[go: up one dir, main page]

BG113292A - BIAXIAL MAGNETO SENSITIVE SENSOR CONTAINING HALL ELEMENTS - Google Patents

BIAXIAL MAGNETO SENSITIVE SENSOR CONTAINING HALL ELEMENTS Download PDF

Info

Publication number
BG113292A
BG113292A BG113292A BG11329220A BG113292A BG 113292 A BG113292 A BG 113292A BG 113292 A BG113292 A BG 113292A BG 11329220 A BG11329220 A BG 11329220A BG 113292 A BG113292 A BG 113292A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
contacts
structures
hall elements
biaxial
magnetic field
Prior art date
Application number
BG113292A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG67551B1 (en
Inventor
Сия ЛОЗАНОВА
Вълчева Лозанова Сия
Мартин Ралчев
Лъчезаров Ралчев Мартин
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 BG113292A priority Critical patent/BG67551B1/en
Publication of BG113292A publication Critical patent/BG113292A/en
Publication of BG67551B1 publication Critical patent/BG67551B1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

Двуосният магниточувствителен сензор, съдържащ елементи на Хол, обхваща полупроводникова подложка (1) с р-тип проводимост. Върху едната й страна са формирани четири идентични правоъгълни структури от същия полупроводник с n-тип проводимост, разположени във форма на равностранен кръст - по часовниковата стрелка първа (2), втора (3), трета (4) и четвърта (5), образуващи елементи на Хол. Всеки от тези елементи съдържа по три омични контакта - отвън навътре на n-структурите (2, 3, 4 и 5) последователно първи (6, 7, 8 и 9), втори (10, 11, 12 и 13), и трети (14, 15, 16 и 17). Контакти (10 и 13) са свързани с токоизточник (18). Контакти (16 и 17) са съединени, контакти (11 и 12) са свързани, а контакти (14 и 15) са също съединени. Контакти (7 и 9), и съответно (6 и 8) са диференциални изходи (19 и 20) за двете ортогонални равнинни компоненти на измерваното магнитно поле (21), което е в равнината на подложката (1) и е с произволна ориентация.The biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements covers a semiconductor substrate (1) with p-type conductivity. On one of its sides, four identical rectangular structures of the same semiconductor with n-type conductivity are formed, arranged in the form of an equilateral cross - clockwise first (2), second (3), third (4) and fourth (5), forming Hall elements. Each of these elements contains three ohmic contacts - from the outside to the inside of the n-structures (2, 3, 4 and 5) sequentially first (6, 7, 8 and 9), second (10, 11, 12 and 13), and third (14, 15, 16 and 17). Contacts (10 and 13) are connected to a current source (18). Pins (16 and 17) are connected, pins (11 and 12) are connected, and pins (14 and 15) are also connected. Contacts (7 and 9) and respectively (6 and 8) are differential outputs (19 and 20) for the two orthogonal planar components of the measured magnetic field (21), which is in the plane of the substrate (1) and has an arbitrary orientation.

Description

ДВУОСЕН МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЕН СЕНЗОР СЪДЪРЖАЩ ЕЛЕМЕНТИ НА ХОЛBIAXIAL MAGNETO SENSITIVE SENSOR CONTAINING HALL ELEMENTS

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАFIELD OF ENGINEERING

Изобретението се отнася до двуосен магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол, приложимо в областта на роботиката и мехатронните системи с изкуствен интелкт; квантовата комуникация; 3D роботизираната медицина и минимално инвазивната хирургия, включително лапароскопията; определянето на едноосен натиск чрез магнитномодулаторни система за преместване; безконтактната автоматика; контролно-измервателната технология и слабополевата магнитометрия; автомобилната промишленост, в това число хибридните превозни средства и електромобилите; енергетиката; дистанционното измерване на ъглови и линейни премествания и позиционирането на обекти в равнината; навигацията; биомедицинските изследвания; военното дело и сигурността, включително подводни, наземни и въздушни системи за наблюдение и превенция; контратероризма и др.The invention relates to a biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements, applicable in the field of robotics and mechatronic systems with artificial intelligence; quantum communication; 3D robotic medicine and minimally invasive surgery, including laparoscopy; the determination of uniaxial pressure by means of a magnetic modulator displacement system; contactless automation; control and measurement technology and weak-field magnetometry; the automotive industry, including hybrid vehicles and electric vehicles; energy; the remote measurement of angular and linear displacements and the positioning of objects in the plane; navigation; biomedical research; military and security, including underwater, land and air surveillance and prevention systems; counterterrorism, etc.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАPRIOR ART

