RU2515377C1 - Orthogonal magnetotransistor converter - Google Patents

Orthogonal magnetotransistor converter Download PDF

Info

Publication number
RU2515377C1
RU2515377C1 RU2012153373/28A RU2012153373A RU2515377C1 RU 2515377 C1 RU2515377 C1 RU 2515377C1 RU 2012153373/28 A RU2012153373/28 A RU 2012153373/28A RU 2012153373 A RU2012153373 A RU 2012153373A RU 2515377 C1 RU2515377 C1 RU 2515377C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
field
pocket
substrate
magnetotransistor
base
Prior art date
Application number
RU2012153373/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Викторович Козлов
Михаил Александрович Королев
Андрей Андреевич Черемисинов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ)
Priority to RU2012153373/28A priority Critical patent/RU2515377C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2515377C1 publication Critical patent/RU2515377C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: orthogonal magnetotransistor converter has a monocrystalline silicon substrate, a diffusion pocket, a base region in the pocket, an emitter region, first and second measuring collectors in the base, contact regions of the base, the diffusion pocket and the substrate. The base and pocket current is supplied through a field-effect transistor with a gate in form of a p-n junction, and two other field-effect transistors with a gate in form of a p-n junction serve as collector loads. Magnetic field which is perpendicular to the substrate is converted by a stripline transformer into a magnetic field which is parallel to the substrate. Part of the stripline transformer is situated over the active part of the magnetotransistor. The field-effect transistors with a gate in form of a p-n junction are given with channel width ratio greater than 2:1 in the base and pocket current setting field-effect transistor and the in the field-effect transistors of the collector load. The field-effect transistors of the collector load are connected in a current mirror circuit. The orthogonal magnetotransistor converter according to the invention as part of integrated magnetic sensors increases sensitivity to a magnetic field directed perpendicular to the surface of the chip.
EFFECT: high sensitivity to magnetic field.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, полупроводниковым приборам - биполярным структурам, обладающим чувствительностью к воздействию магнитного поля. Датчики величины и направления магнитного поля производят преобразование индукции магнитного поля в электрический сигнал и находят все более широкое применение в интегральной электронике и микросистемной технике благодаря возможности их объединения с остальными компонентами микросистем методами микроэлектроники.The invention relates to semiconductor electronics, semiconductor devices - bipolar structures with sensitivity to the effects of a magnetic field. Magnetic field magnitude and direction sensors convert magnetic field induction into an electrical signal and find wider application in integrated electronics and microsystem technology due to the possibility of combining them with other components of microsystems using microelectronics methods.

В патенте США [1] 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 - коллекторы, далее, слева и справа - контакты к базе. На p-n переход между подложкой и карманом с помощью дополнительных контактов к подложке подается обратное смещение, что должно обеспечить изоляцию транзистора от других элементов интегральной схемы. Относительная чувствительность датчика по току составляет примерно 100% T-1. Основную роль в перераспределении носителей заряда играет модулируемая инжекция в результате изменения потенциалов на левой и правой границах эмиттерного p-n-перехода при действии силы Лоренца в магнитном поле. Этот прибор чувствителен преимущественно к магнитному полю, направленному вдоль поверхности кристалла. Недостатком датчика является то, что при переходе карман-подложка третьим коллектором через переход проникает ток инжектированных носителей заряда, то есть переход карман-подложка не обеспечивает изоляцию прибора.In US patent [1], 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 than a pocket. The electrodes are located on the surface of the pocket in the following order: in the middle - the emitter, on the left and right - collectors, then on the left and right - contacts to the base. The reverse bias is applied to the pn junction between the substrate and the pocket with the help of additional contacts to the substrate, which should ensure the isolation of the transistor from other elements of the integrated circuit. The relative current sensitivity of the sensor is approximately 100% T -1 . The main role in the redistribution of charge carriers is played by modulated injection as a result of potential changes at the left and right boundaries of the emitter pn junction under the action of the Lorentz force in a magnetic field. This device is sensitive mainly to a magnetic field directed along the surface of the crystal. The disadvantage of the sensor is that when the pocket-substrate transitions by the third collector, the current of the injected charge carriers penetrates through the transition, that is, the pocket-substrate transition does not provide isolation of the device.

