DE102007024436B4

DE102007024436B4 - Halbleitervorrichtung mit einem Erfassungs-Hall-Element zum Erfassen eines Magnetfelds sowie Magnetsensor

Info

Publication number: DE102007024436B4
Application number: DE102007024436.5A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Oohira
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2027-05-26
Also published as: CN101082506A; DE102007024436A1; US7855554B2; JP2008008883A; US20080074106A1; CN101082506B

Abstract

Halbleitervorrichtung mit: einem Erfassungs-Hall-Element (10, 50) zum Erfassen eines Magnetfelds, das von einem Erfassungsobjekt erzeugt worden ist; und einem Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50); worin das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) eine Eigenschaft aufweist, welche fast die Gleiche ist wie die des Temperaturüberwachungs-Hall-Elements (20, 50); das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) nahe dem Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) angeordnet ist; das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) eine Hall-Spannung ausgibt; und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen aufweist, um eine Temperaturüberwachungsspannung auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnungsschaltung (30, 52–54) bereitgestellt ist, die auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine Berechnung durchführt, um eine Temperatureigenschaft der Hall-Spannung zu beseitigen; die Berechnungsschaltung (30, 52–54) eine Addiererschaltung (53) ist, um die Temperaturüberwachungsspannung zu der Hall-Spannung zu addieren; das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) mit einer konstanten Spannung und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) mit einem konstanten Strom betätigt werden; ein Substrat (60, 72) bereitgestellt ist, in dem das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) angeordnet sind; und das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) vertikale Hall-Elemente sind, um eine Magnetfeldkomponente parallel zu einer Substratoberfläche zu erfassen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und alternativ einen Magnetsensor gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und/oder 2.
Ein Magnetsensor zum Erfassen einer physikalischen Größe kann eine Bewegung, wie z. B. eine Verschiebung, eine Drehung und dergleichen, eines Erfassungsobjekts erfassen, das durch eine berührungslose magnetische Substanz gebildet wird. Demgemäß wird beispielsweise der Magnetsensor in einem Drosselklappenöffnungssensor und dergleichen einer an einem Fahrzeug angebrachten Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung als Winkelerfassungssensor verwendet. Insbesondere kann der Magnetsensor, der dadurch hergestellt wird, dass als ein Element ein Hall-Element angeordnet ist, um den Hall-Effekt zu nutzen, auch einen Magnetpol unterscheiden. Daher ist dieser Magnetsensor auch in einem Magnetpolsensor und dergleichen eines bürstenlosen Motors weitverbreitet. Als Erstes wird unter Bezugnahme auf 16 das Prinzip zum Erfassen eines Magnetfelds dieses Hall-Elements erläutert.
Wenn ein Magnetfeld senkrecht zu einem Träger, der in einem Halbleiter bewegt wird, angelegt wird, wird in dem Halbleiter in einer Richtung senkrecht sowohl zu dem Träger als auch zu dem Magnetfeld durch die Lorentz-Kraft eine elektromotorische Kraft erzeugt. Diese elektromotorische Kraft wird Hall-Spannung genannt. Wie beispielsweise in 16 gezeigt ist, wird konkret in dem Hall-Element 100 mit einer Breite W, einer Länge L und einer Dicke d zwischen einem Anschluss V1 und einem Anschluss V2 eine durch die folgende Beziehungsformel dargestellte Hall-Spannung Vh erzeugt, wenn von einem Anschluss TI1 zu einem Anschluss TI2 ein elektrischer Antriebsstrom I strömt und an dieses Hall-Element 100 das Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte B angelegt wird: Vh = (Rh × I × B/d) × cosθ
