WO1981001630A1 - Magnetically sensitive semiconductor device - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N52/00—Hall-effect devices
- H10N52/101—Semiconductor Hall-effect devices
Definitions
- the present invention is related to semiconductor ⁇ magnetic element using the Hall effect 0
- Hai H element has a Hall voltage V H as shown below. ⁇ IB
- the carrier charge, n is the carrier concentration, and d is the separation at which the magnetic field acts, that is, the thickness of the semiconductor substrate. This is the Lorentz force F acting on a carrier moving in a magnetic field.
- the Hall voltage V H is given by: W (the width of the substrate)
- V H EyW (4)
- the Hall voltage is increased by a concept different from that of the conventional Hall element, and the sensitivity of the magnetic element is increased. Since the magnetic sensitive element according to the present invention has a high carrier speed, its magnetic sensitivity can be increased by about three orders of magnitude (10 3 ) compared to the conventional Hall element. It can be used as a switch head.
- a carrier that runs in the depletion layer of a reverse-bonded junction is used, and this is injected from a j-biased junction nearby.
- the magnitude of the speed of the termination depends on the voltage E of the reverse junction.
- the magnitude of the current density at the end of the carrier is independently determined by the voltage BE at the forward junction. Therefore, compared with the case of using a large number of carrier currents, it is not necessary to increase the current in order to increase the carrier speed, and the carrier speed can easily be close to the saturation speed in the depletion layer. You can raise it up.
- FIG. 1 is a perspective view showing the principle configuration of the present invention
- FIGS. 2 and 3 are a plan view showing an embodiment of the magnetically sensitive semiconductor device of the present invention and a cross-sectional view taken along line AA thereof.
- FIG. 1 ' is a view for explaining the principle of the present invention.
- the first, second, and third regions (1), (2), and (3) of the N, P, and N types are provided.
- the first (3) junction between the second region and the second region is connected to the power supply that applies the membrane bias voltage and the second junction between the second and third regions is: e the power supply connected to power source for applying a pie 'Ryo scan electrostatic ⁇ is collector power - paced or between co Rectifiers data -.
- the electrons in the emitter region (1) are forward biased ⁇ ::- ⁇ Depletion layer region of the collector-pace junction (8) because the base width in the X direction is injected from the collector-base junction (4) into the pace region (2), and the base width in the X direction is smaller than the electron diffusion distance.
- the electrons are accelerated by the collector-base electrons, approaching the mixing speed, and reach the collector region (3).
- the magnitude of the electric field across a reverse bias junction (which is almost like an insulator without carrier injection from an emitter junction) can be much larger than without a junction. Therefore, the speed of the carrier can be easily brought close to the saturation speed.
- the current density of the electrons flowing through the depletion region (8) is determined by the emitter-base current, but it is not necessary to increase this current to increase the electron velocity. In other words, the means of controlling the speed of the completion and the current density are different for young children.
- the two-directional component of the magnetic flux density acts on the space charge region traveling carrier moving in the X direction
- a Ha l l electric field is created.
- the output electrodes (6) and (7) are provided facing the depletion region (8) of the collector-gate junction. Therefore, the collector region (3) has a low impurity concentration and the depletion layer is easy to spread, and the collector-base 3 ⁇ 4E has a low depletion ⁇ in the output electrodes (6) and (7). It must be large enough to cover a large area. When the carrier is near the saturation velocity, its mobility changes little with temperature, and the Hall electricity is hardly affected by temperature.
- FIGS. 2 and 3 one embodiment of the present invention will be described.
- An N-type, silicon substrate having a thickness of 300 ⁇ and a specific resistance of 40 ⁇ ⁇ (2 is a collector region in which a ⁇ -type base and a ⁇ -type 23 (23 is formed by double diffusion.
- a ⁇ + type collector extraction area is formed at a distance of 24 * from the pace. It is 12 midway between the pace and collector extraction area.
- Two separate N + type output areas (forming 29 (29. These are all formed on one main surface of the substrate, and the emitter, collector removal, and output areas 23 (24 (29 (29 electrodes is formed on.
- E Mi jitter, pace, Collector power the area of the output which is formed at the same time, the surface of the substrate is protected by S i 0 2 film (27).
- Output area ⁇ (2 ⁇ ..
