TW422994B - Magnetic field sensor - Google Patents

Description

經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 i422994 . A7 _B7_五、發明説明（1 ) 【技術領域】 本發明係有關磁場感測器’更詳細係有關作爲接近開 關，或電流感測器，編碼器等之感測器所使用之附有訊號 處理電路之磁場感測器。 【背景技術】 作爲附有訊號處理電路之磁場感測器’係將電洞元件 (hole element)使用於感測器之電洞積體電路爲人所知曉 ，但是先行技術之電洞積體電路，一般係將矽（S i )作 爲材料之具有電洞元件形態之磁性感測部，與由此磁性感 測部所檢測出訊號之訊號處理積體電路部所構成之矽單石 積體積體電路（silicon monolithic intigrated circuit)(以 下稱爲矽電洞積體電路）。 矽電洞積體電路因係屬於其磁性感測部之電洞元件爲 由如矽之電子移動度小之材料所構成，對於磁場感測器之 磁場之感度低*所以若欲使電洞積體電路動作時，就需要 施加大磁場。亦即，具有對於磁場感度低之問題。 又，矽係若受到來自外部之機械性應力時，會發生電 壓係爲人所知曉。 ’ 矽電洞積體電路係具有在使用時由於來自外部之應力 而發生於磁性感測部之電洞元件之此電壓|對於磁場之感 度會發生變化之缺點。 這種缺點係使用矽電洞稹體電路，欲製作高精度而高 可靠性之接近開關或電流感測器，編碼器等將成爲問題。 ----.-----^------;ΐτ—·-----^ 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - “229 94 . A7 B7 超濟部中央橾準局貝工消费合作杜印衷 五、發明説明（2 ) 因此，希望出現可檢測正確磁鐵位置之檢測或磁場強 度，而高感度並且即使受到外部應力，感度也不會發生變 化，安定特性之附有訊號處理電路之磁場感測器。但是* 像這樣之磁場感測器之實現，係具有很大困難迄今尙未實 現》 又，另一方面，使用電洞元件等之磁場感測器，將訊 號處理電路由運算放大器或電阻等之分立零件（discret pan)構成，而作爲上述之接近開關或電流感測器，編碼器 等之感測器使用•爲了能以良好之精度檢測磁鐵位置或檢 測矽場強度檢討著種種方法。 但是，這種方法係使用者側，必須具有了解感測器之 特性，進行對其最佳之電路設計*購買個別零件，進行裝 配之屬於極爲專門性之技術|並且|爲了將磁性感測元件 ，與由個別零\牛所構成之訊號處理電路，封裝於基板上* 所以，不僅提高成本，同時，會大型化*在要求低廉與小 尺寸之感測器領域具有致命性之缺點。 例如，在圖1 2之先行技術（日本國特開平2 _ 38920號公報），揭示有使用由分立之磁場感測器之 磁性電阻元件60，70 *與電阻元件6，7，7’與演 算放大電路5 1所構成之訊號處理電路，將反饋電阻由具 有不同溫度係數之電阻元件6，7，7’之合成電阻所構 成，從演算放大電路5 1之輸出側藉反饋於反相輸入端1 就可實’現所需磁性特性之溫度特性之技術，但是，此電路 構成仍存有上述之成本增加，大型化等之問題。 ----：----->,------ir_-----^ I {锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） -5- 經"·部中央標卑局员二消费合作社印^ 42^9g4 . ^ A7 B7五、發明説明？) 在此電路構成，由於磁性電阻元件6，7，7’之中 點電位之偏差’而輸出電壓會發生偏差’所以’具有降低 欲獲得規定輸出之良率之問題。又’因中點電位會發生通 常溫度漂移’所以，其漂移將出現於電路之輸出’而因對 於磁性特性之輸出訊號之溫度特性發生影響’所以，其結 果具有很難獲得所需溫度特性之缺點。 又並且，於圖12之構成由分立之電阻元件6，7， 7 '已實現所需之磁性特性性之溫度特性，所以，雖然可 任意使用溫度係數不同之電阻’但是，對於如矽分立積體 電路條件下之實現性則沒有任何揭示。 