[go: up one dir, main page]

BG113275A - Planar magnetically sensitive element - Google Patents

Planar magnetically sensitive element Download PDF

Info

Publication number
BG113275A
BG113275A BG113275A BG11327520A BG113275A BG 113275 A BG113275 A BG 113275A BG 113275 A BG113275 A BG 113275A BG 11327520 A BG11327520 A BG 11327520A BG 113275 A BG113275 A BG 113275A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
contacts
pad
central
pads
planar
Prior art date
Application number
BG113275A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG67508B1 (en
Inventor
Сия ЛОЗАНОВА
Вълчева Лозанова Сия
Original Assignee
Институт По Роботика - Бан
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 Институт По Роботика - Бан filed Critical Институт По Роботика - Бан
Priority to BG113275A priority Critical patent/BG67508B1/en
Publication of BG113275A publication Critical patent/BG113275A/en
Publication of BG67508B1 publication Critical patent/BG67508B1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

Равнинно-магниточувствителният елемент съдържа токоизточник (1) и две идентични полупроводникови правоъгълни подложки с n-тип примесна проводимост - първа (2) и втора (3), разположени успоредно една спрямо друга. Върху едната страна на всяка от подложките (2) и (3) последователно и на равни разстояния са формирани от ляво на дясно по три еднакви правоъгълни омични контакти - първи (4) и (5), втори (6) и (7), и трети (8) и (9), разположени успоредно на дългите си страни, като контактите (6) и (7) са централни. Повърхностите на двете подложки (2) и (3) между първите (4) и (5) и централните (6) и (7), както между централните (6) и (7) и третите (8) и (9) контакти са покрити с тънък диелектричен слой (10) с постоянна дебелина, върху който са образувани метални гейтови електроди - от ляво на дясно: първи (11) и втори (12) за подложката (2), и трети (13) и четвърти (14) за подложката (3). Първият (11) и вторият (12) гейтов електрод едновременно са съединени с контакта (7) на подложката (3), а третият (13) и четвъртият (14) гейтов електрод са едновременно свързани с контакта (6) на подложката (2). Третите контакта (8) и (9) са съединени, а първите (4) и (5) контакти са свързани с изводите на токоизточника (1). Контактите (6) и (7) са диференциалният изход (15) на елемента, като измерваното магнитно поле (16) е успоредно, както на равнините на подложките (2) и (3), така и на дългите страни на контактите (4), (5), (6), (7), (8) и (9).The planar magnetosensitive element contains a current source (1) and two identical semiconductor rectangular pads with n-type impurity conductivity - first (2) and second (3), located parallel to each other. On one side of each of the pads (2) and (3) consecutively and at equal distances, three identical rectangular ohmic contacts are formed from left to right - first (4) and (5), second (6) and (7), and third (8) and (9) located parallel to their long sides, contacts (6) and (7) being central. The surfaces of the two pads (2) and (3) between the first (4) and (5) and the central (6) and (7) as well as between the central (6) and (7) and the third (8) and (9) contacts are covered with a thin dielectric layer (10) of constant thickness, on which metal gate electrodes are formed - from left to right: first (11) and second (12) for the pad (2), and third (13) and fourth (14) ) for the pad (3). The first (11) and the second (12) gate electrode are simultaneously connected to the contact (7) of the pad (3), and the third (13) and the fourth (14) gate electrode are simultaneously connected to the contact (6) of the pad (2) . The third contacts (8) and (9) are connected, and the first (4) and (5) contacts are connected to the terminals of the current source (1). The contacts (6) and (7) are the differential output (15) of the element, the measured magnetic field (16) being parallel to both the planes of the pads (2) and (3) and the long sides of the contacts (4) , (5), (6), (7), (8) and (9).

