RU2591736C1

RU2591736C1 - Magnetic transistor with collector current compensation

Info

Publication number: RU2591736C1
Application number: RU2014147397/28A
Authority: RU
Inventors: Роберт Дмитриевич Тихонов; Антон Юрьевич Красюков; Антон Викторович Козлов; Юрий Александрович Чапыгин
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-07-20

Abstract

FIELD: electronics.

SUBSTANCE: invention relates to semiconductor electronics. Magnetic transistor with collector current compensation comprises silicone single-crystal substrate, diffusion pocket, base area in pocket, emitter areas, first and second measurement collectors at base, contact areas to base, diffusion pocket and substrate. Magnetic transistor is characterised by geometry of areas of heavily doped contacts to base and offset voltage on said contacts, wherein part of areas of collectors transmits sink current from the emitter, and other part of drain current towards contact to base. Said currents compensate collector current in initial state, which increases ratio of collector current in magnetic field to collector current without magnetic field and thus higher sensitivity of collector current.

EFFECT: magnetic transistor with compensation of collector current in integrated magnetic sensors increases sensitivity to magnetic field perpendicular to surface of chip.

1 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемое 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 present invention relates to semiconductor electronics, semiconductor devices - bipolar structures with sensitivity to the influence 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.

Перспективными элементами для создания датчиков являются двухколлекторные биполярные магниточувствительные транзисторы (БМТ), которые отличаются простотой изготовления, высокой чувствительностью и избирательностью к направлению магнитного поля /1/.Promising elements for creating sensors are two-collector bipolar magnetosensitive transistors (BMT), which are distinguished by ease of manufacture, high sensitivity and selectivity to the direction of the magnetic field / 1 /.

Известен планарный магнитотранзисторный преобразователь, в котором области эмиттера и коллекторов планарного магнитотранзисторного преобразователя располагаются на большом расстоянии друг от друга вдоль вертикальной части pn-перехода база-карман и на небольшом расстоянии от границы области объемного заряда pn-перехода база-карман /2/. Контакты к карману относительно перехода база-карман располагаются напротив коллекторов, контакты к базе располагаются между эмиттером и коллекторами и ограничивают протекание тока инжектированных носителей заряда напрямую между эмиттером и коллекторами. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности тока инжектированных из эмиттера носителей заряда к действию силы Лоренца в магнитном поле, направленном перпендикулярно поверхности кристалла.A planar magnetotransistor converter is known in which the emitter and collector regions of a planar magnetotransistor converter are located at a great distance from each other along the vertical part of the base-pocket pn junction and at a small distance from the boundary of the base-pocket pn junction space charge region / 2 /. The contacts to the pocket relative to the base-pocket transition are located opposite the collectors, the contacts to the base are located between the emitter and the collectors and limit the current flow of the injected charge carriers directly between the emitter and the collectors. The technical result of the invention is to increase the sensitivity of the current of the charge carriers injected from the emitter to the action of the Lorentz force in a magnetic field directed perpendicular to the crystal surface.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является патент на изобретение, в котором планарный биполярный магнитотранзистор отличается геометрией областей эмиттера и коллекторов /3/. Расстояние между областями эмиттера и коллекторов выбирается переменной величины, ширина коллекторов увеличивается при увеличении расстояния от эмиттера до коллектора, коллекторы расположены попарно с каждой стороны эмиттера и имеют разные углы наклона между сторонами эмиттера и коллекторов. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности к магнитному полю, направленному перпендикулярно поверхности кристалла и исключение чувствительности к магнитному полю, действующему параллельно поверхности кристалла.The closest analogue adopted for the prototype is a patent for an invention in which a planar bipolar magnetotransistor differs in the geometry of the areas of the emitter and collectors / 3 /. The distance between the areas of the emitter and the collectors is selected of variable size, the width of the collectors increases with increasing distance from the emitter to the collector, the collectors are arranged in pairs on each side of the emitter and have different angles of inclination between the sides of the emitter and the collectors. The technical result of the invention is to increase the sensitivity to a magnetic field directed perpendicular to the surface of the crystal and the exclusion of sensitivity to a magnetic field acting parallel to the surface of the crystal.