其他之問題，係例如圖1 4所示，只以P N接合而由 與基板2 1 a電氣性分離之構造所構成之訊號處理電路 2 0 a，磁性感測部3 0 a之先行技術之一般矽電洞積體 電路之情形時，若在超過1 2 5°C之周圍溫度下，動作就 變成不安定，並且，在1 5 0°C以上就會有完全不動作之 問題·另者，將電洞元件之輸出電阻作爲施密特觭發電路 (Schmidt trigger circuit )之輸入電阻使用*對於閾値電 壓來改善電洞元件之輸出電阻之溫度依存性之技術係爲人 所知曉。亦即，於圖1 5之電路構成，將演算放大電路 5 1之反相輸入端之電位視爲V 1，將反饋電阻視爲RF ，演算放大電路51之放大後輸出訊號18之輸出電位視 爲Vdo，將電洞元件4之輸出電阻之1/2視爲Rho 時，數位處理電路之閾値電壓V t h將可由下式表示， Vth=(Vdo-Vl) *Rho/RF (日本國特開 本紙張又度適所中國國家標隼（〇«)六4規格（2丨0/ 297公釐} - 6 - (对先閱讀背面之：江意事項再填寫本頁) ^^•部中央樟準局貝工消費合作社印^ 42^994 - at _B7五、發明説明4 ) 昭61-226982號公報）》 - 在此，V 1將成爲問題。V 1係電洞元件4之輸出電 位，雖然變成電洞元件4之輸入電阻Rh i與電洞元件驅 動電流I c之稹之約1/2値，但是，若Rh i偏差時 V 1値就會發生偏差，其結果V t h就會偏差，而不能獲 得如設計之閾値電壓，所以，變成具有與設計値不同磁性 特性之1_溷_積_.霞屬路’而變成降低良率之原因。 將變成此電洞元件4之輸入電壓之約1/2之輸出端 子之電位，稱爲電洞元件之中點電位，但是，此値係由於 電洞元件之製造偏差將變成具有分布之數値，此中點電位 之偏差也變成V 1之偏差，而變成降低良率之原因。 【發明之揭示】 本發明人等，係致力於硏究解決上述磁場感測器問題 之實用性磁場感測器· 擬在分離磁性感測部與矽積體電路之訊號處理電路之 構造，來構成磁場感測器，製造以高感度而安定地動作之 附有訊號處理電路之磁場感測器。 爲了欲實現高感度而安定地動作之附有訊號處理電路 之磁場感測器，檢討了在感測部較矽電洞元件於磁場之感 - t 度大，又，即使施加機械性外部應力也可獲得安定磁性感 應輸出之化合物半導體薄膜，或，由磁性薄膜所構成之高 感度磁場感測器*與組合訊號處理電路之附有訊號處理電 路磁場感測器》 先閲讀背面之注意事項再填艿本頁) 訂 本纸乐尺度適用中國园家標牟（CNS > A4規格（2丨0x 297公釐） 經"部中夾5S革局負工消费合作社印^ ί4^^994 , . Α7 _ Β7 五、發明説明$ ) 其結果，本發明人等係將上述化合物半導體作爲感測 器使用，與矽之分立積體電路組合，收容於一個封裝之混 合構造之電洞積體電路。 由於此種發明，實現了使用人側不需要特別電路技術 等專門技術之汎用性，低廉而小型，高性能之附有訊號處 理電路之磁性感應測器，可用良好精度容易地進行磁鐵之 位置檢測或磁場強度之檢測。 但是，先行技術係在製造電洞元件時所發生之不均勻 ，或由於積體電路之偏差致使作爲電洞稹體電路之良率之 降低難免都會發生，並且，必須提高積體電路中之電路構 成零件之精度等，而不能解決成本偏高之問題。 並且，屬於磁場感測器之化合物半導體薄膜或磁性薄 膜，係一般隨著溫度之升高，其電阻變大，並且|有磁性 感測輸出變小之缺點，若直接以此狀態與訊號處理之電路 組合時，隨著溫度之增高，附有訊號處理電路之磁場感測 器之輸出會變小，亦即，具有溫度依存性大之問題。因而 ，附有訊號處理電路之磁場感測器之一般性檢測對象之磁 、鎸，具有隨著溫度之變高，而其磁通密度變小之傾向’所 以對於精度高之實用性之檢討成爲致命性之缺點。 發明人等爲了解決此問題進行了硏究8 本發明人等係爲了解決這種問題，提供一種不會受到 磁場感測器側之影響之附有訊號處理電路之磁場感測器爲 其目的。亦即，降低製造電洞元件時所發生之偏差，或由 於積體電路之偏差引起之電洞積體電路之良率，並且，可 本紙乐尺度適用中S國家標卑（CNS ) A4規格（210X297公釐）._ ft _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 422994 , ^ A7 B7 經潢部中央梂皋局員工消资合作.社印製 五、發明説明戶) 減少積體電路電路中之構成零件或可緩和要求其精度*藉 此實現更加改善良率或降低成本。 