В патентах США [2, 3] несколько коллекторных электродов располагаются вокруг эмиттера. Такой транзистор с расщепленным коллектором позволяет почувствовать три компоненты вектора индукции магнитного поля, но не дает возможности разделить полезный сигнал по составляющим вектора магнитной индукции в силу их перекрестного вклада в выходной сигнал.In US patents [2, 3] several collector electrodes are located around the emitter. Such a split-collector transistor allows you to feel the three components of the magnetic field induction vector, but it does not make it possible to separate the useful signal by the components of the magnetic induction vector due to their cross-contribution to the output signal.

В патенте РФ [4] предлагается полупроводниковый прибор, чувствительный к магнитному полю, в виде латерального биполярного магниточувствительного двухколлекторного транзистора, содержащего монокристаллическую подложку, глубокий карман, расположенные внутри кармана области контактов к базе, эмиттер, первый и второй рабочие коллекторы, расположенные вне кармана первый и второй контакты к подложке, диффузионные области контактов к базе расположены ближе к эмиттеру, чем рабочие коллекторы, размеры областей контактов к базе более или равны ширине и глубине кармана, а контакты к базе и контакты к подложке подключаются к одному источнику питания. Основной недостаток этого прибора состоит в том, что вместе с инжектированными электронами в подложку проникают электроны и дырки, которые создают взаимодействие элементов в интегральной схеме. Транзисторы имеют относительно большой начальный разбаланс токов коллекторов. Применение их в составе интегральных схем затруднено из-за разбаланса токов и влияния токов подложки на соседние элементы интегральной схемы.The RF patent [4] proposes a magnetic field sensitive semiconductor device in the form of a lateral bipolar magnetically sensitive two-collector transistor containing a single-crystal substrate, a deep pocket located inside the pocket of the contact area to the base, an emitter, the first and second working collectors located outside the pocket of the first and the second contacts to the substrate, the diffusion areas of the contacts to the base are located closer to the emitter than the working collectors, the sizes of the contact areas to the base are more or equal the width and depth of the pocket, and the contacts to the base and the contacts to the substrate are connected to the same power source. The main disadvantage of this device is that, together with the injected electrons, electrons and holes penetrate the substrate, which create the interaction of elements in the integrated circuit. Transistors have a relatively large initial imbalance of collector currents. Their use as part of integrated circuits is difficult due to the imbalance of currents and the influence of substrate currents on neighboring elements of the integrated circuit.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является патент на изобретение [5], в котором предлагается полупроводниковый магнитный преобразователь, содержащий кремниевую монокристаллическую подложку; базовую область на поверхности подложки, имеющую малую концентрацию примеси; сильнолегированные области эмиттера, первого и второго измерительных коллекторов с глубиной меньше глубины базовой области, расположенные внутри базовой области; области сильнолегированных контактов к базе; диффузионный карман, отделяющий базовую область от подложки, в котором имеются сильнолегированные контакты; в подложке формируются контакты, которые соединены электрически с контактами к эмиттеру с подачей одинакового потенциала. Между карманом и подложкой образуется p-n-переход, который хорошо защищает прибор от токов других элементов, входящих в интегральную схему. Прибор максимально чувствителен к магнитной индукции с вектором, направленным вдоль поверхности кристалла и вдоль длинной стороны полосковых электродов эмиттера и коллекторов. При полосковой геометрии эмиттера и коллекторов, равноудаленных от эмиттера, ортогональная чувствительность практически равна нулю.The closest analogue adopted for the prototype is the patent for the invention [5], which proposes a semiconductor magnetic transducer containing a silicon single crystal substrate; a base region on a substrate surface having a low impurity concentration; heavily doped areas of the emitter, the first and second measuring collectors with a depth less than the depth of the base region, located inside the base region; areas of heavily doped contacts to the base; a diffusion pocket separating the base region from the substrate, in which there are heavily doped contacts; contacts are formed in the substrate, which are electrically connected to the contacts to the emitter with the same potential supply. A p-n junction is formed between the pocket and the substrate, which protects the device well from the currents of other elements included in the integrated circuit. The device is most sensitive to magnetic induction with a vector directed along the surface of the crystal and along the long side of the strip electrodes of the emitter and collectors. With the strip geometry of the emitter and collectors equidistant from the emitter, the orthogonal sensitivity is almost zero.