Задачей изобретения является увеличение чувствительности по току планарного биполярного магнитотранзистора.The objective of the invention is to increase the current sensitivity of a planar bipolar magnetotransistor.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в магнитотранзисторе с компенсацией коллекторного тока предусмотрены следующие отличия от прототипа. Области эмиттера и коллекторов располагаются в области базы на расстоянии друг от друга. Первый сильнолегированный контакт к базе располагается между эмиттером и коллекторами. Второй сильнолегированный контакт к базе располагается за коллекторами по отношению к эмиттеру. Эмиттерный pn-переход смещается в прямом направлении напряжением на первом сильнолегированном контакте к базе. Второй сильнолегированный контакт к базе смещается в прямом направлении при напряжении смещения, большем или равным напряжению смещения на первом сильнолегированном контакте к базе. Напряжение на втором сильнолегированном контакте к базе больше напряжения на коллекторах, так что возникает ток инжекции из коллекторов, который компенсирует ток инжекции из эмиттера в коллекторы. При этом уменьшается ток через коллекторные контакты без магнитного поля. Отношение разности тока коллекторов в магнитном поле к сумме токов коллекторов без магнитного поля увеличивается и таким образом повышается чувствительность по току коллекторов.The problem is solved due to the fact that the magnetotransistor with collector current compensation provides the following differences from the prototype. The emitter and collector regions are located in the base region at a distance from each other. The first heavily doped contact to the base is located between the emitter and the collectors. The second heavily doped contact to the base is located behind the collectors with respect to the emitter. The emitter pn junction is biased forward by the voltage at the first heavily doped contact to the base. The second heavily doped contact to the base is displaced in the forward direction at a bias voltage greater than or equal to the bias voltage at the first heavily doped contact to the base. The voltage at the second heavily doped contact to the base is greater than the voltage at the collectors, so that an injection current from the collectors arises, which compensates for the injection current from the emitter to the collectors. This decreases the current through the collector contacts without a magnetic field. The ratio of the difference of the collector current in a magnetic field to the sum of the collector currents without a magnetic field increases and thus increases the current sensitivity of the collectors.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь. В магнитотранзисторе с компенсацией коллекторного тока потоки носителей заряда инжектированных из эмиттера распределяются между двумя коллекторами симметрично без магнитного поля. Направленная перпендикулярно поверхности подложки магнитная индукция изменяет асимметрично расположение потоков за счет воздействия силы Лоренца. С каждой стороны от эмиттера расположены по два коллектора. Смещение линий тока в магнитном поле переводит их в область базы с увеличенной для одного коллектора эффективной длиной базы, а для другого коллектора эффективная длина базы уменьшается. Это приводит к уменьшению тока одного коллектора и увеличению тока другого коллектора. Происходит преобразование магнитного поля в изменение тока коллекторов. Потоки инжектированных носителей заряда из эмиттера в направлении коллекторов создают втекающий в области коллекторов ток. При смещении базы через второй сильнолегированный контакт, расположенный за коллектором по отношению к эмиттеру ток вытекает из области коллекторов. Вытекающий ток компенсирует втекающий ток. Ток через контакты к коллекторам уменьшается. Компенсация токов уменьшает ток через контакт к коллектору и повышает абсолютную чувствительность по току, которая определяется отношением изменения тока коллекторов в магнитном поле к величине тока, протекающего через коллекторный контакт без магнитного поля.Between the set of essential features of the claimed object and the achieved technical result, there is a causal relationship. In a magnetotransistor with collector current compensation, the flows of charge carriers injected from the emitter are distributed symmetrically between the two collectors without a magnetic field. Directed perpendicular to the surface of the substrate, magnetic induction asymmetrically changes the arrangement of flows due to the action of the Lorentz force. Two collectors are located on each side of the emitter. The displacement of streamlines in a magnetic field transfers them to the base region with the effective base length increased for one collector, and for the other collector the effective base length decreases. This leads to a decrease in the current of one collector and an increase in the current of another collector. The magnetic field is converted to a change in the collector current. The flows of injected charge carriers from the emitter in the direction of the collectors create a current flowing in the region of the collectors. When the base is displaced through the second heavily doped contact located behind the collector with respect to the emitter, the current flows from the collector region. Leaking current compensates for leaking current. The current through the contacts to the collectors decreases. Compensation of currents reduces the current through the contact to the collector and increases the absolute current sensitivity, which is determined by the ratio of the change in the collector current in the magnetic field to the amount of current flowing through the collector contact without a magnetic field.

