BG66840B1 - Сензор на хол с равнинна магниточувствителност - Google Patents

Abstract

Сензорът на Хол с равнинна магниточувствителност съдържа полупроводникови подложки с n-тип примесна проводимост (1 и 2), като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно и на разстояния един от друг омични контакти, разположени успоредно на дългите си страни, както и токоизточник, а измерваното магнитно поле е успоредно на равнините на подложките. Сензорът на Хол е в четири конфигурации - първа, втора, трета и четвърта. Първата конфигурация включва двойка еднакви полупроводникови подложки (1 и 2), като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно и на равни разстояния един от друг по четири правоъгълни омични контакти - първи (3 и 4), втори (5 и 6), трети (7 и 8) и четвърти (9 и 10). Двата втори контакта (5 и 6) са свързани през токоизточник (11), четвъртите контакти (9 и 10) са съединени помежду си, а първият (3) и третият (7) контакт от първата подложка (1) са свързани с входа на първи измервателен усилвател (12) и съответно първият (4) и третият (8) контакт от втората подложка (2) - с входа на втори измервателен усилвател (13). Изходите на усилвателите (12 и 13) са свързани с входа на диференциален усилвател (14), чийто изход е изходът (15) на сензора на Хол, като измерваното магнитно поле (16) е успоредно и на дългите страни на контактите (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10). С четирите конфигурации се постига повишена магниточувствителност и редуциран офсет.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до сензор на Хол с равнинна магниточувствителност, приложимо в областта на роботиката и мехатрониката, електромобилостроенето, когнитивните системи и автоматиката, безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания, контролно-измервателната технология и слабополевата магнитометрия, енергетиката, позиционирането на обекти в равнината и пространството, биомедицинските изследвания, военното дело и сигурността, и др.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е сензор на Хол с равнинна магниточувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг последователно четири правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети и четвърти, разположениуспоредно на дългите си страни. Първият и третият контакт са свързани през токоизточник, а вторият и четвъртият контакт са изходът на сензора като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на правоъгълните контакти [1, 2, 3].

Известен е също сензор на Хол с равнинна магниточувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, разположени успоредно на дългите си страни като третият е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени първият и петият и съответно вторият и четвъртият контакт. Централният контакт през токоизточник е свързан едновременно с първия и петия контакт като вторият и четвъртият контакт са изходът на сензора, а измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на правоъгълните контакти [2, 3,4].

Известен е още сензор на Хол с равнинна магниточувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани последователно пет правоъгълни омични контакта - първи, втори, трети, четвърти и пети, разположени успоредно на дългите си страни като третият е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени първият и петият и съответно вторият и четвъртият контакт. Централният контакт през токоизточник е свързан едновременно с втория и четвъртия контакт като първият и петият контакт са изходът на сензора, а измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на правоъгълните контакти [2, 3, 5].

Известен е и сензор на Хол с равнинна магниточувствителност, съдържащ полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг последователно три правоъгълни омични контакти - първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни като вторият е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени останалите два контакта. Откъм късите страни на централния контакт, в близост до тях и на равни разстояния има още по един омичен контакт - четвърти и пети. Първият и третият контакт са съединени през токоизточник с централния контакт като четвъртият и петият контакт са изходът на сензора, а измерваното магнитно поле е успоредно на равнината на подложката и е перпендикулярно на дългите страни на първия, втория и третия контакт [2, 3,6].

Недостатък на всичките тези сензори на Хол с равнинна магниточувствителност е наличието на паразитно напрежение на изходите им в отсъствие на магнитно поле (офсет) в резултат на електрическа асиметрия, породена от геометрична асиметрия и несъосност в разположението на омичните контакти, неминуеми технологични несъвършенства, механични напрежения най-често от корпусирането на чипа и др.

Техен недостатък е също редуцираната измервателна точност в резултат на паразитния офсет на изходите.

Техническа същност на изобретението

Задача на изобретението е да се създаде сензор на Хол с равнинна магниточувствителност с компенсиран офсет и повишена измервателна точност.

