BG110879A

BG110879A - A three-component magnetometer

Info

Publication number: BG110879A
Application number: BG10110879A
Authority: BG
Inventors: Сия ЛОЗАНОВА; Мая ИГНАТОВА; Август ИВАНОВ; Чавдар РУМЕНИН
Original assignee: Институт По Системно Инженерство И Роботика-Бан
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-09-28
Also published as: BG66497B1

Abstract

The three-component magnetometer contains a semiconductor pad (1) with n-type conductivity, upon which is specified a rectangular ?-semiconductor area (2) by means of a rectangular p-ring (3). Six ohmic contacts are formed (4, 5, 6, 7, 8, and 9). Next to both short sides of the n-area (2) are situated the first (4), second (5), and respectively, the third (6) and the fourth (7) contact. Contacts (8 and 9) are parallel to one of the short sides, while (6 and 7) are perpendicular to the opposite short side of the n-area (2). In the middle part of the n-area (2), and parallel to its long sides, are situated contacts (8 and 9). Contacts (4 and 5), as well as contacts (6 and 7), are respectively connected through resistors (10, 11, 12 and 13) to a source of current (14). The magnetic field (15) has an arbitrary orientation regarding the pad (1). The differential outlets (16 and 17) for both perpendicular plane components of the magnetic field (15) are formed by the ohmic contacts (4 and 5), and respectively (6 and 7), while contacts (8 and 9) are outlet (18) for the orthogonal to the n-pad (1) component of the field (15).

Description

ТРИКОМПОНЕНТЕН МАГНИТОМЕТЪРTHREE-COMPONENT MAGNETOMETER

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD

Изобретението се отнася до трикомпонентен магнитометър, измерващ едновременно и независимо трите взаимноперпендикулярни компоненти на вектора на магнитното поле, приложимо в областта на системното инженерство - включително биоинженерство и биопроцеси, слабополевата магнитометрия, сензориката, роботиката, микро- и нано-технологиите, електромобилите за определяне на енергийния им разход, пространственото позициониране на обекти - включително сателити и подводници, безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания, комутиране на тока в трифазните микромотори, автоматичното управление, мехатрониката, контролноизмервателната технология включително вибрационни измервателни системи, • · • · ·· · • · · • · · • · · · · • · · · • · · · биомедицинските изследвания в това число Лоренцова спектроскопия, военното дело, сигурността, антитерористичната дейност и др.The invention relates to a three-component magnetometer measuring simultaneously and independently the three mutually perpendicular components of the magnetic field vector applicable in the field of system engineering - including bioengineering and bioprocesses, low-field magnetometry, sensor, robotics, micro- and electro-technologies their energy consumption, the spatial positioning of objects - including satellites and submarines, the contactless measurement of angular and linear displacements, switching of current in three-phase micromotors, automatic control, mechatronics, control technology including vibration measuring systems, biomedical research including Lorentz's spectroscopy, military affairs, security, anti-terrorism, etc.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е трикомпонентен магнитометър, съдържащ силициева (полупроводникова) подложка с «-тип проводимост, върху едната страна на която е обособена квадратна област със същата проводимост чрез имплантиране на обграждащ я у?-тип квадратен ринг. Върху тази квадратна птип силициева област са формирани осем омични контакти. Четири от тях са захранващи и се намират по върховете на квадратната «-силициева област като двойките диагонално разположени контакти са свързани помежду си и всяка двойка е съединена съответно с двата извода на токоизточник. Останалите четири омични контакти са изходни, намират се между захарнаващите и са разположени по средите на всяка от четирите страни на квадратната «-тип област. Двойките срещуположни изходни контакти са диференциални изходи за двете взаимно перпендикулярни компоненти на магнитното поле, лежащи в равнината на «-полупроводниковата подложка. Съответните двойки изходни контакти, разположени в съседство до четирите върха на квадратната «-област са свързани с входовете на операционен усилвател, който събира и разделя на две напреженията, генерирани върху тези контакти от ортогоналната на «подложката компонента на вектора на магнитното поле. Изходът на операционния усилвател е изход за третата, ортогонална на «-подложката компонента на магнитното поле, като посоката на измерваното магнитно поле е произволна спрямо трикомпонентния магнитометър, [1,2].A three-component magnetometer is known, comprising a silicon (semiconductor) conductor with a τ-type conductivity, on one side of which is a square area with the same conductivity by implanting a γ-type square ring. Eight ohmic contacts are formed on this square type silicon region. Four of them are power supply and are located at the vertices of the square silicon region with the pairs of diagonally arranged contacts connected to each other and each pair connected respectively to the two terminals of a power source. The other four ohmic contacts are output, located between the candy bars and are located in the middle of each of the four sides of the square «-type region. The pairs of opposite output contacts are differential outputs for the two mutually perpendicular components of the magnetic field lying in the plane of the semiconductor substrate. The corresponding pairs of output contacts adjacent to the four vertices of the quadratic region are connected to the inputs of an operational amplifier that collects and divides into two voltages generated on these contacts by the orthogonal to the substrate component of the magnetic field vector. The output of the operational amplifier is the output of the third orthogonal component of the magnetic field orthogonal to the substrate, the direction of the measured magnetic field being arbitrary with respect to the three-component magnetometer, [1,2].

