[go: up one dir, main page]

BG113812A - Two-axis vector hall microsensor - Google Patents

Two-axis vector hall microsensor Download PDF

Info

Publication number
BG113812A
BG113812A BG113812A BG11381223A BG113812A BG 113812 A BG113812 A BG 113812A BG 113812 A BG113812 A BG 113812A BG 11381223 A BG11381223 A BG 11381223A BG 113812 A BG113812 A BG 113812A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
square
contacts
substrate
ohmic contact
current source
Prior art date
Application number
BG113812A
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Сия ЛОЗАНОВА
Вълчева Лозанова Сия
Август ИВАНОВ
Йорданов Иванов Август
Мартин Ралчев
Лъчезаров Ралчев Мартин
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 BG113812A priority Critical patent/BG113812A/en
Publication of BG113812A publication Critical patent/BG113812A/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)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Двуосният векторен микросензор на Хол съдържа токоизточник (1) в режим генератор на постоянен ток и квадратна полупроводникова подложка (2) е n-тип примесна проводимост. От едната й страна в централната област е формиран квадратен омичен контакт (3). Спрямо четирите му страни и на равни разстояния от тях е разположен по един правоъгълен омичен контакт съответно (4), (5), (6) и (7), чиято дължина е равна на страната на квадратния 3. Четирите контакта (4), (5), (6) и (7) са обхванати от вграден в подложката (2) ринг (8) от същия полупроводник с р-тип проводимост, проникващ в обема и е форма на симетричен малтийски кръст. Срещуположната страна на тази с контактите (4), (5), (6) и (7) и ринга (8) съдържа високопроводящ слой (9), представляващ омичен контакт. Квадратният контакт (3) през токоизточника (1) е свързан електрически със слоя (9). Двойките срещуположни контакти (4) и (6), и съответно (5) и (7) спрямо квадратния (3) са диференциалните изходи (10) и (11) за двете ортогонални равнинни компоненти на магнитното поле (12), което е в равнината на подложката (2) и е с произволна ориентация.The two-axis Hall vector microsensor contains a current source (1) in the DC generator mode and a square semiconductor substrate (2) of n-type impurity conductivity. On one side of it in the central region, a square ohmic contact (3) is formed. Towards its four sides and at equal distances from them, one rectangular ohmic contact is located, respectively (4), (5), (6) and (7), the length of which is equal to the side of the square 3. The four contacts (4), (5), (6) and (7) are covered by a ring (8) of the same semiconductor with p-type conductivity, embedded in the substrate (2), penetrating the volume and having the shape of a symmetrical Maltese cross. The opposite side of the one with the contacts (4), (5), (6) and (7) and the ring (8) contains a highly conductive layer (9), representing an ohmic contact. The square contact (3) is electrically connected to the layer (9) via the current source (1). The pairs of opposite contacts (4) and (6), and (5) and (7) respectively with respect to the square (3) are the differential outputs (10) and (11) for the two orthogonal planar components of the magnetic field (12), which is in the plane of the substrate (2) and has an arbitrary orientation.

Description

ДВУОСЕН ВЕКТОРЕН МИКРОСЕНЗОР НА ХОЛTWO-AXIS VECTOR HALL MICROSENSOR

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD

Изобретението се отнася до двуосен векторен микросензор на Хол, приложимо в областта на медицината в това число роботизираната и минимално инвазивната хирургия; роботиката и мехатрониката; системите с изкуствен интелект; слабополевата и високоточната магнитометрия; навигацията; управлението на процеси и устройства, включително безконтактната автоматика; контролно-измервателната технология; 2D позициониране на обекти в равнината; електромобилостроенето; дистанционното измерване на ъглови и линейни премествания; военното дело и сигурността - наземни въздушни и подводни системи за наблюдение и превенция; контратероризма и др.The invention relates to a two-axis vector Hall microsensor, applicable in the field of medicine, including robotic and minimally invasive surgery; robotics and mechatronics; artificial intelligence systems; low-field and high-precision magnetometry; navigation; process and device control, including contactless automation; control and measurement technology; 2D positioning of objects in the plane; electric vehicle construction; remote measurement of angular and linear displacements; military and security - ground, air and underwater surveillance and prevention systems; counterterrorism, etc.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАPRIOR ART

