / 12 /, in which, when the emitter region is weakly doped due to the Hall effect, injection from the emitter is modulated, which increases the magnetosensitivity at a low injection level, and at a high injection level, carriers change the base resistance, which increases the sensitivity due to the magnetoconcentration effect.
Наиболее близким аналогом, принятым нами за прототип, является патент /13/. Датчик магнитного поля в виде латерального биполярного двухколлекторного транзистора, чувствительного к магнитному полю, формируется в кармане на поверхности кремниевой подложки другого по сравнению с карманом типа проводимости. Электроды расположены на поверхности кармана в следующем порядке: в середине эмиттер, слева и справа коллектора, далее слева и справа контакты к базе. На рn-переход между подложкой и карманом с помощью дополнительных контактов к подложке подается обратное смещение, что обеспечивает изоляцию транзистора от других элементов интегральной схемы. Эмиттерная область имеет малую глубину и слабо легирована. Чувствительность датчика составляет примерно 100% Тл-1.The closest analogue adopted by us for the prototype is the patent / 13 /. A magnetic field sensor in the form of a lateral bipolar two-collector transistor sensitive to a magnetic field is formed in a pocket on the surface of a silicon substrate of a different type of conductivity compared to a pocket. The electrodes are located on the surface of the pocket in the following order: in the middle of the emitter, left and right of the collector, then left and right contacts to the base. A reverse bias is applied to the pn junction between the substrate and the pocket by means of additional contacts to the substrate, which ensures isolation of the transistor from other elements of the integrated circuit. The emitter region is shallow and slightly doped. The sensitivity of the sensor is approximately 100% T -1 .
Основной недостаток этого прибора состоит в том, что состояние поверхности прибора является определяющим фактором для получения высокой магниточувствительности. Поскольку состояние поверхности прибора трудно воспроизводимо и зависит от влияния многих внешних факторов, эти приборы находят ограниченное применение и зачастую используются обладающие меньшей чувствительностью датчики Холла.The main disadvantage of this device is that the surface condition of the device is a determining factor for obtaining high magnetosensitivity. Since the surface condition of the device is difficult to reproduce and depends on the influence of many external factors, these devices are of limited use and Hall sensors with lower sensitivity are often used.
Цель изобретения - уменьшение зависимости чувствительности биполярного магниточувствительного транзистора, сформированного в кармане, от состояния поверхности прибора.The purpose of the invention is to reduce the dependence of the sensitivity of the bipolar magnetically sensitive transistor formed in the pocket, on the state of the surface of the device.
Суть изобретения состоит в изменении структуры латерального биполярного магниточувствительного транзистора, сформированного в кармане, за счет расположения контактов к базе между эмиттером и рабочими коллекторами, легировании контактов к базе на всю глубину и ширину кармана, введении электрического соединения между контактами к базе и контактами к подложке. Такая структура и режим работы создают направление потока инжектированных из эмиттера носителей тока в сторону подложки, где происходит рекомбинация носителей в объеме полупроводника, практически исключая зависимость параметров прибора от состояния поверхности прибора.The essence of the invention is to change the structure of the lateral bipolar magnetically sensitive transistor formed in the pocket due to the location of the contacts to the base between the emitter and the working collectors, doping the contacts to the base throughout the depth and width of the pocket, introducing an electrical connection between the contacts to the base and the contacts to the substrate. Such a structure and operating mode create a direction of the flow of current carriers injected from the emitter towards the substrate, where the carriers recombine in the semiconductor bulk, virtually eliminating the dependence of the device parameters on the state of the surface of the device.
На фиг.1 представлено поперечное сечение полупроводникового прибора, чувствительного к магнитному полю; топология планарной структуры прибора представлена на фиг.2; схема включения напряжения дана на фиг.3; распределение скорости рекомбинации в объеме прибора в области около эмиттера приведено на фиг.4; условное распределение потоков носителей тока показано на фиг.5, зависимость токов рабочих коллекторов и магниточувствительности от напряжения смещения базы для конкретного прибора дана на фиг.6.Figure 1 shows a cross section of a semiconductor device sensitive to a magnetic field; the topology of the planar structure of the device is presented in figure 2; voltage switching circuit is given in figure 3; the distribution of the recombination rate in the volume of the device in the region near the emitter is shown in figure 4; the conditional distribution of current carrier flows is shown in Fig. 5, the dependence of the currents of the working collectors and magnetosensitivity on the bias voltage of the base for a particular device is given in Fig. 6.