Известен е двуосен магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол, обхващащ п-тип полупроводникова подложка, върху едната страна на която са формирани идентични елементи на Хол, образувани от общ централен омичен контакт с квадратна форма като на разстояния и симетрично спрямо четирите му страни има последователно по един правоъгълен вътрешен омичен контакт и по един правоъгълен външен омичен контакт. В близост до така обособената на повърхността на пподложката равностранна кръстовидна конфигурация е формиран обграждащ я дълбок р+-тип ринг също във форма на равностранен кръст. Четирите външни контакти са съединени и през токоизточник са свързани с централния контакт. Измерваното магнитно поле е в равнината на подложката и е с произволна орентация като всяка двойка срещуположни спрямо централния вътрешни контакти са диференциалните изходи за двете ортогонални равнинни компоненти на магнитното поле, [1 -10].A biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements is known, comprising an n-type semiconductor substrate, on one side of which identical Hall elements are formed, formed by a common central ohmic contact with a square shape as at distances and symmetrical to its four sides, there are successively one rectangular internal ohmic contact and one rectangular external ohmic contact each. In the vicinity of the equilateral cross-shaped configuration so identified on the surface of the p-substrate, a deep p + -type ring, also in the form of an equilateral cross, is formed surrounding it. The four external contacts are connected and through a current source are connected to the central contact. The measured magnetic field is in the plane of the substrate and has an arbitrary orientation, as each pair of opposite to the central internal contacts are the differential outputs for the two orthogonal planar components of the magnetic field, [1-10].

Недостатък на този двуосен магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол е редуцираната чувствителност на изходите от възникване на повърхностни проводящи канали между съответните захранващи контакти - централния и външните от наличие по повърхността на положително заредени електронни състояния, примесни атоми, клъстери, адсорбирани наночастици и др., които канали шунтират потенциалите и напреженията на Хол върху изходните вътрешни контакти.A disadvantage of this biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements is the reduced sensitivity of the outputs due to the occurrence of surface conductive channels between the corresponding power contacts - the central and external ones due to the presence on the surface of positively charged electronic states, impurity atoms, clusters, adsorbed nanoparticles, etc. which channels shunt Hall potentials and voltages onto the output internal contacts.

Недостатък е също понижената измервателна точност на двата изхода поради наличието между тях на паразитно междуканално влияние през обема на общата им и-подложка.A disadvantage is also the reduced measurement accuracy of the two outputs due to the presence between them of a parasitic inter-channel influence through the volume of their common i-substrate.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL ESSENCE

Задача на изобретението е да се създаде двуосен магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол с висока чувствителност на двата изхода и повишена измервателна точност на изходните канали, минимизирайки паразитното влияние между тях.The task of the invention is to create a biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements with high sensitivity at both outputs and increased measurement accuracy of the output channels, minimizing the parasitic influence between them.

Тази задача се решава с двуосен магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол, обхващащ полупроводникова подложка с ртип примесна проводимост. Върху едната й страна са формирани четири идентични правоъгълни структури от същия полупроводник с л-тип примесна проводимост, разположени във форма на равностранен кръст по часовниковата стрелка първа, втора, трета и четвърта, образуващи елементи на Хол. Всеки от тези елементи съдържа по три омични контакти - отвън навътре на «-структурите последователно първи, втори и трети. Вторите контакти на първата и четвъртата структура са свързани с токоизточник. Третите контакти на третата и четвъртата структура са съединени, вторите контакти на втората и третата структура са свързани, а третите контакти на първата и втората структура са също съединени. Първите контакти на втората и четвъртата структура, и съответно първите контакти на първата и третата структура са диференциалните изходи за двете ортогонални равнинни компоненти на измерваното магнитно поле, което е в равнината на подложката и е с произволна орентация.This task is solved with a biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements covering a semiconductor substrate with rtype impurity conductivity. Four identical rectangular structures of the same semiconductor with l-type impurity conductivity are formed on one side, arranged in the shape of an equilateral cross clockwise first, second, third and fourth, forming Hall elements. Each of these elements contains three ohmic contacts - from the outside to the inside of the «-structures successively first, second and third. The second contacts of the first and fourth structures are connected to a current source. The third contacts of the third and fourth structures are connected, the second contacts of the second and third structures are connected, and the third contacts of the first and second structures are also connected. The first contacts of the second and fourth structures, and respectively the first contacts of the first and third structures, are the differential outputs for the two orthogonal planar components of the measured magnetic field, which is in the plane of the substrate and has an arbitrary orientation.