Описания на издадени патенти за изобретения № 03.2/29.03.2019

Тази задача се решава със сензор на Хол с равнинна магниточувствителност в четири конфигурации

- първа, втора, трета и четвърта. Първата конфигурация се състои от две еднакви полупроводникови подложки с п-тип примесна проводимост като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно и на равни разстояния един от друг по четири правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети и четвърти, разположени успоредно на дългите си страни. Двата втори контакта са свързани през токоизточник, четвъртите контакти са съединени помежду си, а първият и третият контакт от първата подложка са свързани с входа на първи измервателен усилвател и съответно първият и третият контакт от втората подложка - с входа на втори измервателен усилвател. Двата първи контакта от подложките са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата измервателни усилвателя. Изходите на тези усилватели са свързани с входа на диференциален усилвател, чийто изход е изходът на сензора на Хол като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнините на подложките, така и на дългите страни на правоъгълните контакти. Втората конфигурация се състои от две еднакви полупроводникови подложки с п-тип примесна проводимост като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи, втори, трети, четвърти и пети, разположени успоредно на дългите си страни като третият е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени първият и петият и съответно вторият и четвъртият контакт. Централните контакти са свързани през токоизточник, двата първи и съответно двата пети контакта са свързани помежду си, а вторият и четвъртият контакт от първата подложка са свързани с входа на първи измервателен усилвател и съответно вторият и четвъртият контакт от втората подложка - с входа на втори измервателен усилвател. Двата втори контакта от подложките са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата измервателни усилвателя. Изходите на тези усилватели са свързани с входа на диференциален усилвател, чийто изход е изходът на сензора на Хол като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнините на подложките, така и на дългите страни на правоъгълните контакти. Третата конфигурация се състои от две еднакви полупроводникови подложки с п-тип примесна проводимост като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти

- първи, втори, трети, четвърти и пети, разположени успоредно на дългите си страни като третият е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени първият и петият и съответно вторият и четвъртият контакт. Централните контакти са свързани през токоизточник, вторите и съответно четвъртите контакти са свързани помежду си, а първият и петият контакт от първата подложка са свързани с входа на първи измервателен усилвател и съответно първият и петият контакт от втората подложка - с входа на втори измервателен усилвател. Двата първи контакта от подложките са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата измервателни усилвателя. Изходите на тези усилватели са свързани с входа на диференциален усилвател, чийто изход е изходът на сензора на Хол като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнините на подложките, така и на дългите страни на правоъгълните контакти. Четвъртата конфигурация се състои от две еднакви полупроводникови подложки с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на които са формирани на равни разстояния един от друг последователно три правоъгълни омични контакти - първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни като вторият е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени останалите два контакта. Откъм късите страни на централния контакт, в близост до тях и на равни разстояния има още по един омичен контакт - съответно четвърти и пети. Централните контакти са съединени през токоизточник, първите и съответно третите контакти са свързани помежду си, а четвъртият и петият контакт от първата подложка са свързани с входа на първи измервателен усилвател и съответно четвъртият и петият контакт от втората подложка - с входа на втори измервателен усилвател. Двата четвърти контакта от двете подложки са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата измервателни усилвателя. Изходите на тези усилватели са свързани с входа на диференциален усилвател, чийто изход е изходът на сензора на Хол като измерваното магнитно поле е успоредно на равнините на подложките и е перпендикулярно на дългите страни на трите правоъгълни контакта.

Описания на издадени патенти за изобретения № 03.2/29.03.2019

Предимство на изобретението е възможността за максимално редуциране или пълно компенсиране (нулиране) на паразитното изходно напрежение (офсетът) на сензора на Хол след изваждане с диференциалния усилвател на сигналите от измервателните усилватели, съдържащи индивидуалните офсети от изходите на формираните чрез двойките подложки елементи на Хол, които са почти равни и са с един и същ знак.

Предимство е също повишената магниточувствителност в резултат на изваждане чрез диференциалния усилвател на двете напрежения на Хол с противоположен знак от двойките елементи на Хол на четирите конфигурации.

Предимство е още повишената измервателна точност в резултат на компенсирането на паразитния офсет.

