[go: up one dir, main page]

BG113806A - The hall plane-sensitive microsensor - Google Patents

The hall plane-sensitive microsensor Download PDF

Info

Publication number
BG113806A
BG113806A BG113806A BG11380623A BG113806A BG 113806 A BG113806 A BG 113806A BG 113806 A BG113806 A BG 113806A BG 11380623 A BG11380623 A BG 11380623A BG 113806 A BG113806 A BG 113806A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
contacts
central
substrate
microsensor
long sides
Prior art date
Application number
BG113806A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG67806B1 (en
Inventor
Сия ЛОЗАНОВА
Вълчева Лозанова Сия
Чавдар РУМЕНИН
Станоев Руменин Чавдар
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 BG113806A priority Critical patent/BG67806B1/en
Publication of BG113806A publication Critical patent/BG113806A/en
Publication of BG67806B1 publication Critical patent/BG67806B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07Hall effect devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

The Hall plane-sensitive microsensor contains a current source (1) and a rectangular semiconductor substrate (2) with n-type impurity conductivit. Five rectangular ohmic contacts, first (3), second (4), third (5), fourth (6), and fifth (7), all parallel to their long sides, are formed in series on one side of it at distances apart. The first (3) and fifth (7), and the second (4) and fourth (6) contacts, respectively, are symmetrical with respect to the third (5), which is central. The second (4) and fourth (6) contacts are close to the central (5) contact. One p-type rectangular bounding zone (8) and (9) is formed on their other long sides and in their vicinity, penetrating the volume of the substrate (2). The first (3) and fifth (7) contacts are located next to the p-type zones (8) and (9). The opposite plane to that with the contacts (3), (4), (5), (6) and (7) contains a highly conductive layer (10). The first contact (3) and the fifth contact (7) are immediately electrically connected and via the current source (1) are connected to the central contact (5). The second (4) and fourth (6) contacts are the differential output (11) of the Hall effect microsensor with the measured magnetic field (12) parallel to both the plane of the substrate (2) and the long sides of the ohmic contacts (3), (4), (5), (6) and (7).

Description

РАВНИННО-ЧУВСТВИТЕЛЕН МИКРОСЕНЗОР НА ХОЛPLANAR-SENSITIVE HALL MICROSENSOR

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD

Изобретението се отнася до равнинно-чувствителен микросензор на Хол, приложимо в областта на роботиката; автомобилната промишленост, включително хибридните превозни средства и електромобилите; системите за сигурност с изкуствен интелект; роботизираната и минимално инвазивната хирургия; слабополевата и високоточната магнитометрия; квантовата комуникация и навигацията; автоматизацията на процеси в това число безконтактната автоматика; в подводните, наземните и въздушните системи за наблюдение и превенция; контратероризма и др.The invention relates to a planar-sensitive Hall microsensor applicable in the field of robotics; automotive industry, including hybrid vehicles and electric vehicles; artificial intelligence security systems; robotic and minimally invasive surgery; low-field and high-precision magnetometry; quantum communication and navigation; process automation, including contactless automation; in underwater, ground and air surveillance and prevention systems; counterterrorism, etc.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАPRIOR ART

Известен е равнинно-чувствителен микросензор на Хол, съдържащ правоъгълна полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост. Върху едната й страна на разстояния един от друг са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, всичките успоредни на дългите си страни. Първият и петият, и съответно вторият и четвъртият контакт са симетрични спрямо третия, който е централен. Вторият и четвъртият контакт са разположени в средните зони между централния и крайните контакти. Първият и петият контакт са непосредствено електрически съединени и през токоизточник са свързани с третия. Вторият и четвъртият контакт са диференциалният изход на микросензора на Хол, а измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на омичните контакти, [1-9].A planar-sensitive Hall microsensor is known, containing a rectangular semiconductor substrate with n-type impurity conductivity. On one side of it, at distances from each other, five rectangular ohmic contacts are formed sequentially - first, second, third, fourth and fifth, all parallel to their long sides. The first and fifth, and respectively the second and fourth contacts are symmetrical to the third, which is central. The second and fourth contacts are located in the middle zones between the central and end contacts. The first and fifth contacts are directly electrically connected and are connected to the third through a current source. The second and fourth contacts are the differential output of the Hall microsensor, and the measured magnetic field is parallel to both the plane of the substrate and the long sides of the ohmic contacts, [1-9].