- a P-type and an NT-type may be used as a die-type structure. These are opposite in polarity.
- an appropriate bias is provided to control the output carpel.
- the magnetic susceptor according to the present invention can be formed not only in a silicon substrate but also in a silicon epitaxial layer formed on an insulating crystal substrate such as a sapphire substrate. Good. In this case, the thickness d of the current path is reduced, and the width W is determined by the etching pattern of the silicon layer, and a plurality of elements can be provided. . Further, the device of the present invention may be formed in a compound semiconductor having a high carrier mobility, such as GaAs, in addition to semiconductors such as silicon and germanium.
- the use of the traveling calibration in the space charge region is used. Therefore, this can be compared with the movement of electrons in the vacuum other than the electrons and holes in the solid.
- H all electrostatic EE is extracting from the output electrode of the pair is provided et the this intermediate 0
- the high speed of the carrier traveling in the depletion layer region in the semiconductor can be used not only for extracting the Haill current by applying a magnetic field.
- a mesh or grid-like P + type gate region is formed, and the gate between them is formed.
- the carrier can pass through the channel and can be used as an amplification element.
- a certain forward bias voltage EE is applied between the emitter and the base, an input signal is applied between the gate and the base or between the gate and the emitter, and the power supply and the load are connected. Connected between the collector and the base or between the collector and the emitter. Since the speed of the carrier running on the channel is high, this transistor has good high-frequency characteristics and high conductance (3 m
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Description
明 細 霤
発明の名称 感磁性半導体装置
技 術 分 野
本発明は Hall 効果を用いた半導侔感磁性素子に関す る ものである 0
背 景 技 術
^来の Hai〖 素子には次式のよ う な Hall 電圧 VH が生 ずる。 Γ IB
VH - —― (υ
q nd ( Iは入力電流、 Bは電流に直角方向の磁束密度、 qは
キャ リ ア電荷、 nは キャ リ アの濃度、 dは磁場の作用す る 離、 即ち半導体基体の厚さである。 ） これは磁場の 中を移動するキヤ リ ァに働 く Lorentz力 F
F - q ( E十 Y X B ) (2)
( Eはキャ リ アを移動させる電場、 V はキャ リ アの速
に由来する。 こ こて電場 Eの X軸方向成分、 ©束密度 β
の Ζ軸方向成分を考えると、 Υ軸方向に電場 Ey が生 じ
である。 Hall 電圧 VHは、 Eyの生ずる蹈離を W ( 基体 の幅 ） とする と、
VH = EyW (4)