又，本發明之其他目的，係以簡單構成來補正磁場感 測器之電阻或感度之溫度係數，實現在寬廣之溫度範圍沒 有溫度依存性，高性能之附有訊號處理電路之磁場感測器 «並且，若欲檢測永久磁鐵之磁場時，實現即使檢測磁場 具有溫度依存性時，感測器輸出之溫度依存性可變小之高 性能附有訊號處理電路之磁_感測器。 本發明之申請專利範圍第1項之附有訊號處理電路之 磁場感測器，其特徴爲：備有化合物半導體薄膜或磁性薄 膜所構成之磁性感測部，與放大在該磁性檢測部作爲電氣 性輸出所檢測之磁性訊號之訊號處理電路，上述訊號處理 電路，係具有演算放大電路，與反饋用之定電流電路。 申請專利範圍第2項之發明，係如申請專利範圍第1 項，其中上述定電流電路，係將依據該演算放大電路之輸 出之不同電流値，反饋於該演算放大電路之非反相輸入端 β 申請專利範圍第3項之發明，係如申請專利範圍第2 項，其中上述定電流電路•係備有具有二種以上不同之溫 度係數之複數電阻，上述定電流電路所輸出之電流，係具 有與該複數電阻之合成電阻所具之溫度係數成反比之溫度 係數。 申請專利範圍第4項之發明，係如申請專利範圍第3 項，其中上述複數電阻之合成電阻，係具有補正上述磁性 (請先閱讀背面之注意事ί5再填艿本頁)

、1T ^丨 本紙ft尺度適用中囡囚家標準（CNS } Α4規格< 210X297公* ) 校涪部中央櫺準局貝工消费合竹社印紫 422994 ' ΑΊ Β7五、發明説明f ) 感測部之內部電阻之溫度係數與感度之溫度係數之溫度係 數。 申請專利範圍第5項之發明，係如申請專利範圍第4 項，其中上述複數電阻，係除了上述磁性感測部之內部電 阻之溫度係數與感度之溫度係數外’也具有可補正上述磁 性感測部之檢測對象之溫度係數之溫度係數。 申請專利範圍第6項之發明，係如申請專利範圍第1 〜5項之任一項，其中上述訊號處理電路爲分立積體電路 〇 申請專利範圍第7項之發明，係如申請專利範圔第1 〜5項之任一項，其中上述訊號處理電路，係形成於絕緣 性基板上，或，配置於半導體基板上之絕緣層上β 申請專利範圍第8項之發明，係如申請專利範圍第6 項，其中上述訊號處理電路，係形成於絕緣性基板上，或 ，配置於半導體基扳上之絕緣層上° 申請專利範圍第9項之發明，係備有；化合物半導體 薄膜或由磁性薄膜所構成之磁性感測部，與放大在該磁性 感測部作爲電氣性輸出所檢測之磁性訊號之訊號處理電路 ，上述訊號處理電路，係備有具有反饋用之二種以上不同 之溫度係數之複數電阻，該複數之電阻，係將演算放大電 路之輸出反饋於非反相輸入端11 在此，於本發明之附有訊號處理電路之磁場感測器， 磁性感測部，係由化合物半導體薄膜所構成，利用電洞效 果或磁性電阻效果之磁場感測器’或’利用由磁性薄膜所 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中S國家樣準（CNS ) Α4規格（210x297公釐> -10- 經濟部中央標隼局負工消费合作社印褽 422994 A7 B7五、發明説明δ ) 構成之磁性電阻效果之磁場感測器者就可以，InAs( 銦，砷），GaAs (鎵，砷），InGaAs (銦，鎵 ，砷），InSb (銦，銻），InGaSb (銦，鎵， 銻）等所構成之電洞元件或磁性電阻元件，或N i F e ( 鎳，鐵），NiCo(鎳，鈷）等所構成之磁性薄膜磁性 電阻元件，或組合其等之磁場感測器尤其較佳。 在此，所謂化合物半導體薄膜，係指在基板上使用 CVD法，MB E法，澱積法，噴濺法之一般性半導體之 形成技術所形成之薄膜，或將半導體錠使用削切法等所製 作之薄膜，或在半導體基板表面使用離子注入法或擴散法 等所形成之活性層- 又，本發明之附有訊號處理電路之磁場感測器之訊號 處理電路，係一般爲只要是以微小構造所製作之電路就可 以，在基板上積體化之電路爲較佳•構成電路之元件，係 即使具有M〇 S構造，或具有雙極構造，並且將其等混合 之電路都可以使用*又，若實現訊號處理之功能時，也較 佳爲在G a A s基板上積體化所製作之電路，並且，也較 佳爲被小型化所製作之陶瓷基板上之微小構造之電路等。 上述複數之重J且元件，係除了上述磁性感測部之內部電阻 之溫度係數與感度之溫度係數之外，也具有可補正上述磁 性感測部之檢測對象之溫度係數之溫度係數》 作爲本附有訊號處理電路之磁場感測器之訊號處理電 路部，一般都以微小構造所製作之電路，例如，形成於陶 瓷基板上之電路*可在絕緣性之基板上形成電路之構成。 (婧先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '-b 本纸乐反度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） :11- 422994 經漭部中央樣革局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明说明6 ) 或，也可以在矽基板上形成絕緣層，或高電阻層，由在其 層上所積體化之電路構成訊號處理電路，在積體電路表面 裝套半導體，或，強磁性體之感測器構成爲一體化。 在此所稱之絕緣性之基板，絕緣性之層，或高電阻層 ，係指其電阻率爲10之5次方〜10之7次方Ω _ cm 以上之基板或層，而並非指由ON接合之絕緣構造。例如 ，陶瓷，矽氧化物，氧化鋁等之基板，或層。 【圖式之簡單說明】 圖1係表示本發明之第1實施形態之電路圖。 圖2係申請專利範圍第3項所記載構成之電路說明圖 圖3係表示本發明之第2實施形態之電路圖。 圖4係表示本發明之第3實施形態之變形例之電路圖 * , ο 圖5係表示本發明之第4實施形態之變形例之電路圖 〇 圖6係表示本發明之第5實施形態之電路圖。 圖7係表示將使用爲了比較積本發明之電路所需之電 路進行數位訊號處理時之動作磁通密度之溫度依存性，進 行比較之結果之圖表。 圖8係表示數位變換後之輸出電壓積施加磁通密度之 關係之特性圖。 圖9係表示將使用爲了比較積本發明之電路所需之電 (請先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) -π 本紙張尺度適用中园國家標牟（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -12- 以29 94， Α7 Β7 烀濟部中央嵘弟局β工消费合作社印 五、發明説明to ) 路進行數位訊號處理時之動作磁場強度之溫度依存性*進 行比較之結果之圖表。 圖1 0係在陶瓷基板上形成有關本發明之訊號處理電 路時，與於一般性矽積體電路時之動作磁通密度之溫度依 存性做比較表示之特性圖·> 圈11A係表示包括圖1至圖5之訊號處理部之基板 構造之剖面圖 圖1 1 B係表示其他基板構造之剖面圖。 圖1 2係表示比較所用之訊號處理電路之圖。 圖1 3係表示比較所用之其他訊號處理電路之圖》 圖1 4係表示先行技術電路之訊號處理電路部之基板 構造之剖面圖。 圖1 5係表示比較所用之再其他訊號處理電路之圖》 圖1 6係表示於本發明之訊號處理電路中名放大電路 之詳細之圖》 圖17係詳細表示圖1 6之電路圖之圖。 圖1 8係表示於本發明之訊號處理電路中之放大電路 之其他詳細之圖。 主要元件對照表 I 1 電壓電源 2 電洞元件 4 驅動用電阻 2 0 訊號處理電路部 (請先閏讀背面之：1Χ意事項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度刺中11¾¾:縣（CNS ) Α4规格（2ωχ297&楚） -3- 衩龙部中央榡準局！.«工消开合作7t印鉍 422994 at B7五、發明説明彳1 ) 30 磁場感測部 51 演算放大電路 【實施發明之最佳形態】 茲參照圖面詳細說明本發明之實施形態如下。 實施例1 圖1所示實施形態，係由電壓電源1驅動訊號處理電 路5，並且，電洞元件4爲經由定電流源5 0由電壓電源 1所驅動。電洞元件4之2個輸出端係連接於訊號處理電 路5中之演算放大電路之反相輸入端及非反相輸入端。並 且，將從訊號處理電路5內之定電流電路5 2之定電流 i f反饋於演算放大電路之非反相輸入端》本實施形態係 由這種構成來形成施密特觸發電路，亦即形成數位處理電 路》 在圖1之實施形態，係並非由電阻R F之反饋，而由 於是構成爲從定電流源之定電流i f之反饋，所以，數位 處理電路之閾値電壓Vth將變成Vth = Rh〇xi f (gh ο :電洞元件輸出電阻之約1/2)，而不會受到 演算放大電路之反相輸入端之電位V 1之影響。因而，完 全不會受到電洞元件4之輸入電阻之偏差或中點電位之偏 差之影響，而可實現如所設計之磁性特性，所以，良率可 獲得大幅度之改善。 