Предимство на изобретението е високата магниточувствителност на двата изхода, тъй като първите (изходните) контакти на четирите структури са извън зоните през които протичат захранващите токове и шунтиращото им негативно влияние върху двата изхода е отстранено.An advantage of the invention is the high magnetic sensitivity of the two outputs, since the first (output) contacts of the four structures are outside the areas through which the supply currents flow and their shunting negative influence on the two outputs is removed.

Предимство е също съществено редуцираното паразитно напрежение на двата изхода в отсъствие на магнитно поле (офсети) в резултат на оригиналното последователно свързване на третите контакти на елементите на Хол, което води до усредняване и компенсиране на евентуални негативни сигнали, свързани с геометрични и технологични несъвършенства, нарушаващи симетрията на отделните структури.An advantage is also the significantly reduced parasitic voltage of the two outputs in the absence of a magnetic field (offsets) as a result of the original series connection of the third contacts of the Hall elements, which leads to averaging and compensation of possible negative signals associated with geometric and technological imperfections, breaking the symmetry of individual structures.

Предимство е още високата измервателна точност на двата сензорни канала, тъй като отсъства взаимно паразитно влияние между изходите в резултат на отделно формираните елементи на Хол, генериращи информационните напрежения единствено за ортогоналните компоненти на магнитното поле както и редуцирания офсет.Another advantage is the high measurement accuracy of the two sensor channels, since there is no mutual parasitic influence between the outputs as a result of the separately formed Hall elements, generating the information voltages only for the orthogonal components of the magnetic field as well as the reduced offset.

Предимство е и повишената резолюция при измерване на минималната магнитна индукция, поради високата чувствителност, понижения офсет и намаленият вътрешен 1// (фликер) шум по причина, че захранващите токове не протичат през зоните с първите (изходните) контакти.An advantage is also the increased resolution when measuring the minimum magnetic induction, due to the high sensitivity, the reduced offset and the reduced internal 1// (flicker) noise due to the fact that the supply currents do not flow through the areas with the first (output) contacts.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE ATTACHED FIGURES

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

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕIMPLEMENTATION EXAMPLES

Двуосният магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол, обхваща полупроводникова подложка 1 с р-тип примесна проводимост. Върху едната й страна са формирани четири идентични правоъгълни структури от същия полупроводник с п-тип примесна проводимост, разположени във форма на равностранен кръст - по часовниковата стрелка първа 2, втора 3, трета 4 и четвърта 5, образуващи елементи на Хол. Всеки от тези елементи съдържа по три омични контакти - отвън навътре на пструктурите (2), (3), (4) и (5) последователно първи 6, 7, 8 и 9, втори 10,11, 12 и 13, и трети 14, 15, 16 и 17. Вторите контакти 10 и 13 на първата 2 и четвъртата 5 структура са свързани с токоизточник 18. Третите контакти 16 и 17 на третата 4 и четвъртата 5 структура са съединени, вторите контакти 11 и 12 на втората 3 и третата 4 структура са свързани, а третите контакти 14 и 15 на първата 2 и втората 3 структура са съединени. Първите контакти 7 и 9 на втората 3 и четвъртата 5 структура, и съответно първите контакти 6 и 8 на първата 2 и третата 4 са диференциалните изходи 19 и 20 за двете ортогонални равнинни компоненти на измерваното магнитно поле 21, което е в равнината на подложката 1 и е с произволна орентация.The biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements covers a semiconductor substrate 1 with p-type impurity conductivity. On one side of it, four identical rectangular structures of the same semiconductor with n-type impurity conductivity are formed, arranged in the form of an equilateral cross - clockwise first 2, second 3, third 4 and fourth 5, forming Hall elements. Each of these elements contains three ohmic contacts - from the outside to the inside of pstructures (2), (3), (4) and (5) sequentially first 6, 7, 8 and 9, second 10,11, 12 and 13, and third 14, 15, 16 and 17. The second contacts 10 and 13 of the first 2 and the fourth 5 structure are connected to a current source 18. The third contacts 16 and 17 of the third 4 and the fourth 5 structure are connected, the second contacts 11 and 12 of the second 3 and the third 4 structure is connected and the third contacts 14 and 15 of the first 2 and the second 3 structure are connected. The first contacts 7 and 9 of the second 3 and the fourth 5 structure, and respectively the first contacts 6 and 8 of the first 2 and the third 4 are the differential outputs 19 and 20 for the two orthogonal planar components of the measured magnetic field 21, which is in the plane of the substrate 1 and is of arbitrary orientation.

