BG113625A - INTEGRAL HALL SENSOR WITH PLANE SENSITIVITY - Google Patents

Abstract

Интегралният сензор на Хол с равнинна чувствителност съдържа две еднакви правоъгълни полупроводникови подложки с n-тип примесна проводимост - първа (1) и втора (2), разположени максимално близко и успоредно на дългите си страни. Върху едната повърхност на всяка от тях са формирани последователно на разстояния един от друг по четири правоъгълни омични контакти, отляво надясно - първи (3 и 4), втори (5 и 6), трети (7 и 8), и четвърти (9 и 10), разположени успоредно както на дългите си страни, така и на късите страни на подложките (1 и 2). Контакт (3) на подложка (1) и контакт (4) на втората (2) през токоизточник (11) са свързани помежду си. Контакт (7) на първата (1) и контакт (8) на подложка (2) са съединени помежду си. Контакт (5) на подложка (1) е свързан с четвъртия (10) на подложка (2), а контакт (9) на първата (1) е съединен с контакт (6) на подложка (2). Вторият (5) и четвъртият контакт (9) на подложка (1) са диференциалният изход (12) на сензора на Хол, като измерваното магнитно поле (13) е успоредно както на равнините на подложките (1 и 2), така и на дългите страни на контакти (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10).
The integral Hall sensor with planar sensitivity contains two identical rectangular semiconductor pads with n-type impurity conductivity - first (1) and second (2), located as close as possible and parallel to their long sides. On one surface of each of them, four rectangular ohmic contacts are formed successively at distances from each other, from left to right - first (3 and 4), second (5 and 6), third (7 and 8), and fourth (9 and 10), located parallel to both their long sides and the short sides of the pads (1 and 2). Contact (3) of the pad (1) and contact (4) of the second (2) through a current source (11) are connected to each other. Contact (7) of the first (1) and contact (8) of the pad (2) are connected to each other. Contact (5) of pad (1) is connected to the fourth (10) of pad (2), and contact (9) of the first (1) is connected to contact (6) of pad (2). The second (5) and the fourth contact (9) of the pad (1) are the differential output (12) of the Hall sensor, the measured magnetic field (13) being parallel to both the planes of the pads (1 and 2) and the long sides of contacts (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10).

Description

ИНТЕГРАЛЕН СЕНЗОР НА ХОЛ С РАВНИННА ЧУВСТВИТЕЛНОСТINTEGRAL HALL SENSOR WITH PLANE SENSITIVITY

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАFIELD OF ENGINEERING

Изобретението се отнася до интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност, приложимо в областта на роботиката и мехатрониката, системите за сигурност с изкуствен интелект, квантовата комуникация, 3D роботизираната и минимално инвазивната хирургия включително телемедицината, безконтактната автоматика, навигацията, слабополевата магнитометрия, измерването на ъглови и линейни премествания, контролно-измервателната технология, мултироторните безпилотни апарати, електромобилостроенето, енергетиката, позиционирането на обекти в равнината и пространството, военното дело и контратероризма.The invention relates to an integral Hall sensor with planar sensitivity, applicable in the field of robotics and mechatronics, security systems with artificial intelligence, quantum communication, 3D robotic and minimally invasive surgery including telemedicine, contactless automation, navigation, weak-field magnetometry, angle measurement and linear displacements, control and measurement technology, multi-rotor unmanned aerial vehicles, electric vehicles, energy, positioning of objects in the plane and space, military affairs and counter-terrorism.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАPRIOR ART

Известен е интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност, съдържащ правоъгълна полупроводникова подложка с и-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно на разстояния един от друг четири правоъгълни омични контакти, от ляво надясно - първи, втори, трети и четвърти, разположени успоредно както на дългите си страни, така и на късите страни на подложката. Първият и третия контакт са свързани с токоизточник, а вторият и четвъртият са диференциалният изход на сензора като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на контактите, [1 - 7].An integral Hall sensor with planar sensitivity is known, containing a rectangular semiconductor substrate with i-type impurity conductivity, on one side of which four rectangular ohmic contacts are formed successively at distances from each other, from left to right - first, second, third and fourth , located parallel to both their long sides and the short sides of the pad. The first and third contacts are connected to a current source, and the second and fourth are the differential output of the sensor, as the measured magnetic field is parallel both to the plane of the substrate and to the long sides of the contacts, [1 - 7].