Предимство е и пълната технологична съвместимост на формираните двойки елементи на Хол от четирите конфигурации и операционните усилватели с планарните силициеви технологии, използвани в производството на интегрални схеми в микроелектрониката, което позволява едновременната им реализация върху общ силициев чип, включително и с допълнителна интерфейсна електроника, обработваща изходните сигнали на диференциалните усилватели.

Пояснение на приложените фигури

По-подробно изобретението се пояснява с четири негови примерни изпълнения, дадени на приложените фигури:

фигура 1 представлява първата конфигурация на сензора на Хол с равнинна магниточувствителност; фигура 2 - втората конфигурация на сензора на Хол;

фигура 3 - третата конфигурация на сензора на Хол;

фигура 4 - четвъртата конфигурация на сензора на Хол.

Примери за изпълнение на изобретението

Сензорът на Хол с равнинна магниточувствителност е в четири конфигурации - първа, втора, трета и четвърта. Първата конфигурация се състои от две еднакви полупроводникови подложки 1 и 2 с п-тип примесна проводимост, като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно и на равни разстояния един от друг по четири правоъгълни омични контакти - първи 3 и 4, втори 5 и 6, трети 7 и 8 и четвърти 9 и 10, разположени успоредно на дългите си страни. Двата втори контакта 5 и 6 са свързани през токоизточник 11, четвъртите контакти 9 и 10 са съединени помежду си, а първият 3 и третият 7 контакт от първата подложка 1 са свързани с входа на първи измервателен усилвател 12 и съответно първият 4 и третият 8 контакт от втората подложка 2 - с входа на втори измервателен усилвател 13. Двата първи контакта 3 и 4 от подложките 1 и 2 са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата усилвателя 12 и 13. Изходите на тези усилватели 12 и 13 са свързани с входа на диференциален усилвател 14, чийто изход е изходът 15 на сензора на Хол като измерваното магнитно поле 16 е успоредно както на равнините на подложките 1 и 2, така и на дългите страни на правоъгълните контакти 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Втората конфигурация се състои от две еднакви полупроводникови подложки 17 и 18 с п-тип примесна проводимост като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи 19 и 20, втори 21 и 22, трети 23 и 24, четвърти 25 и 26 и пети 27 и 28, разположени успоредно на дългите си страни като третият 23 и 24 е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени първият 19 и 20 и петият 27 и 28, и съответно вторият 21 и 22 и четвъртият 25 и 26 контакт. Централните контакти 23 и 24 са свързани през токоизточник 29, двата първи 19 и 20 и съответно двата пети 27 и 28 контакта са свързани помежду си, а вторият 21 и четвъртият 25 контакт от първата подложка 17 са свързани с входа на първи измервателен усилвател 30 и съответно вторият 22 и четвъртият 26 контакт от втората подложка 18 - с входа на втори измервателен усилвател 31. Двата втори контакта 21 и 22 от подложките 17 и 18 са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата усилвателя 3 0 и 31. Изходите на тези усилватели 3 0 и 31 са свързани с входа на диференциален усилвател 32, чийто изход е изходът 33 на сензора на Хол като измерваното магнитно поле 34 е успоредно както на равнините на подложките 17 и 18, така и на