Действието на двуосния магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол, съгласно изобретението, е следното. При свързване на контактите 16 - 17, 11 - 12 и 14 - 15 на четирите п-тип правоъгълни структури 2, 3, 4 и 5 се осъществява последователно свързване на тези идентични елементи на Хол с равнинна чувствителност. Ето защо след съединяването на контакти 10 и 13 с изводите на токоизточника 18, и структурната симетрия на така формираните идентични микросензори протичат четири еднакви компоненти /щдд = /15,11 = /12,16 = /13,17 = /18· Характерна особеност на токовите траектории е, че те първоначално са перпендикулярни към горната повърхност на подложката 1, понеже захранващите контакти 10, 14, 11, 15, 12, 16, 13 и 17 в отсъствие на магнитно поле, В = 0, 21 представляват еквипотенциални равнини. Токовите линии проникват в обема на структурите 2, 3, 4 и 5, след което ефективните им траектории са успоредни на горната повърхност на подложката 1. Освен това чрез така осъщественото свързване, токовете в елементите на Хол 2 и 4, и съответно 3 и 5 са с противоположни посоки: /ю,14 = |- /12,10! и /15>ц = |- /13,17). В отсъствие на магнитно поле, 1? = 0, 21 на изходите 19 и 20 възникват паразитни изходни напрежения - офсети, несвързани с метрологичното предназначение на сензора. В резултат измервателната точност съществено се редуцира. Този недостатък, например, за изхода 19, е в резултат на електрическата асиметрия, причинена основно от геометрична несъосност в разположението на контактите 6, 10, 14 и 8, 12, 16 на срещуположно разположените елементи на Хол спрямо центъра на конфигурацията 2, 3, 4 и 5. Първопричината е технологична - неминуеми несъвършенства в легирането, несъосност на маските при фотолитографията, механични напрежения най-често от метализацията и корпусирането на чипа, температурни градиенти и флуктуации, стареене и др. Същият анализ е в сила и за другия сензорен канал - 20, формиран от контакти 3, 11, 15 и съответно 9, 13, 17 на структури 3 и 5. В конфигурацията на Фигура 1 в отсъствие на магнитно поле, В = 0, 21 офсетите са минимизирани благодарение на осъщестените връзки между контакти 16 - 17, 11 - 12 и 14 - 15 на структури 2, 3, 4 и 5. В резултат потенциалната асиметрия в зоните с изходни контакти 6 и 8, и съответно 7 и 9 е практически компенсирана. Фактически се усредняват и минимизират евентуалните паразитни сигнали, произтичащи от геометрични и технологични несъвършенства, включително температурен дрейф на офсетите. Интегралната реализация на и-тип структурите 2, 3, 4 и 5, формирани върху р-подложката 1 обезпечава пълната електрическа изолация между тях. По тази причина се предотвратява паразитното междуканално влияние на двата изхода 19 и 20 както това е в известното решениие, повишавайки измервателната точност.The action of the biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements, according to the invention, is as follows. When connecting the contacts 16 - 17, 11 - 12 and 14 - 15 of the four n-type rectangular structures 2, 3, 4 and 5, a series connection of these identical Hall elements with planar sensitivity takes place. Therefore, after the connection of contacts 10 and 13 with the terminals of the current source 18, and the structural symmetry of the thus formed identical microsensors, four identical components /shdd = /15,11 = /12,16 = /13,17 = /18· Characteristic feature of the current trajectories is that they are initially perpendicular to the upper surface of the pad 1, because the power contacts 10, 14, 11, 15, 12, 16, 13 and 17 in the absence of a magnetic field, B = 0, 21 represent equipotential planes. The current lines penetrate the volume of the structures 2, 3, 4 and 5, after which their effective trajectories are parallel to the upper surface of the substrate 1. Furthermore, through the connection thus made, the currents in the Hall elements 2 and 4, and 3 and 5, respectively are in opposite directions: /u,14 = |- /12,10! and / 15> c = |- /13,17). In the absence of a magnetic field, 1? = 0, 21 at outputs 19 and 20 parasitic output voltages arise - offsets unrelated to the metrological purpose of the sensor. As a result, the measurement accuracy is significantly reduced. This disadvantage, for example, for the output 19, is the result of the electrical asymmetry caused mainly by a geometric misalignment in the arrangement of the contacts 6, 10, 14 and 8, 12, 16 of the oppositely located Hall elements with respect to the center of the configuration 2, 3, 4 and 5. The root cause is technological - unavoidable imperfections in alloying, misalignment of masks during photolithography, mechanical stresses mostly from the metallization and casing of the chip, temperature gradients and fluctuations, aging, etc. The same analysis is valid for the other sensor channel - 20, formed by contacts 3, 11, 15 and respectively 9, 13, 17 of structures 3 and 5. In the configuration of Figure 1 in the absence of a magnetic field, B = 0.21 offsets are minimized thanks to the connections made between contacts 16 - 17, 11 - 12 and 14 - 15 of structures 2, 3, 4 and 5. As a result, the potential asymmetry in the areas with output contacts 6 and 8, and respectively 7 and 9 is practically compensated. In fact, possible parasitic signals resulting from geometric and technological imperfections, including temperature drift of the offsets, are averaged and minimized. The integral realization of the i-type structures 2, 3, 4 and 5 formed on the p-substrate 1 ensures the complete electrical isolation between them. For this reason, the parasitic inter-channel influence of the two outputs 19 and 20 is prevented as it is in the known solution, increasing the measurement accuracy.