茲以圖16及圖18之各構成爲例說明圖1及圖5所 (请先閲讀背面之注意事項再填艿本頁) ,11 本紙張尺度適用中國S家樣準（CN'S ) A4坑格（2丨0X297公釐} -14- ·-""部中史样隼局Μ工消於合作社印^ 4 2 2994 - A7 ____ B7______五，發明説明奴.） 記載之訊號處理電路之詳細構造如下。 於圖16，5係訊號處理電路，而具有演算放大電路 5 1，與定電流電路5 2 *與緩衝電路5 3 »在演算放大 電路5 1之反相輸入端及非反相輸入端，連接電洞元件4 之2個輸出端，將電洞元件4之輸出電阻作爲演算放大電 路5 1之輸入電阻。定電流電路5 2係響應於演算放大電 路5 1之輸出而可輸出2個定電流値i 1，i 2 ( i 1> i 2 )之任一，將所輸出之電流反饋於演算放大電路5 1 之非反相輸入端》亦即，從定電流電路5 2，係演算放大 電路5 1之輸出爲高時輸出i 1，而演算放大電路5 1之 輸出爲低時輸出i 2，因施加正反饋，所以，由演算放大 電路5 1及定電流電路5 2作爲施密特電路發生動作。緩 衝電路5 3係不會打亂由演算放大電路5 1及定電流電路 5 2所構成之施密特觸發電路之動作而將演算放大電路 51之輸出而取出於外部。又，圖18係表示將演算放大 電路5 1 *與定電流電路5 2，與緩衝電路5 3連接成串 聯之訊號處理電路5之其他一例者，其動作係與圖1 6相 同。 實施例2 於圖3至圖5表示本發明實施形態之不同形態β 圖3係替代圖1之電洞元件驅動用定電姨漂5 0而以 一對驅動用電阻2，3夾住電洞元件4之上下之電路構成 。因沒有V 1之影響，所以，不必將上下之電阻2，3整 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙乐尺度適用中国国家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -15- 校澇部中央樣涞局員工消费合作社印製 4^2994 ^ A7 — B7五、發明説明柃） 合’不需要電阻之相對精度，欲單石積體電路化時可防止 良率之降低。. 實施例3，及4 圖4係驅動用電阻2只連接於電洞元件4之輸入+側 ‘ ，而圖5係驅動用電阻3只連接於電洞元件4之輸入-側 之電路構成，無論圖3至圖5之任一都可實現與圖1相同 之效果。 實施例5 實施例6係表示本發明之第5實施形態者，將輸出訊 號之溫度依存性，在寬廣之溫度範圍變成幾乎變零之小溫 度依存性，而可實現獲得安定輸出之高性能之附有訊號處 ----------— 理電路之磁場感測器所需之訊號處理電路之一例。並且， 於本發明，即使如由永久磁鐵之磁場，具有溫度依存性之 磁場之檢測時，可獲得作爲感測器輸出不依存於溫度之輸 出。 在此實施形態•係對於演算放大電路5 1之放大後輸 出訊號與非反相輸入端作爲數位訊號處理反饋電阻，將電 阻6，7做串聯連接，藉此形成具有比例於反饋量之閾値 電壓之施密特觸發電路（以下，有時只稱爲數位處理電路 )。也就是說，演算放大電路5 1，若非反相輸入端之電 壓較反相輸入端之電壓爲高時輸出電壓將變成極大，相反 時輸出電壓將變成極小，所以作爲比較器發生作用。亦即 (請先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) 本紙伕尺度適用中國园家標準（CNS > A4規格（2!ΟΧ297公釐） .. 对#·邓中失详準局負工消费合作社印繁 42咖“ A7 __B7_五、發明説明彳4 ) ，圖8係表示數位變換後之輸出電壓（V d 〇 )與對於電 洞元件所施加磁通密度之關係之圖，將輸出電壓從高變化 成低之磁通密度稱爲動作磁通密度（Bop)，相反地從 低變化成高之磁通密度稱爲復原磁通密度（B r p )。 如圖6所示，由電壓電源1驅動演算放大電路5 1， 並且，經由驅動用電阻2，3驅動I nAs電洞元件4。 由此I nAs電洞元件，構成磁性感測部30。又，將 I n A s電洞元件4之輸出電阻作爲演算放大電路5 1之 輸入電阻，反饋於演算放大電路5 1之非反相輸入端之溫 度係數不同之二種類之反饋電阻6及7 (R ί 1及R f 2 )來構成施密特觸發電路"若構成爲如此時，就以閾値電 壓 Vth=(Vdo-Vl) · R h 〇 / ( R f 1 + Rf 2)表示。