Задачей изобретения является увеличение чувствительности ортогонального магнитотранзисторного преобразователя к магнитной индукции, направленной перпендикулярно поверхности кристалла.The objective of the invention is to increase the sensitivity of the orthogonal magnetotransistor transducer to magnetic induction directed perpendicular to the surface of the crystal.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в ортогональном магнитотранзисторном преобразователе предусмотрены следующие отличия от прототипа: магнитное поле, перпендикулярное подложке, в месте расположения активной области магнитотранзистора преобразуется трансформером в магнитное поле, параллельное подложке, нагрузки коллекторов и цепь смещения базы и кармана выполнены на полевых транзисторах с затвором в виде p-n-перехода с заданным соотношением ширины канала более 2:1 в задающем ток базы и кармана полевом транзисторе и в полевых транзисторах нагрузки коллекторов, полевые транзисторы нагрузки коллекторов соединены по схеме токового зеркала.The problem is solved due to the fact that the following differences from the prototype are provided in the orthogonal magnetotransistor converter: a magnetic field perpendicular to the substrate, at the location of the active region of the magnetotransistor is transformed by a transformer into a magnetic field parallel to the substrate, the collector loads and the bias circuit of the base and pocket are made on field-effect transistors with a gate in the form of a pn junction with a given ratio of the channel width of more than 2: 1 in the field-effect transistor and to the field O load transistor collectors FETs load collectors connected in a current mirror.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь. В ортогональном магнитотранзисторном преобразователе трансформер в виде металлического кольца на поверхности кристалла преобразует перпендикулярный плоскости кольца магнитный поток внешнего магнитного поля в ток, протекающий в кольцевом проводнике. Протекание тока по металлическому кольцу создает магнитное поле, которое на малом расстоянии от плоской поверхности проводника имеет по сравнению с внешним полем перпендикулярное направление и величину большую, чем величина внешнего поля. Металлизация кольца проходит над активной областью латерального магнитотранзистора и позволяет повысить чувствительность к магнитному полю, перпендикулярному поверхности кристалла. В ортогональном магнитотранзисторном преобразователе полевые транзисторы имеют нелинейную вольт-амперную характеристику и низкий уровень шумов. Нелинейность характеристики позволяет при достаточно большом токе коллекторов иметь высокое дифференциальное сопротивление нагрузки, что при изменении тока коллекторов магнитотранзистора в магнитном поле повышает чувствительность датчика по напряжению. Соединение полевых транзисторов нагрузки коллекторов по схеме токового зеркала повышает чувствительность датчика по напряжению. Малый уровень шума полевых транзисторов с затвором в виде p-n-перехода повышает пороговую чувствительность и обнаружительную способность датчика. Полевые транзисторы с затвором в виде p-n-перехода используются в цепи смещения базы и кармана и позволяют установить необходимое пропорциональное ширине каналов соотношение тока коллекторов и тока смещения базы и кармана для работы датчика в режиме с высокой чувствительностью.Between the set of essential features of the claimed object and the achieved technical result, there is a causal relationship. In an orthogonal magnetotransistor converter, a transformer in the form of a metal ring on the surface of the crystal converts the magnetic flux of an external magnetic field perpendicular to the plane of the ring into a current flowing in the ring conductor. The current flowing through the metal ring creates a magnetic field, which at a small distance from the flat surface of the conductor has a perpendicular direction and a magnitude greater than the magnitude of the external field compared with the external field. The metallization of the ring passes over the active region of the lateral magnetotransistor and makes it possible to increase sensitivity to a magnetic field perpendicular to the surface of the crystal. In an orthogonal magnetotransistor converter, field-effect transistors have a non-linear current-voltage characteristic and a low noise level. The non-linearity of the characteristic allows for a sufficiently high collector current to have a high differential load resistance, which, when the collector current of the magnetotransistor in a magnetic field changes, increases the voltage sensitivity of the sensor. The connection of collector field effect transistors according to the current mirror circuit increases the voltage sensitivity of the sensor. The low noise level of field effect transistors with a gate in the form of a p-n junction increases the threshold sensitivity and detection ability of the sensor. Field-effect transistors with a gate in the form of a p-n junction are used in the bias circuit of the base and pocket and allow you to set the necessary ratio of the collector current to the bias current of the base and pocket for the sensor to operate in high sensitivity mode.

Изобретение позволяет повысить чувствительность ортогонального магнитотранзисторного преобразователя к вектору магнитной индукции, направленному перпендикулярно поверхности кристалла.EFFECT: invention makes it possible to increase the sensitivity of an orthogonal magnetotransistor converter to a magnetic induction vector directed perpendicular to the crystal surface.