Description

РАВНИННО-МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЕН ЕЛЕМЕНТPLANA-MAGNETO-SENSITIVE ELEMENT

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАFIELD OF ENGINEERING

Изобретението се отнася до равнинно-магниточувствителен елемент, приложимо в областта на сензориката, медицината в това число роботизираната и минимално инвазивната хирургия, 3D телемедицината и лапароскопията, квантовата комуникация, системите за сигурност с изкуствен интелект, роботиката, мехатрониката, навигацията, микро- и нано-технологиите, безконтактната автоматика включително дистанционното измерване на ъглови и линейни премествания, космическите изследвания, контролно-измервателната технология и слабополевата магнитометрия, електромобилите и хибридните превозни средства, енергетиката, контратероризма, военното дело и др.The invention relates to a planar magnetosensitive element applicable in the field of sensors, medicine including robotic and minimally invasive surgery, 3D telemedicine and laparoscopy, quantum communication, security systems with artificial intelligence, robotics, mechatronics, navigation, micro- and nano - technologies, contactless automation including remote measurement of angular and linear displacements, space research, control and measurement technology and weak-field magnetometry, electric cars and hybrid vehicles, energy, counter-terrorism, military affairs, etc.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАPRIOR ART

Известен е равнинно-магниточувствителен елемент, съдържащ токоизточник и полупроводникова правоъгълна подложка с л-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг последователно три правоъгълни омични контакти - първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни като вторият е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени другите два контакта. Първият и третият контакт през товарните резистори са съединени с единия извод на токоизточника, другият извод на който е свързан с централния контакт. Измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на правоъгълните контакти, а първият и третият контакт са изходът на елемента, [1-6].A planar magnetosensitive element is known, containing a current source and a semiconductor rectangular substrate with l-type impurity conductivity, on one side of which three rectangular ohmic contacts are formed at equal distances from each other in succession - first, second and third, located parallel to their long sides as the second one is central and the other two contacts are located symmetrically to it on its two long sides. The first and third contacts through the load resistors are connected to one terminal of the current source, the other terminal of which is connected to the central contact. The measured magnetic field is parallel to both the substrate plane and the long sides of the rectangular contacts, and the first and third contacts are the output of the element, [1-6].

Недостатък на този равнинно-магниточувствителен елемент е понижената преобразувателна ефективност (чувствителност) в резултат на ниската подвижност на токоносителите в използвания при технологичната му реализация полупроводник силиций.A disadvantage of this planar magnetosensitive element is the reduced conversion efficiency (sensitivity) as a result of the low mobility of the current carriers in the silicon semiconductor used in its technological implementation.

Недостатък е също редуцираната метрологична точност поради ниската магниточувствителност, водеща до забележимо присъствие в изходното напрежение на паразитни сигнали от сензорни недостатъци като температурен дрейф, офсет, хистерезис, вътрешен 1// (фликер) шум, нелинейност и др.A disadvantage is also the reduced metrological accuracy due to the low magnetic sensitivity, leading to a noticeable presence in the output voltage of parasitic signals from sensor defects such as temperature drift, offset, hysteresis, internal 1// (flicker) noise, non-linearity, etc.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL ESSENCE

Задача на изобретението е да се създаде равнинномагниточувствителен елемент с висока чувствителност и висока метрологична точност.The task of the invention is to create a planar magnetosensitive element with high sensitivity and high metrological accuracy.