Описания на издадени патенти за изобретения № 03.2/29.03.2019 дългите страни на правоъгълните контакти 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28. Третата конфигурация се състои от две еднакви полупроводникови подложки 35 и 36 с п-тип примесна проводимост като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи 37 и 38, втори 39 и 40, трети 41 и 42, четвърти 43 и 44 и пети 45 и 46, разположени успоредно на дългите си страни като третият 41 и 42 е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени първият 37 и 38 и петият 45 и 46, и съответно вторият 39 и 40 и четвъртият 43 и 44 контакт. Централните контакти 41 и 42 са свързани през токоизточник 47, вторите 39 и 40 и съответно четвъртите 43 и 44 контакти са свързани помежду си, а първият 37 и петият 45 контакт от първата подложка 35 са свързани с входа на първи измервателен усилвател 48 и съответно първият 38 и петият 46 контакт от втората подложка 36 - с входа на втори измервателен усилвател 49. Двата първи 37 и 38 контакти от подложките 35 и 36 са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата усилвателя 48 и 49. Изходите на тези усилватели 48 и 49 са свързани с входа на диференциален усилвател 50, чийто изход е изходът 51 на сензора на Хол като измерваното магнитно поле 52 е успоредно както на равнините на подложките 35 и 36, така и на дългите страни на правоъгълните контакти 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46. Четвъртата конфигурация се състои от две еднакви полупроводникови подложки 53 и 54 с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на които са формирани на равни разстояния един от друг последователно три правоъгълни омични контакта - първи 55 и 56, втори 57 и 58 и трети 59 и 60, разположени успоредно на дългите си страни като вторият 57 и 58 е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени останалите два контакта 55 и 59 и съответно 56 и 60. Откъм късите страни на централните контакти 57 и 58, в близост до тях и на равни разстояния има още по един омичен контакт - съответно четвърти 61 и 62 и пети 63 и 64. Централните контакти 57 и 58 са съединени през токоизточник 65, първите 55 и 56 и съответно третите 59 и 60 контакти са свързани помежду си, а четвъртият 61 и петият 63 контакт от първата подложка 53 са свързани с входа на първи измервателен усилвател 66 и съответно четвъртият 62 и петият 64 контакт от втората подложка 54 - с входа на втори измервателен усилвател 67. Двата четвърти контакта 61 и 62 от подложките 53 и 54 са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата усилвателя 66 и 67. Изходите на тези усилватели 66 и 67 са свързани с входа на диференциален усилвател 68, чийто изход е изходът 69 на сензора на Хол като измерваното магнитно поле 70 е успоредно на равнините на подложките 53 и 54 и е перпендикулярно на дългите страни на трите правоъгълни контакта 55, 56, 57, 58, 59 и 60.

Действието на сензора на Хол с равнинна магниточувствителност, съгласно изобретението, е следното.

В своите четири конфигурации този сензор обхваща случаите, при които едновременното функциониране на двойка индивидуални елементи на Хол с равнинна чувствителност, формирани върху полупроводниковите подложки 1 и 2, 17и18и т.н. с планарни контакти 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 19, 20, 21 и т.н. позволява да се компенсира (нулира) най-сериозния недостатък на този клас сензори - офсетът и едновременно с това да се повиши двойно магниточувствителността на изхода. Неочакваният положителен ефект на четирите примерни изпълнения от Фигура 1, Фигура 2, Фигура 3 и Фигура 4 се постига чрез оригиналното свързване на всеки един от контактите на двойките полупроводникови подложки 1 и 2,17 и 18 и т.н. от една страна, и съединяването на изходите на така формираните елементи на Хол от съответната конфигурация с операционните усилватели, от друга. От особено значение е използването само на един токоизточник 12,30,48 и т.н. като е без значение дали режимът на захранване на двойките елементи е генератор на ток или генератор на напрежение. Решена по този начин, техническата задача за първи път осъществява: 1) постигане само с два еднотипни по конструкция равнинно-магниточувствителни елементи на еднакви по стойност напрежения на Хол V_H1(B) и -V_H2(B) с противоположен знак; 2) паразитните изходни напрежения на двойката елементи от конкретна конфигурация в отсъствие на магнитно поле В = 0, те. офсетите V_ff (В = 0) ψ 0 и V_ff (В = 0) ψ 0 са с един и същ знак и почти с една и съща стойност. В резултат на изхода на диференциалния усилвател 14, или 32, или 50 или 68, който е изходът на сензора на Хол сигналът е удвоен 2V_H(B), а остатъчният офсет е практически компенсиран (нулиран). Така информационният сигнал за стойността и полярността (знака) на измерваното магнитно

Описания на издадени патенти за изобретения № 03.2/29.03.2019 поле В 16, 34, 52 или 70 е с твърде високо качество и подобрена метрологична точност.