Недостатък на този равнинно-чувствителен микросензор на Хол е ниската магниточувствителност (преобразувателна ефективност) поради генерирането на значително по-ниско Холово напрежение в зоните с изходни контакти по причина а) на по-малкия захранващ ток от този, постъпващ през централния контакт в подложката, тъй като изходното напрежение се определя от срещуположно насочени токови компоненти, всяка от които е около два пъти по-малка от постъпващия ток, б) хоризонталното протичане на част от захранващия ток през зоните на изходните контакти, планарно разположени едновременно със захранващите върху една и съща повърхност на подложката.A disadvantage of this planar-sensitive Hall microsensor is the low magnetic sensitivity (conversion efficiency) due to the generation of a significantly lower Hall voltage in the output contact areas due to a) the smaller supply current than that entering through the central contact in the substrate, since the output voltage is determined by oppositely directed current components, each of which is about two times smaller than the incoming current, b) the horizontal flow of part of the supply current through the output contact areas, planarly located simultaneously with the supply ones on the same surface of the substrate.

Недостатък е също редуцираната метрологична точност в резултат на ниската чувствителност, водеща до забележимо присъствие в изходното напрежение на паразитни сигнали от типични сензорни недостатъци като температурен дрейф, хистерезис, вътрешен 1//(фликер) шум, офсет и др.Another disadvantage is the reduced metrological accuracy as a result of the low sensitivity, leading to a noticeable presence in the output voltage of parasitic signals from typical sensor flaws such as temperature drift, hysteresis, internal 1//(flicker) noise, offset, etc.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL ESSENCE

Задача на изобретението е да се създаде равнинно-чувствителен микросензор на Хол с висока магниточувствителност и повишена измервателна точност.The task of the invention is to create a planar-sensitive Hall microsensor with high magnetic sensitivity and increased measurement accuracy.

Тази задача се решава с равнинно-чувствителен микросензор на Хол, съдържащ токоизточник и правоъгълна полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост. Върху едната й страна на разстояния един от друг са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, всичките успоредни на дългите си страни. Първият и петият, и съответно вторият и четвъртият контакт са симетрични спрямо третия, който е централен. Вторият и четвъртият контакт са в близост до централния. От другите им дълги страни и в близост до тях е формирана по една /?-тип правоъгълна ограничителна зона, проникваща в обема на подложката. Първият и петият контакт са разположени до р-тип зоните. Срещуположната равнина на тази с контактите съдържа високопроводящ слой. Първият и петият контакт са непосредствено електрически съединени и през токоизточника са свързани с централния. Вторият и четвъртият контакт са диференциалният изход на микросензора на Хол като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на омичните контакти.This task is solved with a planar-sensitive Hall microsensor, containing a current source and a rectangular semiconductor substrate with n-type impurity conductivity. On one side of it, at distances from each other, five rectangular ohmic contacts are formed sequentially - first, second, third, fourth and fifth, all parallel to their long sides. The first and fifth, and respectively the second and fourth contacts are symmetrical to the third, which is central. The second and fourth contacts are near the central one. On their other long sides and near them, a /?-type rectangular limiting zone is formed, penetrating into the volume of the substrate. The first and fifth contacts are located next to the p-type zones. The plane opposite the one with the contacts contains a highly conductive layer. The first and fifth contacts are directly electrically connected and are connected to the central one through the current source. The second and fourth contacts are the differential output of the Hall microsensor as the measured magnetic field is parallel to both the plane of the substrate and the long sides of the ohmic contacts.