Тази задача се решава с равнинно-магниточувствителен елемент, съдържащ токоизточник и две идентични полупроводникови правоъгълни подложки с л-тип примесна проводимост - първа и втора, разположени успоредно една спрямо друга. Върху едната страна на всяка от подложките последователно и на равни разстояния са формирани от ляво на дясно по три еднакви правоъгълни омични контакти - първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни като вторите контакти са централни. Повърхностите на двете подложки между първите и централните както между централните и третите контакти са покрити с тънък диелектричен слой с постоянна дебелина, върху който са образувани метални гейтови електроди — от ляво на дясно първи и втори за първата подложка, и трети и четвърти за втората. Първият и вторият гейтов електрод едновременно са съединени с централния контакт на втората подложка, а третият и четвъртият гейтов електрод са едновременно свързани с централния контакт на първата подложка. Двата трети контакта са съединени, а двата първи са свързани с изводите на токоизточника. Централните контакта са диференциалният изход на елемента като измерваното магнитно поле е успоредно какго на равнините на подложките, така и на дългите страни на контактите.This task is solved with a planar magnetosensitive element containing a current source and two identical semiconductor rectangular pads with l-type impurity conductivity - first and second, located parallel to each other. On one side of each of the pads successively and at equal distances are formed from left to right three identical rectangular ohmic contacts - first, second and third, located parallel to their long sides, with the second contacts being central. The surfaces of the two pads between the first and central as well as between the central and third contacts are covered with a thin dielectric layer of constant thickness on which metal gate electrodes are formed — from left to right first and second for the first pad, and third and fourth for the second. The first and second gate electrodes are simultaneously connected to the center contact of the second pad, and the third and fourth gate electrodes are simultaneously connected to the center contact of the first pad. The two third contacts are connected, and the two first contacts are connected to the terminals of the current source. The central contacts are the differential output of the element, as the measured magnetic field is parallel both to the planes of the pads and to the long sides of the contacts.

Предимство на изобретението е високата чувствителност поради генериране на допълнителни електрични товари със съответната полярност под диелектричния слой от двойките гейтови електроди в двете подложки, водещи до повишено изходно напрежение от тип на Хол.An advantage of the invention is the high sensitivity due to the generation of additional electrical charges of the appropriate polarity under the dielectric layer by the pairs of gate electrodes in the two pads, leading to an increased Hall-type output voltage.

Предимство е също повишената измервателна точност в резултат на високата чувствителност при непроменено ниво на сензорните паразитни сигнали - температурен дрейф, хистерезис, офсет, нелинейност, вътрешен (фликер) шум и др.The advantage is also the increased measurement accuracy as a result of the high sensitivity at an unchanged level of the sensor parasitic signals - temperature drift, hysteresis, offset, non-linearity, internal (flicker) noise, etc.

Предимство е също увеличената резолюция при измерване на минималната магнитна индукция, поради високата чувствителност едновременно с повишеното отношението сигнал/шум на елемента, което осигурява по-детайлно картографиране на равнинната и пространствената топология на магнитното поле.An advantage is also the increased resolution when measuring the minimum magnetic induction, due to the high sensitivity at the same time as the increased signal-to-noise ratio of the element, which provides more detailed mapping of the planar and spatial topology of the magnetic field.

Предимство е още реализацията на магниточувствителния елемент в единен цикъл, без необходимост от различни по своята природа технологични процеси, усложняващи осъществяването върху силициевия чип на товарните резистори и на двете структурни конфигурации с омичните контакти.Another advantage is the implementation of the magnetosensitive element in a single cycle, without the need for technological processes that are different in nature, complicating the implementation of the load resistors and the two structural configurations with the ohmic contacts on the silicon chip.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE ATTACHED FIGURES

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената Фигура 1, представляваща напречното му сечение.The invention is explained in more detail with an exemplary embodiment given in the attached Figure 1, representing its cross-section.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕIMPLEMENTATION EXAMPLES

