UA72826C2 - Magnetic field strength transducer - Google Patents

Magnetic field strength transducer Download PDF

Info

Publication number
UA72826C2
UA72826C2 UA2003032791A UA2003032791A UA72826C2 UA 72826 C2 UA72826 C2 UA 72826C2 UA 2003032791 A UA2003032791 A UA 2003032791A UA 2003032791 A UA2003032791 A UA 2003032791A UA 72826 C2 UA72826 C2 UA 72826C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
magnetic field
terminals
semiconductor layer
transducer
substrate
Prior art date
Application number
UA2003032791A
Other languages
Ukrainian (uk)
Inventor
Inesa Antonivna Bolshakova
Roman Liubomyrovych Holiaka
Original Assignee
Inesa Antonivna Bolshakova
Roman Liubomyrovych Holiaka
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 Inesa Antonivna Bolshakova, Roman Liubomyrovych Holiaka filed Critical Inesa Antonivna Bolshakova
Priority to UA2003032791A priority Critical patent/UA72826C2/en
Publication of UA72826C2 publication Critical patent/UA72826C2/en

Links

Landscapes

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

Abstract

The present invention relates to semiconductor magnetic field strength transducers using the Hall effect. The proposed transducer contains a substrate with a semiconductor layer, two current contacts, and a number of voltage contacts, which are connected to the semiconductor layer. Each currant contact is connected to one voltage contact. All the contacts of the transducer are arranged on one side of the semiconductor layer. The present invention allows the measurement accuracy of the transducer to be increased.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід стосується напівпровідникових сенсорів магнітного поля, які використовують ефект Холла. 2 Відомий вимірювальний перетворювач магнітного поля, який містить сформовані на підкладці напівпровідникову область, типово прямокутної форми, та чотири виводи - по одному на кожній стороні напівпровідникової області. Два навпроти розміщені виводи є струмовими, а дві інші - потенційними (К.5.The invention relates to semiconductor magnetic field sensors that use the Hall effect. 2 A known measuring transducer of the magnetic field, which contains a semiconductor region formed on a substrate, typically rectangular in shape, and four terminals - one on each side of the semiconductor region. The two opposite terminals are current, and the other two are potential (K.5.

Ророміс, Нар ЕпПесі ЮОемісез, Адат Ніїдег, Вгівіо!, РНйаде!рніа апа Мем Могк, 1991. Р.б1)|, Базуючись на ефекті Холла такий перетворювач дозволяє вимірювати індукцію магнітного поля. Однак, його недоліками є, по-перше, неможливість проводити вимірювання просторового розподілу магнітного поля без відповідного просторового переміщення перетворювача, і по-друге, неможливість виміряти магнітне поле в беспосередній близкості до джерела магнітного поля (зокрема, до поверхні магніту).Roromis, Nar EpPesi YuOemisez, Adat Niideg, Vgivio!, Rnyade!rnia apa Mem Mogk, 1991. R.b1)|, Based on the Hall effect, such a converter allows measuring the magnetic field induction. However, its disadvantages are, firstly, the impossibility of measuring the spatial distribution of the magnetic field without corresponding spatial movement of the transducer, and secondly, the impossibility of measuring the magnetic field in close proximity to the source of the magnetic field (in particular, to the surface of the magnet).

Відомий вимірювальний перетворювач, який містить сформовані на підкладці область напівпровідникового шару та з'єднані з цією областю два струмові виводи та декілька потенційних виводів. Струмові виводи 12 розміщені на протилежних сторонах області напівпровідникового шару, а потенційні - на інших сторонах цієї області і утворюють пари. Кожна пара потенційних виводів є дзеркально симетричною відносно умовної осі, яка з'єднує струмові виводи |К.5. Ророміс, НаіїЇ ЕбПбесі Оемісез, Адат Ніїдег, ВгівісІЇ, РийадеІрніа апа Мем Могк, 1991. Р.61). Різниця напруг на кожній парі потенційних виводів є пропорційною значенню струму через струмові виводи та індукції магнітного поля в області напівпровідникового шару, яка знаходиться між потенційними виводами.A measuring transducer is known, which contains an area of a semiconductor layer formed on a substrate and two current terminals and several potential terminals connected to this area. Current terminals 12 are located on opposite sides of the semiconductor layer region, and potential terminals are located on other sides of this region and form pairs. Each pair of potential outputs is mirror-symmetrical relative to the conditional axis that connects the current outputs |K.5. Roromis, NaiiYi EbPbesi Oemisez, Adat Niyideg, VgivisII, RiyadeIrnia apa Mem Mogk, 1991. R.61). The voltage difference on each pair of potential terminals is proportional to the value of the current through the current terminals and the induction of the magnetic field in the region of the semiconductor layer, which is located between the potential terminals.