На фиг.1 представлен условный чертеж ортогонального магнитотранзисторного преобразователя, где: 1 - монокристаллическая подложка; 2 - задающие ток смещения базы и кармана полевые транзисторы с затвором в виде p-n-перехода; 3 - металлическое кольцо трансформера; 4 - коллекторная нагрузка на полевых транзисторах с затвором в виде p-n-перехода; 5 - магнитотранзистор; 6 - активная область магнитотранзистора; И - исток, З - затвор, С - сток полевых транзисторах с затвором в виде p-n перехода; Э - эмиттер, Б - база, К1, К2 - коллекторы, Кр - карман магнитотранзистора; Епит - напряжение питания, Выход - выходное напряжение, Земля - общий потенциал.Figure 1 presents a conditional drawing of an orthogonal magnetotransistor converter, where: 1 - single crystal substrate; 2 - field-effect transistors that specify the bias current of the base and pocket with a gate in the form of a p-n junction; 3 - metal ring transformer; 4 - collector load on field-effect transistors with a gate in the form of a p-n junction; 5 - magnetotransistor; 6 - active region of the magnetotransistor; And - source, Z - gate, C - drain of field-effect transistors with a gate in the form of a p-n junction; E - emitter, B - base, K1, K2 - collectors, Kr - magnetotransistor pocket; Epit - supply voltage, Output - output voltage, Earth - common potential.

На фиг.2 представлено поперечное сечение структуры ортогонального магнитотранзисторного преобразователя, где: 7 - главная поверхность и 8 - обратная сторона монокристаллической подложки; 9 - глубокий диффузионный карман второго типа проводимости, служащий p-n-переходной изоляцией от остальной схемы; 10 - диффузионный базовый слой первого типа проводимости, сформированный в кармане 9, глубиной менее глубины кармана 9; 11 - и 12 - омические контакты к базовому слою 10; 13 - эмиттер второго типа проводимости, расположенный в центре базового слоя 10 на главной поверхности кристалла 7; 14 - первый и 15 - второй измерительные коллекторы второго типа проводимости, расположенные в базовом слое 10; 16 - и 17 - омические контакты к карману 9; 18 - и 19 - омические контакты к подложке 1; 20 - изолирующий окисел; 21 -металлизация 1; 22 - пассивация; 23 - металлизация 2.Figure 2 presents a cross section of the structure of an orthogonal magnetotransistor transducer, where: 7 is the main surface and 8 is the reverse side of the single crystal substrate; 9 - deep diffusion pocket of the second type of conductivity, serving as a p-n-transition isolation from the rest of the circuit; 10 - diffusion base layer of the first type of conductivity, formed in the pocket 9, with a depth less than the depth of the pocket 9; 11 - and 12 - ohmic contacts to the base layer 10; 13 - emitter of the second type of conductivity, located in the center of the base layer 10 on the main surface of the crystal 7; 14 - first and 15 - second measuring collectors of the second type of conductivity, located in the base layer 10; 16 - and 17 - ohmic contacts to the pocket 9; 18 - and 19 - ohmic contacts to the substrate 1; 20 - insulating oxide; 21-metallization 1; 22 - passivation; 23 - metallization 2.

На фиг.3 представлена схема преобразования внешнего ортогонального потока магнитной индукции в магнитную индукцию с направлением, перпендикулярным линиям тока инжектированных из эмиттера носителей заряда в активной области магнитотранзистора, где: Ф - поток магнитной индукции внешнего магнитного поля; I - ток в металлизации 2 кольцевого трансформера; B - магнитная индукция в активной области магнитотранзистора; Je1 - поток инжектированных электронов, протекающий в направлении коллектора 14; Je2 - поток инжектированных электронов, протекающий в направлении коллектора 15.Figure 3 presents a diagram of the conversion of an external orthogonal magnetic flux to magnetic induction with a direction perpendicular to the current lines of the charge carriers injected from the emitter in the active region of the magnetotransistor, where: Ф is the magnetic flux of the external magnetic field; I is the current in the metallization of 2 ring transformers; B - magnetic induction in the active region of the magnetotransistor; Je1 is the stream of injected electrons flowing in the direction of the collector 14; Je2 is the stream of injected electrons flowing in the direction of the collector 15.