Недостатък на този интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност е понижената измервателна точност от наличието на значително паразитно напрежение на диференциалния изход в отсъствие на магнитно поле (офсет) в резултат на електрическата асиметрия, породена от присъщата за този тип планарни структури асиметрия на токовата траектория по отношение на двата изходни контакта, включително неминуеми технологични несъвършенства, механични напрежения най-често от корпусирането на чипа и метализацията на шините, температурни градиенти и др.A disadvantage of this integral Hall sensor with planar sensitivity is the reduced measurement accuracy due to the presence of a significant parasitic voltage at the differential output in the absence of a magnetic field (offset) as a result of the electrical asymmetry caused by the asymmetry of the current trajectory inherent in this type of planar structures along relation of the two output contacts, including inevitable technological imperfections, mechanical stresses most often from chip housing and bus metallization, temperature gradients, etc.

Недостатък е също нелинейността на изхода от квадратичната магниторезистивна компонента в напрежението на Хол, поради различните по стойност потенциали в магнитно поле върху двата изходни контакта, което е причина, независимо че изходът е диференциален, известна част от квадратичния сигнал да се смесва с линейното метрологично напрежение на Хол.A disadvantage is also the non-linearity of the output of the quadratic magnetoresistive component in the Hall voltage, due to the different value of the magnetic field potentials on the two output contacts, which causes, even though the output is differential, some part of the quadratic signal to be mixed with the linear metrology voltage of Hall.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL ESSENCE

Задача на изобретението е да се създаде интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност с висока измервателна точност и изход с висока линейност.The task of the invention is to create an integral Hall sensor with planar sensitivity with high measurement accuracy and output with high linearity.

Тази задача се решава с интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност, съдържащ две еднакви правоъгълни полупроводникови подложки с н-тип примесна проводимост - първа и втора, разположени максимално близко и успоредно на дългите си страни. Върху едната повърхност на всяка от тях са формирани последователно на разстояния един от друг по четири правоъгълни омични контакти, от ляво надясно първи, втори, трети и четвърти, разположени успоредно както на дългите си страни, така и на късите страни на подложките. Първият контакт на първата подложка и първият контакт на втората през токоизточник са свързани помежду си. Третият контакт на първата и третият контакт на втората подложка са съединени помежду си. Вторият контакт на първата подложка е свързан с четвъртия на втората подложка, а четвъртият контакт на първата е съединен с втория контакт на втората подложка. Вторият и четвъртият контакт на първата подложка са диференциалният изход на сензора на Хол като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнините на подложките, така и на дългите страни на контактите.This task is solved with an integral Hall sensor with planar sensitivity, containing two identical rectangular semiconductor pads with n-type impurity conductivity - first and second, located as close as possible and parallel to their long sides. On one surface of each of them, four rectangular ohmic contacts, from left to right first, second, third and fourth, are formed in sequence at distances from each other, located parallel to both their long sides and the short sides of the pads. The first contact of the first pad and the first contact of the second through a current source are connected to each other. The third contact of the first and the third contact of the second pad are connected together. The second contact of the first pad is connected to the fourth contact of the second pad, and the fourth contact of the first is connected to the second contact of the second pad. The second and fourth contacts of the first pad are the differential output of the Hall sensor, with the measured magnetic field being parallel to both the planes of the pads and the long sides of the contacts.

Предимство на изобретението е високата измервателна точност от силно редуцирания офсет в резултат на протичането на изравняващи токове между двете подложки от свързаните по двойки контакти, формиращи диференциалния изход. Това решение максимално уеднаквява неминуемата електрическа асиметрия в потенциалите на изхода в отсъствие на магнитно поле, независимо от асиметрията на токовите траектории в подложките.An advantage of the invention is the high measurement accuracy from the greatly reduced offset resulting from the flow of equalizing currents between the two pads from the paired contacts forming the differential output. This solution maximally unifies the inevitable electrical asymmetry in the output potentials in the absence of a magnetic field, regardless of the asymmetry of the current trajectories in the pads.