Измерваното магнитно поле В 21, което е в равнината х-у на подложката 1 чрез двете си взаимноперпендикулярни компоненти Вх и Ву води до възникване на съответни отклоняващи движещите се носители в токовите компоненти сили на Лоренц, FLj = дУщ х В, където q е елементарният товар на електрона, a Vdr е векторът на средната дрейфова скорост на електроните. Тъй като всички токови компоненти са ограничени в разположените във форма на равностранен кръст структури 2, 3, 4 и 5, действието на силите на Лоренц F\ от полета Вх и Ву е във висока степен ефективно върху всички части на траекториите. В резултат токовите линии на противоположно насочените компоненти /ю,14 и - /12,16, и съответно Zi5,ii и - /13,17 се деформират - те се “свиват” или “разширяват” като върху изходните терминали 7 и 9, респективно 6 и 8 се генерират потенциали на Хол. Това сензорно действие е проява на равнинномагниточувствителния ефект на Хол, [1 - 10]. Потенциалите формират на диференциалните изходи 19 и 20 напрежения на Хол V19(J5) и Угоф), които са информационните индикатори за двете ортогонални компоненти Вх и Ву на вектора на магнитното поле В 21. Напреженията V^//?) и V2i(T?) са линейни и нечетни функции на магнитните полета Вх и Ву. В резултат на конструкцията на двуосния магнитометър от Фигура 1 чувствителността на двата изходни канала 19 и 20 е съществено повишена. Причината е, че контакти 7 и 9, както 6 и 8 са разположени извън областите на протичане на токовете /юдд = |- /12,10! и /15,11 = |-/13,17(. При това шунтиращото действие на повърхностните електронни състояния върху Холовите потенциали е минимизирано и напреженията Vi9(B) 19 и У2о(^) 20 нарастват. Освен това ортогоналността на съответните токови компоненти спрямо двата равнинни вектора Вх и Ву на магнитното поле В 21 е технологично подобрена. Така силите FL,i въздействат максимално ефективно върху компонентите, генерирайки съществени по стойност Холови потенциали върху повърхността на структурите 2, 3, 4 и 5. Абсолютната стойност на вектора на магнитното поле В 21 в равнината х-у и ъгълът Θ на полето В 21 спрямо фиксирана реперна ос в същата равнина се дават с изразите: |В| = (Вх 2 + В,2)1'2 и Θ = ta«-’(Vy(By)/Vx(Bx)), [1 - 3].The measured magnetic field B 21 , which is in the plane x-y of the substrate 1 through its two mutually perpendicular components B x and B y leads to the occurrence of corresponding deflecting moving carriers in the current components Lorentz forces, F Lj = dUsh x B, where q is the elementary charge of the electron, and V dr is the average drift velocity vector of the electrons. Since all the current components are confined in the equilateral cross-shaped structures 2, 3, 4 and 5, the action of the Lorentz forces F\ of the B x and B y fields is highly effective on all parts of the trajectories. As a result, the current lines of the oppositely directed components /ju,14 and - /12,16, and respectively Zi5,ii and - /13,17 are deformed - they "shrink" or "expand" as on the output terminals 7 and 9, 6 and 8, respectively, Hall potentials are generated. This sensory action is a manifestation of the plane magnetosensitive Hall effect, [1 - 10]. The potentials form at the differential outputs 19 and 20 Hall voltages V 19 (J5) and Ugoff), which are the information indicators for the two orthogonal components B x and B y of the magnetic field vector B 21. The voltages V^//?) and V 2 i(T?) are linear and odd functions of the magnetic fields B x and B y . As a result of the construction of the biaxial magnetometer of Figure 1, the sensitivity of the two output channels 19 and 20 is substantially increased. The reason is that contacts 7 and 9, as well as 6 and 8, are located outside the areas of current flow /yudd = |- /12,10! and /15,11 = |-/13,17(. In this case, the shunting action of the surface electronic states on the Hall potentials is minimized and the voltages Vi 9 (B) 19 and В 2 o(^) 20 increase. Moreover, the orthogonality of the corresponding current components relative to the two plane vectors B x and B y of the magnetic field B 21 is technologically improved. Thus, the forces F L ,i act maximally effectively on the components, generating significant Hall potentials on the surface of structures 2, 3, 4 and 5. The absolute value of the vector of the magnetic field B 21 in the x-y plane and the angle Θ of the field B 21 relative to a fixed reference axis in the same plane are given by the expressions: |B| = (B x 2 + B, 2 ) 1 ' 2 and Θ = ta«-'(V y (B y )/V x (B x )), [1 - 3].