である。 従って、 及び ·Γ « σΕ ( <は キ ヤ リ ァ の移勳度、 J は電流密度、 σは伝導度 ） を夭 々 代入する
と、 Ix « Jx Wdであるから
ε
0ΜΡΙ
L - ¾τ?ο- - '
VH = flWBx Bz (5a)
= d ····" (5b )
が得られる。 （5b) 式に な- q -a を代入すれば（1》式が出る。
所定の磁束密度と輻に対して Ha i l 電 の感度を上げ る為には、 （5a )式から分るよ う に、 電場の大き さ とキヤ リ アの移勣度 （ キャ リ ア移動度は電場が大き く なる と大' き く なるが、 ある電 E以上で飽和する ） とを上げなけれ ばならない。 通常の Ha l 1 素子では多数キヤ リ 了に よ る 伝導メ 力 - ズムであって電流 - 電 特性は直線的である から、 入力印加電 を上げて電場を大き く すると これに 比例する電流を流さなければならない。 これは（υ式から も明かである。キャリアの移動度を飽和速度に近づけるこ とは、 それに要する電流量が大きすぎて実際的ではない。 発明の開示
本発明は従来の Ha l l 素子とは異なる考え方によって Ha l l 電圧を大き く し、 感磁性素子の感度を上げる もの てある。 本発明によ る感磁性素子ではキャ リ ア速度が大 きい為にその磁気感度を 来の Ha l l 素子よ り約 3桁（103) 上げる こ とができ， これを高感度の磁気測定、 ス ィ ッ チ へッ ドなどに利用することがで き る。
この為本発明においては逆パイ 了スされた接合の空乏 層中を定行するキャ リ アを利用 し、 これはその近傍にあ る j威バ イ アス された接合から注入される。 これに よつて、 キヤ リ 了の速度の大き さは逆パイ 了ス接合の電 Eに よ り
· ΟΙνίΡΙ
キヤ リ 了の電流密度の大き さは順バイ 了 ス接合の電 BEに よって夭々 独立に決められる。 従って、 多数キャ リ ア鼋 流を用いる場合に比較して、 キャ リ ア速度を高める為に 電流を大き く する必要がな く 、 又キャ リ ア速度は空乏層 中で容易に飽和速度の近 く ま で上げる こ とができ る。
図面の簡単な説明
第 1 図は本発明の原理的構成を示す斜視図、 第 2 図及 び第 3 図は本発明感磁性半導体装置の一実施例を示す平 面図及びその A - A線断面図である。
発明を実施するための最良の形態
第 1 '図は本発明の原理的な説明図であ り 、 宍 々 N、 P、 N型の第 1、第 2、第 3 の領域（1) (2) (3)を設け、 第 1 及び第 2 領域の間の第 1 の 3? Ν接合 (4)は膜パ イ ァ ス電圧を印加 する電源と第 2 及び第 3 領域の間の第 2 の： Ρ Ν接合 (5》に 逆パイ' 了 ス 電 Εを印加する電源を接続する e この電源は コ レ ク タ - ペース間又はコ レク タ - エ ミ ッ タ間に接锈さ れる。 これに よつて、 第 1、第 2 ¼第 3 の領域を夭々 エ ミ ッ タ * ペー ス 、 コ レ ク タ とする ト ラ ン ジス タ (¾が形成さ れ、 キャ リ アは第 1 領域 U)から第 3 領域（3)に流れる （ X 軸方向 ） 。 磁場は、 この基体の厚さ d の方向 （ Z軸方 f¾) に与えられる成分が感知される。 H a l l 電 EEはこの基体 の幅 Wの方向 （ Y軸方向 ） に生じ、 ίΐれを得る為の出力 電極 (6) (7)が第 2 の接合 (5 の空乏層領域（8)の両側に対向し て設けられる。
エ ミ タ 領域（1)の中の電子は順バ イ ア ス されたエ ミ ッ ο ::-ι ん
タ - ベース接合 (4)からペース領域（2)に注入され、 その X 方向のベー ス幅が電子の拡散距離よ り もずつと小さいの でコ レク タ - ペース接合の空乏層領域（8)に達する。 電子 は こ こで コ レク タ - ベース電 に よって加速されて餡和 速度に近く な り、 コ レク タ 領域（3)に達する。 逆バイ アス 接合 （ エ ミ ッ タ接合からのキャ リ ア注入がなければ殆ど 絶縁体と 同様である ） にかかる電場の大き さは、 接合の ない場合よ り も極めて大き く するこ とがで き るので、 キ ャ リ ァの速度を容易に飽和速度に近づける こ とがで き る。 空乏層領域（8)を流れる電子の電流密度はェ ミ ッ タ - ベ一 ス 電 に よって決められているが、 電子速度を大き く す る為にこの電 を大き く する必要はない。 即ち、 本癸明 の も のではキヤ リ 了の速度と電流密度と を制御する手段 が夭々別である。
この X 方向に移動する空間電荷領域走行キャ リ アに磁 束密度の 2 方向成分が作用する こと に よ り、 y方向に
Ha l l 電場が生ずる。 こ の出力電極（6) (7)はコ レク タ - ぺ —ス接合の空乏屬領域（8)に臨んで設けられる。 従って、 コ レク タ領域（3)は低不純物饞度であって空乏層が拡が り 易 く 、 又コ レク タ - ベース ¾ Eは空乏餍が出力電極（6) (7) に少 く と も及ぶよ う な大き さでなけれはな らない。 キヤ リ ァが飽和速度の近 く に達している と き にはその移動度 の温度変化が少 く Ha l l 電 は温度に よ る髟饗を 殆 ど受 けない。
&に第 2 図及び第 3 図を参照しながら本発明の一実施'
ο?.:?ι