Изобретение позволяет повысить чувствительность по току магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока к вектору магнитной индукции, направленному перпендикулярно поверхности кристалла.The invention improves the current sensitivity of the magnetotransistor with compensation of the collector current to the magnetic induction vector directed perpendicular to the surface of the crystal.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение структуры магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока, где 1 - монокристаллическая подложка первого типа проводимости с 2 - главной поверхностью и 3 - обратной стороной; 4 - глубокий диффузионный карман второго типа проводимости, служащий p-n-переходной изоляцией; 5 - диффузионный базовый слой первого типа проводимости, сформированный в кармане 4; 6 - второй сильно легированный контакт к базовому слою 5; 7 - измерительный коллектор второго типа проводимости, расположенный в базовом слое 5; 8 - первый сильнолегированный контакт к базовому слою 5; 9 - эмиттер второго типа проводимости, расположенный в базовом слое 5; 11 - и 14 - омические контакты к карману 4; 10 - и 15 - омические контакты к подложке 1; 12 - изолирующий окисел; 13 - металлизация.In FIG. 1 shows a cross section of the structure of a magnetotransistor with collector current compensation, where 1 is a single-crystal substrate of the first type of conductivity with 2 — the main surface and 3 — the reverse side; 4 - deep diffusion pocket of the second type of conductivity, serving as a p-n-transition isolation; 5 - diffusion base layer of the first type of conductivity formed in the pocket 4; 6 - second heavily doped contact to the base layer 5; 7 - a measuring collector of the second type of conductivity located in the base layer 5; 8 - the first heavily doped contact to the base layer 5; 9 - emitter of the second type of conductivity located in the base layer 5; 11 - and 14 - ohmic contacts to the pocket 4; 10 - and 15 - ohmic contacts to the substrate 1; 12 - insulating oxide; 13 - metallization.

На фиг. 2 представлена схема изменения в магнитном поле линий тока инжектированных носителей заряда в магнитотранзисторе с компенсацией коллекторного тока, где Э - область эмиттера, К1 - и К2 - области коллекторов, Б1 и Б2 - области сильнолегированных контактов к базе. Je(0) обозначает линии тока потоков инжектированных носителей без магнитного поля. Линии тока потоков инжектированных носителей в магнитном поле с индукцией B обозначены Je(B). J_{K1, K2-Б2}(0) обозначает вытекающий поток носителей заряда из коллекторов К1, К2 в сторону второго сильнолегированного контакта к базе Б2, который компенсирует втекающий поток носителей заряда из эмиттера Э в коллекторы К1, К2 и в результате уменьшает ток через контакты к коллекторам. Напряжение обозначено на эмиттере U_Э=0, на контактах к коллекторам U_K1, U_K2, на сильнолегированных областях контактов к базе U_Б1, U_Б2.In FIG. Figure 2 shows a diagram of the change in the magnetic field of the streamlines of injected charge carriers in a magnetotransistor with collector current compensation, where E is the emitter region, K1 and K2 are the collector regions, B1 and B2 are the regions of heavily doped contacts to the base. Je (0) denotes the streamlines of the flows of injected carriers without a magnetic field. The streamlines of the flows of injected carriers in a magnetic field with induction B are indicated by Je (B). J _{K1, K2-B2} (0) denotes the flow of charge carriers from the collectors K1, K2 towards the second heavily doped contact to base B2, which compensates the flow of charge carriers from the emitter E to the collectors K1, K2 and as a result reduces the current through the contacts to collectors. The voltage is indicated on the emitter U _E = 0, on the contacts to the collectors U _K1 , U _K2 , on the heavily doped areas of the contacts to the base U _B1 , U _B2 .