Недостатък на този трикомпонентен магнитометър -е усложнената конструкция, изискваща осем на брой контакти както и операционен усилвател за екстракция на сигнала за ортогоналната към «-полупроводниковата подложка магнитна компонента.The disadvantage of this three-component magnetometer is the complicated design, which requires eight contacts and an operational amplifier for extracting the signal for the orthogonal to the semiconductor substrate magnetic component.

Друг недостатък е паразитното междуканално влияние при измерване на отделните компоненти на магнитното поле, силно изразено при по-високи стойности на магнитната индукция, свързано основно с едновременното използване на едни и същи омични контакти в два изходни канала на магнитометъра.Another disadvantage is the parasitic interchannel influence in the measurement of the individual components of the magnetic field, strongly expressed at higher values of magnetic induction, mainly related to the simultaneous use of the same ohmic contacts in two output channels of the magnetometer.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL NATURE

Задача на изобретението е да се създаде трикомпонентен магнитометъра опростена конструкция чрез намаляване броя на омичните контакти, изходите за трите магнитни компоненти да са директни като отпадне необходимостта от допълнителна екстракция на сигналите чрез операционен усилвател и да е с редуцирано паразитно влияние между отделните изходни канали.It is an object of the invention to provide a three-component magnetometer with a simplified structure by reducing the number of ohmic contacts, the outputs for the three magnetic components to be direct, eliminating the need for additional extraction of signals through an operational amplifier, and having a reduced parasitic effect between the individual output channels.