На фиг.1 показано поперечное сечение полупроводникового прибора, чувствительного к магнитному полю, где прибор состоит из монокристаллической подложки первого типа проводимости (1) с главной поверхностью (2) и обратной стороной (3); глубокого кармана (4), расположенного со стороны главной поверхности подложки и имеющего малую концентрацию примеси, создающей второй тип проводимости; областей контактов к базе (5) и (6), располагающихся в кармане, имеющих глубину не менее глубины кармана и имеющих сильное легирование второго типа проводимости; сильнолегированных областей первого типа проводимости с глубиной меньше глубина кармана, расположенных внутри кармана эмиттера (7), первого (8) и второго (9) рабочих коллекторов и расположенных вне кармана первого (10) и второго (11) контактов к подложке.Figure 1 shows a cross section of a semiconductor device sensitive to a magnetic field, where the device consists of a single-crystal substrate of the first type of conductivity (1) with a main surface (2) and a reverse side (3); a deep pocket (4) located on the side of the main surface of the substrate and having a low concentration of impurities, creating a second type of conductivity; contact areas to the base (5) and (6), located in the pocket, having a depth not less than the depth of the pocket and having strong alloying of the second type of conductivity; heavily doped regions of the first type of conductivity with a depth less than the depth of the pocket located inside the pocket of the emitter (7), the first (8) and second (9) working collectors and located outside the pocket of the first (10) and second (11) contacts to the substrate.
На фиг.2 представлена топология планарной структуры прибора, где прибор состоит из монокристаллической подложки (1); глубокого кармана (4), располагающегося в подложке со стороны главной поверхности (2); контактов к базе (5) и (6); располагающихся в кармане и имеющих длину не менее ширины кармана; эмиттерной области (7), располагающейся в кармане между контактами к базе и имеющей длину менее ширины кармана; первого (8) и второго (9) рабочих коллекторов, располагающихся в кармане между контактами к базе и краем кармана и имеющих длину менее ширины кармана; первого (10) и второго (11) контактов к подложке, располагающихся вне кармана.Figure 2 presents the topology of the planar structure of the device, where the device consists of a single crystal substrate (1); a deep pocket (4) located in the substrate from the side of the main surface (2); contacts to the base (5) and (6); located in a pocket and having a length not less than the width of the pocket; an emitter region (7) located in a pocket between contacts to the base and having a length less than the width of the pocket; the first (8) and second (9) working collectors located in the pocket between the contacts to the base and the edge of the pocket and having a length less than the width of the pocket; the first (10) and second (11) contacts to the substrate, located outside the pocket.
На фиг.3 дана схема включения напряжения, где на области контактов к базе и к подложке подается смещение базы U базы; на рабочие коллектора подключаются напряжения U коллектора 1 и U коллектора 2 от источника питания через две одинаковых нагрузки; на эмиттер задается потенциал U эмиттера для обеспечения разности потенциалов между базой и эмиттером, при которой протекает ток из базового контакта в эмиттер и создается поток носителей тока (условно показанный стрелками) одного знака, например, J дырок и возникает инжекция из эмиттера носителей тока другого знака и создается поток, например, J электронов, одна часть которого доходит до рабочих коллекторов, другая - до контактов к подложке, а большая часть инжектированных носителей рекомбинирует с носителями другого знака в кармане и в подложке.Figure 3 is a diagram of the inclusion of voltage, where on the contact area to the base and to the substrate, the offset of the base U of the base is supplied; to the working collector, the voltages U of the
На фиг.4 приведено сечение прибора в области около эмиттера размером 26 мкм × 6 мкм и распределение в плоскости сечения скорости объемной рекомбинации инжектированных из эмиттера электронов и вытекающих из контактов к базе дырок в диапазоне скоростей от 9·1019 до 4·1020 см-3 с-1 для конкретной структуры прибора при приложении магнитного поля напряженностью В=1 Тл, из которого видно, что интенсивная рекомбинация проходит по оси симметрии вдоль распространения инжектированного потока электронов, уменьшающегося по мере удаления от эмиттера за счет рекомбинации и растекающегося после выхода в подложку на потоки, идущие к рабочим коллекторам и контактам к подложке, причем характерно наличие более высокой скорости рекомбинации с левой стороны, куда под действием магнитного поля отклоняется поток электронов и куда прижимается поток дырок от левого контакта к базе, тогда как поток дырок от правого контакта к базе отжимается от оси симметрии и потока электронов.Figure 4 shows the cross section of the device in the region near the emitter with a size of 26 μm × 6 μm and the distribution in the plane of the cross section of the velocity of volume recombination of electrons injected from the emitter and emanating from the contacts to the base of the holes in the speed range from 9 · 10 19 to 4 · 10 20 cm -3 s -1 for a specific structure of the device when a magnetic field of intensity B = 1 T is applied, from which it can be seen that intense recombination proceeds along the symmetry axis along the propagation of the injected electron flux, which decreases with distance from the emitter due to recombination and spreading after reaching the substrate on the flows going to the working collectors and contacts to the substrate, moreover, there is a higher rate of recombination on the left side, where the electron flux deflects and the hole flux is pressed from the left contact to the base, whereas the hole flux from the right contact to the base is squeezed from the axis of symmetry and the electron flux.