Предимство на изобретението е високата магниточувствителност в резултат на четири фактора. Първият са двете ограничителни /?-тип зони в близост до изходните контакти, спомагащи за значително по-дълбоко проникване в обема на целия захранващ ток от централния контакт преди разделянето му на две срещуположни компоненти, което повишава съществено страничното Лоренцово отклонение на целия ток в магнитно поле; Вторият са силно редуцираните хоризонтални компоненти на захранващия ток в приповърхностната област на подложката от формираните дълбоки р-тип зони откъм дългите страни на втория и четвъртия контакт; Третият е акумулиращата роля на ограничителните р-тип зони до изходните контакти на отрицателни и положителни товари върху тях в магнитно поле, от постъпващия ток през централния контакт, което повишана напрежението на Хол; и Четвъртият е високопроводящият слой върху срещуположната страна на подложката, допринасящ също за по-дълбоко проникване на тока от третия контакт в подложката. Ето защо съществено по-голямият захранващ ток в механизма на Хол генерира значително по-висока стойност на изходното напрежение, т.е. магниточувствителност.An advantage of the invention is the high magnetic sensitivity resulting from four factors. The first is the two restrictive /?-type zones near the output contacts, contributing to a significantly deeper penetration into the volume of the entire supply current from the central contact before its division into two opposite components, which significantly increases the lateral Lorentz deviation of the entire current in a magnetic field; The second is the greatly reduced horizontal components of the supply current in the near-surface region of the substrate by the formed deep p-type zones on the long sides of the second and fourth contacts; The third is the accumulating role of the restrictive p-type zones near the output contacts of negative and positive charges on them in a magnetic field, from the incoming current through the central contact, which increases the Hall voltage; and The fourth is the highly conductive layer on the opposite side of the substrate, also contributing to a deeper penetration of the current from the third contact into the substrate. This is why the significantly higher supply current in the Hall mechanism generates a significantly higher output voltage value, i.e. magnetosensitivity.

Предимство е още повишената метрологична резолюция при детектиране на минималната магнитна индукция 5min поради увеличеното отношение сигнал/шум чрез високата чувствителност и силно редуцираните шумови флуктуации с помощта на дълбоките /?-тип зони, ограждащи втория и четвъртия контакти.Another advantage is the increased metrological resolution when detecting the minimum magnetic induction 5 m i n due to the increased signal-to-noise ratio through the high sensitivity and the greatly reduced noise fluctuations with the help of the deep /?-type zones surrounding the second and fourth contacts.

Предимство е и нарастналата измервателна точност поради високата чувствителност и редуцираните шумови флуктуации.Another advantage is the increased measurement accuracy due to high sensitivity and reduced noise fluctuations.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE APPENDIX FIGURES

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено схематично на приложената Фигура 1, представляваща напречното сечение на микросензора на Хол.The invention is explained in more detail by an exemplary embodiment thereof, schematically shown in the attached Figure 1, representing the cross-section of the Hall microsensor.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕEXAMPLES OF IMPLEMENTATION