На фиг.4 показана электрическая схема ортогонального магнитотранзисторного преобразователя, где: Б - вывод контактов к базе, K - вывод контактов к карману, K1, K2 - выводы измерительных коллекторов, Э - вывод контакта к эмиттеру, П - вывод контакта к подложке, UБК - напряжение смещения базы и кармана, UK1, UK2 - напряжение на коллекторах, Епит - напряжение источника питания, ПТБК - полевой транзистор для задания тока смещения базы и кармана, ПТK1 и ПТK2 - полевые транзисторы нагрузки коллекторов; на эмиттер Э и подложку П задается потенциал Земля.Figure 4 shows the electrical circuit of an orthogonal magnetotransistor converter, where: B - pin output to the base, K - pin output to the pocket, K1, K2 - pin output of the collectors, E - pin output to the emitter, P - pin output to the substrate, U БК - base and pocket bias voltage, U K1 , U K2 - collector voltage, Epit - power supply voltage, ПТ БК - field-effect transistor for setting base and pocket bias current, ПТ K1 and ПТ K2 - collector field-effect transistors; on the emitter E and substrate P, the Earth potential is set.

На фиг.5 дана зависимость абсолютной магнитной чувствительности по напряжению SAV от величины магнитной индукции 0,05-50 мТл при напряжении питания 5 В в магнитном поле соленоида для конкретного прибора магнитотранзисторного датчика с трансформером и на полевых транзисторах с затвором в виде p-n-перехода.Figure 5 shows the dependence of the absolute magnetic sensitivity of the voltage S A V on the magnitude of the magnetic induction of 0.05-50 mT at a supply voltage of 5 V in the magnetic field of the solenoid for a particular device of a magnetotransistor sensor with a transformer and on field-effect transistors with a gate in the form of pn- transition.

Функционирование ортогонального магнитотранзисторного преобразователя определяется преобразованием магнитного потока трансформером.The operation of the orthogonal magnetotransistor converter is determined by the transformation of the magnetic flux by a transformer.

Латеральный магнитотранзистор нечувствителен к магнитному потоку Ф (фиг.3) и обладает анизотропной чувствительностью к магнитной индукции B, направленной перпендикулярно линиям тока инжектированных из эмиттера в сторону коллекторов потоков носителей заряда - электронов Je1 и Je2. Гальваномагнитный эффект отклонения под действием силы Лоренца определяет перераспределение линий тока между коллекторами. Изменение эффективной длины линий тока в магнитном поле с индукцией В, указанных пунктиром, изменяет сопротивление в соответствии с эффектом Гаусса и изменяет коэффициент переноса носителей заряда через базу с учетом рекомбинации на эффективной длине базы. В результате действия магнитного поля в соответствии с указанными эффектами ток коллектора 14 увеличивается, а ток коллектора 15 уменьшается. В итоге разность падений напряжения на равных сопротивлениях нагрузки в цепи измерительных коллекторов является функцией величины магнитного поля, действующего перпендикулярно поверхности кристалла.The lateral magnetotransistor is insensitive to magnetic flux Ф (Fig. 3) and has an anisotropic sensitivity to magnetic induction B directed perpendicularly to the current lines injected from the emitter towards the collector flows of charge carriers электронов electrons Je1 and Je2. The galvanomagnetic effect of deflection under the action of the Lorentz force determines the redistribution of streamlines between collectors. A change in the effective length of the streamlines in a magnetic field with induction B indicated by the dotted line changes the resistance in accordance with the Gaussian effect and changes the transfer coefficient of charge carriers through the base, taking into account recombination at the effective length of the base. As a result of the magnetic field in accordance with these effects, the collector current 14 increases, and the collector current 15 decreases. As a result, the difference in voltage drops at equal load resistances in the circuit of the measuring collectors is a function of the magnetic field acting perpendicular to the crystal surface.

В большом магнитном поле более 50 мТл на фиг.5 величина сигнала ограничивается величиной напряжения питания и, соответственно, размахом напряжения коллекторов, равного половине напряжения питания.In a large magnetic field of more than 50 mT in FIG. 5, the signal value is limited by the magnitude of the supply voltage and, accordingly, by the magnitude of the collector voltage equal to half the supply voltage.