Новото решение, Фигура 1, повишава резолюцията на сензора при измерване на минималната магнитна индукция Bmin. Този резултат е следствие освен от високата чувствителност и понижения офсет, но и от намаления вътрешен 1//(фликер) шум на двата канала 19 и 20. Причината е, че захранващите токове /щдд = |- /12,10! и As.n = I- /13,17! не протичат през зоните с първите (изходните) контакти 7-9 и 6-8, което съществено ограничава флуктуационните процеси в информационните сигнали V^B) 19 и У20(В) 20, [11].The new solution, Figure 1, increases the resolution of the sensor when measuring the minimum magnetic induction B min . This result is a consequence not only of the high sensitivity and the reduced offset, but also of the reduced internal 1// (flicker) noise of both channels 19 and 20. The reason is that the supply currents /shdd = |- /12,10! and As.n = I - /13.17! do not flow through the zones with the first (output) contacts 7-9 and 6-8, which significantly limits the fluctuation processes in the information signals V^B) 19 and В 20 (В) 20, [11].

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение е следствие от оригиналната кръстовидна конфигурация от триконтактни елементи на Хол 2, 3, 4 и 5 и иновативното свързване на захранващите контакти 16-17,11- 12и 14-15. Постигнато е драстично ограничение на негативните въздействия и сигнали в отделните изходни канали 19 и 20. Постигнатите резултати са висока канална магниточувствителност, повишена измервателна точност, отстранено междуканално влияние и висока резолюция.The unexpected positive effect of the new technical solution is a consequence of the original cross-shaped configuration of three-contact Hall elements 2, 3, 4 and 5 and the innovative connection of the power contacts 16-17, 11-12 and 14-15. A drastic limitation of the negative effects and signals in the individual output channels 19 and 20 has been achieved. The achieved results are high channel magnetic sensitivity, increased measurement accuracy, removed inter-channel influence and high resolution.

Широк обхват на приложимост новият сензор има в комбинация с магнитномодулаторни системи, съдържащи два и повече постоянни магнити, включително ориентирани един спрямо друг с едноименните си полюси, например за измерване на едноосен натиск при пресите и др.The new sensor has a wide range of applicability in combination with magnetic modulator systems containing two or more permanent magnets, including those oriented relative to each other with their poles of the same name, for example for measuring uniaxial pressure in presses, etc.

Двуосният магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол може да се реализира с различни модификации на интегралната силициева технология - CMOS, BiCMOS, SOS, а при необходимост може да се използват микромашининг силициеви процеси. Новият 2-D микросензор функционира и в областта на криогенните температури, което повишава чувствителността и допълнително минимизира 1// шума на двата канала, особено за целите на слабополевата магнитометрия, навигацията и контратероризма.The biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements can be realized with various modifications of the integral silicon technology - CMOS, BiCMOS, SOS, and if necessary, micromachining silicon processes can be used. The new 2-D microsensor also operates in the cryogenic temperature range, which increases sensitivity and further minimizes 1// noise on both channels, especially for weak-field magnetometry, navigation and counterterrorism purposes.

ПРИЛОЖЕНИЕ: една фигураAPPENDIX: one figure

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

[1] C.S. Roumenin, Microsensors for magnetic field, in „MEMS - a practical guide to design, analysis and applications”, Ch. 9, ed. by J. Korvink and O. Paul, William Andrew Publ., USA, 2006, pp. 453-523; ISBN: 0-8155-1497-2.[1] C.S. Roumenin, Microsensors for magnetic field, in "MEMS - a practical guide to design, analysis and applications", Ch. 9, ed. by J. Korvink and O. Paul, William Andrew Publ., USA, 2006, pp. 453-523; ISBN: 0-8155-1497-2.