Der Winkel θ ist hier ein Winkel, der zwischen dem Hall-Element 100 und einer Richtung des Magnetfelds ausgeformt ist. Ferner ist Rh ein Hall-Koeffizient und ein Wert, der durch die Beziehungsformel Rh = 1/(qxn) dargestellt ist, wenn eine elektrische Ladung gleich q und eine Trägerdichte gleich n sind.
Somit wird die Hall-Spannung Vh, die in dem Hall-Element erzeugt wird, eine Funktion aus magnetischer Flussdichte B und Winkel θ. Daher können die Intensität des angelegten Magnetfelds und die Richtung (der Winkel θ) des Magnetfelds gemäß der Höhe dieser Hall-Spannung Vh erfasst werden.
Ein laterales Hall-Element, das beispielsweise in dem Artikel „Integrated three-dimensional magnetic sensor” beschrieben wurde, der in dem „Electricity Society thesis journal C”, Bd. 109, Nr. 7, S. 483–490 im Jahre 1989 veröffentlicht wurde, ist als ein herkömmliches Hall-Element bekannt. Dieses laterale Hall-Element erfasst eine Magnetfeldkomponente senkrecht zu der Oberfläche eines Substrats (d. h. eines Wafers). Hier werden die Struktur und das Prinzip zum Erfassen eines Magnetfeldes dieses lateralen Hall-Elements erklärt. 17A zeigt typischerweise eine planare Struktur dieses lateralen Hall-Elements. 17B zeigt typischerweise eine Querschnittsstruktur dieses lateralen Hall-Elements entlang XVIIB-XVIIB in 17A.
Wie in den 17A und 17B gezeigt ist, wird dieses laterale Hall-Element dadurch hergestellt, dass eine Halbleiterträgerschicht (P-sub) 110, die beispielsweise aus Silizium des P-Typs hergestellt ist, und eine Halbleiterschicht (N-well) 111 des N-Typs, die durch Ionenimplantation an einem Oberflächenabschnitt dieser Halbleiterträgerschicht 110 ausgeformt ist, angeordnet werden. Auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 111 sind eine Elektrode a und eine Elektrode b zum Zuführen eines elektrischen Antriebsstroms und eine Elektrode c und eine Elektrode d zum Erfassen der Hall-Spannung an vier Ecken derart angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Ferner sind auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 111 Diffusionsschichten 112a bis 112d des N-Typs, welche aus einem N-Typ hergestellt sind, dessen Konzentration höher ist als die dieser Halbleiterschicht 111, ausgebildet, um mit diesen Elektroden a bis d einen ohmschen Kontakt auszuformen.
In diesem Fall fließt beispielsweise dann, wenn zwischen der Elektrode a und der Elektrode b ein elektrischer Antriebsstrom I zugeführt wird, dieser elektrische Antriebsstrom I hinsichtlich der Oberfläche der Halbleiterschicht 111 in einer horizontalen Richtung. In einem Zustand, in dem der elektrische Antriebsstrom I so fließt, wie es durch die Pfeile in den 17A und 17B dargestellt ist, wird zwischen der Elektrode c und der Elektrode d die obige Hall-Spannung Vh erzeugt, wenn ein Magnetfeld (eine magnetische Flussdichte B) angelegt wird, das eine Komponente senkrecht zu der Oberfläche der Halbleiterschicht 111 aufweist. Die Magnetfeldkomponente senkrecht zu der Oberfläche der Halbleiterschicht 111 kann dadurch erfasst werden, dass diese Hall-Spannung Vh erfasst wird.
In früheren Jahren ist darüber hinaus auch ein Hall-Element vorgeschlagen worden, um eine horizontale Magnetfeldkomponente hinsichtlich der Substrat-(Wafer-) oberfläche zu erfassen. Ein Hall-Element, das gleichermaßen in beispielsweise „Integrated three-dimensional magnetic sensor”, was in dem „Electricity Society thesis journal C, Bd. 109, Nr. 7, S. 483–490 im Jahre 1989 veröffentlicht wurde, und in „Characteristic and high sensitivity formation of vertical Hall element”, was in dem „Electricity Society thesis journal E”, Bd. 117, Nr. 7, S. 364–370 im Jahre 1997 veröffentlicht wurde, beschrieben wurde, nämlich ein sogenanntes vertikales Hall-Element, ist als solches Hall-Element bekannt. Als Nächstes werden die Struktur und das Prinzip zum Erfassen eines Magnetfelds dieses vertikalen Hall-Elements schematisch unter Bezugnahme auf die 18 und 19 beschrieben. 18 zeigt typischerweise eine planare Struktur dieses vertikalen Hall-Elements. 19 zeigt typischerweise eine Querschnittsstruktur dieses vertikalen Hall-Elements entlang XIX-XIX in 18.