Равнинно-чувствителният микросензор на Хол съдържа токоизточник 1 и правоъгълна полупроводникова подложка 2 с и-тип примесна проводимост. Върху едната й страна на разстояния един от друг са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи 3, втори 4, трети 5, четвърти 6 и пети 7, всичките успоредни на дългите си страни. Първият 3 и петият 7, и съответно вторият 4 и четвъртият 6 контакт са симетрични спрямо третия 5, който е централен. Вторият 4 и четвъртият 6 контакт са в близост до централния 5. От другите им дълги страни и в близост до тях е формирана по една р-тип правоъгълна ограничителна зона 8 и 9, проникваща в обема на подложката 2. Първият 3 и петият 7 контакт са разположени до р-тип зоните 8 и 9. Срещуположната равнина на тази с контактите 3, 4, 5, 6 и 7 съдържа високопроводящ слой 10. Първият 3 и петият 7 контакт са непосредствено електрически съединени и през токоизточника 1 са свързани с централния 5. Вторият 4 и четвъртият 6 контакт са диференциалният изход 11 на микросензора на Хол като измерваното магнитно поле 12 е успоредно както на равнината на подложката 2, така и на дългите страни на омичните контакти 3, 4, 5, 6 и 7.The planar Hall-sensitive microsensor contains a current source 1 and a rectangular semiconductor substrate 2 with i-type impurity conductivity. On one side of it, at distances from each other, five rectangular ohmic contacts are formed sequentially - the first 3, the second 4, the third 5, the fourth 6 and the fifth 7, all parallel to their long sides. The first 3 and the fifth 7, and the second 4 and the fourth 6, respectively, are symmetrical to the third 5, which is central. The second 4 and the fourth 6 contacts are near the central 5. On their other long sides and near them, a p-type rectangular limiting zone 8 and 9 is formed, penetrating into the volume of the substrate 2. The first 3 and the fifth 7 contacts are located next to the p-type zones 8 and 9. The plane opposite the one with the contacts 3, 4, 5, 6 and 7 contains a highly conductive layer 10. The first 3 and the fifth 7 contacts are directly electrically connected and are connected to the central 5 through the current source 1. The second 4 and the fourth 6 contacts are the differential output 11 of the Hall microsensor, as the measured magnetic field 12 is parallel to both the plane of the substrate 2 and the long sides of the ohmic contacts 3, 4, 5, 6 and 7.

Действието на равнинно-чувствителния микросензор на Хол, известен още като вертикален, съгласно изобретението, е следното. При включване на токоизточника 1 към контактите 5 и 3-7, през централния електрод 5 в обема на подложката 1 протича захранващият ток /5. В резултат на оригиналното техническо решение - формираните в близост до контакти 4 и 6 нисколегирани р-тип зони (рингове) 8 и 9, целият ток /5 пронкива в дълбочина на подложката 2 без странично разсейване. Тези зони 8 и 9 не позволяват разделянето на тока /5 близко до повърхността на две противоположно насочени към крайните контакти 3 и 7 компоненти /53 и -/5>7; (/5/2) = /5,3 = ΙΑ?!· Равенството на тези токове е следствие от симетрията на структурата 2 по отношение на централния терминал 5. След определена степен на проникване, зависеща от размерите на електродите 3, 5 и 7, силата на тока /5, дълбочината на р-тип зоните 8 и 9, и ефективното съпротивление R* на подложката 2, т.е. концентрацията на легиращата примес, например фосфор Р, захранващият ток /5 се разделя на две равни компоненти /5;3 и -/5>7, насочени към електроди 3 и 7. Траекториите на електроните в подложката 2 са криволинейни, [5,6,8,9]. Предпоставка за вертикалното проникване w на тока /5 е също еквипотенциалността на централния омичен контакт 5 в отсъствие на магнитно поле В 12. Най-общо тази дълбочина w при фиксирана концентрация на донорната примес ND в п-тип подложката 2 зависи от съотношението М между ширината /1 на захранващия контакт 5, или 3 и 7, и разстоянията I2 между тях, М = /]//2, [8]. Изчислената дълбочина w при найчесто използваната в микроелектрониката концентрация на легиращи донорни примеси ND ~ 1015 cm’3 в Si и например разстояние /2 ~ 30 pm съставлява около w ~ 30 - 40 pm. Същевременно вертикално насочващ ефект върху тока /5 осъществяват двете /?-тип зони 8 и 9 в съседство с централния контакт 5. Близостта на нисколегираните р-тип рингове 8 и 9 до п+контактите се определя от използаните за реализация на сензора IC технологични процеси. Кинетиката на електроните в не малка степен е подсилена и от високопроводящия слой 10 с плаващ потенциал върху срещуположната страна, Фигура 1. Същевременно р-тип ограничителните рингове 8 и 9 препятстват разтичането на захранващия ток /5 по повърхността на подложката 2. В резултат силно се минимизират метрологичните грешки и флуктуациите на изхода 11 като точността е повишена.The operation of the planar-sensitive Hall microsensor, also known as vertical, according to the invention is as follows. When the current source 1 is connected to the contacts 5 and 3-7, the supply current / 5 flows through the central electrode 5 in the volume of the substrate 1. As a result of the original technical solution - the low-alloy p-type zones (rings) 8 and 9 formed near the contacts 4 and 6, the entire current / 5 penetrates into the depth of the substrate 2 without lateral scattering. These zones 8 and 9 do not allow the separation of the current / 5 close to the surface into two components / 53 and -/ 5>7 directed oppositely to the end contacts 3 and 7; (/5/2) = /5,3 = ΙΑ?!· The equality of these currents is a consequence of the symmetry of the structure 2 with respect to the central terminal 5. After a certain degree of penetration, depending on the dimensions of the electrodes 3, 5 and 7, the current strength / 5 , the depth of the p-type zones 8 and 9, and the effective resistance R* of the substrate 2, i.e. the concentration of the doping impurity, for example phosphorus P, the supply current / 5 is divided into two equal components / 5;3 and -/ 5>7 , directed to electrodes 3 and 7. The trajectories of the electrons in the substrate 2 are curvilinear, [5,6,8,9]. A prerequisite for the vertical penetration w of the current / 5 is also the equipotentiality of the central ohmic contact 5 in the absence of a magnetic field B 12. In general, this depth w at a fixed concentration of the donor impurity N D in the n-type substrate 2 depends on the ratio M between the width / 1 of the supply contact 5, or 3 and 7, and the distances I2 between them, M = /]// 2 , [8]. The calculated depth w at the most commonly used in microelectronics concentration of doping donor impurities N D ~ 10 15 cm' 3 in Si and, for example, a distance / 2 ~ 30 pm constitutes about w ~ 30 - 40 pm. At the same time, a vertical directing effect on the current /5 is performed by the two /?-type zones 8 and 9 adjacent to the central contact 5. The proximity of the low-doped p-type rings 8 and 9 to the p + contacts is determined by the technological processes used to realize the sensor IC. The kinetics of the electrons is also enhanced to a large extent by the highly conductive layer 10 with a floating potential on the opposite side, Figure 1. At the same time, the p-type limiting rings 8 and 9 prevent the flow of the supply current /5 along the surface of the substrate 2. As a result, metrological errors and fluctuations of the output 11 are greatly minimized, and the accuracy is increased.

