SU898357A1 - Датчик Холла - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к магнитным измерени м, и может быть исполь зовано в бесконтактных измерител х малых перемещений и поворотов, измерител х тока и электрической мощности , а также в других устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известен датчик Холла, содержащий полупроводниковую пластину , холловские и токовые электроды, один из которых расщеплен на два отдельных канала размером, проход щим вдоль токо вой оси симметрии датчика ло линии, соедин ющей ближайшие к нему кра  холловских электродов. Така  конструкци  датчика Холла полностью устран ет напр жение неэквипотенциальности путем небольшого перераспределени  управл ющих токов в каналах датчика. Напр жение неэквипотенциальности в этом случае компенсируетс  регулируемым поперечным падением напр жени , возникающим в области максимального 11скривлени  силовых линий управл юшего тока на участке между холловскими электродами р J.

Недостатками этого датчика  вл ютс  значительна  величина его соответственно магнитного пол  по сравнению с измер емым магнитным полем, что снижает точность измерений. Кроме того, эффективное значение управл ющего тока такого датчика зависит от степени искривлени  силовых линий управл ющего тока в области холлоС кик электродов и будет тем меньше, чем больше это искривление, т.е. в конечном итоге, чувствительность датчика Холла измен етс  в процессе устранени  его напр жени  неэквипотенциальности .

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

Эта цель достигаетс  тем, что в датчике Холла, содержащем полупроводниковую пластину, холловские и токовые электроды, один из которых расщеплен на два канала прорезью, проход щим вдоль оси симметрии датчика ортогонально линии, соедин ющей холловские электроды и дел щей датчик на два канала, каждый из каналов дат чика выполнен в виде бифил ра из маг ниточувствительной области с проводи . мостыо, противоположной проводимости полупроводниковой пластины, на котоx рой поверх сло  изолирующего материа ла расположена токопровод ща  дорожка , соедин юща  край магниточувствительной области, расположенный со стороны прорези, с соответствующим контактом расщепленного токового электрода, а общий конец магниточувствительных областей соединен с контактом нерасщепленного токового элек трода, при этом длина L прорези, рас щепл ющей токовый электрод удовлетво р ет условно L аУ2 + Ь, где L - длина прорези; а - ширина холловского электрода; b - рассто ние между линией, проход щей через центры хол , ловских электродов и разделенным краем полупроводниковой пластины. На фиг. 1 приведен пример выполнени  датчика Холла; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. Датчик Холла состоит из пластины основани  1, изготовленной из слаболегированного монокристаллического кремни  определенного типа проводимости , например Р-типа, и имеющий относительно высокое удельное сопротивление (.например, дес тки и более ). Пластина. Т покрыта сверху за пщтным слоем 2 окиси кремни . В полу проводниковой пластине 1 методами апанерной технологии, например диффузией фосфора, сформированы магнито чувствительные области 3 и 4 с проводимостью п-типа и средним удельным электрическим сопротивлением не мене 1 Ом(СМ. Магниточувствительные облас ти 3 и 4 имеют общий участок - пере мычку 5. На внешних или внутренних сторонах (в зависимости от конструктивного исполнени  датчика Холла ) магниточувствительных областей 3 и 4 имеютс  узкие выступы, ширина кото рых не менее чем в три раза меньше ширины наиболее узкого канала датчика . Выступы выполн ют функции коллов ских электродов 6 и 7 датчика. Рассто ние от перемычки 5 до ближайших к ней краев холловских электродов 6 и 7 составл ет не менее суммарной ширины каналов датчика. Над магниточувствительными област ми 3 и 4, электродами 6 и 7 расположен тонкий (0,5-1,0 мкм) слой 8 изолирующего материала, например фосфорно-силикатного стекла. Поверх сло  8 сформированы , например, напьшением алюмини  в вакууме с последующей фотогравировкой , токопровод щие дорожки 9 и 10. Эти дорожки перекрывают соответствующие им магниточувствительные области 3 и 4 по крайней мере в области расположени  холловских электродов датчика . Кажда  из токопровод щих дорожек через окно в слое 8 контактирует с краем соответствующей ей магниточувствительной области 3 или 4, расположенным со стороны начала разреза и соедин ет их с контактными площадками 11 или 12, соответственно расщепленного токового электрода. Перемычка 5 магниточувствительных областей 3 и 4 через окно в слое 8 соединена токопровод щей дорожкой I3 с контактной площадкой 14 нерасщепленного токового электрода. Расширенные концы холловских электродов 6 и 7 через окна в слое 8 соединены токопровод щими дорожками 15 и16 с контактными площадками 17 и 18 холловских электродов датчика. Источник 19 тока соединен с контактной площадкой 14 и через переменный резистор 20 - с контактными площадками 11 и 12 расщепленного токового электрода. Датчик Холла работает следующим образом. При подключении токовых электродов датчика к источнику 19 тока с помощью переменного резистора 20, выполн ющего функции .распределител  тока в каналах датчика, в магниточувствительных област х 3 и 4 возникают управл ющие токи J. KJ , соответственно . При по влении магнитного пол  в каналах 3 и 4 индуцируетс  ЭДС Холла котора  в каждом канале пропорхщональ на величине управл ющего тока через этот канал и той составл ющей магнитного пол , котора  ортогональна как к плоскости пластины 1, так и к силовым лини м тока в области расположени  холловских электродов 6 и 7.