Равнинно-магниточувствителният елемент съдържа токоизточник 1 и две идентични полупроводникови правоъгълни подложки с /г-тип примесна проводимост - първа 2 и втора 3, разположени успоредно една спрямо друга. Върху едната страна на всяка от подложките 2 и 3 последователно и на равни разстояния са формирани от ляво на дясно по три еднакви правоъгълни омични контакти - първи 4 и 5, втори 6 и 7, и трети 8 и 9, разположени успоредно на дългите си страни като контакти 6 и 7 са централни. Повърхностите на двете подложки 2 и 3 между първите 4 и 5 и централните 6 и 7 както между централните 6 и 7 и третите 8 и 9 контакти са покрити с тънък диелектричен слой 10 с постоянна дебелина, върху който са образувани метални гейтови електроди - от ляво на дясно първи 11 и втори 12 за първата подложка 2, и трети 13 и четвърти 14 за втората 3. Първият 11 и вторият 12 гейтов електрод едновременно са съединени с контакт 7 на втората подложка 3, а третият 13 и четвъртият 14 гейтов електрод са едновременно свързани с контакт 6 на първата подложка 2. Двата трети контакта 8 и 9 са съединени, а двата първи 4 и 5 са свързани с изводите на токоизточника 1. Контакти 6 и 7 са диференциалният изход 15 на елемента като измерваното магнитно поле 16 е успоредно както на равнините на подложките 2 и 3, така и на дългите страни на контактите 4, 5, 6, 7, 8 и 9 .The planar magnetosensitive element contains a current source 1 and two identical semiconductor rectangular pads with /g-type impurity conductivity - the first 2 and the second 3, located parallel to each other. On one side of each of the pads 2 and 3, successively and at equal distances, three identical rectangular ohmic contacts are formed from left to right - first 4 and 5, second 6 and 7, and third 8 and 9, located parallel to their long sides as contacts 6 and 7 are central. The surfaces of the two pads 2 and 3 between the first 4 and 5 and the central 6 and 7 as well as between the central 6 and 7 and the third 8 and 9 contacts are covered with a thin dielectric layer 10 of constant thickness on which metal gate electrodes are formed - from the left on the right, first 11 and second 12 for the first pad 2, and third 13 and fourth 14 for the second 3. The first 11 and second 12 gate electrodes are simultaneously connected to contact 7 of the second pad 3, and the third 13 and fourth 14 gate electrodes are simultaneously connected to contact 6 of the first pad 2. The two third contacts 8 and 9 are connected, and the two first 4 and 5 are connected to the terminals of the current source 1. Contacts 6 and 7 are the differential output 15 of the element with the measured magnetic field 16 being parallel as on the planes of the pads 2 and 3, as well as on the long sides of the contacts 4, 5, 6, 7, 8 and 9.

Действието на равнинно-магниточувствителния елемент, съгласно изобретението, е следното. След непосредственото свързване на третите контакти 8 и 9, и включването на двата първи контакта 4 и 5 към токоизточника 1, в обема на двете подложки 2 и 3 протичат две срещуположно насочени и еднакви по стойност токови компоненти и - ^9,5, Л,8 = | - ^9,51 · Захранващите планарни контакти 4 и 8, съответно 9 и 5 представляват еквипотенциални равнини, към които в отсъствие на външно магнитно поле В 16, В = 0, токовете през тях са винаги перпендикулярно насочени спрямо горните страни на подложките 2 и 3, прониквайки дълбоко в обемите им. Дълбочината на проникване в силициевите структури, какъвто е нашият случай, при фиксирана концентрация на легиращите донорни примеси ND = const в подложки 2 и 3 зависи от съотношението между ширината на контакти 4, 8, 9 и 5 и разстоянието между тях Z4.8 и Z9.5. Максималната стойност на дълбочината при Nd ~ 10 cm' при оптимизирани геометрични параметри съставлява около 30 - 40 pm. Между контактите 4 и 8 и съответно 9 и 5 токовите линии в първо приближение са успоредни на горните страни на подложките 2 и 3, минавайки под централните контакти 6 и 7, Фигура 1. В резултат траекториите на токоносителите са криволинейни, [1-6].The action of the planar magnetosensitive element, according to the invention, is as follows. After the immediate connection of the third contacts 8 and 9, and the inclusion of the two first contacts 4 and 5 to the current source 1, in the volume of the two pads 2 and 3 flow two oppositely directed and equal in value current components and - ^9.5, Л, 8 = | - ^9.51 · Power supply planar contacts 4 and 8, respectively 9 and 5 represent equipotential planes to which, in the absence of an external magnetic field B 16, B = 0, the currents through them are always perpendicularly directed to the upper sides of the pads 2 and 3, penetrating deep into their volumes. The depth of penetration into the silicon structures, as is our case, at a fixed concentration of doping donor impurities N D = const in substrates 2 and 3 depends on the ratio between the width of contacts 4, 8, 9 and 5 and the distance between them Z 4 . 8 and Z 9 . 5 . The maximum value of the depth at N d ~ 10 cm' with optimized geometric parameters is about 30 - 40 pm. Between contacts 4 and 8 and respectively 9 and 5, the current lines in a first approximation are parallel to the upper sides of the pads 2 and 3, passing under the central contacts 6 and 7, Figure 1. As a result, the trajectories of the current carriers are curvilinear, [1-6] .