При наличие на външно магнитно поле В 12 токовете /5, /53 и -/5 7 са подложени на отклоняващото странично действие на силите на Лоренц = i?Vdr х В, където q е елементарният товар на електрона, а Ущ е векторът на средната дрейфова скорост на токоносителите. Ето защо токовите линии се деформират. Централният ток /5, отоговорен в нашия случай за магниточувствителността, се отклонява наляво или надясно, Фигура 1. Генерираните токоносители се натрупват/акумулират в зоните на изходните контакти 4 и 6. Рринговете 8 и 9 в близост до контакти 4 и 6 не позволяват разтичане на допълнителните неравновесни електрони, генерирани от силите на Лоренц. Тяхната концентрация, например, положителни товари върху контакта 4 и отрицателни върху терминал 6, повишават съществено изходното напрежение на Хол Ун4,б(^) И. Същевременно чрез силите на Лоренц токове /5 3 и -/5,7 „се свиват” към горната страна на структурата 2, или „се разгъват” в обема й. Това поведение се определя от посоките на полето В 12 и на отделните компоненти /53 и -/5 7.In the presence of an external magnetic field B 12, the currents / 5 , / 53 and -/ 5 7 are subjected to the deflecting lateral action of the Lorentz forces = i?V dr x B, where q is the elementary charge of the electron, and Usht is the vector of the average drift velocity of the current carriers. That is why the current lines are deformed. The central current / 5 , responsible in our case for the magnetic susceptibility, is deflected to the left or right, Figure 1. The generated current carriers accumulate/accumulate in the areas of the output contacts 4 and 6. The rings 8 and 9 near contacts 4 and 6 do not allow the additional non-equilibrium electrons generated by the Lorentz forces to leak out. Their concentration, for example, positive charges on contact 4 and negative on terminal 6, significantly increases the output voltage of the Hall Vn4,b(^) I. At the same time, through the Lorentz forces, currents / 5 3 and -/5,7 "contract" towards the upper side of the structure 2, or "unfold" in its volume. This behavior is determined by the directions of the field B 12 and the individual components / 53 and -/5 7.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава в специфичната конструкция. С помощта на двете /?-тип зони 8 и 9 целият постъпващ в микросензора ток /5 прониква дълбоко в обема на подложката 2. За първи път в този клас елементи на Хол се използва подход, повишаващ магниточувствителността чрез Лоренцово отклонение на практически целия захранващ ток /5. В новата конфигурация изходните терминали 4 и 6 са разположени съществено по-близко до централния захранващ контакт 5 в противовес на разпространената до сега локация те да са или до крайните контакти 3 и 7, или в средните части между централния 5 и електроди 3 и 7. Предложеното решение съдържа няколко предимства: а) повишава се около два пъти магниточувствителността; б) нараства отношението сигнал/шум, едновременно и резолюцията при детектиране на минималната магнитна индукция Bmin 12, включително се увеличава и измервателната точност.The unexpected positive effect of the new technical solution lies in the specific design. With the help of the two /?-type zones 8 and 9, the entire current / 5 entering the microsensor penetrates deep into the volume of the substrate 2. For the first time in this class of Hall elements, an approach is used that increases the magnetic sensitivity by Lorentzian deviation of practically the entire supply current / 5. In the new configuration, the output terminals 4 and 6 are located significantly closer to the central supply contact 5 as opposed to the previously common location where they are either next to the end contacts 3 and 7, or in the middle parts between the central 5 and electrodes 3 and 7. The proposed solution contains several advantages: a) the magnetic sensitivity increases by about two times; b) the signal-to-noise ratio increases, simultaneously with the resolution when detecting the minimum magnetic induction B min 12, including the measurement accuracy increases.