Известен е двуосен векторен микросензор на Хол, измерващ едновременно и независимо двете равнинни компоненти на магнитното поле, съдържащ квадратна /г-тип полупроводникова (силициева) подложка, върху едната й страна в централната област е формиран централен омичен контакт с квадратна форма. На разстояния и симетрично спрямо четирите му страни има последователно по един правоъгълен вътрешен омичен контакт и по един правоъгълен външен омичен контакт, всичките с еднакви размери. Четирите външни контакта са електрически съединени и през токоизточник в режим генератор на постоянно напрежение са свързани с централния контакт. Измерваното магнитно поле е в равнината на подложката и е с произволна ориентация. Двойките срещуположни спрямо централния вътрешни контакти са изходите за двете ортогонални равнинни компоненти на магнитното поле, [1-6].A two-axis vector Hall microsensor is known, measuring simultaneously and independently the two planar components of the magnetic field, containing a square /r-type semiconductor (silicon) substrate, on one side of which in the central region a central ohmic contact with a square shape is formed. At distances and symmetrically with respect to its four sides there is successively one rectangular inner ohmic contact and one rectangular outer ohmic contact, all of the same dimensions. The four outer contacts are electrically connected and through a current source in the constant voltage generator mode are connected to the central contact. The measured magnetic field is in the plane of the substrate and has an arbitrary orientation. The pairs of inner contacts opposite to the central one are the outputs for the two orthogonal planar components of the magnetic field, [1-6].

Недостатък на този двуосен векторен микросензор на Хол е ниската измервателна точност в резултат на паразитното междуканално влияние и хаотичните флуктуации в Холовите напрежения, внасящи метрологични грешки в двата изхода вследствие нерегламентираното разтичане по повърхността на подложката на част от захранващия ток.A disadvantage of this two-axis vector Hall microsensor is the low measurement accuracy as a result of the parasitic inter-channel influence and the chaotic fluctuations in the Hall voltages, introducing metrological errors in both outputs due to the unregulated leakage of part of the supply current along the substrate surface.

Недостатък е също понижената магниточувствителност на двата канала при захранване генератор постоянно напрежение от: 1. разтичането по повърхността на подложката на част от захранващия ток, неучастващ във формирането на преобразувателната ефективност (чувствителността) на микросензора, и 2. зависимостта на чувствителността от изменението на температурата на околната среда, променяща подвижността и концентрацията на електроните в подложката.Another disadvantage is the reduced magnetic sensitivity of both channels when powered by a constant voltage generator due to: 1. the leakage of part of the supply current along the surface of the substrate, not participating in the formation of the conversion efficiency (sensitivity) of the microsensor, and 2. the dependence of the sensitivity on the change in the ambient temperature, which changes the mobility and concentration of electrons in the substrate.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL ESSENCE

Задача на изобретението е да се създаде двуосен векторен микросензор на Хол с висока измервателна точност и магниточувствителност на двата изходни канала чрез редуциране на повърхностния ток, междуканалното влияние, флуктуациите както и температурно стабилизиране на преобразувателната ефективност.The task of the invention is to create a two-axis vector Hall microsensor with high measurement accuracy and magnetic sensitivity of both output channels by reducing the surface current, inter-channel influence, fluctuations, as well as temperature stabilization of the conversion efficiency.