Прилагането на измерваното магнитно поле В 16 успоредно на подложките 2 и 3, и на дългите страни на контакти 4, 5, 6, 7, 8 и 9 води до странично (латерално) отклонение (дефлекция) на токовите линии по цялото протежение на нелинейните им траектории. Причината за това е действието на силите на Лоренц F^, FL = qVdt х В, където q е елементарният товар на електрона, a Vdr е векторът на средната дрейфова скорост на електроните в подложки 2 и 3, [2,7,8]. Този способ за магнитно активизиране на елементите на Хол дава наименованието им - равнинномагниточувствителни сензори, на Фигура 1 магнитният вектор В 11 е перпендикулярен на напречните сечения на подложки 2 и 3. В резултат на Лоренцовото отклонение от силите F^, в зависимост от посоките на токовете /4>8 и /95, и на магнитното поле В 16, нелинейните траектории в обемите на подложки 2 и 3 се “свиват” и съответно “разширяват”. По тази причина върху горните повърхности на двете равнинномагниточувствителни структури 2 и 3 се генерират едновременно равни по стойност но с противоположен знак Холови потенциали φβ(Β) и - φη(Β\ φ^Β) = |- ^7(^)|, които се регистрират с контактите 6 и 7. Фактически измерваното магнитно поле В 16 нарушава електрическата симетрия на токовите траектории. Следователно' в резултат на Лоренцовата дефлекция, върху диференциалния изход 15 на елемента възниква напрежение на Хол V15(B) = Vh,6-7(^)· Този сигнал е линейна и нечетна функция от силата на токовете /4>8 и - /9(5, както и на магнитното поле В 16. Поради невисоката подвижност на електроните μη в силиция - основният полупроводник в интегралните микроелектронни технологии, не могат да се очакват съществени стойности на чувствителността S при стайна температура, μη(Τ = 300 К) ~ 1200 cm^^s1, [2,3,5,8,9]. Както е добре известно преобразувателната ефективност или чувствителността S е право пропорционална на подвижността μη на електроните, S ~ μη, [2,8].The application of the measured magnetic field B 16 parallel to the pads 2 and 3, and to the long sides of contacts 4, 5, 6, 7, 8 and 9 leads to a lateral (lateral) deviation (deflection) of the current lines along the entire length of their non-linear trajectories. The reason for this is the action of the Lorentz forces F^, F L = qV dt x B, where q is the elementary charge of the electron, and V dr is the vector of the average drift velocity of the electrons in pads 2 and 3, [2,7, 8]. This method of magnetic activation of the Hall elements gives them their name - planar magnetosensitive sensors, in Figure 1 the magnetic vector B 11 is perpendicular to the cross sections of pads 2 and 3. As a result of the Lorentzian deviation from the forces F^, depending on the directions of the currents / 4>8 and /95, and in the magnetic field B 16, the non-linear trajectories in the volumes of pads 2 and 3 "shrink" and "expand", respectively. For this reason, Hall potentials φβ(Β) and - φη(Β\ φ^Β) = |- ^7(^)|, equal in value but opposite in sign, are simultaneously generated on the upper surfaces of the two planar magnetosensitive structures 2 and 3, which are registered with contacts 6 and 7. The actually measured magnetic field B 16 breaks the electrical symmetry of the current trajectories. Therefore' as a result of the Lorentz deflection, a Hall voltage V 15 (B) = Vh,6-7(^) arises on the differential output 15 of the element. This signal is a linear and odd function of the strength of the currents / 4>8 and - / 9(5 , as well as the magnetic field B 16. Due to the low mobility of electrons μ η in silicon - the main semiconductor in integrated microelectronic technologies, significant values of the sensitivity S at room temperature, μ η (Τ = 300 K) ~ 1200 cm^^s 1 , [2,3,5,8,9]. As is well known, the conversion efficiency or sensitivity S is directly proportional to the mobility μ η of electrons, S ~ μ η , [2,8 ].