Равнинно-чувствителният микросензор на Хол може да се реализира с CMOS, BiCMOS или микромашининг микроелектронни технологии. Омичните контакти 3, 4, 5, 6 и 7 са силно легирани п+ области, формирани с епитаксия и дълбочина около 1 pm. Нисколегираните /?-тип зони 8 и 9 могат да бъдат заменени с „ровове” или „траншеи” с подходяща дълбочина (trench etch depth) чрез процедурата ецване. Високопроводящият слой 10 се реализира както с метализация, така и с високопроводящ „вкопан” (buried layer) п+-слой. Обект на оптимизация могат да бъдат ширините на централния контакт 5 и на изходните терминали 4 и 6. Така може да се постигне едновременно най-съществена дълбочина на вертикално проникване на тока /5 в обема както и максимална стойност на изходното напрежение 11. Микросензорът на Хол може да функционира в широк температурен интервал, включително в криогенна среда, което подобрява основните му характеристики. За още по-висока преобразувателна ефективност за целите на слабополевата и високоточната магнитометрия, сеизмологията, контратероризма, навигацията и др., силициевият чип с микросензора може да се разположи между два еднакви концентратора на полето В 12 от ферит или μ-метал. За още по-висока магнитоелектрична конверсия следва да се използва полупроводникът n-GaAs от групата А В , чиято електронна подвижност μη при стайна температура Т = 300 К е повече от 8 пъти повисока от тази на n-Si. Новото сензорно решение е подходящо за 2D и 3D векторни магнитометри.The planar Hall-sensitive microsensor can be implemented with CMOS, BiCMOS or micromachining microelectronic technologies. The ohmic contacts 3, 4, 5, 6 and 7 are highly doped n + regions formed by epitaxy and with a depth of about 1 pm. The low-doped /?-type regions 8 and 9 can be replaced by “trench” or “trench” of appropriate depth (trench etch depth) by the etching procedure. The highly conductive layer 10 is implemented both with metallization and with a highly conductive “buried” (buried) n + -layer. The object of optimization can be the widths of the central contact 5 and the output terminals 4 and 6. Thus, it is possible to achieve simultaneously the most significant depth of vertical penetration of the current / 5 into the volume as well as the maximum value of the output voltage 11. The Hall microsensor can operate in a wide temperature range, including in a cryogenic environment, which improves its main characteristics. For even higher conversion efficiency for the purposes of weak-field and high-precision magnetometry, seismology, counterterrorism, navigation, etc., the silicon chip with the microsensor can be placed between two identical field concentrators B 12 made of ferrite or μ-metal. For even higher magnetoelectric conversion, the n-GaAs semiconductor from the AB group should be used, whose electron mobility μ η at room temperature T = 300 K is more than 8 times higher than that of n-Si. The new sensor solution is suitable for 2D and 3D vector magnetometers.