由驅動用電阻2 · 3與演算放大電路51 ，與由電阻6，7來構成訊號處理電路部2 0 ·於此構成 ，若可忽視V 1之影響時，藉適當地設定R f 1與R f 2 之電阻値大小就可設定V t h之溫度係數，其結果，可補 正i nA s電洞元件4之內部電阻之溫度係數與感度之溫 度係數。藉此，可使（Β ο p)與（B r p)具有任意之 溫度係數。按，電阻6及7也可並聯連接。 像這樣，對於磁場可獲得沒有溫度依存性之感測輸出 I 〇 又，檢測對象之磁場爲具有溫度依存性之例如由永久 磁鐵之磁場時，因永久磁鐵之溫度係數爲可預先測定，所 以，藉適當地設定R ί 1與R f 2之電阻値之大小比例， (讀先閱讀背而之注意事項再填艿本頁)

*1T 本紙張尺度適用中国國家標準（CNS ) A4規格（2】0X 297公釐） -17- 經漭部中央標準局負工消费合作社印¾ 4 吻 94 ' H A7 ___B7___ 五、發明説明（15 ) 就可補正永久磁鐵之溫度係數，而可消除感測器輸出之‘溫 度依存性》 按，第5實施形態，係作爲磁場感測器使用I nAs 電洞元件，但是替代此，也可使用磁性薄膜磁性電阻元件 (N i F i )。 實施例6 圖2係表示本發明之第6實施例。圖17係表示其訊 號處理電路之詳細構造。作爲決定2個定電流値i1， i 2所用之構成元件之一部分，在訊號處理電路5 1內， 使用尤其定電流電路5 2內之2個（或較此爲多）之具有 分別不同溫度係數之複數電阻（此時爲R 1，R2之2個 )，對於2個定電流値i 1，i2，藉使其反比例於具有 此分別具有不同溫度係數之電阻r 1，R 2之（串聯連接 或並聯連接或這些之組合）合成電阻之溫度係數（i 1 ~ 1 / ( R 1 + R 2 ) - (i2~l/(Rl+R2)，就 可使其具有Vth2 = Rhoxi 1，Vth2x i 2 之 任意溫度係數，所以，除了圖6所示效果之外，因可避免 受到V 1之影響*所以，如上述，對於訊號處理電路5之 輸出訊號，可確實使其具有；補正磁性感測部4之內部電 阻之溫度係數與感度之溫度係數之溫度係數，或，並且， 也補正磁性感測部之檢測對象之溫度係數之溫度係數等之 任意溫度係數* 於以上之各實施形態，係將其電路構成之訊號處理電 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS ) A4規格（210X297公釐} (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 2 2 9 9 4 - a? Β7 五、發明説明¢6 ) 路部也使用矽之單石積體電路加以實現，但是，在通常之 矽單石中所實現之電阻|係存在有溘度係數較小之低膜電 阻之電阻，與溫度係數較大之高膜電阻之電阻。於矽單石 積體電路*通常此溫度係數之不同，將變成電路技術上之 負要因，而係不受歡迎之特性。本發明係利用此不同因素 ，藉變成串聯或並聯或其組合之合成電阻製作所需之溫度 係數，製作反比例於其溫度係數之定電流，藉加以反饋， 而實現了可實現被視爲不可能之矽單石積體電路之任意磁 性特性之溫度係數之附有訊號處理電路之磁場感測器。 實施例7 蛵漭部中央標準局負工消贤合作社印絮 (请先Μ讀背而之注$項再填芎本頁) 注目於由通常S i積體電路所製作之訊號處理電路部 之電路元件，係PN結合而與基板做電氣性分離之構造而 形成於矽基板表面，認爲此分離所需之P N接合之電流漏 電起因於在高溫增大，在1 2 5°C以上之高溫之動作就變 成不安定。、於是’作爲對基板之漏電電流少之電路構造· 將電路元件製作於絕緣性基扳表面，其結果，發現了基板 之漏電電流對於在高溫之安定動作發生很大影饗。 於本實施形態，使用這種減少對於基板漏電電流之構 造之訊號處理電路，藉與化合物半導體磁場感測器或磁性 . ΐ 薄膜磁性電阻元件組合，來構成磁場感測器。 圖1 1Α，係表示包含圖1至圖6之訊號處理電路部 2 0之板構造。此訊號處理電路部2 0之積體電路，係成 爲形成於絕緣性之陶瓷基板上之構造。亦即，在絕緣性基 本紙伕尺度適用中國因家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -19- 422994 - A7 經濟部中失標準局員工消费合作社印裝 B7五、發明説明（17 ) 板2 1上形成作爲訊號處理電路部2 0之半導體電路元件 。