Предимство е също високата линейност на изхода, поради оригиналното свързване на контактите, осъществявайки максимално възможна компенсация едновременно и на офсета и на съдържащащия се в напрежението на Хол квадратичен магнитосъпрезистивен сигнал.An advantage is also the high linearity of the output, due to the original connection of the contacts, realizing the maximum possible compensation at the same time of the offset and of the quadratic magnetoresistive signal contained in the Hall voltage.

Предимство е още и минималният температурен дрейф на изхода в резултат на максимално компенсирания паразитен офсет.Another advantage is the minimal temperature drift at the output as a result of the maximally compensated parasitic offset.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE ATTACHED FIGURES

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

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕIMPLEMENTATION EXAMPLES

Интегралният сензор на Хол е равнинна чувствителност съдържа две еднакви правоъгълни полупроводникови подложки с п-тип примесва проводимост - първа 1 и втора 2, разположени максимално близко и успоредно на дългите си страни. Върху едната повърхност на всяка от тях са формирани последователно на разстояния един от друг по четири правоъгълни омични контакти, от ляво надясно - първи 3 и 4, втори 5 и 6, трети 7 и 8, и четвърти 9 и 10, разположени успоредно както на дългите си страни, така и на късите страни на подложките 1 и 2. Първият контакт 3 на първата подложка 1 и първият контакт 4 на втората 2 през токоизточник 11 са свързани помежду си. Третият контакт 7 на първата 1 и третият контакт 8 на втората подложка 2 са съединени помежду си. Вторият контакт 5 на първата подложка 1 е свързан с четвъртия 10 на втората 2, а четвъртият контакт 9 на първата 1 е съединен е втория контакт 6 на втората подложка 2. Вторият 5 и четвъртият контакт 9 на първата подложка 1 са диференциалният изход 12 на сензора на Хол като измерваното магнитно поле 13 е успоредно както на равнините на подложките 1 и 2, така и на дългите страни на контактите 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, и 10.The integral Hall sensor is planar sensitivity contains two identical rectangular semiconductor pads with n-type impurity conductivity - first 1 and second 2, located as close as possible and parallel to their long sides. On one surface of each of them, four rectangular ohmic contacts are formed successively at distances from each other, from left to right - first 3 and 4, second 5 and 6, third 7 and 8, and fourth 9 and 10, located in parallel as in on their long sides as well as on the short sides of the pads 1 and 2. The first contact 3 of the first pad 1 and the first contact 4 of the second 2 through a current source 11 are connected to each other. The third contact 7 of the first 1 and the third contact 8 of the second pad 2 are connected to each other. The second contact 5 of the first pad 1 is connected to the fourth 10 of the second 2, and the fourth contact 9 of the first 1 is connected to the second contact 6 of the second pad 2. The second 5 and the fourth contact 9 of the first pad 1 are the differential output 12 of the sensor of Hall as the measured magnetic field 13 is parallel both to the planes of the pads 1 and 2 and to the long sides of the contacts 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10.