Тази задача се решава с трикомпонентен магнитометър, съдържащ полупроводникова подложка с «-тип проводимост, върху едната страна на която е обособена правоъгълна «-полупроводникова област чрез имплантиране на обграждащ я /?-тип правоъгълен ринг. Върху правоъгълната «-тип област са • •••••· · · · · • · · · · · · · · · ·· · · · · ·· ··· ··· формирани на разстояния шест правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти, пети и шести. В близост до двете къси страни на правоъгълната «-тип област са разположени два по два първият и вторият, и съответно третият и четвъртият омични контакти. Първият и вторият контакти са успоредни на едната къса страна, а третият и четвъртият са перпендикулярни на другата къса страна. В средната част на правоъгълната «-тип полупроводникова област, в близост и успоредно на дългите й страни са разположени съответно петият и шестият омични контакти. Двойките първи и втори както трети и четвърти контакти през четири еднакви по стойност товарни резистори са свързани съответно с двата извода на токоизточник. Измерваното външно магнитно поле е с произволна ориентация спрямо «-тип полупроводниковата подложка. Диференциалните изходи за двете взаимно перпендикулярни равнинни компоненти на магнитното поле са директни и се образуват от успоредните на тези векторни компоненти двойки омични контакти първи и втори, и съответно трети и четвърти, а пети и шести контакти са директният диференциален изход за ортогоналната към «-тип подложка компонента на магнитното поле.This problem is solved with a three-component magnetometer containing a semiconductor substrate with a «-type conductance, on one side of which is a rectangular« -s semiconductor region by implanting a surrounding /? - type rectangular ring. There are six rectangular ohmic contacts on the rectangular -type region: • ••••• · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · first, second, third, fourth, fifth and sixth. Near the two short sides of the rectangular -type region are located two by two first and second and respectively third and fourth ohmic contacts. The first and second contacts are parallel to one short side and the third and fourth contacts are perpendicular to the other short side. In the middle part of the rectangular «-type semiconductor region, near and parallel to its long sides are located the fifth and sixth ohmic contacts. The first and second pairs as well as the third and fourth contacts through four load resistors of equal value are connected respectively to the two terminals of a current source. The measured external magnetic field is of arbitrary orientation with respect to the semiconductor substrate. The differential outputs for the two mutually perpendicular plane components of the magnetic field are direct and are formed by the pairs of ohmic contacts first and second, and respectively third and fourth, respectively, and the fifth and sixth contacts, respectively, and the fifth and sixth contacts are the direct differential output for the orthogonal to «-type substrate component of the magnetic field.

Предимство на изобретението е опростената му конструкция поради намаления брой омични контакти и отпадане необходимостта от специална екстракция чрез операционен усилвател на сигнала за ортогоналната към «-тип подложка магнитна компонента.An advantage of the invention is its simplified construction due to the reduced number of ohmic contacts and the elimination of the need for special extraction by means of an operational signal amplifier for the magnetic component orthogonal to the substrate type.

Друго предимство е редуцираното паразитно междуканално влияние при измерване на отделните магнитни компоненти, поради регламентираната от конструкцията функция на всяка двойка омични контакти да регистрира само една от трите взаимноперпендикулярни компоненти на вектора на магнитното поле.Another advantage is the reduced parasitic interchannel influence in the measurement of the individual magnetic components, due to the design-regulated function of each pair of ohmic contacts to register only one of the three mutually perpendicular components of the magnetic field vector.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE FIGURES Attached

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената Фигура 1. _ч.The invention is explained in more detail by an exemplary embodiment given in the accompanying Figure 1. _h .

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕEXAMPLES FOR IMPLEMENTATION