В новото решение на Фигура 1 е избран иновативен способ за повишаване на чувствителността. Повърхностите на двете подложки 2 и 3, намиращи се между първите 4 и 5 и централните 6 и 7, както между централните 6 и 7 и третите 8 и 9 контакти са покрити с тънък диелектричен слой 10 с постоянна дебелина, върху който са формирани металните гейтови електроди 11 и 12, и съответно 13 и 14. Те са отделени от интерфейсите на горните равнини на подложки 2 и 3 с тънък диелектричен слой 10, частите на който са с постоянна дебелина dm ~ const. Слоят 10 е преди всичко от силициев диоксид SiO2 както е при MOS транзисторите. Оригиналното свързване на гейтовите електроди 13 и 14 с изходен контакт 6, и съответно гейтови електроди 11 и 12 с контакт 7 индуцира чрез потенциалите -φΊ и +^6 ефект на полето в така формираните MOS структури 2 и 3, [9,10]. Ако в и-тип подложка 1, какъвто е нашият случай, например гейтовият потенциал е положителен + φ^, в интерфейсните зони под електроди 13 и 14 чрез ефекта на полето от обема на подложка 3 се извличат допълнителни електрони, т.е. отрицателната компонента на полето от тип на Хол -Ен нараства. При отрицателно гейтово напрежението -φΊ в приповърхностните области под гейтове 11 и 12 се реализира режим на обедняване от електрони, т.е. положителната компонента на полето нараства. Полярностите на гейтовите потенциали ±Vg са съпосочни с действието на силата на Лоренц ±F^ като на практика ефектът на полето усилва действието на силата на Лоренц. Следователно описаният процес повишава изходното напрежение на микросензора KutisC^) 15. В резултат на техническото решение от Фигура 1 магниточувствителността S и измервателната точност на полето В 15 нарастват. Същевременно високият сигнал Voutis^) 15 също води до увеличение на отношението сигнал/шум (S/N) при непроменените негативни фактори като паразитен офсет, нелинейност, температурен дрейф, вътрешен (фликер) шум и хистерезис. Следователно резолюцията при измерване на минималната магнитна индукция Bmjn нараства, коетоIn the new solution in Figure 1, an innovative way of increasing the sensitivity has been chosen. The surfaces of the two pads 2 and 3 located between the first 4 and 5 and the central 6 and 7, as well as between the central 6 and 7 and the third 8 and 9 contacts are covered with a thin dielectric layer 10 of constant thickness, on which the metal gates are formed electrodes 11 and 12, and 13 and 14, respectively. They are separated from the interfaces of the upper planes of substrates 2 and 3 by a thin dielectric layer 10, parts of which have a constant thickness d m ~ const. Layer 10 is primarily silicon dioxide SiO 2 as in MOS transistors. The original connection of gate electrodes 13 and 14 with output contact 6, and respectively gate electrodes 11 and 12 with contact 7 induces through the potentials -φ Ί and +^ 6 a field effect in the thus formed MOS structures 2 and 3, [9,10] . If in i-type substrate 1, as is our case, for example, the gate potential is positive + φ^, in the interface areas under electrodes 13 and 14, additional electrons are extracted from the volume of substrate 3 by the field effect, i.e. the negative component of the Hall-type field -E n increases. At a negative gate voltage -φ Ί in the near-surface areas under gates 11 and 12, a regime of electron depletion is realized, i.e. the positive field component increases. The polarities of the gate potentials ±Vg are aligned with the action of the Lorentz force ±F^ and in practice the field effect amplifies the action of the Lorentz force. Therefore, the described process increases the output voltage of the microsensor KutisC^) 15. As a result of the technical solution of Figure 1, the magnetic sensitivity S and the measuring accuracy of the field B 15 increase. At the same time, the high signal Voutis^) 15 also leads to an increase in the signal-to-noise ratio (S/N) with the negative factors such as parasitic offset, nonlinearity, temperature drift, intrinsic (flicker) noise and hysteresis unchanged. Therefore, the resolution when measuring the minimum magnetic induction B m j n increases, which