Действието на интегралния сензор на Хол с равнинна чувствителност, съгласно изобретението, е следното. Поради планарността на захранващите омични контакти 3, 4, 7 и 8, Фигура 1, в отсъствие на магнитно поле 13, В = 0, те представляват еквипотенциални равнини. Ето защо токовите траектории /_3;7 и /₄,₈ първоначално са насочени вертикално надолу в обема на подложки 1 и 2, след това стават успоредни на горните им повърхности, и накрая отново са перпендикулярни към горните равнини. Следователно токовите линии /_3>7 и /_4;8 в така формираните два равнинно-чувствителни елемента на Хол са криволинейни. Съгласно еднаквостта на двете структури 1 и 2, и избраната оригинална схема на съединяване на контактите 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, и 10, след включване на токоизточника 11 захранващите токове са равни по стойност и са противоположно насочени, /_3>7 и - /_4>8, /_3>7 = |-Z_4>8|. В конкретното решение на Фигура 1 двата елемента на Хол са съединени с токоизточника 11 последователно чрез контактите 3-7-8-4. Еквивалентна реализация на захранването е паралелното свързване на двата елемента на Хол с токоизточника 11. Всяка клема на токоизточника 11 едновременно се съединява с контакти 3 и 8, и съответно 4 и 7. Този способ също осъществява токови компоненти /_3;7 и - /₄₈ с противоположен знак, но свързването е с двойно по-ниско входно съпротивление. Предвид огледалната симетрия на двата конструктивно идентични преобразуватели на Хол, те могат де се разглеждат като функционално интегрирани в действието си. Това означава, че на индивидуалните им диференциални изходи Vs,9(l?) и V₆₁₀(B), формирани от контакти 5 и 9, и съответно 6 и 10, в отсъствие на магнитно поле В = 0, в идеалния случай следва да отсъстват офсети, ν_5;9(Β = 0) = Уб,1о(Я = 0) = 0. В резултат обаче на геометричната асиметрия на двете токови траектории /_3>7 и - /_4;8 спрямо съответните контакти 5 - 9 и 6 - 10, на тези изходи присъства офсет У_5>9(б = 0) # 0 и Уб,ю(£ = 0) ф 0. В решението от Фигура 1, преодоляването на този сериозен сензорен недостатък се постига с директното окъсяване на контакти 5 и 10, и съответно 6 и 9 на подложки 1 и 2. При такова нестандартно свързване протичат компенсиращи (изравняващи) токове между самите подложки 1 и 2, уеднаквяващи електрическите условия (потенциали) в тях на изхода V₁₂(B = 0) 12. Ето защо в зоните на двата изходни контакти 5-9иб-10в отсъствие на магнитно поле В 13, В = 0, офсетът на изхода 12 е драстично редуциран (или компенсиран), V₁₂(/l = 0) ~ 0. Този подход в сравнение със сложната динамична компенсация на офсета при т.н. токов спининг [8, 9], е съществено опростен и е иманентен на самото техническо решение като крайните резултати и в двата случая са близки.The operation of the integral Hall sensor with planar sensitivity according to the invention is as follows. Due to the planarity of the supply ohmic contacts 3, 4, 7 and 8, Figure 1, in the absence of a magnetic field 13, B = 0, they represent equipotential planes. That is why the current trajectories / _3;7 and / ₄ , ₈ are initially directed vertically downwards in the volume of pads 1 and 2, then become parallel to their upper surfaces, and finally again are perpendicular to the upper planes. Therefore, the current lines / _3>7 and / _4;8 in the two plane-sensitive Hall elements thus formed are curvilinear. According to the uniformity of the two structures 1 and 2, and the chosen original connection scheme of the contacts 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10, after switching on the current source 11, the supply currents are equal in value and oppositely directed, / _3>7 and - / _4>8 , / _3>7 = |-Z _4>8 |. In the particular solution of Figure 1, the two Hall elements are connected to the current source 11 in series through the contacts 3-7-8-4. An equivalent implementation of the power supply is the parallel connection of the two Hall elements to the current source 11. Each terminal of the current source 11 is simultaneously connected to contacts 3 and 8, and respectively 4 and 7. This method also implements current components / _{3; 7} and - / ₄₈ with the opposite sign, but the connection has twice the input resistance. Given the mirror symmetry of the two structurally identical Hall converters, they can be considered functionally integrated in their operation. This means that their individual differential outputs Vs,9(l?) and V ₆₁₀ (B), formed by contacts 5 and 9, and respectively 6 and 10, in the absence of a magnetic field B = 0, should ideally there are no offsets, ν _5;9 (Β = 0) = Ub,1o(Γ = 0) = 0. However, as a result of the geometric asymmetry of the two current trajectories / _3>7 and - / _4;8 relative to the corresponding contacts 5 - 9 and 6 - 10, at these outputs there is an offset Y _5>9 (b = 0) # 0 and Ub,y(£ = 0) φ 0. In the solution of Figure 1, the overcoming of this serious sensor drawback is achieved by the direct shortening on contacts 5 and 10, and respectively 6 and 9 on pads 1 and 2. With such a non-standard connection, compensating (equalizing) currents flow between the pads 1 and 2 themselves, equalizing the electrical conditions (potentials) in them at the output V ₁₂ (B = 0 ) 12. Therefore, in the areas of the two output contacts 5-9ib-10c in the absence of a magnetic field V 13, V = 0, the offset of the output 12 is drastically reduced (or compensated), V ₁₂ (/l = 0) ~ 0. This approach compared to the complex dynamic compensation of the offset in the so-called current spinning [8, 9], is significantly simplified and is inherent in the technical solution itself, as the final results in both cases are close.