Трикомпонентният магнитометър съдържа полупроводникова подложка 1 с «-тип проводимост, върху едната страна на която е обособена правоъгълна «полупроводникова област 2 чрез имплантиране на обграждащ я р-тип правоъгълен ринг 3. Върху правоъгълната «-тип област 2 са формирани на разстояния шест правоъгълни омични контакти - първи 4, втори 5, трети 6, четвърти 7, пети 8 и шести 9. В близост до двете къси страни на правоъгълната п-тип област 2 са разположени два по два първият 4 и вторият 5, и съответно третият 6 и четвъртият 7 омични контакти. Първият 4 и вторият 5 контакти са успоредни на едната къса страна, а третият 6 и четвъртият 7 са перпендикулярни на другата къса страна. В средната част на правоъгълната цтип полупроводникова област 2, в близост и успоредно на дългите й страни са разположени съответно петият 8 и шестият 9 омични контакти. Двойките първи • · f»V» » • · · · · · t • « · · · ₉ и втори 5 както трети 6 и четвърти 7 контакти през четири еднакви по стойност товарни резистори 10, 11, 12 и 13 са свързани съответно с двата извода на токоизточник 14. Измерваното външно магнитно поле 15 е с произволна ориентация спрямо ц-тип полупроводниковата подложка 1. Диференциалните изходи 16 и 17 за двете взаимно перпендикулярни равнинни компоненти на магнитното поле 15 са директни и се образуват от успоредните на тези векторни компоненти двойки омични контакти първи 4 и втори 5, и съответно трети 6 и четвърти 7, а пети 8 и шести 9 контакти са директният диференциален изход 18 за ортогоналната към и-тип подложка 1 компонента на магнитното поле 15.The three-component magnetometer comprises a semiconductor substrate 1 having a "-type conductance, on one side of which is a rectangular" semiconductor region 2 by implanting a p-type rectangular ring 3. On the rectangular "-type region 2, six rectangular distances are formed. contacts - first 4, second 5, third 6, fourth 7, fifth 8 and six 9. Near the two short sides of the rectangular n-type area 2 are located two by two first 4 and second 5, and respectively the third 6 and fourth 7 ohmic contacts. The first 4 and second 5 contacts are parallel to one short side and the third 6 and fourth 7 are perpendicular to the other short side. In the middle part of the rectangular chip semiconductor region 2, near and parallel to its long sides are located respectively the fifth 8 and the sixth 9 ohmic contacts. The pairs of first and second ₉ and second 5 and third 6 and fourth 7 contacts through four identical load resistors 10, 11, 12 and 13 are connected respectively to the two terminals of the current source 14. The measured external magnetic field 15 is of arbitrary orientation with respect to the µ-type semiconductor substrate 1. The differential outputs 16 and 17 for the two mutually perpendicular planar components of the magnetic field 15 are direct and are formed by pairs parallel to these vector components. ohmic contacts first 4 and second 5 and respectively third 6 and Fourth 7 and 8 fifth and sixth 9 contacts are direct differential output 18 to the orthogonal to the n-type substrate 1 component of the magnetic field 15.

!,!,

Действието на трикомпонентния магнитометър, съгласно изобретението, е следното.The action of the three-component magnetometer according to the invention is as follows.

При включване на двойките омични контакти 4 и 5, и 6 и 7 през еднаквите по стойност товарни резистори R] 10, R₂ 11, R₃ 12 и R₄ 13 (R] = R₂ = R₃ = R4) към токоизточника 14, в правоъгълната и-тип област 2, вследствие структурната и електрическата й симетрия, протичат четири еднакви по стойност компоненти /₄, /₅, /₆ и /₇ на захранващия ток Z_supi, като /₄ + /₅ + Ц + /₇ ⁼Z_supi. В зонита в обема под контакти 4, 5, 6 и 7, в отсъствие на магнитно поле В 15, В = 0, тези токове са перпендикулярни на горната повърхност на правоъгълната н-област 2. В останалата част от обема на областта 2 захранващият ток 7_supi е успореден на горната й повърхност. По причина на симетрията на този тримерен векторен сензор и в отсъствие на при поле В 15 на двата сензорни изхода C_X(F_X) 16 и И_у(2?_у) 17 отсъстват влошаващите метрологията офсети. В случай на офсет/офсети чрез подбор на един или два ότ товарните резистори R] 10, R₂ 11, R₃ 12 и R₄ 13 или чрез тримиране се постига пълно компенсиране на нежеланите паразитни напрежения на изходите 16 и 17 при поле В = 0. В резултат на симетрично разположените по отношение на надлъжната осова линия на правоъгълната н-област 2 контакти 8 и 9, протичането на тока /_supi в отсъствие на магнитно поле В 15, В = 0, не следва да генерира на изход 18 паразитно нопрежение (офсет). Възникналите офсети на трите сензорни изхода 16, 17 и 18 могат също да се компенсират и при последващата електронна обработка на сигналите.When coupling the ohmic contacts 4 and 5, and 6 and 7 through the same load resistors R] 10, R ₂ 11, R ₃ 12 and R ₄ 13 (R] = R ₂ = R ₃ = R4) to the source 14 , in the rectangular i-type region 2, due to its structural and electrical symmetry, four equal components ( ₄ , / ₅ , / ₆ and / ₇ of the supply current Z _sup i, such as / ₄ + / ₅ + C + / ₇ ⁼ Z _sup i. In the zones in the volume under contacts 4, 5, 6 and 7, in the absence of a magnetic field B 15, B = 0, these currents are perpendicular to the upper surface of the rectangular n-region 2. In the rest of the volume of the region 2, the supply current 7 _sup i is parallel to its upper surface. Due to the symmetry of this three-dimensional vector sensor, and in the absence of field B 15, the two sensory outputs C _X (F _X ) 16 and I _y (2? _Y ) 17 lack the metrology offset. In the case of offset / offset, by selecting one or two ότ load resistors R] 10, R ₂ 11, R ₃ 12 and R ₄ 13 or by trimming, a complete compensation for the unwanted spurious voltages at outputs 16 and 17 is obtained at field B = 0. Due to the symmetrically arranged contacts 8 and 9 with respect to the longitudinal center line of the rectangular n-region 2, the flow of current / _sup i in the absence of a magnetic field B 15, B = 0, should not generate output 18 parasitically voltage (offset). The offset occurring at the three sensor outputs 16, 17 and 18 can also be compensated for by the subsequent electronic signal processing.