ПРИЛОЖЕНИЕ: една фигураAPPENDIX: one figure

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

[1] С. Schott, Vertical hall sensor, US Patent № US20100133632A1/03.06.2010.[1] S. Schott, Vertical hall sensor, US Patent No. US20100133632A1/03.06.2010.

[2] A.M.J. Huiser, H.P. Baltes, Numerical modelling of vertical Hall-effect devices, IEEE Electron Device Letters, EDL-5(11) (1984) pp. 468-470.[2] A.M.J. Huiser, H.P. Baltes, Numerical modeling of vertical Hall-effect devices, IEEE Electron Device Letters, EDL-5(11) (1984) pp. 468-470.

[3] R.S. Popovic, The vertical Hall-effect device, IEEE Electron Device Letters, EDL-5(9) (1984), pp. 357-358.[3] R.S. Popovic, The vertical Hall-effect device, IEEE Electron Device Letters, EDL-5(9) (1984), pp. 357-358.

[4] R. Popovic, Integrated Hall element, US Patent 4 782 375 Al/01.11.1988.[4] R. Popovic, Integrated Hall element, US Patent 4,782,375 Al/01.11.1988.

[5] C. Roumenin, Solid State Magnetic Sensors, Elsevier, Amsterdam, New York 1994, p. 450; ISBN: 0 444 89401.[5] C. Roumenin, Solid State Magnetic Sensors, Elsevier, Amsterdam, New York 1994, p. 450; ISBN: 0 444 89401.

[6] C. Sander, M.-C. Vecchi, M. Cornils, O. Paul, From three-contact vertical Hall elements to symmetrized vertical Hall sensors with low offset, Sensors and Actuators, A 240 (2016) pp. 92-102.[6] C. Sander, M.-C. Vecchi, M. Cornils, O. Paul, From three-contact vertical Hall elements to symmetrized vertical Hall sensors with low offset, Sensors and Actuators, A 240 (2016) pp. 92-102.

[7] T. Kaufmann, On the offset and sensitivity of CMOS-based five-contact vertical Hall devices, in “MEMS Technology and Engineering”, v. 21, Der Andere Verlag, 2013, p. 147; ISBN: 978-3-86247-374-8.[7] T. Kaufmann, On the offset and sensitivity of CMOS-based five-contact vertical Hall devices, in "MEMS Technology and Engineering", v. 21, Der Andere Verlag, 2013, p. 147; ISBN: 978-3-86247-374-8.

[8] C. Roumenin, Microsensors for magnetic field, Ch. 9, in „MEMS - a practical guide to design, analysis and applications”, ed. by J. Korvink and O. Paul, William Andrew Publ., USA, 2006, pp. 453-523; ISBN: 0-8155-1497-2.[8] C. Roumenin, Microsensors for magnetic field, Ch. 9, in "MEMS - a practical guide to design, analysis and applications", ed. by J. Korvink and O. Paul, William Andrew Publ., USA, 2006, pp. 453-523; ISBN: 0-8155-1497-2.