Маючи декілька пар потенційних виводів, такий перетворювач дозволяє проводити вимірювання магнітного поля одночасно в декількох точках простору. Тобто, стає можливим виміряти просторовий розподіл магнітного поля без просторового переміщення перетворювача.Having several pairs of potential outputs, such a converter allows measuring the magnetic field simultaneously at several points in space. That is, it becomes possible to measure the spatial distribution of the magnetic field without spatially moving the transducer.

Однак, як і в цьому і в раніше згаданому перетворювачі, виводи, які оточують зі всіх сторін с 29 напівпровідниковий шар, тобто активну область перетворювача, не дозволяють наблизити цю активну область (3 до джерела вимірюваного магнітного поля. Це погіршує точність вимірювання розподілу магнітного поля в беспосередній близкості до джерела поля.However, as in this and the previously mentioned converter, the leads that surround the semiconductor layer on all sides, that is, the active region of the converter, do not allow this active region (3) to be brought closer to the source of the measured magnetic field. This worsens the accuracy of measuring the distribution of the magnetic field in close proximity to the field source.

В основі винаходу поставлено завдання створити вимірювальний перетворювач магнітного поля, в якому введення нових елементів та зв'язків дозволяє підвищити точність вимірювань. оThe basis of the invention is the task of creating a magnetic field measuring transducer, in which the introduction of new elements and connections allows to increase the accuracy of measurements. at

Поставлене завдання досягається тим, що вимірювальний перетворювач магнітного поля, який містить Га сформовані на підкладці область напівпровідникового шару та з'єднані з цією областю два струмові виводи та декілька потенційних виводів, згідно винаходу, має по одному потенційному виводу під'єднаному до кожного со струмового виводу, а всі виводи перетворювача розміщені на підкладці лише по одній стороні області су напівпровідникового шару.The task is achieved by the fact that the measuring transducer of the magnetic field, which contains an area of the semiconductor layer formed on the substrate and two current terminals and several potential terminals connected to this area, according to the invention, has one potential terminal connected to each current terminal, and all the terminals of the converter are placed on the substrate only on one side of the area of the semiconductor layer.

Зо Введення нових елементів та відповідних зв'язків дозволяє створити вимірювальний перетворювач, в якого - напівпровідниковий шар може бути розміщеним на краю підкладки, і тим самим, створити умови максимального наближення активної області вимірювального перетворювача до об'єкту досліджень. В свою чергу це підвищує точність вимірювання просторового розподілу магнітного поля в безпосередній близкості до джерела цього поля. «Introduction of new elements and corresponding connections allows to create a measuring transducer in which - the semiconductor layer can be placed on the edge of the substrate, and thereby create conditions for the maximum approximation of the active area of the measuring transducer to the object of research. In turn, this increases the accuracy of measuring the spatial distribution of the magnetic field in the immediate vicinity of the source of this field. "

На Фіг.1 зображена схема вимірювального перетворювача магнітного поля, який має такі елементи; І - З підкладка; Ії - напівпровідниковий шар; ПП - пара струмових виводів (контактні площадки 6, 7); ІМ - с потенційні виводи, кількість яких визначає кількість точок вимірювання просторового розподілу магнітного поляFigure 1 shows a diagram of a magnetic field measuring transducer, which has the following elements; And - With lining; Ii - semiconductor layer; PP - a pair of current terminals (contact pads 6, 7); IM - with potential outputs, the number of which determines the number of measurement points of the spatial distribution of the magnetic field

Із» і може бути довільною (контактні площадки 1, 2, 3, 4, 5); М - пара потенційних виводів (контактні площадки 8, 9), які під'єднані до відповідних струмових виводів. Всі виводи перетворювача розміщені на підкладці лише по одній стороні області напівпровідникового шару. Активною областю вимірювального перетворювача є -1 395 напівпровідниковий шар ІЇ в зоні під єднання до нього потенційних виводів ІМ. Цю активну область формують на краю підкладки |. ко В процесі вимірювання активну область перетворювача розміщують в магнітному полі, просторовий розподіл со якого вздовж осі Х є предметом дослідження. Перетворювач живлять джерелом постійного струму, яке під'єднують до струмових виводів І. ко 50 На потенційних виводах формуються напруги, які мають дві складові. Перша складова, яка обумовленаFrom" and can be arbitrary (contact pads 1, 2, 3, 4, 5); M - a pair of potential leads (contact pads 8, 9) which are connected to the corresponding current leads. All the terminals of the converter are placed on the substrate only on one side of the region of the semiconductor layer. The active area of the measuring transducer is -1 395 the semiconductor layer II in the zone of connection to it of the potential terminals of the IM. This active region is formed at the edge of the substrate |. ko In the process of measurement, the active area of the transducer is placed in a magnetic field, the spatial distribution of which along the X axis is the subject of research. The converter is powered by a source of direct current, which is connected to the current terminals I. ko 50. At the potential terminals, voltages are formed that have two components. The first component, which is determined