Claims (1)

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИPATENT CLAIMS Равнинно-магниточувствителен елемент, съдържащ токоизточник и полупроводникова правоъгълна подложка с и-тип примесна проводимост, върху едната страна на която последователно и на равни разстояния са формирани от ляво на дясно три еднакви правоъгълни омични контакти първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни като вторият контакт 7 е централен, а измерваното магнитно поле е успоредно на равнината на подложката и на дългите страни на контактите, ХАРАКТЕРИЗИРАЩ СЕ с това, че има още една втора полупроводникова подложка (2), успоредно разположена на първата (2) и идентична с нея, върху едната страна на която също са образувани на равни разстояния от ляво на дясно три еднакви правоъгълни омични контакти - първи (5), втори (7) и трети (9), разположени успоредно на дългите си страни като вторият контакт (7) също е централен, повърхностите на двете подложки (2) и (3) между първите (4) и (5) и централните (6) и (7) както между централните (6) и (7) и третите (8) и (9) контакти са покрити с тънък диелектричен слой (10) с постоянна дебелина, върху който са образувани метални гейтови електроди - от ляво на дясно първи (11) и втори (12) за първата подложка (2), и трети (13) и четвърти (14) за втората (3), първият (11) и вторият (12) гейтов електрод едновременно са съединени с контакт (7) на подложка (3), а третият (13) и четвъртият (14) гейтов електрод едновременно са свързани с контакт (6) на подложка (2), третите контакти (8) и (9) са съединени, а първите (4) и (5) са свързани с изводите на токоизточника (1) като контакти (6) и (7) са диференциалният изход (15) на елемента.A planar magnetosensitive element containing a current source and a semiconductor rectangular substrate with i-type impurity conductivity, on one side of which three identical rectangular ohmic contacts first, second and third are formed sequentially and at equal distances from left to right, located parallel to their long sides such that the second contact 7 is central and the measured magnetic field is parallel to the plane of the pad and to the long sides of the contacts, CHARACTERIZED in that there is another second semiconductor pad (2) parallel to the first (2) and identical with it, on one side of which are also formed at equal distances from left to right three identical rectangular ohmic contacts - first (5), second (7) and third (9), located parallel to their long sides like the second contact (7 ) is also central, the surfaces of the two pads (2) and (3) between the first (4) and (5) and the central (6) and (7) as well as between the central (6) and (7) and the third (8) and (9) accounts kts are covered with a thin dielectric layer (10) of constant thickness, on which metal gate electrodes are formed - from left to right first (11) and second (12) for the first pad (2), and third (13) and fourth ( 14) for the second (3), the first (11) and the second (12) gate electrode are simultaneously connected to contact (7) on the pad (3), and the third (13) and fourth (14) gate electrode are simultaneously connected to contact (6) on pad (2), the third contacts (8) and (9) are connected, and the first (4) and (5) are connected to the terminals of the current source (1) as contacts (6) and (7) are the differential output (15) of element. осигурява по-детайлно определяне на топологията на магнитната индукция В 16.provides a more detailed definition of the topology of magnetic induction in 16. Неочакваният положителен резултат от новото техническо решение е, че в сензориката на Хол се използва нестандартен подход за повишаване на чувствителността - ефектът на полето, типичен за MOS транзисторите. Чрез този способ самите Холови потенциали +^6 и -φΊ се използват за генериране на още допълнителни некомпенсирани товари с противоположен знак към тези от Лоренцовото отклонение FLj върху съответните части на горните повърхности на елемента. Важна особеност е, че магниточувствителният елемент се реализира в единен технологичен цикъл, като не се налагат допълнителни усложняващи процеси за формиране на товарните резистори върху силициевия чип, което е важно предимство.The unexpected positive result of the new technical solution is that a non-standard approach to increase sensitivity is used in Hall sensors - the field effect typical of MOS transistors. Through this method, the Hall potentials +^ 6 and -φ Ί themselves are used to generate additional uncompensated charges of opposite sign to those of the Lorentz deviation F L j on the corresponding parts of the upper surfaces of the element. An important feature is that the magneto-sensitive element is implemented in a single technological cycle, without requiring additional complicating processes for forming the load resistors on the silicon chip, which is an important advantage. Равнинно-магниточувствителният елемент може да се реализира с CMOS или BiCMOS технологии, като преобразувателните зони на конфигурацията представляват дълбоки и-тип джобове 2 и 3 в р-тип подложка. Интегралната технология позволява новият елемент заедно с обработващата сигнала VOut(F) 15 схемотехника да се реализират върху общ силициев чип, формирайки интелигентна микросистема (MEMS). Функционирането на предложения равнинно-магниточувствителен преобразувател е в широк температурен интервал, включително при криогенни температури. За още по-висока чувствителност за целите на слабополевата магнитометрия и контратероризма, чипът може да се разположи между два еднакви продълговати концентратори на магнитното поле В 15 от ферит или μ-метал.The planar magnetosensitive element can be implemented with CMOS or BiCMOS technologies, with the configuration's conversion zones representing deep i-type pockets 2 and 3 in a p-type substrate. The integrated technology allows the new element together with the signal processing V O ut(F) 15 circuitry to be implemented on a common silicon chip, forming an intelligent microsystem (MEMS). The operation of the proposed planar magnetosensitive converter is in a wide temperature range, including at cryogenic temperatures. For even higher sensitivity for weak-field magnetometry and counter-terrorism purposes, the chip can be sandwiched between two identical oblong B 15 ferrite or μ-metal magnetic field concentrators.
BG113275A 2020-11-26 2020-11-26 Planar magnetic field sensing element BG67508B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113275A BG67508B1 (en) 2020-11-26 2020-11-26 Planar magnetic field sensing element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113275A BG67508B1 (en) 2020-11-26 2020-11-26 Planar magnetic field sensing element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG113275A true BG113275A (en) 2022-05-31
BG67508B1 BG67508B1 (en) 2023-03-31