Когато се измерва външно магнитно поле В 15 с произволна ориентация спрямо полупроводниковата подложка 1, двете му равнинни взаимноперпендикулярни компоненти В_х и В_у чрез съответните сили на Лоренц F_Lx - qVd_rB_x и F_Ly = <7 F'drZJy отклоняват странично движещите се със скорост F_drелектрони, където q е елементарният електрически товар, а Кф е дрейфовата скорост на токоносителите, [3]. Магнитният вектор В_х отклонява електроните в равнината y-z, а вакторът В_у - в равнината x-z. Тези латерални отклонения са към повърхностните зони, където са разположени двойките контакти 4 и 5, и съответно 6 и 7. Именно там се генерира ефект на Хол, т.е. формират се електрически товари с противоположен знак, и възниква поле на Хол F_H, което се стреми да компенсира силата на Лоренц F_L. В нашия случай, обаче напрежението на Хол К_н е възможно да се регистрира само при наличие на товарните резистори Rj 10, R₂ 11, R₃ 12 и R| 13. Ако резисторите отсъстват, ефектът на Хол ще бъде във формат ток на Хол /_н, а не напрежение на Хол Рц, [3]. Стойността на тези резистори трябва да бъде най-малко на порядък по- • · · · · · · ·· · • · · · ♦ ···« • · · · · · ·« ······· V · ·· ···· ···· ·· • · ·· ·· ·· ··· ··· голяма от съпротивлението между омичните контакти 4 и 5, 6 и 7. В резултат върху изходни контакти 4 и 5, и съответно 6 и 7 се развиват линейните и нечетни напрежения на Хол F_Hx(B_x) 16 и И_Ну(Б_у) 17. Тези два Холови сигнала формират двата директни диференциални изхода К_Х(В_Х) 16,,и V_y(B_y) 17 на магнитометъра. Успоредността на контакти 4 и 5, и съответно 6 и 7 спрямо взаимноперпендикулярните равнинни магнитни компоненти В_х и В_у обезпечава максимално по стойност регистриране на Ходовите напрежения У_Х(В_Х) 16 и V_y(B_y) 17.When measuring an external magnetic field B 15 of arbitrary orientation with respect to semiconductor substrate 1, its two planar mutually perpendicular components B _x and B _y by the corresponding Lorentz forces F _Lx - qVd _r B _x and F _Ly = <7 F'drZJy deviate laterally moving at a speed F _dr electrons, where q is the elementary electric charge, and cf is drifts speed of the charge carriers, [3]. The magnetic vector B _x deflects the electrons in the plane yz and the vector B _y - in the plane xz. These lateral deviations are to the surface areas where pairs of contacts 4 and 5 and 6 and 7 are located, respectively. This is where the Hall effect is generated, ie. electric loads are formed with the opposite sign, and a Hall F _H field arises, which seeks to compensate for the Lorentz force F _L. In our case, however, the Hall voltage K _n is not possible to register only in case the load resistors Rj 10, R ₂ 11, R ₃ and 12 R | 13. If the resistors are absent, the Hall effect will be in the Hall / _n current format, not the Hall Rz voltage, [3]. The value of these resistors must be at least an order of magnitude greater than the value of these resistors. • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 and 7, respectively, develop the linear and odd Hall Hall F _Hx (B _x ) 16 and I _Well (B _y ) 17. These two Hall signals form the two direct differential outputs K _X (B _X ) 16, and V _y ( B _y ) 17 of the magnetometer. The parallelism of contacts 4 and 5, and respectively 6 and 7 with respect to the perpendicular planar magnetic components B _x and B _y ensures the maximum value of the registration of the Stroke stress _{X X} ( _{X X} ) 16 and V _y (B _y ) 17.