На фиг. 3 представлены для магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока зависимости тока коллекторов I_К1, I_K2, эмиттера I_Э, сильно легированных контактов к базе I_Б1, I_Б2 и относительной чувствительности по токуIn FIG. Figure 3 presents for a magnetotransistor with collector current compensation the dependences of the collector current I _K1 , I _K2 , emitter I _E , heavily doped contacts to the base I _B1 , I _B2 and relative current sensitivity

На фиг. 4 показана схема включения напряжения на электроды магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока в составе датчиков, где Б1 и Б2 - выводы сильнолегированных контактов к базе, КК - вывод контактов к карману, K1, К2 - выводы измерительных коллекторов, Э - вывод контакта к эмиттеру, Π - вывод контакта к подложке.In FIG. Figure 4 shows the voltage switching circuit for the electrodes of the magnetotransistor with collector current compensation as part of the sensors, where B1 and B2 are the conclusions of the heavily doped contacts to the base, KK is the output of the contacts to the pocket, K1, K2 are the conclusions of the measuring collectors, E is the output of the contact to the emitter, Π - output contact to the substrate.

На фиг. 5 представлена топология магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока для конкретного прибора, где Э - вывод эмиттера, Б1 и Б2 - сильнолегированные контакты к базе, КК - вывод от контакта к карману, К1 - вывод первого коллектора, К2 - вывод второго коллектора.In FIG. Figure 5 shows the topology of a magnetotransistor with collector current compensation for a specific device, where E is the emitter terminal, B1 and B2 are highly doped contacts to the base, KK is the output from the contact to the pocket, K1 is the output of the first collector, K2 is the output of the second collector.

На фиг. 6 дана зависимость токов измерительных коллекторов относительной по току магнитной чувствительности $S_{R}^{I}$

от величины магнитной индукции B для конкретного прибора.In FIG. Figure 6 shows the dependence of the currents of the measuring collectors on the current relative magnetic sensitivity

S_{R}^{I}

from the magnitude of the magnetic induction B for a particular device.

Функционирование магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока происходит следующим образом. На фиг. 2 показано, каким образом Je(0) линии тока потоков инжектированных носителей изменяют под действием силы Лоренца в магнитном поле с индукцией B конфигурацию линий тока потоков инжектированных носителей Je(B) по отношению к коллекторам К1 и К2. Коллекторы К1 и К2 наклонены под разным углом к эмиттеру Э. Линии тока, текущего к коллектору К1, удлиняются, а крайняя к коллектору К2 линия отклоняется к коллектору К2. Линии тока, текущего к коллектору К2 укорачиваются и к ним добавляются линии тока от коллектора К1. Изменение эффективной длины линий тока изменяет сопротивление в соответствии с эффектом Гаусса и изменяет коэффициент переноса носителей заряда через базу с учетом рекомбинации на эффективной длине базы. Гальваномагнитный эффект отклонения носителей заряда в магнитном поле благодаря действию силы Лоренца определяет перераспределение линий тока между коллекторами. В результате действия магнитного поля по указанным эффектам ток коллектора К1 уменьшается, а ток коллектора К2 увеличивается, что определяет чувствительность токов коллекторов к магнитному полю. При U_K1, U_K2 меньше U_Б1, U_Б2 вытекающий поток носителей заряда из коллекторов J_{K1, K2-Б2}(0) в сторону второго сильнолегированного контакта к базе компенсирует втекающий поток носителей заряда из эмиттера Э в коллекторы К1, К2 и в результате уменьшает ток через контакты к коллекторам. В магнитном поле на носители, инжектируемые из эмиттера, действует сила Лоренца, которая отклоняет поток носителей в одной стороне базы относительно середины эмиттера, а поток носителей другого знака отклоняется в противоположную сторону, что вызывает несимметричное распределение носителей тока в базе. Асимметричное распределение потоков носителей при экстракции измерительными коллекторами вызывает асимметрию токов этих коллекторов. В итоге разность падений напряжения на равных сопротивлениях нагрузки в цепи измерительных коллекторов является функцией величины магнитного поля, действующего перпендикулярно поверхности кристалла.The operation of the magnetotransistor with collector current compensation is as follows. In FIG. Figure 2 shows how Je (0) the streamlines of the injected carrier fluxes change under the influence of the Lorentz force in a magnetic field with induction B the configuration of the streamlines of the injected carrier fluxes Je (B) with respect to the collectors K1 and K2. The collectors K1 and K2 are inclined at different angles to the emitter E. The lines of current flowing to the collector K1 are lengthened, and the line leading to the collector K2 deviates to the collector K2. The lines of current flowing to collector K2 are shortened and streamlines from collector K1 are added to them. Changing the effective length of the streamlines 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. The galvanomagnetic effect of deflection of charge carriers in a magnetic field due to the action of the Lorentz force determines the redistribution of streamlines between collectors. As a result of the action of the magnetic field by the indicated effects, the collector current K1 decreases, and the collector current K2 increases, which determines the sensitivity of the collector currents to the magnetic field. For U _K1 , U _K2 less than U _B1 , U _{B2, the} effluent carrier stream from the collectors J _{K1, K2-B2} (0) towards the second heavily doped contact to the base compensates for the inflowing carrier flux from the emitter E to the collectors K1, K2 and as a result reduces current through contacts to collectors. In a magnetic field, the carriers injected from the emitter are affected by the Lorentz force, which deflects the carrier stream on one side of the base relative to the middle of the emitter, and the carrier stream of a different sign deviates in the opposite direction, which causes an asymmetric distribution of current carriers in the base. The asymmetric distribution of carrier flows during extraction by measuring collectors causes asymmetries in the currents of these collectors. 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.