例を説明する。 厚さが 300 < 、 比抵抗が 40 Ω^の N型，ン リ コ ンの 基体（2 を コ レク タ領域と し その中に Ρ型のベ ース及び Ν型のヱ ミ ッ タ領域（23 (23を 2 重拡散で形成する。 ペースから 24 *離れたと ころに Ν+型のコ レク タ取出領 域 を形成する。 ペース及び コ レク タ取出領域 の丁 度中間の と ころに互いに 12 *離れた 2 つの N+型の出力 領域（29 (29を形成する。 これらは全て基体 の一つの主面 に形成され、 ェ ミ ッ タ 、 コ レク タ取出、 出力の各領域 23 (24 (29 (29は同時に形成される。 ェ ミ ッ タ 、 ペース 、 コ レ ク タ 、 出力の各領域には電極が形成され、 基体の表面は S i 02 膜 (27)で保護される。
出力領域 ^ (2©は.、 2つの才ー ミ ッ クな N +領域の 代わ り に P「型及び N T型に してダイ 才ー ド構成と してもよい。 これらは極性の逆な 1 対の隣接 したダイ ォー ド出力 と し て、 夫 適当なバイ アスが与えられて出カレペルを制御 する こ とができ る。
本発明に よ る感磁性累子は、 シ リ コ ン基体中のみなら ずサ フアイ 了 な どの絶縁結晶基体上の 'ン リ コ ンのェ ビ タ キシ ャ ル層の中に形成されても よ い。 この場合には電流 路の厚さ d が小さ く な り、 又幅 Wは シ リ コ ン層のエッ チ ン グパ タ ー ン に よって決められ、 素子を複数個設ける こ とがで き る。 又、 本発明の素子はシ リ コ ンやゲルマ - ゥ ムな どの半導体以外にも、 GaAs などのキ ヤ リ ァ 移動度 の高い化合物半導体の中に形成されて も よい。
本発明では空間電荷領域中の走行キヤ リ 了を用いる も ~
のであるから、 これは固体中の電子やホール以外ては真 空中の電子の移動に対比させる ことができ る。 この場合、 真空管において力 ソ ー ドからブ レー ト に向けて走行する 電子がこれに相当 し、 H a l l 電 EEはこの中間に設け ら れ た 1 対の出力電極から取出 される 0
半導体中の空乏層領域の中を走行するキヤ リ ア の速度 が大きい こ とは、 磁場を与えて Ha i l 電 を取出 す こ と 以外にも利用する こ とがで き る。 例えば、 第 1 図の空乏 層領域（5)の中に出力電極 (6) (7)の代り にメ ッ シュ抆又はグ リ ツ ド状の P+型のゲー ト 領域を形成し、 その間の チ ヤ ン ネ ルをキ ヤ リ アが通 り抜ける よ う に して増幅素子と し て利用するこ と がで き る。 ェ ミ ッ タ - ベース間には一定 の順パイ ァス電 EEが印加され、 入力信号がグー ト - ベー ス間又はゲ ー ト - ェ ミ ッ タ 間に印加され、 又電源と負荷 がコ レク タ - ベース間又はコ レク タ - ェ ミ ッ タ間に接続 される。 チャ ン ネ ルを走行する キ ャ リ アの速度が大き い ので、 この ト ラ ン ジス タ は高周波特性がよ く 、 又コ ンダ ク タ ンス （3mカ^高い o
Claims
7
請 求 の 範 囲
第 1 導電型の第 1 の半導体領域と、 第 2 導電型の第 2 の半導体領域 と第 1 導電型の第 3 の半導体領域と上記第 1 及び第 2 の領域の間の第 1 の接合に頋パ イ ァ ス を印加 する手段と、 上記第 2 及び第 3 の領域の間の第 2 の接合 に逆バ イ ア スを印加する手段と、 上記第 2 の接合から逆 パ イ ァ ス時に延び る空 層領域に臨んで対向 して設けら れた 1 対の出力電極とを有する ことを特徴とする感磁性 半導体装置。
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP79/154662 | 1979-11-29 | ||
| JP15466279A JPS5696886A (en) | 1979-11-29 | 1979-11-29 | Magnetism sensitive element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO1981001630A1 true WO1981001630A1 (en) | 1981-06-11 |
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ID=15589137
Family Applications (1)
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Country Status (3)
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Citations (2)
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- 1980-11-26 EP EP19800902300 patent/EP0040640A4/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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Legal Events
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