Перечисленные на фиг.1, фиг.2 конструктивные элементы ортогонального магнитотранзисторного преобразователя выполнены по технологии КМОП интегральных схем следующим образом. Подложка 1 кремниевая и имеет p-тип проводимости. Изготовление прибора начинается с формирования области кармана 9 n-типа проводимости с помощью фотолитографии, ионного легирования и термической разгонки. Далее с применением тех же технологических процессов формируются области p-типа проводимости базового слоя 10, подлегирования контактов к базе 11, 12, к подложке 18, 19. Изготовление структуры продолжается формированием областей n-типа проводимости контактов к карману 16, 17, эмиттера 13 и измерительных коллекторов 14, 15. Для обеспечения соединения магнитотранзисторного датчика с трансформером и на полевых транзисторах с затвором в виде p-n-перехода с внешней электрической схемой на поверхности кристалла выращивается диэлектрический слой диоксида кремния 20, в этом слое с применением фотолитографии формируются контактные окна ко всем областям и алюминиевая разводка 21. Для уменьшения влияния поверхностной рекомбинации на потоки инжектированных из эмиттера носителей заряда граница кремний-диоксид кремния имеет малую скорость поверхностной рекомбинации, что достигается применением хлорсодержащих газов при выращивании диоксида кремния. Для защиты датчика от внешних воздействий наносится слой фосфорно-силикатного стекла 22 и в нем с применением фотолитографии формируются окна к контактным площадкам. На слой фосфорно-силикатного стекла наносится слой второй металлизации 23 и с применением фотолитографии формируется трансформер.Listed in figure 1, figure 2, the structural elements of the orthogonal magnetotransistor converter are made according to the CMOS technology of integrated circuits as follows. The substrate 1 is silicon and has a p-type conductivity. The manufacture of the device begins with the formation of the pocket region 9 of the n-type conductivity using photolithography, ion doping and thermal distillation. Then, using the same technological processes, p-type conductivity regions of the base layer 10 are formed, contacts are aligned to the base 11, 12, and the substrate 18, 19. The structure continues to be formed by forming n-type conductivity regions of the contacts to the pocket 16, 17, emitter 13 and measuring collectors 14, 15. To ensure the connection of a magnetotransistor sensor with a transformer and on field-effect transistors with a gate in the form of a pn junction with an external electrical circuit, a dielectric dioxide layer is grown on the crystal surface silicon 20, in this layer using photolithography, contact windows to all regions and an aluminum wiring are formed 21. To reduce the effect of surface recombination on the flows of charge carriers injected from the emitter, the silicon-silicon dioxide interface has a low surface recombination rate, which is achieved by using chlorine-containing gases during growth silica. To protect the sensor from external influences, a layer of phosphor-silicate glass 22 is applied and windows with contact pads are formed using photolithography in it. A layer of the second metallization 23 is applied to the phosphor-silicate glass layer and a transformer is formed using photolithography.

Описанным выше ортогональным магнитотранзисторным преобразователем пользуются для создания датчиков магнитного поля различного назначения следующим образом. Как показано на фиг.5, на выводы прибора подается напряжение: от источника питания подается напряжение Епит и через полевые транзисторы задается ток смещения на базовые контакты и на контакты к карману, на эмиттер и на подложку подается потенциал Земли. С выводов коллекторов и нагрузки коллекторов на полевых транзисторах с затвором в виде p-n- перехода снимается напряжение UK2-UK1. Прибор имеет симметричную структуру и одинаковые нагрузки, поэтому токи рабочих коллекторов равны и на выходах между двумя коллекторами разница напряжений равна нулю.The orthogonal magnetotransistor converter described above is used to create magnetic field sensors for various purposes as follows. As shown in Fig. 5, voltage is applied to the terminals of the device: voltage Epit is supplied from the power source and bias current is set via field effect transistors to the base contacts and to the contacts to the pocket, the Earth potential is applied to the emitter and substrate. UK2-UK1 is removed from collector leads and collector loads on field effect transistors with a gate in the form of a p-n junction. 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.

В магнитном поле с вектором магнитной индукции, направленным перпендикулярно поверхности кристалла, под действием силы Лоренца в ортогональном магнитотранзисторном преобразователе возникает асимметрия линий тока, соответственно, ток одного рабочего коллектора уменьшается, а ток другого коллектора увеличивается. На одинаковых нагрузках возникают различные падения напряжения, и между коллекторами возникает разность напряжений UK2-UK1, которая зависит от величины магнитного поля.In a magnetic field with a magnetic induction vector perpendicular to the surface of the crystal, under the influence of the Lorentz force in the orthogonal magnetotransistor converter, asymmetry of the current lines occurs, respectively, the current of one working collector decreases, and the current of the other collector increases. At the same loads, different voltage drops occur, and between the collectors there is a voltage difference UK2-UK1, which depends on the magnitude of the magnetic field.