Зависимости на фиг.3 получены при напряжении на коллекторах U_K1=U_K2=0,8 B, U_Б1=0,6 В. При напряжении на сильно легированном контакте к базе Б2 более напряжения на коллекторах U_Б2>U_K1, U_K2 часть pn-перехода включается в прямом направлении и инжектирует носители заряда, создавая вытекающий поток носителей из коллекторов. Другая часть pn-перехода имеет втекающий в коллекторы поток носителей. Через контактные окна к коллекторам проходит разность втекающего и вытекающего потоков носителей заряда. При некотором напряжении смещения на сильно легированном контакте к базе Б2 происходит компенсация потоков и уменьшение тока коллекторов в магнитотранзисторе без магнитного поля. Поток носителей из эмиттера в коллектора продолжает существовать. В магнитном поле происходит его модуляция. Изменение токов коллекторов в магнитном поле d[I_K1(B)-I_K2(B)] по отношению к токам без магнитного поля [I_K1(0)+I_K2(0)] при данной величине магнитной индукции B определяет чувствительность по току. Поскольку уменьшаются токи коллекторов без магнитного поля, постольку происходит рост чувствительности магнитотранзистора с компенсацией тока коллекторов.The dependences in Fig. 3 were obtained with the voltage at the collectors U _K1 = U _K2 = 0.8 V, U _Б1 = 0.6 V. When the voltage at the heavily doped contact to the base B2 is greater than the voltage at the collectors U _B2 > U _K1 , U _K2 part of the pn junction is switched in the forward direction and injects charge carriers, creating an effluent carrier stream from the collectors. The other part of the pn junction has a carrier stream flowing into the collectors. Through the contact windows to the collectors, the difference between the inflowing and outflowing flows of charge carriers passes. At a certain bias voltage at a heavily doped contact to base B2, flux compensation occurs and collector current decreases in a magnetotransistor without a magnetic field. The flow of media from the emitter to the collector continues to exist. In a magnetic field, its modulation occurs. The change in collector currents in a magnetic field d [I _K1 (B) -I _K2 (B)] with respect to currents without a magnetic field [I _K1 (0) + I _K2 (0)] for a given value of magnetic induction B determines the current sensitivity . Since the collector currents without a magnetic field decrease, the sensitivity of the magnetotransistor with compensation of the collector current increases.