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

Claims (1)

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИPATENT CLAIMS Равнинно-чувствителен микросензор на Хол, съдържащ токоизточник и правоъгълна полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната й страна на разстояния един от друг са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, всичките успоредни на дългите си страни, първият и петият, и съответно вторият и четвъртият контакт са симетрични спрямо третия, който е централен, първият и петият контакт са непосредствено електрически съединени и през токоизточника са свързани с централния, вторият и четвъртият контакт са диференциалният изход на микросензора като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на контактите, ХАРАКТЕРИЗИРАЩ СЕ с това, че вторият (4) и четвъртият (6) контакт са в близост до централния (5), от другите им дълги страни и в близост до тях е формирана по една р-тип правоъгълна ограничителна зона (8) и (9), проникваща в обема на подложката (2), първият (3) и петият (7) контакт са разположени до р-тип зоните (8) и (9) като срещуположната равнина на тази с контактите (3), (4), (5), (6) и (7) съдържа високопроводящ слой (10).A planar Hall-type microsensor comprising a current source and a rectangular semiconductor substrate with n-type impurity conductivity, on one side of which five rectangular ohmic contacts are formed sequentially at distances from each other - first, second, third, fourth and fifth, all parallel to their long sides, the first and fifth, and respectively the second and fourth contacts are symmetrical to the third, which is central, the first and fifth contacts are directly electrically connected and are connected to the central one through the current source, the second and fourth contacts are the differential output of the microsensor, the measured magnetic field being parallel to both the plane of the substrate and the long sides of the contacts, CHARACTERIZED in that the second (4) and fourth (6) contacts are in the vicinity of the central one (5), on their other long sides and in the vicinity of them a p-type rectangular limiting zone (8) is formed and (9), penetrating into the volume of the substrate (2), the first (3) and the fifth (7) contacts are located next to the p-type zones (8) and (9) as the plane opposite to that with the contacts (3), (4), (5), (6) and (7) contains a highly conductive layer (10).
BG113806A 2023-11-03 2023-11-03 The hall plane-sensitive microsensor BG67806B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113806A BG67806B1 (en) 2023-11-03 2023-11-03 The hall plane-sensitive microsensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113806A BG67806B1 (en) 2023-11-03 2023-11-03 The hall plane-sensitive microsensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG113806A true BG113806A (en) 2025-05-15
BG67806B1 BG67806B1 (en) 2025-10-31

Family

ID=96300806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113806A BG67806B1 (en) 2023-11-03 2023-11-03 The hall plane-sensitive microsensor

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG67806B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG67806B1 (en) 2025-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BG113806A (en) The hall plane-sensitive microsensor
BG113809A (en) Vertical hall microsensor
BG113826A (en) DUAL VERTICAL HALL MICROSENSOR
BG113014A (en) Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG112848A (en) SEMICONDUCTOR DEVICE IN THE HALL
BG67643B1 (en) Planar magnetic-sensitive hall sensor
BG113797A (en) Magnetometer
BG113156A (en) Hall effect element with an in-plane sensitivity
BG67414B1 (en) Hall effect element
BG67820B1 (en) Vertical element of hall
BG113812A (en) Two-axis vector hall microsensor
BG112007A (en) A plain magnetically sensitive hall’s effect sensor
BG113589A (en) PLANE-SENSITIVE HALL SENSOR
BG112445A (en) Magnetoresistive sensor
BG113845A (en) Vertical hall microsensor
BG113272A (en) Planar magnetically sensitive sensor
BG113877A (en) Vertical hall microsensor
BG113767A (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG67249B1 (en) Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity
BG113676A (en) Hall microsensor
BG112991A (en) Electronic device with planar magnetic sensitivity
BG113273A (en) Magnetic field microsensor element
BG112436A (en) In-plane sensitive magnetic-field hall device
BG67383B1 (en) In-plane magnetosensitive hall effect device
BG112426A (en) A plane magneto-sensitive microsystem of hall effect sensor