Ортогональный магнитотранзисторный преобразователь обладает новым качеством - чувствительностью к магнитной индукции, направленной перпендикулярно к поверхности кристалла. Вместе с повышением чувствительности повышается обнаружительная способность датчика и снижается разбаланс тока измерительных коллекторов.The orthogonal magnetotransistor transducer has a new quality - sensitivity to magnetic induction directed perpendicular to the surface of the crystal. Along with an increase in sensitivity, the detection ability of the sensor increases and the current imbalance of the measuring collectors decreases.

Источники информацииInformation sources

1. R.Popovic, H.P.Baltes/ Sensitive magnetotransistor magnetic field sensor // Патент США №4700211.1. R. Popovic, H. P. Baltes / Sensitive magnetotransistor magnetic field sensor // US Patent No. 4700211.

2. L.Ristic / Magnetic field sensor with split collector contact for high sensitivity// Патент США 5179429.2. L. Ristic / Magnetic field sensor with split collector contact for high sensitivity // US Patent 5179429.

3. L.Ristic / Collector arrangement for magnetotransistor// Патент США 5323050.3. L. Ristic / Collector arrangement for magnetotransistor // US Patent 5323050.

4. Козлов A.B., Ревелева М.А., Тихонов Р.Д. / Полупроводниковый прибор, чувствительный к магнитному полю // Патент РФ 2239916.4. Kozlov A.B., Reveleva M.A., Tikhonov R.D. / Semiconductor device sensitive to a magnetic field // RF Patent 2239916.

5. Козлов А.В., Тихонов Р.Д./ Полупроводниковый магнитный преобразователь // Патент РФ 2284612 - прототип.5. Kozlov AV, Tikhonov RD / Semiconductor magnetic transducer // RF patent 2284612 - prototype.

Claims (1)

Ортогональный магнитотранзисторный преобразователь, содержащий кремниевую монокристаллическую подложку, базовую область на поверхности подложки, имеющую малую концентрацию примеси и низкую скорость поверхностной рекомбинации, сильнолегированные области эмиттера, первого и второго измерительных коллекторов с глубиной, меньше глубины базовой области, расположенные внутри базовой области, отделенной от подложки диффузионным карманом, контакты к подложке соединены электрически с контактами к эмиттеру, отличающийся тем, что часть металлического кольца трансформера расположена над активной частью магнитотранзистора, полевые транзисторы с затвором в виде p-n-перехода заданы с соотношением ширины канала более 2:1 в задающем ток базы и кармана полевом транзисторе и в полевых транзисторах нагрузки коллекторов, полевые транзисторы нагрузки коллекторов соединены по схеме токового зеркала. An orthogonal magnetotransistor converter containing a silicon single crystal substrate, a base region on the substrate surface having a low impurity concentration and low surface recombination rate, heavily doped emitter regions, first and second measuring collectors with a depth less than the depth of the base region, located inside the base region separated from the substrate diffusion pocket, the contacts to the substrate are electrically connected to the contacts to the emitter, characterized in that a part of the allicheskogo ring transformer situated over the active part of the magnetotransistor, FETs with a gate in the form of pn - transition set the channel width ratio greater than 2: 1 in the master database and the pocket current FET and FET load collectors load FETs collectors connected in a current mirrors.
RU2012153373/28A 2012-12-11 2012-12-11 Orthogonal magnetotransistor converter RU2515377C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012153373/28A RU2515377C1 (en) 2012-12-11 2012-12-11 Orthogonal magnetotransistor converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012153373/28A RU2515377C1 (en) 2012-12-11 2012-12-11 Orthogonal magnetotransistor converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2515377C1 true RU2515377C1 (en) 2014-05-10

Family

ID=50629824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012153373/28A RU2515377C1 (en) 2012-12-11 2012-12-11 Orthogonal magnetotransistor converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2515377C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9515198B1 (en) 2015-12-11 2016-12-06 International Business Machines Corporation Magnetic-field and magnetic-field gradient sensors based on lateral SOI bipolar transistors
RU174127U1 (en) * 2017-03-17 2017-10-03 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" SILICON PLANAR TRANSISTOR
RU2743625C1 (en) * 2020-05-28 2021-02-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Реформ" Magnetic field transducer with functionally integrated structure