На фиг.5 показано условное распределение потоков носителей тока электронов и дырок, которое имеет симметричный вид без магнитного поля и ассиметричное расположение потоков при воздействии магнитного поля, указаны также области перекрытия потоков, более сильное перекрытие происходит слева от оси симметрии и меньшее - справа, что приводит к уменьшению при воздействии магнитного поля начального значения тока, текущего в левый коллектор и увеличению тока в правый коллектор.Figure 5 shows the conditional distribution of the fluxes of electron and hole current carriers, which has a symmetrical appearance without a magnetic field and asymmetric arrangement of the fluxes under the influence of a magnetic field, also shows the overlapping regions of the fluxes, stronger overlap occurs to the left of the axis of symmetry and smaller overlap to the right, leads to a decrease in the initial value of the current flowing into the left collector when exposed to a magnetic field and an increase in current to the right collector.
На фиг.6 дана зависимость токов рабочих коллекторов и относительной магниточувствительности от напряжения смещения базы для конкретного прибора, из которой видно, что при малых величинах напряжения смещения между эмиттером и базой ток левого коллектора меньше тока правого коллектора, поэтому относительная магниточувствительность, определяемая по формуле 
Поперечное сечение на фиг.1 и топология на фиг.2 показывают структуру латерального биполярного магниточувствительного двухколлекторного транзистора, сформированного в кармане с расположением контактов к базе между эмиттером и рабочими коллекторами, легировании контактов к базе на всю глубину и ширину кармана.The cross section in figure 1 and the topology in figure 2 show the structure of the lateral bipolar magnetically sensitive two-collector transistor formed in a pocket with the location of the contacts to the base between the emitter and the working collectors, doping contacts to the base to the entire depth and width of the pocket.
На фиг.3 дана схема включения напряжения на прибор с введением электрического соединения между контактами к базе и контактами к подложке, что обеспечивает отсутствие напряжения смещения на рn-переходе подложка-карман и внешнего электрического поля в подложке. В отсутствии внешнего электрического поля в подложке около кармана данная структура определяет диффузионный механизм протекания потока инжектированных из эмиттера носителей тока через карман в сторону подложки. В кармане и в подложке происходит рекомбинация инжектированных носителей тока в объеме полупроводника с носителями тока другого знака, вытекающими из контактов к базе и диффундирующих в карман и в подложку, обеспечивая сохранение электронейтральности в объеме полупроводника компенсацией зарядов носителей тока разного знака. Таким образом, практически исключается зависимость параметров прибора от состояния поверхности прибора.Figure 3 gives a diagram of the voltage on the device with the introduction of an electrical connection between the contacts to the base and the contacts to the substrate, which ensures the absence of bias voltage at the substrate-pocket pn junction and an external electric field in the substrate. In the absence of an external electric field in the substrate near the pocket, this structure determines the diffusion mechanism of the flow of current carriers injected from the emitter through the pocket toward the substrate. In the pocket and in the substrate, the injected current carriers in the semiconductor bulk recombine with the current carriers of a different sign, arising from the contacts to the base and diffusing into the pocket and into the substrate, ensuring electroneutrality in the semiconductor volume is compensated by charges of current carriers of different signs. Thus, the dependence of the parameters of the device on the state of the surface of the device is practically eliminated.