Тази задача се решава с двуосен векторен микросензор на Хол, съдържащ токоизточник в режим генератор на постоянен ток и квадратна полупроводникова подложка с и-тип примесна проводимост. От едната й страна в централната област е формиран квадратен омичен контакт. Спрямо четирите му страни и на равни разстояния от тях е разположен по един правоъгълен омичен контакт, чиято дължина е равна на страната на квадратния. Четирите контакта са обхванати от вграден в подложката ринг от същия полупроводник с р-тип проводимост, проникващ в обема и с форма на симетричен малтийски кръст. Срещуположната страна на тази с контактите и ринга съдържа високопроводящ слой, представляващ омичен контакт. Квадратният контакт през токоизточника е свързан електрически с високопроводящия слой. Двойките срещуположни контакти спрямо квадратния са диференциалните изходи за двете ортогонални равнинни компоненти на магнитното поле, което е в равнината на подложката и е с произволна ориентация.This problem is solved with a two-axis vector Hall microsensor containing a current source in the DC generator mode and a square semiconductor substrate with i-type impurity conductivity. On one side of it in the central region, a square ohmic contact is formed. Relative to its four sides and at equal distances from them, a rectangular ohmic contact is located, the length of which is equal to the side of the square. The four contacts are covered by a ring built into the substrate from the same semiconductor with p-type conductivity, penetrating the volume and having the shape of a symmetrical Maltese cross. The opposite side of the one with the contacts and the ring contains a highly conductive layer, representing an ohmic contact. The square contact is electrically connected to the highly conductive layer through the current source. The pairs of contacts opposite to the square are the differential outputs for the two orthogonal planar components of the magnetic field, which is in the plane of the substrate and has an arbitrary orientation.

Предимство на изобретението е високата измервателна точност на двата сензорни изхода в резултат отсъствие на междуканално влияние и хаотични флуктуации вследствие драстичното минимизиране на разтичането по повърхността на подложката на част от захранващия ток чрез вградения дълбок р-тип ринг с форма на малтийски кръст.An advantage of the invention is the high measurement accuracy of the two sensor outputs as a result of the absence of inter-channel influence and chaotic fluctuations due to the drastic minimization of the leakage of part of the supply current along the substrate surface through the built-in deep p-type ring in the shape of a Maltese cross.

Предимство е също високата чувствителност (преобразувателната ефективност) на двата сензорни канала поради участие практически на целия захранващ ток в магнитоелектричната конверсия, както и конструкцията на микросензора, в която разстоянието между двата захранващи контакта е достатъчно голямо, давайки възможност силите на Лоренц да отклоняват значително количество електрони от обема на подложката към зоните с двойките изходни контакти. Освен това р-тип рингът препятства разтичане на концентрираните от силите на Лоренц токоносители в областите с изходни контакти, което също увеличава чувствителността.Another advantage is the high sensitivity (conversion efficiency) of the two sensor channels due to the participation of practically the entire supply current in the magnetoelectric conversion, as well as the design of the microsensor, in which the distance between the two supply contacts is large enough, allowing the Lorentz forces to divert a significant amount of electrons from the substrate volume to the areas with the pairs of output contacts. In addition, the p-type ring prevents the leakage of the current carriers concentrated by the Lorentz forces into the areas with the output contacts, which also increases the sensitivity.

Предимство е още температурно стабилизираната магниточувствителност поради режима на захранване генератор на постоянен ток, запазващ постоянство на концентрацията на електроните в транспортния и галваномагнитния процес в подложката и минимизиращ температурното изменение на подвижността им. Така се гарантира непроменена конверсия на магнитното поле в широк температурен обхват без каквито и да са допълнителни електронни схеми и компоненти.Another advantage is the temperature-stabilized magnetic sensitivity due to the DC generator power supply mode, which maintains the electron concentration in the transport and galvanomagnetic process in the substrate and minimizes the temperature change of their mobility. This guarantees unchanged conversion of the magnetic field in a wide temperature range without any additional electronic circuits and components.

Предимство е и повишената метрологична резолюция при детектиране на минималната стойност на магнитната индукция Bmin чрез нараствалото отношение сигнал-шум в резултат на повишената чувствителност и отсъствие на паразитни флуктуации на изходните напрежения от силно редуцираното междуканално влияние.Another advantage is the increased metrological resolution when detecting the minimum value of the magnetic induction B min through the increased signal-to-noise ratio as a result of the increased sensitivity and the absence of parasitic fluctuations in the output voltages due to the greatly reduced inter-channel influence.