При поставяне на интегралния сензор на Хол с равнинна чувствителност в магнитно поле В 13, протичат следните магнитноелектрични процеси, генерирани чрез съответните сили на Лоренц F_L;i = gVdr х В. (Наименованието на този клас сензори на Хол е от способа на активизирането им с магнитното поле - то е успоредно на равнината на полупроводниконата подложка). Траекториите на движещите се в обемите на подложки 1 и 2 електрони със средна дрейфова скорост V_dr се деформират. Например, в подложка 1 токовите линии /_3>7 се „свиват” нагоре към повърхността и в зоната с контакт 5 се генерират от ефекта на Хол допълнителни отрицателни товари като потенциалът там става отрицателен. Едновременно с това в зоната на контакт 9 се генерира положителен потенциал. В подложка 2 токовата компонента - /_4;8 се удължава навътре в обема, като потенциалът върху контакт 6 става положителен, докато в зоната с контакт 10 се генерират от силата F_L допълнителни отрицателни товари - потенциалът там е отрицателен. Сигналът - Уб,ю(#) обаче е с противоположна полярност на този между контакти 5 и 9, У_5;9(В). Причината е противоположните посоки на захранващите токове /_3>7 и - /_4;8. Следователно оригиналното свързване на двата елемента на Хол осъществява генериране на две напрежения на Хол У₅,9(В) и - V₆,io(F), които предвид идентичността на струтктурите 1 и 2 са твърде близки по стойност, но са с противоположен знак. Различието в двете напрежения VsX-S) / | - Уб,ю(^) | е от принципно естество. Поради несиметричността на токовите траектории спрямо изходните контакти, в магнитно поле В 13 на диференциалния изход на сензора на Хол Vi₂(B) 12 присъства нелинейната магниторезистивна компонента MR ~ В². Тя не може да се компенсира напълно и по тази причина линейността се нарушава. Използваното обаче непосредствено свързване на изходните контакти 5 - 10 и 6 - 9 изравнява офсет-потенциалите. Това води до максимално компенсиране на квадратичното магнитосъпротивление MR ~ В² в изхода Vi2(B) 12. Така се постига висока степен на линеаризация на изходното напрежение Vn(B) 12. Разполагането на подложки 1 и 2 максимално близко една до друга позволява практически еднакви температурни условия за двата елементи на Хол и висока пространствена резолюция при определяне на топологията на магнитната индукция В 13.When placing the integral Hall sensor with planar sensitivity in a magnetic field B 13, the following magnetoelectric processes take place, generated by the corresponding Lorentz forces F _L;i = gVdr x B. (The name of this class of Hall sensors is from the method of their activation with the magnetic field - it is parallel to the plane of the semiconductor substrate). The trajectories of electrons moving in the volumes of pads 1 and 2 with an average drift speed V _dr are deformed. For example, in pad 1 the current lines / _3>7 "shrink" up towards the surface and in the contact area 5 additional negative charges are generated by the Hall effect, and the potential there becomes negative. Simultaneously, a positive potential is generated in the contact area 9. In pad 2, the current component - / _4;8 extends into the volume, and the potential on contact 6 becomes positive, while in the area with contact 10 additional negative charges are generated by the force F _L - the potential there is negative. The signal - Ub,yu(#), however, has the opposite polarity to that between contacts 5 and 9, U _5;9 (B). The reason is the opposite directions of the supply currents / _3>7 and - / _4;8 . Therefore, the original connection of the two Hall elements generates two Hall voltages U ₅ ,9(B) and - V ₆ ,io(F), which, given the identity of structures 1 and 2, are very close in value, but have opposite sign. The difference in the two voltages VsX-S) / | - Ub,yu(^) | is of a principled nature. Due to the asymmetry of the current trajectories relative to the output contacts, in the magnetic field B 13 of the differential output of the Hall sensor Vi ₂ (B) 12, the nonlinear magnetoresistive component MR ~ B ² is present. It cannot be fully compensated and therefore the linearity is broken. However, the used direct connection of the output contacts 5 - 10 and 6 - 9 equalizes the offset-potentials. This leads to a maximum compensation of the quadratic magnetoresistance MR ~ B ² in the output Vi2(B) 12. Thus, a high degree of linearization of the output voltage Vn(B) 12 is achieved. Placing pads 1 and 2 as close as possible to each other allows practically identical temperature conditions for the two Hall elements and high spatial resolution in determining the topology of the magnetic induction B 13.