Особенность данного прибора в части распределения областей с наибольшей скоростью рекомбинации иллюстрируется приведенными на фиг.4 распределением скорости объемной рекомбинации в кармане и подложке недалеко от эмиттера при приложении магнитного поля и на фиг.5 условным распределением потоков носителей тока электронов и дырок без и с магнитным полем. Как видно на этих фигурах, интенсивная рекомбинация проходит по оси симметрии вдоль распространения инжектированного потока электронов. Поток электронов уменьшается по мере удаления от эмиттера за счет рекомбинации и растекания после выхода в подложку на потоки, идущие к рабочим коллекторам и контактам к подложке.The peculiarity of this device in terms of the distribution of regions with the highest recombination rate is illustrated by the distribution of the volume recombination velocity in the pocket and substrate near the emitter shown in Fig. 4 when applying a magnetic field and in Fig. 5 by the conditional distribution of carrier fluxes of electrons and holes without and with a magnetic field . As can be seen in these figures, intense recombination proceeds along the axis of symmetry along the propagation of the injected electron flux. The electron flux decreases with distance from the emitter due to recombination and spreading after reaching the substrate on the flows going to the working collectors and contacts to the substrate.
Характерно наличие более высокой скорости рекомбинации с левой стороны, куда под действием магнитного поля отклоняется поток электронов и куда прижимается поток дырок от левого контакта к базе, тогда как поток дырок от правого контакта к базе отжимается от оси симметрии.The presence of a higher recombination rate on the left side is characteristic, where the electron flux deflects under the influence of the magnetic field and where the hole flux is pressed from the left contact to the base, while the hole flux from the right contact to the base is squeezed from the axis of symmetry.
Без магнитного поля потоки носителей тока имеют симметричный вид, а при воздействии магнитного поля, направленного вдоль эмиттера, распределение потоков носителей тока ассиметричное и возникает различие перекрытия потоков, более сильное перекрытие происходит слева от оси симметрии и меньшее - справа. Это приводит при воздействии магнитного поля к уменьшению начального значения тока, текущего в левый коллектор и увеличению тока в правый коллектор. Как показано на фиг.6, ток левого коллектора меньше правого коллектора и соответственно относительная магниточувствительность имеет отрицательное значение. При больших напряжениях смещения эмиттер-база ток правого коллектора становится меньше тока левого коллектора и соответственно относительная магниточувствительность имеет положительное значение.Without a magnetic field, the current carrier flows have a symmetrical shape, and when exposed to a magnetic field directed along the emitter, the distribution of current carrier flows is asymmetric and a difference in the overlap of flows occurs, a stronger overlap occurs to the left of the axis of symmetry and less - to the right. This, when exposed to a magnetic field, leads to a decrease in the initial value of the current flowing to the left collector and to an increase in current to the right collector. As shown in Fig.6, the current of the left collector is less than the right collector and, accordingly, the relative magnetosensitivity has a negative value. At high bias voltages of the emitter-base, the current of the right collector becomes less than the current of the left collector and, accordingly, the relative magnetosensitivity has a positive value.
Для определенности считаем, что подложка - кремниевая и имеет n-тип проводимости. Изготовление прибора начинается с формирования области кармана р-типа проводимости с помощью фотолитографии, ионного легирования и термической разгонки, далее с применением тех же технологических процессов формируются области р-типа проводимости контактов к базе и завершается изготовление структуры формированием областей n-типа проводимости контактов к подложке, эмиттера и рабочих коллекторов. Для обеспечения соединения прибора с внешней электрической сетью на поверхность прибора наносится диэлектрический слой окисла кремния, формируются контактные окна ко всем областям и алюминиевая разводка.For definiteness, we consider that the substrate is silicon and has n-type conductivity. The manufacture of the device begins with the formation of the p-type pocket region of the region using photolithography, ion doping and thermal distillation, then, using the same technological processes, the p-type regions of contacts to the base are formed and the structure is completed by the formation of n-type regions of the contacts conductivity to the substrate , emitter and working collectors. To ensure the connection of the device with an external electrical network, a dielectric layer of silicon oxide is applied to the surface of the device, contact windows to all areas and aluminum wiring are formed.
На выводы прибора подается напряжение: на базовые контакты и контакты к подложке подается положительное напряжение относительно эмиттера, на выводы коллекторов подается положительное напряжение от источника питания через элементы нагрузки.Voltage is applied to the terminals of the device: positive voltage relative to the emitter is applied to the base contacts and contacts to the substrate, and positive voltage from the power source through the load elements is applied to the collector terminals.