Предимство освен това е намаленият брой контакти от 9 на 6, опростяващ технологичната реализация на 2D векторния микросензор.Another advantage is the reduced number of contacts from 9 to 6, simplifying the technological implementation of the 2D vector microsensor.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE APPENDIX FIGURES

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

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕEXAMPLES OF IMPLEMENTATION

Двуосният векторен микросензор на Хол съдържа токоизточник 1 в режим генератор на постоянен ток и квадратна полупроводникова подложка 2 с и-тип примесна проводимост. От едната й страна в централната област е формиран квадратен омичен контакт 3. Спрямо четирите му страни и на равни разстояния от тях е разположен по един правоъгълен омичен контакт съответно 4, 5, 6 и 7, чиято дължина е равна на страната на квадратния 3. Контактите 4, 5, 6 и 7 са обхванати от вграден в подложката 2 ринг 8 от същия полупроводник с р-тип проводимост, проникващ в обема и с форма на симетричен малтийски кръст. Срещуположната страна на тази с контакти 4, 5, 6 и 7 и ринга 8 съдържа високопроводящ слой 9, представляващ омичен контакт. Квадратният контакт 3 през токоизточника 1 е свързан електрически с високопроводящия слой 9. Двойките срещуположни контакти 4 и 6, и съответно 5 и 7 спрямо квадратния 3 са диференциалните изходи 10 и 11 за двете ортогонални равнинни компоненти на магнитното поле 12, което е в равнината на подложката 2 и е с произволна ориентация.The two-axis Hall vector microsensor contains a current source 1 in the DC generator mode and a square semiconductor substrate 2 with i-type impurity conductivity. On one side of it in the central region, a square ohmic contact 3 is formed. Relative to its four sides and at equal distances from them, one rectangular ohmic contact 4, 5, 6 and 7 is located, respectively, the length of which is equal to the side of the square 3. The contacts 4, 5, 6 and 7 are covered by a ring 8 of the same semiconductor with p-type conductivity, penetrating the volume and having the shape of a symmetrical Maltese cross, built into the substrate 2. The opposite side of the one with contacts 4, 5, 6 and 7 and the ring 8 contains a highly conductive layer 9, representing an ohmic contact. The square contact 3 is electrically connected to the highly conductive layer 9 through the current source 1. The pairs of opposite contacts 4 and 6, and respectively 5 and 7 relative to the square 3 are the differential outputs 10 and 11 for the two orthogonal planar components of the magnetic field 12, which is in the plane of the substrate 2 and has an arbitrary orientation.

