RU2390879C1 - Полевой датчик холла - Google Patents
Полевой датчик холла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390879C1 RU2390879C1 RU2008141052/28A RU2008141052A RU2390879C1 RU 2390879 C1 RU2390879 C1 RU 2390879C1 RU 2008141052/28 A RU2008141052/28 A RU 2008141052/28A RU 2008141052 A RU2008141052 A RU 2008141052A RU 2390879 C1 RU2390879 C1 RU 2390879C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- field
- hall sensor
- dielectric
- semiconductor
- Prior art date
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title abstract 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- FGRBYDKOBBBPOI-UHFFFAOYSA-N 10,10-dioxo-2-[4-(N-phenylanilino)phenyl]thioxanthen-9-one Chemical compound O=C1c2ccccc2S(=O)(=O)c2ccc(cc12)-c1ccc(cc1)N(c1ccccc1)c1ccccc1 FGRBYDKOBBBPOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Полевой датчик Холла (ПДХ) относится к области электронных датчиков магнитного поля и может быть использован в измерительной технике, системах безопасности, автоматике, робототехнике. ПДХ содержит диэлектрическую подложку с расположенным на ней полупроводниковым каналом, выполненным из полупроводникового алмаза и имеющим два омических токоподводящих контакта на концах канала и два омических холловских противолежащих контакта на боковых поверхностях канала, внешняя поверхность которого покрыта слоем диэлектрика, на поверхности которого расположен электрод затвора. Изобретение позволяет создать высокочувствительный ПДХ с рабочей температурой до 500°С. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области электронных датчиков магнитного поля и может быть использовано в измерительной технике, системах безопасности, автоматике, робототехнике.
Известны полевые датчики Холла (ПДХ), состоящие из кремниевого токопроводящего канала, из диэлектрического слоя на поверхности кремния, образующего гетерограницу с кремнием, электродов стока и истока к каналу и электрода затвора, расположенного на поверхности диэлектрического слоя (Galaher R., Corak W. A metal - oxide - semiconductor Hall element. Solid State Electronics, 1966, v.9, p.571-580). Боковые поверхности канала имеют два противолежащих омических контакта, между которыми при протекании электрического тока по каналу и при воздействии магнитного поля и возникает сигнал. Принципиальное достоинство ПДХ состоит в объединении в единой конструкции возможностей традиционного элемента Холла, регистрирующего магнитное воздействие, и полевого МДП (метал -диэлектрик - полупроводник) транзистора, усиливающего магнитоиндуцированный электрический сигнал.
Недостаток таких ПДХ заключается в недостаточно высокой рабочей температуре, обусловленной утечками тока из канала в подложку тем большими, чем выше температура. Вследствии этого процесса рабочая температура кремниевых ПДХ не превышает 150-170°С.
Известен принятый за прототип полевой датчик Холла, содержащий диэлектрическую подложку из сапфира с расположенным на ней кремниевым каналом, образующим дополнительную к вышеописанному ПДХ гетерограницу кремний-сапфир и имеющим два омических токоподводящих контакта на концах канала и два омических холловскими противолежащих контакта на боковых поверхностях канала. Причем внешняя поверхность канала покрыта слоем двуокиси кремния, на поверхности которой расположен электрод затвора (Jpri A Electrical properties of Silicon Films on Sapphire using the MOS Hall Technique. Joum. of Applied Physics, 1972, v.43, p.2270-2275). Диэлектрическая подложка препятствует утечкам тока из полупроводникового канала, благодаря чему рабочая температура ПДХ превышает 300°С.
Однако наличие двух гетерограниц на его поверхностях, содержащих высокую концентрацию дефектов, значительно уменьшает подвижность носителей тока в канале по сравнению с подвижностью в объемных монокристаллах кремния и, соответственно, пропорционально уменьшает чувствительность ПДХ к воздействию магнитных полей.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания ПДХ, обладающего высокой магниточувствительностью при повышенных рабочих температурах.
Техническим результатом решения этой задачи является создание высокочувствительного ПДХ с рабочей температурой до 500°С.
Поставленная задача достигается в ПДХ, содержащем диэлектрическую подложку с расположенным на ней полупроводниковым каналом, имеющим два омических токоподводящих контакта на концах канала и два омических холловских противолежащих контакта на боковых поверхностях канала, причем внешняя поверхность канала покрыта слоем диэлектрика, на поверхности которой расположен электрод затвора. Новизна предлагаемого ПДХ заключается в том, что диэлектрическая подложка и слой диэлектрика на поверхности канала выполнены из диэлектрического алмаза, а канал выполнен из полупроводникового алмаза.
В такой конструкции ПДХ используется уникальное свойство алмаза, который в зависимости от содержания легирующих примесей может быть как очень хорошим диэлектриком (удельное сопротивление до 1014 Ом*см), так и хорошим полупроводником (удельное сопротивление от 10-1 Ом*см до 100 Ом*см). Предлагаемая трехслойная алмазная конструкция диэлектрик - полупроводник - диэлектрик образована гомогенными слоями, и границы раздела между слоями когерентны. Соответственно, такие границы свободны от дефектов структуры и не оказывают влияния на подвижность носителей тока в канале, и не уменьшают магниточувствительность ПДХ. В то же время существенно большее значение ширины запрещенной зоны алмаза по сравнению с кремнием определяет повышение абсолютного значения рабочей температуры.