Протекание дырочного тока от базы к эмиттеру создает инжекцию электронного тока из эмиттера. Часть потока электронов, инжектированных в карман, рекомбинирует с дырками в кармане, другая часть проходит в подложку и рекомбинирует с дырками, которые приходят из базового контакта для компенсации электрического заряда электронов, еще одна часть электронного тока доходит до контактов к подложке и вносит вклад в ток источника смещения базы, небольшая часть электронов попадает в область кармана вблизи рабочих коллекторов и экстрагируется в них, создавая ток нагрузки. Прибор имеет симметричную структуру и одинаковые нагрузки, поэтому токи рабочих коллекторов равны и на выходах между двумя коллекторами разница напряжений равна нулю.The flow of hole current from the base to the emitter creates an injection of electron current from the emitter. Part of the stream of electrons injected into the pocket recombines with holes in the pocket, another part passes into the substrate and recombines with holes that come from the base contact to compensate for the electric charge of the electrons, another part of the electron current reaches the contacts to the substrate and contributes to the current the source of the base displacement, a small part of the electrons falls into the pocket region near the working collectors and is extracted into them, creating a load current. The device has a symmetrical structure and the same loads, so the currents of the working collectors are equal and the voltage difference at the outputs between the two collectors is zero.
При приложении к прибору магнитного поля с направлением вдоль оси эмиттера под действием силы Лоренца потоки носителей тока электронов и дырок, текущих в одном направлении испытывают отклонение в противоположные стороны. Потоки дырок, идущих из двух контактов к базе в сторону подложки, отклоняются, например, направо, а поток электронов, идущий из эмиттера в сторону подложки между двух потоков дырок из контактов к базе, отклоняется влево. Под действием магнитного поля происходит усиление перемешивания потока электронов с левым потоком дырок и ослабление перемешивания потока электронов с правым потоком дырок, что приводит к усилению рекомбинации слева и ослаблению рекомбинации справа. Возникает асимметрия потоков электронов, соответственно ток рабочего коллектора слева уменьшается, а ток правого коллектора увеличивается. На одинаковых нагрузках возникает различие падения напряжения и между коллекторами возникает разность напряжений, которая зависит от величины магнитного поля.When a magnetic field is applied to the device with a direction along the emitter axis under the action of the Lorentz force, the fluxes of current carriers of electrons and holes flowing in one direction experience deviation in opposite directions. The fluxes of holes coming from two contacts to the base toward the substrate are deflected, for example, to the right, and the electron flux coming from the emitter toward the substrate between two fluxes of holes from the contacts to the base is deflected to the left. Under the influence of a magnetic field, the mixing of the electron stream with the left hole stream is intensified and the mixing of the electron stream with the right hole stream is weakened, which leads to increased recombination on the left and weakened recombination on the right. There is an asymmetry of electron fluxes, respectively, the current of the working collector on the left decreases, and the current of the right collector increases. At the same loads, a difference in the voltage drop arises and a voltage difference arises between the collectors, which depends on the magnitude of the magnetic field.
Достигнутые максимальные значения относительной магниточувствительности являются рекордными для латерального биполярного магниточувствительного двухколлекторного транзистора, сформированного в кармане. Данный прибор обладает новым качеством, т.к. позволяет за счет изменения напряжения смещения базы получать магниточувствительность двух знаков. Длинное название “латеральный биполярный магниточувствительный двухколлекторный транзистор, сформированный в кармане" может быть заменено на условное название "свечеплазм" (svetcheplazm), т.к. форма области рекомбинации электронного потока и двух дырочных потоков очень похожа на пламя свечи, в которой восходящие пары воска сгорают в кислороде атмосферы, поступающей к пламени со всех сторон. Параметры прибора определяются объемными свойствами полупроводника и мало зависят от состояния поверхности прибора, что определяет его высокую стабильность и воспроизводимость при изготовлении.The reached maximum values of relative magnetosensitivity are record for a lateral bipolar magnetically sensitive two-collector transistor formed in a pocket. This device has a new quality, because allows, due to a change in the bias voltage of the base, to obtain the magnetosensitivity of two signs. The long name “lateral bipolar magnetically sensitive two-collector transistor formed in a pocket” can be replaced by the conventional name “svecheplazm” (svetcheplazm), because the shape of the recombination region of the electron beam and two hole flows is very similar to the flame of a candle in which ascending wax fumes burned in the oxygen of the atmosphere, which enters the flame from all sides. spine and repeatability in production.
Источники информацииSources of information
1. Патент США 3389230.1. US patent 3389230.
2. Балтес Г.П., Попович Р.С./ Интегральные полупроводниковые датчики магнитного поля//ТИИЭР, т.74. 1986. №8. С.60-90.2. Baltes GP, Popovich RS / Integrated semiconductor magnetic field sensors // TIIER, v. 74. 1986. No. 8. S.60-90.