58983576

Между контактными площадками 17 и Использование предлагаемого д гтчи18 устанавливаетс  следующа  разность ка Холла повышает точность измерени 

потенциалов

0.5 (E.-UJ/,

и

вых где U-. .у напр жение между контактными площадками 17 и 18 датчика; Е - ЭДС Холла датчика; Ufl - напр жение неэквипотенциальности датчика. Величина и пол рность ЭДС Холла датчика с одинаковыми магниточувствйтельными област ми 3 и 4 определ етс  следующим выражением Е. 0.5§ В fJ, .1), где Rh - посто нна  Холла дл  магниточувствительных областей 3 и 4; d -эффективна  толщина магнито чувствительных областей 3 и В - вектор магнитной индукции в области холловских электр дов датчика. Кажда  из магниточувствительных областей датчика вместе с расположен ной над нею токопровод щей дорожкой 9 или 10 образует бифил р, собственное поле которого лежит в плоскости пластины 1, т. е. ортогонально к измер емой датчиком .компоненте внешнег магнитного пол . За счет этого и достигаетс  повышение точности измерений магнитных полей. Кроме того, силовые линии токов Jj и J в каналах 3 и 4 датчика Холла в области холлов ких электродов6 и 7 практически не искривл ютс , а суммарна  величина этих токов остаетс  неизменной при ;любом распределении этих токов по каналам датчика. Вследствие этого эффективное значение управл ющего тока датчика и его чувствительност остаютс  посто нными.

Claims (1)

1. магнитных полей более, чем в два ра за по сравнению с известным устрой$ ством. Формула изобретени  Датчик Холла, содержащий полупроводниковую пластину, холловские и токовые электроды, один из которых разделен на два контакта прорезью, проход щей вдоль оси симметрии датчика ортогонально линии, соедин ющей холловские электроды и дел щей датчик на два канала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, каждый из каналов датчика выполнен в виде бифил ра из магниточувствительной области с проводимостью, противоположной проводимости полупроводниковой пластины, на которой поверх сло  изолирующего материала расположена токопровод ща  дорожка, соедин юща  край магниточувствительной области, расположенный со стороны прорези, с соответствующим контактом расщепленного токового .электрода, а общий конец магниточувствительных областей соединен с контактом нерасщепленного токового электрода , при этом длина L прорези, раздел ющей токовый электрод удовлетвор ет условно L 7 - b где L - длина прорези; а ,- ширина холловского электро да; b - рассто ние между линией, проход щей через центры холловских электродов и разделенным краем полупроводниковой пластины. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 646283, кл. G О R 33/06, 1977.

   J,2Q

   32

   i

   /

   f7

   %/л

   S A-A

   v

   / Q