На Фиг.1 представлено поперечное сечение заявляемого полевого датчика Холла.
На Фиг.2 представлен вид сверху заявляемого полевого датчика Холла.
На Фиг.3 представлена характерная зависимость величины ЭДС Холла (Ux - ось ординат) от потенциала на электродах заторов (U3-ось абсцисс) при различных напряжениях питания (Uп).
Таблица иллюстрирует работоспособность ПДХ в широком диапазоне температур Т, измеренных в °С. В таблице Ux обозначает ЭДС Холла, измеренную в мB, Uп - напряжение питания в B, U3 - потенциал заторов в B, В - индукцию магнитного поля в Тл).
Датчик состоит из подложки из диэлектрического алмаза 1 с расположенным на ней полупроводниковым каналом 2 из полупроводникового алмаза с омическими токоподводящими контактами 3 и 4, расположенными на концах канала 2. На боковых поверхностях канала 2 расположены два омическими холловскими контакта 5 и 6. Внешняя поверхность канала 2 покрыта слоем диэлектрика 7, на поверхности которой расположен электрод затвора 8.
ПДХ работает следующим образом. Внешний источник питания подсоединяется к омическим токоподводящим контактам 3 и 4, благодаря чему по полупроводниковому каналу 2, расположенному на подложке из диэлектрического алмаза 1, протекает электрический ток. Под воздействием магнитного поля между омическими контактами 5 и 6 возникает ЭДС, величина которой пропорциональна индукции магнитного поля, току через канала 2, зависящему от напряжения питания между омическими токоподводящими контактами 3 и 4, и потенциалу, приложенному между затвором 8, отделенного от полупроводникового канала 2 слоем диэлектрического алмаза 7, и любым из контактов 3 и 4, подсоединенным к другому источнику питания.
Приведенные примеры подтверждают, но не ограничивают, использование изобретения.
Были изготовлены образцы ПДХ на основе алмазной структурой диэлектрик - полупроводник - диэлектрик, выполненной, например, методом эпитаксиального осаждения слоев алмаза на алмазных подложках. В этой структуре удельное сопротивление диэлектрического алмаза составляет порядка 1012 Ом*см, а полупроводникового алмаза 10-100 Ом*см. Толщина подложки диэлектрического алмаза составляет 300 мкм, толщина расположенного на подложке слоя полупроводникового алмаза - 5-10 мкм, толщина слоя диэлектрического алмаза - 0,2-0,5 мкм. Контактные области (3-6) и электрод затвора 8 формировались из золота стандартными процессами технологии микроэлектроники (фотолитография, ионное легирование, осаждение металлических пленок).
Фиг.3 иллюстрирует характерную зависимость ЭДС Холла Ux от потенциала затвора U3 при двух различных напряжениях питания Uп (1 - Uп=9B, 2 - Uп=5B). Индукция магнитного поля, действовавшая на ПДХ в процессе измерений, составляла 1 Тл. В соответствии со стандартной практикой измерений полевых приборов в микроэлектронике максимальное значение U3, используемое при измерениях, равнялась величине напряжения питания.
Таблица иллюстрирует работоспособность типичного ПДХ при различных температурах. В ней представлены значения ЭДС Холла Ux, измеренные в мВ, при различных значениях напряжения питания Uп и потенциале затворов U3, которые измерялись в B, и различных температурах Т, изменявшейся в диапазоне от 20°С до 500°С. Величина магнитной индукции В, воздействовавшей на ПДХ, составляла 0,5 Тл или 1 Тл.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создавать высокочувствительный ПДХ с рабочей температурой до 500°С.