Family

ID=85238905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113275A BG67508B1 (en) 2020-11-26 2020-11-26 Planar magnetic field sensing element

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG67508B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG67508B1 (en) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BG113275A (en) Planar magnetically sensitive element
BG67550B1 (en) Planar magnetosensitive sensor
BG67820B1 (en) Vertical element of hall
BG67673B1 (en) Plane-sensitive hall sensor
BG67734B1 (en) HALL MICROSENSOR
BG67557B1 (en) Microsensor element for the measurement of magnetic fields
BG67809B1 (en) Paired vertical hall microsensor
BG67509B1 (en) Magnetic field sensing device
BG113845A (en) Vertical hall microsensor
BG67383B1 (en) In-plane magnetosensitive hall effect device
BG113625A (en) Integral hall sensor with planar sensitivity
BG67381B1 (en) Electronic device with planar magnetic sensitivity
BG67386B1 (en) Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG67558B1 (en) Hall effect microsensor with multiple outputs
BG67782B1 (en) Dual hall microsensor
BG67775B1 (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG113724A (en) Configuration of a hall with more than one exit
BG67384B1 (en) Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG67250B1 (en) Hall effect semiconductor device
BG67551B1 (en) Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements
BG67380B1 (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG112771A (en) CONFIGURATION OF A LIVING ROOM WITH PLANE MAGNETIC SENSITIVITY
BG67414B1 (en) Hall effect element
BG66985B1 (en) A surface-magnetically sensitive hall transformer
BG67134B1 (en) Hall effect microsensor