藉此構造，即使周圍溫度爲高溫也可作進行安定之動作 〇 又，於圖1 1 A，在裝有訊號處理電路部2 0之絕緣 性基板2 1上，裝設有磁性感測部3 0 *按，此磁性感測 部3 0係在訊號處理電路部2 0上部經由絕緣層裝設，或 ，也可裝設於與此絕緣性基板2 1.另外之基板上。 實施例8 圖1 1 B，係表示包含訊號處理電路部2 0之其他基 板構造例。在矽基板23上形成如S i 〇2之絕緣層22， 在其絕緣層2 2上形成作爲訊號處理電路部2 0之半導體 電疫孟件。此時也同樣，可獲得在高溫之安定動作之效果 Q 又，於此圖1 1B，在裝設有訊號處理電路部2 0之 矽基板2 3.之絕緣層2 2上，裝設有磁性感測部3 0。按 ，此磁性感測部3 0係在訊號處理電路部2 0之上部經由 絕緣層裝設，或也可裝設於與此矽基板2 3另外之基板上 〇 以上*藉構成爲如圖1 1 A，1 1 B所示之電路構成 *到1 7 5°C之迄今還沒有實現之高溫下可進行安定之訊 號處理動作，藉此就可實現高精度而可靠性高之附有訊號 處理電路之磁場感測器。 茲將上述本發明之實施形態與先行技術者做比較所檢 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) " r 本紙張尺度適用中國圉家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） -20- 422994 A7 B7 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 五、發明説明) 討之實驗結果β 實驗例 (實驗例Μ 於IS7 ’以矽單石稹體電路所實現之圖2之電路將 I n A s電洞元件4作爲感測器使用所獲得之動作磁通密 度（B 〇 P)之溫度依存性做比較表示於圖表。 在此’將作爲一方之電阻R1之溫度係數使用2 0 0 0 p pm/°C，作爲他方之電阻R2之溫度係數使用' 7000ppm/°C，將R1與R2之大小比定爲2 : 8 時與定爲7:3時表示其結果。 並且，爲了比較，於圖1 3之電路，比較將I nS i 電洞元件4作爲感測器使用所獲得之動作磁通密度（ Β ο p )之溫度依存性而表示於圖表《 若使用本發明之數位輸出電路時，R 1與R 2之比爲 7 ·_ 3時，將動作磁通密度之溫度係數，可在廣寬溫度範 圍內幾乎變成零。又，若R1與R2之比爲2:8時，也 因可使與一般之鐵氧化體（fernte )磁鐵之溫度係數相同之 —0 . 1 8% /°C之溫度係數，若使用鐵氧體磁鐵欲檢測 磁場時，藉將若R1與R2之比設計爲2 : 8，就可將感 測器輸出之溫度依存性變成幾乎零。 並且，R 1係矽積體電路中之一般性電阻，而是膜電 阻較小者，R 2係使用了製作高電阻所用之膜電阻較大者 ，但是，藉構成本發明之電路構成，不必準備配合 I nA s電洞元件之感度與電阻之溫度係數之具有專用之 {請先Μ讀背面之注意事項再填将本頁) 本紙沬尺度適用中國國家標率（CNS)A4規格（210X297公釐> •21 - 4 2 2994 ^ A7 經濟部中央標孪局員工消費合作社印聚 B7五、發明説明〇9 ) 溫度係數之電阻，因由通常製程可製作之二種類電阻之常 數組合就可實現，所以，也可對於積體電路製作不必附加 特別之製程，具有低廉地實現之效果。 (實驗例2 ) 於圖9 ·將仍以矽單石積體電路所實現之圖2，及爲 了做比較於圖1 3之電路，將磁性薄膜磁性電阻元件（ N i F i )作爲感測器使用所獲得之動作磁場強度（ Η ο p )之溫度依存性做比較表示於圖表。 曉得了可將動作磁場強度之溫度係數，在廣寬溫度範 圍變成幾乎爲零。 (實驗3 ) 圖1 0，係表示將在陶瓷基扳上形成圖2之訊號處理 電路之圖1 1 A，1 1 Β所示時之動作磁通密度之溫度依 存性，與先行技術之一般性矽基板上形成積體電路時做比 較之例。從此圖10，即使周圍溫度爲150 °C以上之高 溫，曉得了在本發明之電路其動作磁通密度爲保持安定。 如以上所說明，將磁性感測部使用化合物半導體薄膜 構成，同時，由於將定電流電路之電流加以反饋之構成， 所以|可消除由於電洞元件之中點電位之偏差•或電路電 阻之偏差引起之良率之降低》 又|因藉將定電流電路之反饋電流之溫度係數，反比 例於具有訊號處理電路中之二種類以上不同之溫度係數之 (諳先閱讀背面之.