Ф перерозподілом дрейфуючих в електричному полі носіїв заряду, є корисним сигналом. Ця складова є функцією індукції магнітного поля в активній області вимірювального перетворювача. Друга складова, яка обумовлена падінням напруги на напівпровідниковому шарі, є паразитною. Враховуючи магніторезистивний та терморезистивний ефекти, паразитна складова не є стабільною величиною і вимагає спеціальної компенсації. 59 Тому, на відміну від найближчого аналога, в якому вихідні сигнали (Холлівські напруги) формуються наФ redistribution of charge carriers drifting in the electric field is a useful signal. This component is a function of magnetic field induction in the active region of the measuring transducer. The second component, which is caused by the voltage drop on the semiconductor layer, is parasitic. Taking into account magnetoresistive and thermoresistive effects, the parasitic component is not a stable value and requires special compensation. 59 Therefore, unlike the closest analogue, in which the output signals (Hall voltages) are formed on

ГФ) парах потенційних виводах в диференційні формі, вихідні сигнали вимірювального перетворювача згідно 7 винаходу формуються на потенційних виводах ІМ (крім тих, які під'єднані до струмових виводів) відносно опорних напруг. Ці опорні напруги отримують шляхом ділення різниці напруг, яка формується на парі потенційних виводів М. бо Таким чином, корисними сигналами вимірювального перетворювача згідно винаходу є різниці напругGF) pairs of potential terminals in a differential form, the output signals of the measuring converter according to 7 of the invention are formed on the potential terminals of the IM (except those connected to the current terminals) relative to the reference voltages. These reference voltages are obtained by dividing the voltage difference, which is formed on a pair of potential terminals M. because Thus, the useful signals of the measuring converter according to the invention are the voltage differences

М1-Мве/К, Мо-Мво/Ко, ... Маи-Мво/Ки, де Мі, Мо, ... Ми, - напруги на потенційних виводах (контактних площадках 1, 2, -.5 Фіг.1);M1-Mve/K, Mo-Mvo/Ko, ... Mai-Mvo/Ky, where Mi, Mo, ... My, - voltages on potential terminals (contact pads 1, 2, -.5 Fig. 1) ;

Мво - різниця напруг на потенційних виводах (контактні площадки 8, 9), які з'єднані з струмовими виводами (контактні площадки 6, 7); К4, Ко, ...Ка - коефіцієнти ділення. бо Опорні напруги Маб/К служать для компенсації паразитних складових вихідних сигналів і, таким чином,Mvo - voltage difference on the potential terminals (contact pads 8, 9), which are connected to the current terminals (contact pads 6, 7); K4, Ko, ...Ka - division coefficients. because Reference voltages Mab/K serve to compensate for parasitic components of the output signals and, thus,

забезпечують виділення корисних складових, які несуть інформацію про величини індукцій магнітного поляensure the selection of useful components that carry information about the values of magnetic field inductions

Вхч, Вухо, ... Вхп (на Фіг.1 вектор індукції поля напрямлено перпендикулярно до поверхні підкладки перетворювача е ВІ.Вхх, Ухо, ... Вхп (in Fig. 1, the field induction vector is directed perpendicular to the surface of the substrate of the transducer e VI.

Введення у вимірювальний перетворювач згідно винаходу потенційних виводів У, які під'єднані до струмових виводів Ії, забезпечують високу точність вимірювання падіння напруги на напівпровідниковому шарі, що є основою високої точності формування опорних напруг.The introduction into the measuring converter according to the invention of the potential terminals U, which are connected to the current terminals Ii, ensure high accuracy of measuring the voltage drop on the semiconductor layer, which is the basis of the high accuracy of the formation of reference voltages.

Активна область вимірювального перетворювача згідно винаходу може розміщатися на як завгодно малій відстані від краю підкладки. В залежності від технології виготовлення перетворювача (технологія твердотільних 70 інтегральних схем, тонкоплівкова технологія, технологія об'ємних структур тощо), ця відстань може знаходитися в межах від декількох мікрометрів до декількох сотень мікрометрів.The active area of the measuring transducer according to the invention can be placed at any small distance from the edge of the substrate. Depending on the transducer manufacturing technology (solid-state 70 integrated circuit technology, thin-film technology, volumetric structure technology, etc.), this distance can range from a few micrometers to several hundred micrometers.