Действието на двуосния векторен микросензор на Хол, съгласно изобретението, е следното. При включване на изводите на токоизточника 1, функциониращ в режим генератор на постоянен ток /3;9 = const, в зависимост от полярностите му, протича насочен ток ± /39 от горната повърхност с контакт 3 към омичния контакт 9, или обратно. Значителна част от електроните се движат симетрично по отношение на централната ос на симетрия на конфигурацията от Фигура 1. Оста стартира вертикално от центъра на квадратния омичен контакт 3 към високопроводящия слой 9. Основната част на тока /3 9 преминава разстояние равно на геометричната дебелина cf3,9 на подложката 2. Фактически това е най-малкото съпротивление R3;9 между контакти 3 и 9. Освен това слоят 9 понижава ефективното съпротивление R* на подложката 2, способствайки също за протичане на значителна част от тока /39 през най-късото геометрино разстояние 0/3 9. Останалата част на токовите линии /3 9 формира в обема „ветрило”, разширяващо се към контакта 9 като траекториите на електроните са нелинейни. Същевременно поради симетрията на структурата 2 по отношение на квадратния контакт 3 в отсъствие на магнитно поле 12 (В = 0), потенциалите на двойките изходни терминали 4 и 6, и съответно 5 и 7 са еквиваленти. Ето защо потенциалите им при поле В = 0 13 са практически изравнени. Това определя минимални офсети на двойките изходни напрежения 10 и 11, Ун4,б(^=0) ~ 0 и Ун5,7(^=0) « 0. В новата векторна конфигурация, Фигура 1, от първостепенна важност е наличието на р-тип рингът (буфер) 8, който обхваща плътно конструкцията - квадратен контакт 3 и правоъгълните електроди 4, 5, 6 и 7. Фактически р-тип областта 8 с форма на симетричен малтийски кръст силно редуцира разтичането на захранващия ток ± /3,9 по повърхността на подложката 2. Практически съществена част от захранването ще формира магниточувствителността на каналите на микросензора. Същевременно хаотичните флуктуации на двете напрежение 10 и 11 ще бъдът минимизирани, включително паразитното междуканално влияние. В резултат на вградения дълбок р-тип ринг силно се ограничават причините за възникване на вътрешен 1// (фликер) шум. Позициониранено на изходните контакти 4, 5, 6 и 7 извън основната зона на протичане на тока /3 9 също редуцира вътрешите 1// (фликер) шумове и флуктуациите на изходи 10 и 11. По тези причини се постига висока измервателна точност на двата сензорни изхода 10 и 11. Също така се повишава метрологичната резолюция при детектиране на минималната стойност на магнитната индукция Bmin 12 чрез повишеното отношение сигнал/шум S/N. Схемотехниката на новия двуосен микросензор е опростена, тъй като е намален броят на контактите - от 9 в известното решение на 6 в новото, Фигура 1. Така се опростява технологичната реализация и се намаляват връзките между контактите.The operation of the two-axis vector Hall microsensor, according to the invention, is as follows. When the terminals of the current source 1, operating in the DC generator mode / 3;9 = const, are turned on, depending on its polarities, a directed current ± /39 flows from the upper surface with contact 3 to the ohmic contact 9, or vice versa. A significant part of the electrons move symmetrically with respect to the central axis of symmetry of the configuration of Figure 1. The axis starts vertically from the center of the square ohmic contact 3 towards the highly conductive layer 9. The main part of the current /3 9 passes a distance equal to the geometric thickness cf 3 .9 of the substrate 2. In fact, this is the smallest resistance R 3;9 between contacts 3 and 9. In addition, the layer 9 lowers the effective resistance R* of the substrate 2, also contributing to the flow of a significant part of the current / 39 through the shortest geometric distance 0/3 9. The remaining part of the current lines /3 9 forms a "fan" in the volume, expanding towards the contact 9, as the electron trajectories are nonlinear. At the same time, due to the symmetry of the structure 2 with respect to the square contact 3 in the absence of a magnetic field 12 (B = 0), the potentials of the pairs of output terminals 4 and 6, and 5 and 7, respectively, are equivalent. Therefore, their potentials at a field B = 0 13 are practically equalized. This determines the minimum offsets of the pairs of output voltages 10 and 11, Вн4,6(^=0) ~ 0 and Вн5,7(^=0) « 0. In the new vector configuration, Figure 1, the presence of the p-type ring (buffer) 8, which tightly covers the structure - square contact 3 and rectangular electrodes 4, 5, 6 and 7, is of paramount importance. In fact, the p-type region 8 in the shape of a symmetrical Maltese cross greatly reduces the leakage of the supply current ± /3.9 along the surface of the substrate 2. Practically, a significant part of the supply will form the magnetic sensitivity of the microsensor channels. At the same time, the chaotic fluctuations of the two voltages 10 and 11 will be minimized, including the parasitic inter-channel influence. As a result of the built-in deep p-type ring, the causes of internal 1// (flicker) noise are greatly limited. Positioning the output contacts 4, 5, 6 and 7 outside the main current flow zone /3 9 also reduces internal 1// (flicker) noise and fluctuations at outputs 10 and 11. For these reasons, high measurement accuracy is achieved at the two sensor outputs 10 and 11. Also, the metrological resolution is increased when detecting the minimum value of the magnetic induction B min 12 through the increased signal/noise ratio S/N. The circuitry of the new two-axis microsensor is simplified, since the number of contacts is reduced - from 9 in the known solution to 6 in the new one, Figure 1. This simplifies the technological implementation and reduces the connections between the contacts.