Също така чрез високата степен на компенсация на офсета се осъществява и минимизиране на температурния дрейф на характеристиките. Ето защо подобрената линейност, минималният дрейф и редуцираният офсет едновременно повишават измервателната точност на сензора на Хол.Also, the high degree of offset compensation minimizes the temperature drift of the characteristics. Therefore, the improved linearity, minimal drift and reduced offset simultaneously increase the measurement accuracy of the Hall sensor.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение е, че посредством иновативното свързване на омичните контакти на подложки 1 и 2 се осъществява въздействие върху галваномагнитните процеси в двете структури 1 и 2 с цел постигане изравняване на потенциалите на изходните контакти, което повишава измервателната точност чрез минимален температурен дрейф, подобрена линейност и редуциран/компенсиран паразитен офсет.The unexpected positive effect of the new technical solution is that by means of the innovative connection of the ohmic contacts of pads 1 and 2, an impact is made on the galvanomagnetic processes in both structures 1 and 2 in order to achieve equalization of the potentials of the output contacts, which increases the measurement accuracy through a minimum temperature drift, improved linearity and reduced/compensated parasitic offset.

Реализацията на новия сензор на Хол с равнинна чувствителност може да се осъществи с двойки дискретни структури 1 и 2, свързани съгласно схемата от Фигура 1. По-добри характеристики и перформанс, обаче се постигат чрез интегрална реализация - силициевите CMOS или BiCMOS процеси. В този случай подложки 1 и 2 се формират с два отделни /z-тип „джоба” в j»-Si пластина. Планарните омични контакти 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, и 10 се осъществяват, например, с йонна имплантация и са силно легирани и⁺⁺- области в n-Si „джобове”. Силициевите планарни технологии позволяват едновременното формиране на сензора върху общ чип заедно с усилватели и интерфейсна електроника за обработка, дигитализиране и нормиране на изходния сигнал. В такова изпълнение новият сензор на Хол представлява интегрална схема.The implementation of the new Hall sensor with planar sensitivity can be realized with pairs of discrete structures 1 and 2 connected according to the scheme of Figure 1. Better characteristics and performance, however, are achieved by an integral implementation - the silicon CMOS or BiCMOS processes. In this case, pads 1 and 2 are formed with two separate /z-type “pockets” in a j»-Si wafer. The planar ohmic contacts 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 are realized, for example, by ion implantation and are heavily doped and ⁺⁺ - regions in n-Si "pockets". Silicon planar technologies allow the simultaneous formation of the sensor on a common chip together with amplifiers and interface electronics for processing, digitizing and normalizing the output signal. In such an embodiment, the new Hall sensor is an integrated circuit.

Полупроводниковата сензорна конфигурация, Фигура 1, може да функционира и в областта на криогенните температури, например, температурата на кипене на течния азот Т = 77 К. В този случай сензорната конструкция е подходяща за слабополевата магнитометрия и контратероризма предвид драстичното нарастване на чувствителността и на отношението сигнал/шум.The semiconductor sensor configuration, Figure 1, can also function in the region of cryogenic temperatures, for example, the boiling temperature of liquid nitrogen T = 77 K. In this case, the sensor design is suitable for weak-field magnetometry and counterterrorism given the drastic increase in sensitivity and ratio signal to noise.