Зокрема, використовуючи традиційну технологію тонкоплівкових перетворювачів Холла на напівпровідникових матеріалах групи А|Ву, можна виготовити вимірювальний перетворювач розподілу магнітного поля з відстанню між активною областю перетворювача та об'єктом дослідження не більше 5Омкм, що 75 приблизно на порядок менше ніж в аналога. Таким чином, при дослідженні приповерхневих магнітних полів на мінімально можливих відстанях, наприклад бОмкм від мікрооб'єктів чи об'єктів з зернистою (доменною) структурою, запропонований вимірювальний перетворювач дозволяє підвищити в декілька разів точність вимірювання розподілу магнітного поля. овIn particular, using the traditional technology of thin-film Hall transducers on semiconductor materials of the A|Vu group, it is possible to manufacture a measuring transducer of the distribution of the magnetic field with a distance between the active area of the transducer and the research object of no more than 5Ωm, which is approximately 75 orders of magnitude less than the analogue. Thus, when studying near-surface magnetic fields at the minimum possible distances, for example bΩm from micro-objects or objects with a granular (domain) structure, the proposed measuring transducer allows to increase the accuracy of measuring the distribution of the magnetic field several times. ov

А. шк В Ву Ве Ву ВеA. shk V Wu Ve Wu Ve

І І І І 1I I I I 1

ЕВ НЕО ев г нва ВЕ оре ЛЕК кодове ЕН Х мEV NEO ev g nva VE ore LEK code EN X m

Я ее В смI ee In cm

А Беий ра й сій А ой о им МИ м м/о м/ м/ Мм/ її (Се)A Beiy ra y siy A oy o im MY m m/o m/ m/ Mm/ her (Se)

Фіг. Ге (ее)Fig. Gee (ee)

Claims (1)

Формула винаходу сч Вимірювальний перетворювач магнітного поля, який містить сформовані на підкладці область - напівпровідникового шару та з'єднані з цією областю два струмові виводи та декілька потенційних виводів, який відрізняється тим, що до кожного струмового виводу під'єднано по одному потенційному виводу, а всі виводи перетворювача розміщені на підкладці тільки з однієї сторони області напівпровідникового шару. « т0 Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних с мікросхем", 2005, М 4, 15.04.2005. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і ч науки України. ;» У рThe formula of the invention is a measuring transducer of the magnetic field, which contains an area of the semiconductor layer formed on the substrate and two current terminals and several potential terminals connected to this area, which differs in that one potential terminal is connected to each current terminal, and all terminals of the converter are placed on the substrate only on one side of the region of the semiconductor layer. « t0 Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2005, M 4, 15.04.2005. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. ;" In the -і іме) (ее)-and name) (ee) іме) 4)name) 4) іме)name) 60 б560 b5
UA2003032791A 2003-03-31 2003-03-31 Magnetic field strength transducer UA72826C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2003032791A UA72826C2 (en) 2003-03-31 2003-03-31 Magnetic field strength transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2003032791A UA72826C2 (en) 2003-03-31 2003-03-31 Magnetic field strength transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA72826C2 true UA72826C2 (en) 2005-04-15

Family

ID=34884752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UA2003032791A UA72826C2 (en) 2003-03-31 2003-03-31 Magnetic field strength transducer

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA72826C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD4002C2 (en) * 2008-03-19 2010-07-31 Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы Apparatus for measuring the intensity of the magnetic field

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD4002C2 (en) * 2008-03-19 2010-07-31 Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы Apparatus for measuring the intensity of the magnetic field

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110678767B (en) Magnetic field sensor with error calculation
US11239761B2 (en) Coreless current sensor for high current power module
JP6431004B2 (en) Hall sensor and sensor array
US10605874B2 (en) Magnetic field sensor with magnetoresistance elements having varying sensitivity
JP2013134202A (en) Current sensor
US20160041209A1 (en) Sensor element with temperature compensating function, and magnetic sensor and electric power measuring device which use same
UA72826C2 (en) Magnetic field strength transducer
CN110726423A (en) Hall sensor, corresponding device and method
US9362485B2 (en) Vertical hall effect sensor with offset reduction using depletion regions
JP2012112655A (en) Displacement detector
Lozanova et al. Two-axis silicon Hall effect magnetometer
US11131727B2 (en) Magnetic sensor device
UA72832C2 (en) Magnetic field strength transducer
WO2006028427A1 (en) Magnetic field measuring sensor
WO2006028426A1 (en) Magnetic field measuring sensor
UA74628C2 (en) Multiposition three-dimensional magnetic field strength transducer
JP7249865B2 (en) Magnetic sensor and magnetic sensor module
UA73816C2 (en) Magnetic field strength transducer
UA72831C2 (en) Magnetic field strength transducer
UA72824C2 (en) Magnetic field strength transducer
RU169461U1 (en) Differential DC meter
Petoussis et al. A novel Hall effect sensor using elaborate offset cancellation method
BG109868A (en) Hall-effect micro converter
Lozanova et al. A novel parallel-field double-Hall microsensor with self-reduced offset and temperature drift
Lozanova et al. 2D Silicon Magnetometer