Ортогоналната на и-тип подложка 1 магнитна компонента B_z на полето В 15, в зависимост от посоката си, чрез силата на Лоренц F_Lz = qVd_TB_z отклонява странично токоносителите в равнината х-у на и-тип областта 2, т.е. между контакти 8 и 9 се генерират товари с противоположен знак и на изход 18 възниква напрежение на Хол F_Hz(B_z) от компонента B_z. Следователно този изход 18 е директен за измерване на компонента B_z.The magnetic component B _z of the field B 15, orthogonal to the i-type substrate 1, depending on its direction, deflects laterally the current carriers in the x-y plane of the i-type region 2, by Lorentz force F _Lz = qVd _T B _z . e. Opposite sign loads are generated between terminals 8 and 9 and a Hall voltage F _Hz (B _z ) of component B _z occurs at output 18. Therefore, this output 18 is direct for measuring component B _z .

Неочакваният положителен ефект на предложеното техническо решение се заключава в необичайната приборна конструкция на магнитометъра. Без да се търсят специални геометрични форми или пълно ограничаване чрез CMOS технология на активната w-сензорна област 2, само с помощта на оригинално разположените омични контакти 4, 5, 6, 7, 8 и 9 се постига едновременно и независимо измерване на всичките три компоненти В_х, В_у и B_z на магнитния вектор В 15. Структурата е опростена - контактите са намалени с два спрямо известното решенение и отпада необходимостта от операционен усилвател за компонентата B_z. Директните диференциални изходи 16, 17 и 18 намаляват значително паразитното междуканално влияние, което подобрява метрологичното качество на сигналите и като цяло точността на сензора. Не ни е известна друга приборна конструкция на 3D магнитометър, която да отстранява съществуващите недостатъци и да има такъв опростен вид като брой контакти и минимизирано паразитното междуканално влияние. Новото решение запазва също обемната, т.е. възможно най-високата стойност на подвижността на електроните в полупроводниците - ключовият фактор за максимална магниточувствителност, [3]. Това предимство е в резултат от факта, че долната страна на ефективната и-тип сензорна област 2 не е ограничена с рринга 3, а по естествен начин е част от обема на и-подложката 1. Абсолютната стойност на вектора на магнитното поле В 15 се дава с израза: |ZJ| = (В_х + В_у + B_z) . Стойностите на компоненти В_х, В_у и В₇в мерни единици [Т (Тесла)] се получават чрез разделяне на съответните изходни напрежения V_X(B_X) 16, К_У(Л_У) 17 и V_Z(B_Z) 18 в единици [V (Волт)] на абсолютната волтова магниточувствителност за дадения канал S_x, S_y и S_z в единици [V/T (Волт/Тесла)].The unexpected positive effect of the proposed technical solution lies in the unusual instrument design of the magnetometer. Without looking for special geometric shapes or complete restriction by CMOS technology of the active w-sensor region 2, only with the originally located ohmic contacts 4, 5, 6, 7, 8 and 9 simultaneous and independent measurement of all three components is achieved B _x , B _y and B _z of the magnetic vector B 15. The structure is simplified - the contacts are reduced by two according to the known solution and there is no need for an operational amplifier for the component B _z . The direct differential outputs 16, 17 and 18 significantly reduce the parasitic interchannel influence, which improves the metrological quality of the signals and the overall accuracy of the sensor. We do not know of any other 3D magnetometer instrument design that eliminates existing defects and has such a simplistic appearance as number of contacts and minimized spurious interference. The new solution also retains the volumetric, ie the highest possible mobility of electrons in semiconductors is the key factor for maximum magnetic sensitivity, [3]. This advantage is due to the fact that the underside of the effective i-type sensor region 2 is not limited by the ring 3, but is naturally part of the volume of the i-pad 1. The absolute value of the magnetic field vector B 15 is gives with the expression: | ZJ | = (B _x + B _y + B _z ). The values of components B _x , B _y and B ₇ in units of measure [T (Tesla)] are obtained by dividing the corresponding output voltages V _X (B _X ) 16, K _Y (L _Y ) 17 and V _Z (B _Z ) 18 in units [V (Volt)] of absolute volt magnetic sensitivity for a given channel S _x , S _y and S _z in units [V / T (Volt / Tesla)].