注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中国國家標孪（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22- 422994 A7 B7 五、發明説明go:) 複數電阻之合成電阻之溫度係數，就可將動作磁通密度之 溫度依存性變成幾乎爲零，又，並且欲檢測永久磁鐵之磁 場時，即使檢測磁場具有溫度依存性時，可獲得在寬廣溫 度範圍不依存於溫度之感測器輸出。 並且，又，將訊號處理電路部之積體電路，形成於絕 緣性之陶瓷基板上，所以*即使周圍溫度爲高溫時也可作 到安定之動作。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經漭部中央標隼局員工消費合作社印繁 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）.-23 -

Claims (1)

1. S422994 六、申請專利範圍 第87102951號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國89年11月修正 1 . 一種附有訊號處理電路之磁場感測器’其特徵爲 ;爲備有化合物半導體薄膜或磁性薄膜所構成之磁性感測 部，與放大在該磁性感測部作爲電氣性輸出所檢測之磁性 訊號之訊號處理電路，上述訊號處理電路係具有’演算放 大電路，與反饋用之定電流電路。 2 .如申請專利範圍第1項所述之附有訊號處理電路 之磁場感測器，其中上述定電流電路’係將依據該演算放 大電路之輸出之不同電流値’反饋於該演算放大電路之非 反相輸入端。 3 .如申請專利範圍第2項所述之附有訊號處理電路 之磁場感測器，其中上述定電流電流電路’係具有’具有 二種類以上不同之溫度係數之複數電阻’上述定電流電路 所輸出之電流，係具有’該複數電阻所具合成電阻之溫度 係數成反比之溫度係數。 4 .如申請專利範圍第3項所述之附有訊號處理電路 之磁場感測器，其中上述複數電阻之合成電阻，係具有補 正上述磁性感測部之內部電阻之溫度係數與感度之溫度係 數之溫度係數。 5 .如申請專利範圍第4項所述之附有訊號處理電路 之磁場感測器’其中上述複數電阻係除了上述磁性感測部 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4現格（210X297公釐> -1 - -----------¾.— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) .1T' 經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 A 229 9 4 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 之內部電阻之溫度係數與感度之溫度係數.之外，也具有補 正上述磁性感測部之檢測對象之溫度係數之溫度係數》 6 .如申請專利範圍第1至5項之任一項所述之附有 訊號處理電路之磁場感測器，其中上述訊號處理電路係單 石積體電路。 7 .如申請專利範圍第1至5項之任一項所述之附有 訊號處理電路之磁場感測器，其中上述訊號處理電路係形 成於絕緣性基板上，或，配置於半導體基板上之絕緣層上 0 8 .如申請專利範圍第6項所述之附有訊號處理電路 之磁場感測器，其中上述訊號處理電路係形成於絕緣性基 板上，或，配置於半導體基板上之絕緣層上。 9 種附有訊號處理電路之磁場感測器，其特徵爲 ;爲備有化合物半導體薄膜或磁性薄膜所構成之磁性感測 部|與放大在該磁性感測部作爲電氣性輸出所檢測之磁性 訊號之訊號處理電路，上述訊號處理電路，係備有：具有 反饋用之二種類以上不同之溫度係數之複數電阻，該複數 之電阻係將演算放大電路之輸出反饋於非反相輸入端。 ----—---；---^-- (請先閱讀背面之注意事項再填本页) <1T 線 經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家輮準（CNS > Α4現格（210X 297公釐）-2 -