| Полевой датчик Холла | |||||
| № | Т, °С | Ux(мВ) | Условия измерения | ||
| Uп(B) | U3(в) | В(Тл) | |||
| 1 | 20 | 210 | 5 | 5 | 1 |
| 2 | 100 | 185 | 5 | 5 | 1 |
| 3 | 300 | 155 | 5 | 5 | 1 |
| 4 | 500 | 130 | 5 | 5 | 1 |
| 5 | 20 | 340 | 9 | 9 | 1 |
| 6 | 500 | 230 | 9 | 9 | 1 |
| 7 | 20 | 105 | 5 | 5 | 0,5 |
| 8 | 500 | 65 | 5 | 5 | 0,5 |
Claims (1)
- Полевой датчик Холла, содержащий диэлектрическую подложку с расположенным на ней полупроводниковым каналом, имеющим два омических токоподводящих контакта на концах канала и два омических холловских противолежащих контакта на боковых поверхностях канала, причем внешняя поверхность канала покрыта слоем диэлектрика, на поверхности которой расположен электрод затвора, отличающийся тем, что диэлектрическая подложка и слой диэлектрика на поверхности канала выполнены из диэлектрического алмаза, а канал выполнен из полупроводникового алмаза.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008141052/28A RU2390879C1 (ru) | 2008-10-16 | 2008-10-16 | Полевой датчик холла |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008141052/28A RU2390879C1 (ru) | 2008-10-16 | 2008-10-16 | Полевой датчик холла |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008141052A RU2008141052A (ru) | 2010-04-27 |
| RU2390879C1 true RU2390879C1 (ru) | 2010-05-27 |
Family
ID=42671972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008141052/28A RU2390879C1 (ru) | 2008-10-16 | 2008-10-16 | Полевой датчик холла |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2390879C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478218C1 (ru) * | 2011-10-28 | 2013-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН | Твердотельный датчик магнитного поля |
| RU2713842C1 (ru) * | 2019-03-22 | 2020-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" | Устройство для измерения температуры в скважине |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3994010A (en) * | 1975-03-27 | 1976-11-23 | Honeywell Inc. | Hall effect elements |
| RU2097873C1 (ru) * | 1996-04-11 | 1997-11-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Двухстоковый моп-магнитотранзистор |
| FR2844636A1 (fr) * | 2002-09-13 | 2004-03-19 | Socomec Sa | Capteur dual magnetique et thermique obtenu selon la technologie des semi-conducteurs |
-
2008
- 2008-10-16 RU RU2008141052/28A patent/RU2390879C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3994010A (en) * | 1975-03-27 | 1976-11-23 | Honeywell Inc. | Hall effect elements |
| RU2097873C1 (ru) * | 1996-04-11 | 1997-11-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Двухстоковый моп-магнитотранзистор |
| FR2844636A1 (fr) * | 2002-09-13 | 2004-03-19 | Socomec Sa | Capteur dual magnetique et thermique obtenu selon la technologie des semi-conducteurs |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JPRI A. Electrical properties of Silicon Films on Sapphire using the MOS Hall Technique. J. of Applied Physics, 1972, v.43, p.2270-2275. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478218C1 (ru) * | 2011-10-28 | 2013-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН | Твердотельный датчик магнитного поля |
| RU2713842C1 (ru) * | 2019-03-22 | 2020-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" | Устройство для измерения температуры в скважине |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008141052A (ru) | 2010-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mannhart et al. | Influence of electric fields on pinning in YBa 2 Cu 3 O 7− δ films | |
| Kumar et al. | Back-channel electrolyte-gated a-IGZO dual-gate thin-film transistor for enhancement of pH sensitivity over nernst limit | |
| US7728363B2 (en) | Protective structure for semiconductor sensors | |
| US10734571B2 (en) | Magnetic field sensor based on topological insulator and insulating coupler materials | |
| US20140253183A1 (en) | Field effect transistor device | |
| WO2015189889A1 (ja) | ガスセンサー、及びセンサー装置 | |
| US8164122B2 (en) | Thin film field effect transistor with dual semiconductor layers | |
| WO2016143053A1 (ja) | ガスセンサ及びセンサ装置 | |
| Biswas et al. | Polyaniline based field effect transistor for humidity sensor | |
| RU2390879C1 (ru) | Полевой датчик холла | |
| Chang et al. | Impedimetric phosphorene field-effect transistors for rapid detection of lead ions | |
| Shin et al. | Significant reduction of 1/f noise in organic thin-film transistors with self-assembled monolayer: considerations of density-of-states | |
| Rodriguez-Davila et al. | Performance and reliability comparison of ZnO and IGZO thin-film transistors and inverters fabricated at a maximum process temperature of 115° C | |
| KR102230550B1 (ko) | 박막 트랜지스터의 반도체층용 산화물, 박막 트랜지스터 및 표시 장치 | |
| US7199435B2 (en) | Semiconductor devices containing on-chip current sensor and methods for making such devices | |
| JP6536592B2 (ja) | ガスセンサ及びセンサ装置 | |
| US11137310B2 (en) | Micro-hall effect devices for simultaneous current and temperature measurements for both high and low temperature environments | |
| Janata | Organic semiconductors in molecular electronics | |
| KR101646081B1 (ko) | 게이팅 히스테리시스를 제거하는 탄소나노튜브 센서의 제조방법 | |
| CN103376283A (zh) | 一种离子液体中痕量h2o的检测方法 | |
| Barker et al. | Electrical characteristics of a polyaniline/silicon hybrid field-effect transistor gas sensor | |
| CN119968100B (zh) | 一种基于硅锗量子阱的栅控霍尔元件及其实现方法 | |
| Nath et al. | Control of co-existing phases and charge transport in a nanostructured manganite film by field effects with an electric double layer as the gate dielectric | |
| Devlikanova et al. | The Study of SOI Split-drain Field-effect Hall sensor In Partial Depletion Mode | |
| Bouguen et al. | High temperature behaviour of AlGaN/AlN/GaN Hall-FET sensors |