Реализацията на трикомпонентния магнитометър е най-лесно осъществима със силициева планарна технология на основата на и-Si пластини със специфично съпротивление р = 7.5 D.cm като формирането на самата микроелектронна структура, подобно на описаната в [2], изисква четири маски. Първата обуславя омичността (ниското съпротивление) на п⁺ контакти 4, 5, 6, 7, 8 и 9 с правоъгълната w-област 2 чрез метода на йонна имплантация. Втората маска е предназначена за обособяване на ограждащия правоъгълната w-област 2 /7-тип правоъгълен ринг 3 чрез съответна йонна имплантация като се формират ·*·· ·« 4· • · · · · ·♦·« • · · ··· 99The implementation of the three-component magnetometer is most feasible with silicon planar technology based on i-Si plates with a specific resistance p = 7.5 D.cm, and the formation of the microelectronic structure itself, as described in [2], requires four masks. The first determines the ohmic (low resistance) of n ⁺ contacts 4, 5, 6, 7, 8 and 9 with the rectangular w-region 2 by the ion implantation method. The second mask is designed to distinguish the rectangular w-region 2/7-type rectangular ring 3 by means of a corresponding ion implantation by forming 99

9 9 9 9 9 9 9 9 «« • · · · ···· ·· • · · ♦ · · 9 9 999 9 99 вертикалните страни в обема на и-подложката 1 около активната преобразувателна зона 2 на магнитометъра. Третата маска структурира метализираните шини, свързващи п⁺ области 4, 5, 6, 7, 8 и 9 с контактните площадки за бондиране върху чипа. Четвъртата маска дефинира контактните отвори в повърхностния окисен слой SiO2 за електрическото свързване чрез бондиране на контактните площадки с микропроводник. Готовите чипове, съдържащи триконтактния магнитометър се скрайбират и се фиксират в немагнитни шестизводни корпуси. Покриват се с непроводящо епоксидно лепило или пластмасов компаунд за елиминиране негативното влияние на външните фактори върху силициевия чип, в това число и на светлината. Чрез интегрална технология или в хибридно изпълнение може да се реализират електронните схеми и модулите за последваща обработка на сигналите от трите сензорни канала.9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 99 vertical sides in the volume of the i-pad 1 around the active conversion zone 2 of the magnetometer. The third mask structures the metallized buses connecting the n ⁺ regions 4, 5, 6, 7, 8 and 9 with the bonding pads on the chip. The fourth mask defines the contact openings in the SiO2 surface oxidation layer for electrical connection by bonding the pads with a microwire. Finished chips containing the three-contact magnetometer are scribed and fixed in non-magnetic six-pin housings. They are coated with a non-conductive epoxy adhesive or plastic compound to eliminate the negative influence of external factors on the silicon chip, including light. Electronic circuits and modules for the post-processing of the signals from the three sensor channels can be implemented through integrated technology or in hybrid execution.