[2] R. Popovic, „Hall effect devices”, 2nd ed., The Adam Hilger series on sensors, Bristol, IOP Publ. Ltd, 2004, p. 419; ISBN: 0-7503-0855-2.[2] R. Popovic, "Hall effect devices", 2nd ed., The Adam Hilger series on sensors, Bristol, IOP Publ. Ltd, 2004, p. 419; ISBN: 0-7503-0855-2.

[3] C. Roumenin, „Solid State Magnetic Sensors” - Handbook of Sensors and Actuators, Elsevier, Amsterdam-Lausanne-New York-OxfordShannon-Tokyo, 1994, p. 450; ISBN: 0 444 89401.[3] C. Roumenin, "Solid State Magnetic Sensors" - Handbook of Sensors and Actuators, Elsevier, Amsterdam-Lausanne-New York-OxfordShannon-Tokyo, 1994, p. 450; ISBN: 0 444 89401.

[4] C. Sander, M. Comils, M.C. Vecchi, O. Paul, Sensitivitatsoptimitechnik Kongress, 3013, pp. 559-562.[4] C. Sander, M. Comils, M.C. Vecchi, O. Paul, Sensitivitatsoptimitechnik Kongress, 3013, pp. 559-562.

[5] C. Sander, C. Leube, O. Paul, Novel compact two-dimensional CMOS vertical Hall sensor, Proc. 18th Intern. Conf, on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Transducers, 2015, pp. 1164-1167.[5] C. Sander, C. Leube, O. Paul, Novel compact two-dimensional CMOS vertical Hall sensor, Proc. 18 th Intern. Conf, on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Transducers, 2015, pp. 1164-1167.

[6] R.S. Popovic, P. Kejik, S. Reymond, E. Swiss et al., Multi-axis integrated Hall magnetic sensors, Nucl. Technol. Radiat. Prot., 39(88), (2007), pp. 20-80.[6] R.S. Popovic, P. Kejik, S. Reymond, E. Swiss et al., Multi-axis integrated Hall magnetic sensors, Nucl. Technol. Radiat. Prot., 39(88), (2007), pp. 20-80.

[7] S. Reymond, P. Kejik, R. Popovic, True 2D CMOS integrated Hall sensor, IEEE Sens. J., (2007), pp. 860-863.[7] S. Reymond, P. Kejik, R. Popovic, True 2D CMOS integrated Hall sensor, IEEE Sens. J., (2007), pp. 860-863.

[8] M. Paranjape, L. Landsberger, M. Kahrizi, A 2-D vertical Hall magnetic field sensor using active carrier confinement and micromachining techniques, Proc, of the 8th Intern. Confer, on Solid-State Sensors and Actuators, and Eurosensors IX, Transducers ’95, Stockholm, 1995, pp. 253-256.[8] M. Paranjape, L. Landsberger, M. Kahrizi, A 2-D vertical Hall magnetic field sensor using active carrier confinement and micromachining techniques, Proc, of the 8 th Intern. Confer, on Solid-State Sensors and Actuators, and Eurosensors IX, Transducers '95, Stockholm, 1995, pp. 253-256.

[9] S.V. Lozanova, Ch.S. Roumenin, Paralell-field silicon Hall effect microsensors with minimal design complexity, IEEE Sensors Journal, 9(7) (2009), pp. 761-766[9] S.V. Lozanova, Ch.S. Roumenin, Parallel-field silicon Hall effect microsensors with minimal design complexity, IEEE Sensors Journal, 9(7) (2009), pp. 761-766

[10] C. Roumenin, S. Lozanova, S. Noykov, Experimental evidence of magnetically controlled surface current in Hall devices, Sensors and Actuators, A 175, (2012) 45-52.[10] C. Roumenin, S. Lozanova, S. Noykov, Experimental evidence of magnetically controlled surface current in Hall devices, Sensors and Actuators, A 175, (2012) 45-52.

[11] M. Madec, J.-B. Schell, J.-B. Kammerer, C. Lallement, L. Hebrard, Compact modeling of vertical hall-effect devices: electrical behavior, Analog Integr. Circ. Sig. Process, 77 (2013) pp. 183-195.[11] M. Madec, J.-B. Schell, J.-B. Kammerer, C. Lallement, L. Hebrard, Compact modeling of vertical hall-effect devices: electrical behavior, Analog Integr. Circ. Sig. Process, 77 (2013) pp. 183-195.