Измерваното магнитно поле В 12 е в равнината х-у на подложката 2, и е с произволна ориентация. Двете взаимноперпендикулярни магнитни компоненти Вх и В^ въздействат на движещите се носители ± /3j9 чрез силите на Лоренц, ±FL>i = ±qV& χ В, където q е елементарният товар на електрона, a Vdr е средната дрейфова скорост на електроните в полупроводниковата (силициева) подложка 2. Тъй като драстично е минимизирано повърхностното разтичане на захранващ ток, и разстоянието J3 9 между електроди 3 и 9 е съществено, отклоняващото действие на Лоренц ±FLi е максимално ефективно. В резултат силите ±FLj въздействат латерално (странично) на токоносителите. Така в зоните на вътрешните страни на ринга 8 с форма на симетричен малтийски кръст, където са разположени двойките контакти 4-6 и 5-7 се концентрират допълнително положителни и отрицателни товари, които не са в състояние да се разтекат по повърхността. По този начин напреженията на Хол Vhio(^x) и Унпфу) върху изходните терминали 4-6 и 5-7 допълнително нарастват. Високата преобразувателна ефективност увеличава допълнително отношението сигнал/шум S/N, което е ключовият фактор за метрологичната резолюция за детектиране на минималната стойност на индукцията £min 12.The measured magnetic field B 12 is in the x-y plane of the substrate 2, and is of arbitrary orientation. The two mutually perpendicular magnetic components B x and B^ act on the moving carriers ± / 3j9 through the Lorentz forces, ±F L>i = ±qV& χ B, where q is the elementary charge of the electron, and Vdr is the average drift velocity of the electrons in the semiconductor (silicon) substrate 2. Since the surface leakage of the supply current is drastically minimized, and the distance J3 9 between electrodes 3 and 9 is significant, the Lorentz deflection action ±F Li is maximally effective. As a result, the forces ±F L j act laterally on the current carriers. Thus, in the areas of the inner sides of the ring 8 in the shape of a symmetrical Maltese cross, where the pairs of contacts 4-6 and 5-7 are located, additional positive and negative charges are concentrated, which are not able to spread over the surface. In this way, the Hall voltages Vhio(^x) and Unpfu) on the output terminals 4-6 and 5-7 further increase. The high conversion efficiency further increases the signal-to-noise ratio S/N, which is the key factor for the metrological resolution for detecting the minimum value of the induction £ min 12.

Температурно стабилизираната магниточувствителност на двата сензорни канала 10 и 11 е в резултат на режима на захранване генератор на постоянен ток /3,9 = const. С този режим се запазва постоянство на концентрацията ND ~ и на електроните в транспортния им процес в подложката 2, както и минимизиране на температурното изменение на подвижността им μπ при фиксирано електрично поле £3 9(/3 9) в структурата 2. Така се постига запазване на чувствителността в широк температурен обхват без допълнителни електронни схеми и компоненти. Абсолютната стойност на полето В 12 в равнината х-у и ъгълът Θ на вектора В спрямо фиксирана реперна ос в същата равнина, се дават с изразите: \В\ = (В2 + В,2)'12 и Θ = lanAVJByVJBf), [2, 6].The temperature-stabilized magnetosensitivity of the two sensor channels 10 and 11 is a result of the DC generator power supply mode /3.9 = const. With this mode, the concentration N D ~ and the electrons in their transport process in the substrate 2 are maintained constant, as well as the temperature change of their mobility μ π is minimized at a fixed electric field £3 9(/3 9) in the structure 2. Thus, the sensitivity is maintained in a wide temperature range without additional electronic circuits and components. The absolute value of the field B 12 in the x-y plane and the angle Θ of the vector B relative to a fixed reference axis in the same plane are given by the expressions: \B\ = (B 2 + B, 2 )' 12 and Θ = lanAVJByVJBf), [2, 6].