Перечисленные на фиг. 1 конструктивные элементы магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока выполнены по технологии КМОП интегральных схем следующим образом. Для определенности считаем, что подложка 1 кремниевая и имеет p-тип проводимости. Изготовление прибора начинается с формирования области кармана 4 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 5, сильнолегированые контакты к базе 6, 8, к подложке 10, 15. Изготовление структуры продолжается формированием областей n-типа проводимости контактов к карману 11, 14, эмиттера 7 и измерительных коллекторов 9. Для обеспечения соединения магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока с внешней электрической схемой интегрального датчика на поверхность кристалла наносится диэлектрический слой окисла кремния 12, формируются контактные окна ко всем областям и алюминиевая разводка 13.Listed in FIG. 1 structural elements of a magnetotransistor with collector current compensation are made according to the CMOS technology of integrated circuits as follows. For definiteness, we assume that substrate 1 is silicon and has p type conductivity. The manufacture of the device begins with the formation of the pocket region 4 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 5 are formed, heavily doped contacts to the base 6, 8, and the substrate 10, 15. The structure continues to be formed by forming n-type conductivity regions of the contacts to pocket 11, 14, emitter 7, and measuring collectors 9. To ensure the connection of a magnetotransistor with collector current compensation to the external electrical circuit of the integrated sensor, a dielectric layer of silicon oxide 12 is applied to the crystal surface, contact e windows to all areas and aluminum wiring 13.

Описанным выше магнитотранзистором с компенсацией коллекторного тока пользуются для создания датчиков магнитного поля различного назначения следующим образом. Как показано на фиг. 4 на Б1 подается напряжение смещения базы относительно эмиттера и подложки U_Б1Э, на Б2 подается напряжение смещения базы относительно эмиттера и подложки U_Б2Э. На К1 и К2 подключаются напряжения U_K1, U_K2 от источника питания через сопротивление нагрузки; на эмиттер Э и подложку Π задается потенциал U_Э. Схема включения может иметь общий вывод от Б1 и Б2 или только от Б2.The collector current compensated magnetotransistor described above is used to create magnetic field sensors for various purposes as follows. As shown in FIG. 4, the bias voltage of the base with respect to the emitter and the substrate U _B1E is supplied to B2; the bias voltage of the base relative to the emitter and the substrate U _B2E is supplied to B2. At K1 and K2, the voltages U _K1 , U _{K2 are} connected from the power source through the load resistance; to the emitter E and the support given by the potential U Π _e. The switching circuit may have a common conclusion from B1 and B2 or only from B2.

На выводы прибора подается напряжение: на контакты к базе и на контакты к карману подается положительное напряжение смещения относительно эмиттера, а на подложку - одинаковое напряжение с эмиттером. На выводы коллекторов подается положительное напряжение от источника питания через сопротивления нагрузки. Прибор имеет симметричную структуру и одинаковые нагрузки, поэтому токи рабочих коллекторов равны и на выходах между двумя коллекторами разница напряжений равна нулю.Voltage is applied to the terminals of the device: positive bias voltage relative to the emitter is applied to the contacts to the base and to the contacts to the pocket, and the same voltage with the emitter is applied to the substrate. The collector leads are supplied with positive voltage from the power source through the load resistance. 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 потоки носителей тока электронов, текущие в одном направлении, испытывают отклонение в базе в одну и ту же сторону напротив двух коллекторов. Линии тока напротив одного коллектора укорачиваются, а напротив другого удлиняются. Возникает асимметрия линий тока, соответственно ток одного рабочего коллектора уменьшается, а ток другого коллектора увеличивается. На одинаковых нагрузках возникает различие падения напряжения и между коллекторами возникает разность напряжений, которая зависит от величины магнитного поля.In a magnetic field with a magnetic induction vector perpendicular to the surface of the crystal under the action of the Lorentz force, the flows of electron current carriers flowing in one direction experience a deviation in the base in the same direction opposite to two collectors. The current lines opposite one collector are shortened, and opposite the other lengthen. There is an asymmetry of streamlines, respectively, the current of one working collector decreases, and the current of another 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.