Като конкретизация на описаното функциониране на сензора на Хол в четирите му конфигурации е описано действието на първата от тях, Фигура 1. Всички останали - Фигура 2, Фигура 3 и Фигура 4 са напълно аналогични в действието си и не изискват детайлизиране, тъй като самото описание на примерите за изпълнение и представеното действие за първата конфигурация, Фигура 1, са достатъчни. По причина планарността на всички захранващи омични контакти 5,6,9 и 10, Фигура 1, които в отсъствие на магнитно поле В = 0 представляват еквипотенциални равнини, токовите траектории първоначално са насочени вертикално надолу в обема на подложките 1 и 2, след това стават успоредни на горната повърхност на структурите 1 и 2, и накрая отново са перпендикулярни към горните повърхности. Следователно токовите линии в така формираните равнинно-магниточувствителни елементи на Хол са криволинейни. Съгласно избраната схема на включване на двойката елементи, посоките на равните по стойност захранващи токове в тях са противоположно насочени. Предвид тази огледална симетрия на двата конструктивно еднакви преобразуватели на Хол, те могат де се разглеждат като функционално интегрирани в действието си. Това означава, че на диференциалните изходи V_{3 7} и V₄ формирани от контакти 3 и 7, и съответно 4 и 8, при отсъствие на магнитно поле В = 0, в идеалния случай следва да отсъстват офсети, V_{3 7}(В = 0) = V_4g(B = 0) = 0. В резултат обаче на геометрична асиметрия, технологични несъвършенства, механични напрежения и т.н. на тези изходи винаги присъства офсет V_{3 7}(В = 0) ф 0 и V_{4 g}(B = 0) / 0. Отчитайки факта, че и двата елемента на Хол върху отделните подложки 1 и 2 са еднакви като геометрия и конструкция, и се реализират в единен цикъл чрез едни и същи с изключително високо качество процеси на силициевата интегрална технология, офсетите на изходите V_{3 7}(В = 0) ф 0 и V_{4 g}(B = 0) ф 0 следва да са с един и същ знак и почти с една и съща стойност. Именно в това се заключава едната иновационна проява на новото техническо решение.

При поставяне на сензора на Хол с планарна магниточувствителност в магнитно поле В 16, протичат следните магнитноелектрични процеси. Ако полярността на извода на токоизточника 11, с който е съединен контакт 5 е положителна и магнитно поле В 16 е с указаната на Фигура 1 посока, чрез съответните сили на Лоренц F_L = qV_d| х В траекториите на движещите се в обемите на подложки 1 и 2 електрони със средна дрейфова скорост V_di се изменят както следва. В подложка 1 токовите линии 1₅ се „свиват” нагоре към повърхността и в зоната с контакт 7 се генерират от ефекта на Хол допълнителни отрицателни товари като потенциалът там е отрицателен. Едновременно с това в зоната на контакт 3 потенциалът става положителен и между контакти 3 и 7 се генерира напрежение на Хол V, ₇(В). В подложка 2 токовата компонента I се удължава навътре в обема, увеличавайки положителния потенциал върху контакт 8, докато в зоната с контакт 4 се генерират от ефекта на Хол допълнителни отрицателни товари и потенциалът там е отрицателен. В резултат върху контакти 4 и 8 се генерира напрежение на Хол - V_{4 8}(В), което обаче е с противоположна полярност на това между контакти 3 и 7, V (В). Следователно оригиналното свързване на двойката елементи на Хол осъществява генериране на две напрежения на Хол V_{3 7}(В) и - V_{4 8}(В), които са с една и съща стойност, но са с противоположен знак V_{3 7}(В) = | - V_{4 8}(В) |. В това се заключава втората проява на иновационния ефект на техническото решение. При конфигурация от типа на Фигура 1, захранващите и изходните контакти на двойката елементи на Хол са взаимозаменяеми [2, 3].