Проведените експерименти с образци на новия магнитометър, съгласно изобретението, потвърждават предимствата на предложеното решение. Практическият ефект е апробиран при изследване влиянието на магнитната индукция за повишаване добива на биоетанол като автомобилно гориво от възобновяеми енергийни източници. В това актуално приложение водещата идея е, че положението на трикомпонентния (3D) магнитометър по отношение източника на въздействащото върху биоетанола поле В 15 не е критично както това е в случаите на 1D и 2D магниточувствителни сензори.The experiments performed with samples of the new magnetometer according to the invention confirm the advantages of the proposed solution. The practical effect was tested in the study of the influence of magnetic induction on increasing the yield of bioethanol as a motor fuel from renewable energy sources. In this current application, the leading idea is that the position of the three-component (3D) magnetometer with respect to the source of the bioethanol-affecting field B 15 is not as critical as it is in the case of 1D and 2D magnetosensitive sensors.

ПРИЛОЖЕНИЕ: една фигураAPPENDIX: one figure

ЛИТЕРАТУРА [1] Ch. Schott, Three Dimensional Magnetic Field Sensor, United-States Patent, No US 6,278,271 B1/21 Aug. 2001.REFERENCES [1] Ch. Schott, Three Dimensional Magnetic Field Sensor, United States Patent, No. US 6,278,271 B1 / 21 Aug. 2001.

[2] Ch. Schott, R.S. Popovic, Integrated 3-D Hall Magnetic Field Sensor, Proc, of the Transducers' 99 Conference, June 7-10, Sendai, Japan, v. 1, 1999, pp. 168-171.[2] Ch. Schott, R.S. Popovic, Integrated 3-D Hall Magnetic Field Sensor, Proc, of the Transducers' 99 Conference, June 7-10, Sendai, Japan, v. 1, 1999, pp. 168-171.

[3] Ch.S. Roumenin, Solid State Magnetic Sensors, Elsevier, Amsterdam, New York, 1994.[3] Ch.S. Roumenin, Solid State Magnetic Sensors, Elsevier, Amsterdam, New York, 1994.

Claims

Patent Claims

A three-component magnetometer comprising a semiconductor substrate with a "conduction type" on one side of which is a semiconductor region by implanting a surrounding / 3-type ring, and in the detached region, ohmic contacts such as the measured external magnetic field are formed. is of arbitrary orientation with respect to the semiconductor pad type, characterized in that the detached semiconductor region (2) and /? - ring type (3) are rectangular, the ohmic contacts are rectangular and six are first (4), second (5), third (6), the fifth (8) and fifth (8) and sixth (9), two first two (4) and second (5), and respectively the third (6), are located near the two short sides of the type region (2). ) and the fourth (7) ohmic contacts, the first (4.) and the second (5) ^w contacts are parallel to one short side, and the third (6) and fourth (7) are perpendicular to the other short side, in the middle of the rectangular «Type semiconductor region (2) near and parallel to its long sides are respectively the fifth (8) and sixth (9) ohmic contacts, pairs first (4) and second (5) as third (6) and fourth (7) contacts through four load resistors (10), (11), (12) and (13) that are identical in value are connected respectively to the two terminals of the current source (14), the direct differential outputs (16) and (17) for both mutually perpendicular plane components of the magnetic field (15) are pairs of ohmic contacts first (4) and second (5) and third (6) and fourth (7), respectively, and fifth (8) and sixth (9), parallel to these vector components. ) contacts are the direct differential output (18) of the magnetic field component (15) orthogonal to the substrate (1).