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава във вградения /?-тип ринг (буфер) 8 с форма на малтийски кръст, отстраняващ разтичането по повърхността на подложката 2 на паразитен ток. Така се елиминира между каналното влияние и се минимизират хаотичните флуктуации на изходните напрежения 10 и 11. Режимът генератор на постоянен ток осъществява температурна стабилизация на чувствителността, постигайки висока измервателна точност. Иновацията за формиране на изходни контакти 4-6 и 5-7 извън основната област на протичане на захранващия ток осъществява повишаване на отношението сигнал/шум. Така нараства метрологичната резолюция Bmin 12.The unexpected positive effect of the new technical solution is contained in the built-in /?-type ring (buffer) 8 in the shape of a Maltese cross, eliminating the leakage of parasitic current along the surface of the substrate 2. Thus, the inter-channel influence is eliminated and the chaotic fluctuations of the output voltages 10 and 11 are minimized. The constant current generator mode provides temperature stabilization of the sensitivity, achieving high measurement accuracy. The innovation of forming output contacts 4-6 and 5-7 outside the main flow area of the supply current provides an increase in the signal/noise ratio. Thus, the metrological resolution B min 12 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 и+ области, формирани с епитаксия и дълбочина около 1 pm. Нисколегираният р-тип линг (буфер) 8, често формиран с BiCMOS, може да се заменени с т.н. „ров” или „траншея” с подходяща дълбочина (trench etch depth) чрез химично ецване. Високопроводящият слой 9 се реализира както с метализация, така и с високопроводящ „вкопан и+-слой ” (buried и+-1ауег). Това образувание 9 по същество представлява захранващ електрод. Двуосният векторен микросензор на Хол може да функционира в широк температурен интервал, включително в криогенна среда, което подобрява негови основни характеристики. За още по-висока преобразувателна ефективност за целите на слабополевата и високоточната магнитометрия, сеизмологията, контратероризма, навигацията и др„ силициевият чип с векторния микросензор на Хол може да се разположи между подходящи концентратори на магнитното поле В 12 от ферит или μ-метал. За още повисока магнитоелектрична конверсия следва да се използва полупроводникът /z-GaAs от групата А3В5, чиято електронна подвижност μη при стайна температура Т = 300 К е повече от 8 пъти по-висока от тази на n-Si.The planar Hall microsensor can be implemented with CMOS, BiCMOS or micromachining microelectronic technologies. The ohmic contacts 3, 4, 5, 6 and 7 are heavily doped and + regions formed with epitaxy and a depth of about 1 pm. The low-doped p-type ling (buffer) 8, often formed with BiCMOS, can be replaced by the so-called “trench” or “trench” with an appropriate depth (trench etch depth) by chemical etching. The highly conductive layer 9 is implemented both by metallization and by a highly conductive “buried and + -layer” (buried and + -1auerg). This formation 9 essentially represents a power electrode. The two-axis vector Hall microsensor can function in a wide temperature range, including in a cryogenic environment, which improves its basic 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 Hall vector microsensor can be placed between suitable magnetic field concentrators B 12 made of ferrite or μ-metal. For even higher magnetoelectric conversion, the semiconductor /z-GaAs from the A 3 B 5 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.

ПРИЛОЖЕНИЕ: една фигураAPPENDIX: one figure

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

[1] Infineon Technologies AG, Vertical Hall effect device, US Patent, US9425385 B2/23.08.2016.[1] Infineon Technologies AG, Vertical Hall effect device, US Patent, US9425385 B2/23.08.2016.

[2] 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] 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.

[3] C. Schot, Vertical Hall sensor, US Patent Appl., № US 2010/0133632 Al/03.06.2010.[3] C. Schot, Vertical Hall sensor, US Patent Appl., No. US 2010/0133632 Al/03.06.2010.

[4] А. Большакова, Р.Л. Голяка, О.Ю. Макгдо, Т.А. Марусенкова, Ηοβϊ конструкцй нап1впров1дникових тонкошпвкових 2-D и 3-D сензор1в магштного поля, списание Злектроника и связь, № 2-3, (2009) 6-10 (на украински език).[4] A. Bolshakova, R.L. Golyaka, O.Yu. McGdaugh, T.A. Marusenkova, Ηοβϊ constructions of conductive 2-D and 3-D sensors in the magnetic field, Zlektronika i svyazna, No. 2-3, (2009) 6-10 (in Ukrainian).

[5] С. Sander, М.-С. Vecchi, М. Cornils, О. Paul, From three-contact vertical Hall elements to symmetrised vertical Hall sensor with low offset, Sens. Actuators, A240 (2016) 92-102.[5] S. Sander, M.-S. Vecchi, M. Cornils, O. Paul, From three-contact vertical Hall elements to symmetrized vertical Hall sensor with low offset, Sens. Actuators, A240 (2016) 92-102.

[6] C. Roumenin, Solid State Magnetic Sensors - Handbook of Sensors and Actuators, Elsevier, Amsterdam-Lausanne-New York, 1994, pp. 450; ISBN: 0 444 89401.[6] C. Roumenin, Solid State Magnetic Sensors - Handbook of Sensors and Actuators, Elsevier, Amsterdam-Lausanne-New York, 1994, pp. 450; ISBN: 0 444 89401.