Тъй като в общия случай напрежението на Хол е неотличимо от паразитния офсет [2, 3], чрез техническото решение от Фигура 1 се екстрахира чистата метрологична Холова компонента 2V_H(B) от общия сигнал, а остатъчният паразитен офсет се редуцира драстично, V_d)(B = 0)~ 0. Това се постига със свързване на контакти 3 и 7, и4 и 8 с входовете на двата измервателни усилвателя 12 и 13. С тях се осъществява подходяща прецизна калибровка и обработка на сигналите V_{3 7}(В) и V_{4 g}(B). Освен това тези две напрежения са развързвани от изключително високите входни съпротивления на операционни усилватели 12 и 13. Действието на схемата не се влияе дали диференциалните изходи на двойката елементи се свързват едновременно с инвертиращите, или съответно с неинвертиращите входове на усилвателите 12 и 13. На Фигура 1 е показана една от двете възможности на свързване. Информацията за стойността и знака на измерваното магнитно поле В 16 се получава на изхода 15 на диференциалния усилвател 14. Преди това изходните напрежения на усилвателите 12 и 13, които са с противоположен

Описания на издадени патенти за изобретения № 03.2/29.03.2019 знак и съдържат почти равни, но с един и същ знак паразитни офсети се изваждат с усилвателя 14. В резултат изходното напрежение V (В) 15 на първата конфигурация на сензора на Хол е удвоено, а остатъчният офсет е практически компенсиран. При реализация на двойката елементи в единен технологичен цикъл, техните характеристики са практически едни и същи, и температурните дрейфове на двата офсета в напреженията V₃₇(B,T) и V_4g(B,T) са перфектно съгласувани. Така се постигна компенсиран офсет и удвоена (повишена) магниточувствителност в широк температурен диапазон. Освен тези две предимства, новото решение предоставя висока измервателна точност от компенсирания и температурно стабилизиран офсет. В случай, че първоначалните офсети V_{3 7}(0) и V_{4 g}(0) на двата диференциални изхода на двойката елементи на Хол са с различен знак, това може да се коригира с включване на нискоомен резистор г между контакти 9 и 10. Така се настройват офсетите да са с един и същ знак. Този подход е приложим и за останалите конфигурации на сензора на Хол.

Реализацията на четирите конфигурации на новия сензор на Хол с равнинна чувствителност Фигура 1, Фигура 2, Фигура 3 и Фигура 4 може да се осъществи с двойки дискретни елементи на Хол и операционни усилватели, например 12, 13, 14 и т.н., свързани съгласно схемите от четирите фигури. По-добри характеристики и перформанс на четирите конфигурации на сензора на Хол, обаче се постигат на основата на силициевите CMOS или BiCMOS интегрални процеси. В този случай като двойка подложки 1 и2, 17и 18, 35 и36 или53 и54 се формира двойка отделни п-тип „джобове” в p-Si пластини. Тази сепарация позволява да се елиминират взаимните негативни влияния при работата на двойките елементи на Хол. Планарните омични контакти 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 19, 20 и т.н. се осъществяват, например, с йонна имплантация и са силно легирани п⁺-области в n-Si „джобове”. Силициевите планарни технологии позволяват едновременното формиране на двойките елементи върху общ чип заедно с усилвателите и интерфейсната електроника за обработка и нормиране на съответните изходни сигнали. В такова изпълнение новия сензор на Хол представлява интегрална схема.

Claims (1)