Claims (1)

Двуосен магниточувствителен сензор съдържащ елементи на Хол, обхващащ полупроводникова подложка, омични контакти, образуващи елементи на Хол и разположени във форма на равностранен кръст, токоизточник като измерваното външно магнитно поле е в равнината на подложката и е с произволна ориентация, ХАРАКТЕРИЗИРАЩ СЕ с това, че полупроводниковата подложка (1) е с р-тип примесна проводимост, върху едната й страна са формирани четири идентични правоъгълни структури от същия полупроводник с л-тип примесна проводимост, разположени във формата на равностранния кръст - по часовниковата стрелка първа (2), втора (3), трета (4) и четвърта (5), образуващи елементите на Хол, всеки от които съдържа по три омични контакти отвън навътре на л-структурите (2), (3), (4) и (5) последователно първи (6), (7), (8) и (9), втори (10), (11), (12) и (13), и трети (14), (15), (16) и (17), вторите контакти (10) и (13) на първата (2) и четвъртата (5) структура са свързани с токоизточника (18), третите контакти (16) и (17) на третата (4) и четвъртата (5) структура са съединени, вторите контакти (11) и (12) на втората (3) и третата (4) структура са свързани, а третите контакти (14) и (15) на първата (2) и втората (3) структура са съединени, първите контакти (7) и (9) на втората (3) и четвъртата (5) структура, и съответно първите контакти (6) и (8) на първата (2) и третата (4) са диференциалните изходи (19) и (20 за двете ортогонални равнинни компоненти на магнитното поле (21).A biaxial magnetosensitive sensor containing Hall elements comprising a semiconductor substrate, ohmic contacts forming Hall elements and arranged in the form of an equilateral cross, a current source such that the measured external magnetic field is in the plane of the substrate and is of arbitrary orientation, CHARACTERIZED in that the semiconductor substrate (1) has p-type impurity conductivity, four identical rectangular structures of the same semiconductor with l-type impurity conductivity are formed on one side, located in the shape of the equilateral cross - clockwise first (2), second ( 3), third (4) and fourth (5), forming the Hall elements, each of which contains three ohmic contacts from the outside to the inside of the l-structures (2), (3), (4) and (5) sequentially first ( 6), (7), (8) and (9), second (10), (11), (12) and (13), and third (14), (15), (16) and (17), the second contacts (10) and (13) of the first (2) and fourth (5) structures are connected to the current source (18), the third contacts (16) and (17) of the third (4) and fourth (5) structures are connected, the second contacts (11) and (12) of the second (3) and third (4) structures are connected, and the third contacts (14) and (15) of the first (2) and second (3) structures are connected, the first contacts (7) and (9) of the second (3) and fourth (5) structures, and respectively the first contacts (6) and (8) of the first (2 ) and the third (4) are the differential outputs (19) and (20) for the two orthogonal plane components of the magnetic field (21).
BG113292A 2020-12-18 2020-12-18 Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements BG67551B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113292A BG67551B1 (en) 2020-12-18 2020-12-18 Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113292A BG67551B1 (en) 2020-12-18 2020-12-18 Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG113292A true BG113292A (en) 2022-06-30
BG67551B1 BG67551B1 (en) 2023-07-17

Family

ID=85239224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113292A BG67551B1 (en) 2020-12-18 2020-12-18 Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG67551B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG67551B1 (en) 2023-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BG113292A (en) BIAXIAL MAGNETO SENSITIVE SENSOR CONTAINING HALL ELEMENTS
US10948555B2 (en) Magnetic field sensor and magnetoresistance element structure having at least two magnetoresistance elements disposed in a proximate arrangement
BG67380B1 (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG113860A (en) Hall microsensor with resistor elements
BG113356A (en) Hall effect microsensor with more than one output
BG112804A (en) 2D LIVING SENSITIVITY MICROSENSOR WITH PLAN SENSITIVITY
BG67820B1 (en) Vertical element of hall
BG67782B1 (en) Dual hall microsensor
BG113845A (en) Vertical hall microsensor
Lozanova et al. Silicon 2D Magnetic-field Multisensor
BG112694A (en) Integrated two-axis magnetic field sensor
BG112848A (en) SEMICONDUCTOR DEVICE IN THE HALL
BG67383B1 (en) In-plane magnetosensitive hall effect device
BG67791B1 (en) Two-dimensional hall microsensor
BG67775B1 (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG67509B1 (en) Magnetic field sensing device
BG67386B1 (en) Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG66954B1 (en) A 2d semiconductor magnetometer
BG113724A (en) Configuration of a hall with more than one exit
BG67732B1 (en) LIVING ROOM ELEMENT
BG113272A (en) Planar magnetically sensitive sensor
Lozanova et al. 2D in-plane Hall sensing based on a new microdevice coupling concept
BG113625A (en) Integral hall sensor with planar sensitivity
BG112676A (en) Magnetic field sensor
BG113156A (en) Hall effect element with an in-plane sensitivity