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700211A (en) * 1982-07-26 1987-10-13 Lgz Landis & Gyr Zug Ag Sensitive magnetotransistor magnetic field sensor
US5179429A (en) * 1992-03-30 1993-01-12 Motorola, Inc. Magnetic field sensor with split collector contacts for high sensitivity
US5323050A (en) * 1993-06-01 1994-06-21 Motorola, Inc. Collector arrangement for magnetotransistor
RU2239916C1 (en) * 2003-01-31 2004-11-10 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Magnetic field sensing semiconductor device
RU2284612C2 (en) * 2004-11-10 2006-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Semiconductor magnetic transducer
RU2387046C1 (en) * 2008-09-18 2010-04-20 Государственное Учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского Государственного института электронной техники" (ГУ НПК "ТЦ" МИЭТ) Integral electromagnetic transducer built around bipolar magnetic transistor
RU2422943C1 (en) * 2010-04-21 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ) Planar magnetic-transistor converter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700211A (en) * 1982-07-26 1987-10-13 Lgz Landis & Gyr Zug Ag Sensitive magnetotransistor magnetic field sensor
US5179429A (en) * 1992-03-30 1993-01-12 Motorola, Inc. Magnetic field sensor with split collector contacts for high sensitivity
US5323050A (en) * 1993-06-01 1994-06-21 Motorola, Inc. Collector arrangement for magnetotransistor
RU2239916C1 (en) * 2003-01-31 2004-11-10 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Magnetic field sensing semiconductor device
RU2284612C2 (en) * 2004-11-10 2006-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Semiconductor magnetic transducer
RU2387046C1 (en) * 2008-09-18 2010-04-20 Государственное Учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского Государственного института электронной техники" (ГУ НПК "ТЦ" МИЭТ) Integral electromagnetic transducer built around bipolar magnetic transistor
RU2422943C1 (en) * 2010-04-21 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ) Planar magnetic-transistor converter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9515198B1 (en) 2015-12-11 2016-12-06 International Business Machines Corporation Magnetic-field and magnetic-field gradient sensors based on lateral SOI bipolar transistors
US9614148B1 (en) 2015-12-11 2017-04-04 International Business Machines Corporation Magnetic-field and magnetic-field gradient sensors based on lateral SOI bipolar transistors
RU174127U1 (en) * 2017-03-17 2017-10-03 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" SILICON PLANAR TRANSISTOR
RU2743625C1 (en) * 2020-05-28 2021-02-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Реформ" Magnetic field transducer with functionally integrated structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9865792B2 (en) System and method for manufacturing a temperature difference sensor
US6903429B2 (en) Magnetic sensor integrated with CMOS
US20140175528A1 (en) Semiconductor magnetic field sensors
US3448353A (en) Mos field effect transistor hall effect devices
US10943976B2 (en) Metal-oxide semiconductor (MOS) device structure based on a poly-filled trench isolation region
RU2515377C1 (en) Orthogonal magnetotransistor converter
CN110783450A (en) Magnetic field sensor based on gallium nitride/aluminum gallium nitrogen heterojunction
JP4287905B2 (en) Semiconductor magnetic sensor and magnetic measuring device using the same
RU2422943C1 (en) Planar magnetic-transistor converter
RU2439748C1 (en) Planar bipolar magnetic transistor
RU2284612C2 (en) Semiconductor magnetic transducer
Xinyu et al. General characteristics and current output mode of MOS magnetic field sensor
RU2550756C1 (en) Three-collector bipolar magnetotransistor with orthogonal flows of charge carriers
Mohaghegh et al. Double-injection phenomena under magnetic field in SOS films: A new generation of magnetosensitive microdevices
WO1997009742A1 (en) Switched magnetic field sensitive field effect transistor device
RU2498457C1 (en) Three-collector bipolar magnetic transistor
RU2127007C1 (en) Magnetic-field sensing bipolar transistor
RU2559161C1 (en) Metal semiconductor device
RU2239916C1 (en) Magnetic field sensing semiconductor device
Phetchakul et al. The deflection length and emitter width on sensitivity of magnetotransistor
RU2591736C1 (en) Magnetic transistor with collector current compensation
JPS62154668A (en) Semiconductor device
CN108574040A (en) Semiconductor device
Devlikanova et al. The Study of SOI Split-drain Field-effect Hall sensor In Partial Depletion Mode
RU2629712C1 (en) Double-header metal-semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181212