3. Митникова И.М., Персиянов Т.В., Рекалова Г.И., Штюбнер Г.А./Исследование характеристик кремниевых боковых магнитотранзисторов с двумя измерительными коллекторами /ФТП, 1978 г., т.12, №1, стр.48-50.3. Mitnikova IM, Persiyanov TV, Rekalova GI, Shtyubner GA / Study of the characteristics of silicon side magnetotransistors with two measuring collectors / FTP, 1978, vol. 12, No. 1, p. .48-50.
4. Патент США 4100563.4. US patent 4100563.
5. Патент США 4939563.5. US patent 4939563.
6. Патент США 5179429.6. US patent 5179429.
7. Патент США 4607271.7. U.S. Patent 4,607,271.
8. Патент США 6180419 В1.8. US Patent 6,180,419 B1.
9. Патент США 5099298.9. US patent 5099298.
10. Патент США 5323050.10. US patent 5323050.
11. Патент РФ 2140117.11. RF patent 2140117.
12. R.S.Popovic, H.P.Baltes /Dual-collector magnetotransistor optimized with respect to injection modulation //Sensor and Actuators. Vol.4. 1983, pp.155-163.12. R. S. Popovic, H. P. Baltes / Dual-collector magnetotransistor optimized with respect to injection modulation // Sensor and Actuators. Vol.4. 1983, pp. 155-163.
13. Патент США 4700211 - прототип.13. US patent 4700211 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003102580/28A RU2239916C1 (en) | 2003-01-31 | 2003-01-31 | Magnetic field sensing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003102580/28A RU2239916C1 (en) | 2003-01-31 | 2003-01-31 | Magnetic field sensing semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003102580A RU2003102580A (en) | 2004-08-20 |
| RU2239916C1 true RU2239916C1 (en) | 2004-11-10 |
Family
ID=34310347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003102580/28A RU2239916C1 (en) | 2003-01-31 | 2003-01-31 | Magnetic field sensing semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2239916C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515377C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Orthogonal magnetotransistor converter |
| RU2559161C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Metal semiconductor device |
-
2003
- 2003-01-31 RU RU2003102580/28A patent/RU2239916C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515377C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Orthogonal magnetotransistor converter |
| RU2559161C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Metal semiconductor device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102313563A (en) | Hall element | |
| CN102315382A (en) | Hall element | |
| JPH0728058B2 (en) | Hall element that can be integrated in an integrated circuit | |
| JPH01251763A (en) | Vertical hall element and integrated magnetic sensor | |
| US4999692A (en) | Semiconductor magnetic field sensor | |
| RU2284612C2 (en) | Semiconductor magnetic transducer | |
| RU2239916C1 (en) | Magnetic field sensing semiconductor device | |
| RU2422943C1 (en) | Planar magnetic-transistor converter | |
| RU2439748C1 (en) | Planar bipolar magnetic transistor | |
| JP2005049179A (en) | Semiconductor magnetic sensor and magnetic measuring device using the same | |
| RU2515377C1 (en) | Orthogonal magnetotransistor converter | |
| RU2550756C1 (en) | Three-collector bipolar magnetotransistor with orthogonal flows of charge carriers | |
| RU2498457C1 (en) | Three-collector bipolar magnetic transistor | |
| US7723668B2 (en) | Photodetector arrangement, measurement arrangement with a photodetector arrangement and process for operating a measurement arrangement | |
| US3585462A (en) | Semiconductive magnetic transducer | |
| Zieren et al. | Comment on" Magnetic transistor behavior explained by modulation of emitter injection, not carrier deflection" | |
| JP2827397B2 (en) | Semiconductor optical position detector | |
| Leepattarapongpan et al. | A merged magnetotransistor for 3-axis magnetic field measurement based on carrier recombination–deflection effect | |
| JPS6197574A (en) | Semiconductor current detector | |
| RU2387046C1 (en) | Integral electromagnetic transducer built around bipolar magnetic transistor | |
| RU2127007C1 (en) | Magnetic-field sensing bipolar transistor | |
| RU2300824C1 (en) | Integrated current-magnetic sensor incorporating light-emitting diode display | |
| JP2004296469A (en) | Hall element | |
| RU2591736C1 (en) | Magnetic transistor with collector current compensation | |
| RU2055419C1 (en) | Bipolar transistor which is sensitive to magnetic field |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130201 |