Claims (1)

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИPATENT CLAIMS Двуосен векторен микросензор на Хол, съдържащ токоизточник и квадратна полупроводникова подложка с и-тип примесна проводимост, от едната й страна в централната област е формиран квадратен омичен контакт, спрямо четирите му страни и на равни разстояния от тях е разположен по един правоъгълен омичен контакт, двойките срещуположни контакти спрямо квадратния са диференциалните изходи за двете ортогонални равнинни компоненти на магнитното поле, което е в равнината на подложката и е с произволна ориентация, ХАРАКТЕРИЗИРАЩ СЕ с това, че токоизточникът (1) е в режим генератор на постоянен ток, дължината на четирите правоъгълни контакти (4), (5), (6) и (7) е равна на страната на квадратния (3), контактите (4), (5), (6) и (7) са обхванати от вграден в подложката (2) ринг (8) от същия полупроводник с /7-тип проводимост, проникващ в обема и с форма на симетричен малтийски кръст, срещуположната страна на тази с контактите (4), (5), (6) и (7) и ринга (8) съдържа високопроводящ слой (9), представляващ омичен контакт, квадратният контакт (3) през токоизточника (1) е свързан електрически със слоя (9).A two-axis vector Hall microsensor, comprising a current source and a square semiconductor substrate with i-type impurity conductivity, on one side of which in the central region a square ohmic contact is formed, with respect to its four sides and at equal distances from them a rectangular ohmic contact is located, the pairs of contacts opposite to the square are the differential outputs for the two orthogonal planar components of the magnetic field, which is in the plane of the substrate and has an arbitrary orientation, CHARACTERIZED in that the current source (1) is in the DC generator mode, the length of the four rectangular contacts (4), (5), (6) and (7) is equal to the side of the square (3), the contacts (4), (5), (6) and (7) are covered by a ring (8) of the same semiconductor with /7-type conductivity, embedded in the substrate (2), penetrating the volume and having the shape of a symmetrical Maltese cross, the opposite side of the one with the contacts (4), (5), (6) and (7) and the ring (8) contains a highly conductive layer (9), representing an ohmic contact, the square contact (3) through the current source (1) is electrically connected to the layer (9).
BG113812A 2023-11-10 2023-11-10 Two-axis vector hall microsensor BG113812A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113812A BG113812A (en) 2023-11-10 2023-11-10 Two-axis vector hall microsensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113812A BG113812A (en) 2023-11-10 2023-11-10 Two-axis vector hall microsensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG113812A true BG113812A (en) 2025-05-15

Family

ID=96300805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113812A BG113812A (en) 2023-11-10 2023-11-10 Two-axis vector hall microsensor

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG113812A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BG113812A (en) Two-axis vector hall microsensor
BG113767A (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG113783A (en) 2-D VECTOR MAGNETOMETER
BG113750A (en) Vector 2-d magnetic field sensor
BG113807A (en) Two-dimensional hall microsensor
BG113806A (en) The hall plane-sensitive microsensor
BG67732B1 (en) LIVING ROOM ELEMENT
BG67820B1 (en) Vertical element of hall
BG113747A (en) Two-axis hall sensor
BG67643B1 (en) Planar magnetic-sensitive hall sensor
BG67782B1 (en) Dual hall microsensor
BG67380B1 (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG113724A (en) Configuration of a hall with more than one exit
BG113797A (en) Magnetometer
BG113272A (en) Planar magnetically sensitive sensor
BG112804A (en) 2D LIVING SENSITIVITY MICROSENSOR WITH PLAN SENSITIVITY
BG113273A (en) Magnetic field microsensor element
BG67807B1 (en) Vertical hall microsensor
BG67734B1 (en) HALL MICROSENSOR
BG67414B1 (en) Hall effect element
BG67551B1 (en) Biaxial magnetosensitive sensor containing hall elements
BG113014A (en) Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG67076B1 (en) Magnetoresistive sensor
BG112385A (en) DUAL MICROSCENER FOR MAGNETIC FIELD
BG112436A (en) In-plane sensitive magnetic-field hall device