ПРИЛОЖЕНИЕ: една фигураAPPENDIX: one figure

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

[1] Ч.С. Руменин, П.Т. Костов, Датчик на Хол, Авторско свид. BG № 41974 В1/06.05.1986 г.[1] H.S. Rumenin, P.T. Kostov, Hall sensor, Author's note. BG No. 41974 B1/06.05.1986

[2] C.S. Roumenin, Parallel-field Hall microsensor, Compt. rendus ABS, 40(11) (1987) 59-62.[2] C.S. Roumenin, Parallel-field Hall microsensor, Compt. rendus ABS, 40(11) (1987) 59-62.

[3] C.S. Roumenin, Bipolar magnetotransistor sensors - An invited review, Sensors and Actuators, A 24 (1990) 83-105.[3] C.S. Roumenin, Bipolar magnetotransistor sensors - An invited review, Sensors and Actuators, A 24 (1990) 83-105.

[4] C.S. Roumenin, Parallel-field Hall microsensors - An overview, Sensors and Actuators, A 30 (1992) 77-87.[4] C.S. Roumenin, Parallel-field Hall microsensors - An overview, Sensors and Actuators, A 30 (1992) 77-87.

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

[6] C. Roumenin, “Microsensors for magnetic field”, Chapter 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.[6] C. Roumenin, "Microsensors for magnetic field", Chapter 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.

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

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

[9] R. Steiner, Rotary switch and current monitor by Hall-based microsystems, Phys. Electr. Lab. Publ. (ETH) Zurich; ISBN: 3-89649-446-5.[9] R. Steiner, Rotary switch and current monitor by Hall-based microsystems, Phys. Electr. Lab. Publ. (ETH) Zurich; ISBN: 3-89649-446-5.

Claims (1)

Интегрален сензор на Хол с равнинна чувствителност, съдържащ правоъгълна полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната й повърхност са формирани последователно на разстояния един от друг четири правоъгълни омични контакти, от ляво надясно първи, втори, трети, и четвърти, разположени успоредно както на дългите си страни, така и на късите страни на подложката като вторият и четвъртият контакт на подложката са диференциалният изход на сензора на Хол, а измерваното магнитно поле е успоредно на равнината на подложката и на дългите страни на контактите, ХАРАКТЕРИЗИРАЩ СЕ с това, че има още една втора полупроводникова подложка (2), еднаква с първата (1) и разположена максимално близко до нея като подложки (1) и (2) са успоредни на дългите си страни, върху едната страна на втората подложка (2) също има от ляво надясно последователно на разстояния един от друг четири правоъгълни омични контакти - първи (4), втори (6), трети (8) и четвърти (10), разположени успоредно както на дългите си страни, така и на късите страни на подложката (2) и еднакви с тези от първата (1), контакт (3) на подложка (1) и контакт (4) на втората (2) през токоизточника (11) са свързани помежду си, контакт (7) на първата (1) и контакт (8) на втората подложка (2) са съединени помежду си, контакт (5) на подложка (1) е свързан с четвъртия (10) на подложка (2), а четвъртият контакт (9) на първата (1) е съединен с втория контакт (6) на подложка (2).An integral Hall sensor with planar sensitivity, containing a rectangular n-type semiconductor substrate with impurity conductivity, on one surface of which four rectangular ohmic contacts, from left to right first, second, third, and fourth, are formed in series at a distance from each other, arranged in parallel on both its long sides and the short sides of the pad as the second and fourth pad contacts are the differential output of the Hall sensor, and the measured magnetic field is parallel to the plane of the pad and the long sides of the contacts, CHARACTERIZED by this, that there is another second semiconductor pad (2) identical to the first (1) and located as close as possible to it such that pads (1) and (2) are parallel to their long sides, on one side of the second pad (2) there is also from left to right successively at distances from each other four rectangular ohmic contacts - first (4), second (6), third (8) and fourth (10), located parallel to both their long sides and short sides of the pad ( 2) and the same as those of the first (1), contact (3) of the pad (1) and contact (4) of the second (2) through the current source (11) are connected to each other, contact (7) of the first (1) and contact (8) of the second pad (2) are connected to each other, contact (5) of pad (1) is connected to the fourth (10) of pad (2), and the fourth contact (9) of the first (1) is connected to the second contact (6) on the pad (2).