1. Патентни претенции

   1. Сензор на Хол с равнинна магниточувствителност, съдържащ полупроводникови подложки с п-тип примесна проводимост, като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно и на разстояния един от друг омични контакти, разположени успоредно на дългите си страни, токоизточници, а измервано магнитно поле е успоредно на равнините на подложките, характеризиращ се с това, че сензорът на Хол е в четири конфигурации - първа, втора, трета и четвърта, като първата конфигурация включва двойка еднакви полупроводникови подложки (1 и 2), при което върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно и на равни разстояния един от друг по четири правоъгълни омични контакти - първи (3 и 4), втори (5 и 6), трети (7 и 8) и четвърти (9 и 10), като двата втори контакта (5 и 6) са свързани през токоизточника (11), а четвъртите контакти (9 и 10) са съединени помежду си, при което първият (3) и третият (7) контакт от първата подложка (1) са свързани с входа на първи измервателен усилвател (12) и съответно първият (4) и третият (8) контакт от втората подложка (2) - с входа на втори измервателен усилвател (13), като двата първи контакта (3 и 4) от подложките (1 и 2) са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата усилвателя (12 и 13), а изходите на тези усилватели (12 и 13) са свързани с входа на диференциален усилвател (14), чийто изход е изход (15) на сензора на Хол, а измерваното магнитно поле (16) е успоредно и на дългите страни на контакти (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10), при което втората конфигурация се състои от двойка еднакви полупроводникови подложки (17 и 18), като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи (19 и 20), втори (21 и 22), трети (23 и 24), четвърти (25 и 26) и пети (27 и 28), като третият (23 и 24) е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени първият (19 и 20) и петият (27 и 28), и съответно вторият (21 и 22) и четвъртият (25 и 26) контакт, а централните контакти (23 и 24) са свързани през токоизточника (29), като двата първи (19 и 20) и съответно двата пети (27 и 28) контакта са свързани помежду си, а вторият (21) и четвъртият (25) контакт от първата подложка (17) са свързани с входа на първи измервателен усилвател (30) и съответно вторият (22) и четвъртият (26) контакт от втората подложка (18) - с входа на втори измервателен усилвател (31), като двата втори

   Описания на издадени патенти за изобретения № 03.2/29.03.2019 контакта (19 и 22) от двете подложки (17 и 18) са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на усилвателите (30 и 31), като изходите на тези усилватели (30 и 31) са свързани с входа на диференциален усилвател (32), чийто изход е изход (33) на сензора на Хол, като измерваното магнитно поле (34) е успоредно и на дългите страни на контактите (19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28), при което третата конфигурация се състои от двойка еднакви полупроводникови подложки (35 и 36), като върху едната страна на всяка от тях са формирани последователно пет правоъгълни омични контакти - първи (37 и 38), втори (39 и 40), трети (41 и 42), четвърти (43 и 44) и пети (45 и 46), като третият (41 и 42) контакт е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени първият (37 и 38) и петият (45 и 46), и съответно вторият (39 и 40) и четвъртият (43 и 44) контакт, като централните контакти (41 и 42) са свързани през токоизточник (47), а вторите (39 и 40) и съответно четвъртите (43 и 44) контакти са свързани помежду си, като първият (37) и петият (45) контакт от първата подложка (35) са свързани с входа на първи измервателен усилвател (48) и съответно първият (38) и петият (46) контакт от втората подложка (36) - с входа на втори измервателен усилвател (49), а двата първи (37 и 38) контакти от двойката подложки (35 и 36) са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на усилватели (48 и 49), чиито изходи са свързани с входа на диференциален усилвател (50), чийто изход е изход (51) на сензора на Хол, а измерваното магнитно поле (52) е успоредно и на дългите страни на контактите (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 и 46), при което четвъртата конфигурация се състои от двойка еднакви полупроводникови подложки (53 и 54), върху едната страна на които са формирани на равни разстояния един от друг последователно три правоъгълни омични контакта - първи (55 и 56), втори (57 и 58) и трети (59 и 60), като вторият (57 и 58) контакт е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени останалите два контакта (55 и 59) и съответно (56 и 60), а откъм късите страни на централния контакт (57 и 58), в близост до тях и на равни разстояния, има още по един омичен контакт - съответно четвърти (61 и 63) и пети (62 и 64), като централните контакти (57 и 58) са съединени през токоизточник (65), а първите (55 и 56) и съответно третите (59 и 60) контакти са свързани помежду си, като четвъртият (61) и петият (62) контакт от първата подложка (53) са свързани с входа на първи измервателен усилвател (66) и съответно четвъртият (63) и петият (64) контакт от втората подложка (54) - с входа на втори измервателен усилвател (67), а двата четвърти контакта (61 и 63) от двете подложки (53 и 54) са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на усилвателите (66 и 67), чиито изходи са свързани с входа на диференциален усилвател (68), чийто изход е изход (69) на сензора на Хол, като измерваното магнитно поле (70) е перпендикулярно на дългите страни на трите контакта (55, 56, 57, 58, 59 и 60).