Особенностью топологии, представленной на фиг. 5, является расположение восьми коллекторных областей по сторонам восьмигранного эмиттера. Металлизация соединяет четыре правых относительно стороны эмиттера и четыре левых коллекторов на два выхода. Первая сильнолегированная область базы соединяется со второй сильнолегированной областью базы перемычками. Контактные окна к подложке, карману и к базе имеют вид уголков напротив средней линии между парами коллекторов. Данная топология магнитотранзистора позволяет реализовать прибор как в отдельности, так и в составе биполярных и КМОП микросхем.A feature of the topology shown in FIG. 5 is an arrangement of eight collector regions on the sides of an octagonal emitter. Metallization connects four right collectors with respect to the emitter side and four left collectors with two outputs. The first heavily doped base region is connected to the second heavily doped base region by jumpers. Contact windows to the substrate, pocket and base are in the form of corners opposite the midline between the pairs of collectors. This topology of the magnetotransistor allows you to implement the device both individually and as part of bipolar and CMOS circuits.

Измерение относительной магнитной чувствительности по току образцов магнитотранзистора с компенсацией коллекторного тока проводилось в постоянном магнитном поле с магнитной индукцией B=0,1-100000 мкТл, направленной перпендикулярно поверхности кристалла. Величина относительной магнитной чувствительности по току $S_{R}^{I}$

изменяется вблизи значения 6,2 Тл^-1, как показано на фиг. 6. Такие значения позволяют утверждать, что чувствительность высокая по сравнению с ранее известными структурами магнитотранзисторов и измеряется в широком диапазоне магнитных полей.The relative magnetic current sensitivity of the magnetotransistor samples with collector current compensation was measured in a constant magnetic field with magnetic induction B = 0.1-100000 μT, directed perpendicular to the crystal surface. Relative magnetic current sensitivity

S_{R}^{I}

varies near the value of 6.2 T ^-1 , as shown in FIG. 6. Such values suggest that the sensitivity is high compared to previously known structures of magnetotransistors and is measured in a wide range of magnetic fields.

Магнитотранзистор с компенсацией коллекторного тока обладает новым качеством - высокой чувствительностью к магнитной индукции, направленной перпендикулярно к поверхности кристалла. Вместе с повышением чувствительности снижается погрешность измерения из-за разбаланса тока измерительных коллекторов и исключается влияние инжекционных токов на другие элементы интегральной схемы.A magnetotransistor with collector current compensation has a new quality - high sensitivity to magnetic induction directed perpendicular to the surface of the crystal. Together with an increase in sensitivity, the measurement error is reduced due to the imbalance in the current of the measuring collectors and the influence of injection currents on other elements of the integrated circuit is excluded.

Источники информацииInformation sources

1. Балтес Г.П., Попович P.C. / Интегральные полупроводниковые датчики магнитного поля // ТИИЭР, т. 74. 1986. №8. С. 60-90.1. Baltes G.P., Popovich P.C. / Integrated semiconductor magnetic field sensors // TIIER, t. 74. 1986. No. 8. S. 60-90.

2. Патент РФ №2422943.2. RF patent No. 2422943.

3. Патент РФ №2439748 - прототип.3. RF patent No. 2439748 - prototype.

Claims

A collector-compensated magnetotransistor containing a single-crystal silicon substrate, a base region on the substrate surface having a low impurity concentration, highly doped emitter regions, first and second measurement collectors with a depth less than the depth of the base region and located inside the base region, the base region is separated from the substrate by a diffusion pocket , areas of heavily doped contacts to the base, to the pocket, to the substrate, characterized in that the emitter and collector regions are arranged are located in the base region at a distance from each other, the first heavily doped contact to the base is located between the emitter and the collectors, the second heavily doped contact to the base is located behind the collectors with respect to the emitter, the pn junction is the emitter - base is biased by the voltage at the first heavily doped contact to the base in direct direction, the second heavily-doped contact to the base is displaced in the forward direction by a bias voltage greater than or equal to the bias voltage at the first heavily-doped contact to the base and greater the collector current, so that the outflowing injection current of the collectors compensates for the flowing injection current from the emitter to the collectors and reduces the collector current through the contacts to the collectors without a magnetic field and increases the ratio of the difference of the collector current in the magnetic field to the sum of the collector currents without a magnetic field and thus increases the sensitivity current collectors.