Wie in 19 dargestellt ist, welche diese Querschnittsstruktur zeigt, wird dieses vertikale Hall-Element dadurch hergestellt, dass eine Halbleiterträgerschicht (P-sub) 120, die beispielsweise aus Silizium des P-Typs hergestellt ist, eine eingebettete Schicht BL des N-Typs (N+), die in die Oberfläche dieser Halbleiterträgerschicht 120 eingebettet und an dieser ausgeformt ist, und eine Halbleiterschicht 121 des N-Typs, die durch Epitaxiewachstum an dieser eingebetteten Schicht BL des N-Typs ausgeformt ist, angeordnet werden. Eine Störstellenkonzentration der obigen eingebetteten Schicht BL des N-Typs, die an der Oberfläche der Halbleiterträgerschicht 120 ausgeformt ist, ist auf eine Konzentration festgelegt, die höher ist als die der obigen Halbleiterschicht 121.
In der Halbleiterschicht 121 ist eine Diffusionsschicht 122 des P-Typs in einer quadratischen Buchsenform derart ausgeformt, dass sie mit der obigen Halbleiterträgerschicht 120 verbunden ist. An einer Innenumfangsfläche dieser Diffusionsschicht 122 sind die Diffusionsschichten 123, 124 des gleichen P-Typs derart ausgeformt, dass sie mit der obigen eingebetteten Schicht BL des N-Typs verbunden sind. Die Halbleiterschicht 121 ist in drei Bereiche 125a bis 125c geteilt, die durch die Diffusionsschichten 122 bis 124 in einer in etwa rechtwinkligen, parallelepipeden Form ausgeformt sind. An der Oberfläche des Bereichs 125a, der von diesen Bereichen 125a bis 125c in der Mitte angeordnet ist, sind auf einer geraden Linie mit der Diffusionsschicht 126a als Mitte drei Diffusionsschichten 126a, 126d, 126e des N-Typs (N+) ausgeformt. Andererseits sind an der Oberflächenmitte des Bereichs 125b eine Diffusionsschicht 126b des N-Typs (N+) und an der Oberflächenmitte des Bereichs 125c eine Diffusionsschicht 126c des gleichen N-Typs (N+) ausgeformt. Wie in 19 gezeigt ist, ist die obige Diffusionsschicht 126a so angeordnet, dass sie durch die obige Diffusionsschicht 123 und die obige Diffusionsschicht 124 jeder der Diffusionsschichten 126b und 126c gegenüberliegt. Die obigen Diffusionsschichten 126a bis 126e haben die Funktion eines Kontaktbereichs und sind jeweils mit einem Anschluss S, einem Anschluss G1, einem Anschluss G2, einem Anschluss V1 und einem Anschluss V2 elektrisch verbunden. Wie es durch eine gestrichelte Linie in 18 dargestellt ist, wird in diesem vertikalen Hall-Element ein Bereich, der zwischen der obigen Diffusionsschicht 126b und der Diffusionsschicht 126e angeordnet ist, in einem Bereich, der in dem Substrat des obigen Bereichs 125a elektrisch aufgeteilt ist, eine so genannte Hall-Platte HP.
Wenn beispielsweise von dem Anschluss S zu dem Anschluss G1 und auch von dem Anschluss S zu dem Anschluss G2 ein konstanter elektrischer Antriebsstrom fließt, fließt dieser elektrische Antriebsstrom jeweils von der Diffusionsschicht 126a der Oberfläche der Halbleiterschicht 121 durch die obige Hall-Platte HP und durch die eingebettete Schicht BL des N-Typs in die Diffusionsschicht 126b und in die Diffusionsschicht 126c. Genauer gesagt fließt der elektrische Antriebsstrom, der hauptsächlich eine Komponente senkrecht zu der Substratoberfläche aufweist, zu der obigen Hall-Platte HP. Daher wird die obige Hall-Spannung Vh zwischen dem Anschluss V1 und dem Anschluss V2 in einem Fließzustand des elektrischen Antriebsstroms, wie durch die Pfeile in den 18 und 19 gezeigt ist, erzeugt, wenn ein Magnetfeld (eine magnetische Flussdichte B) angelegt wird, das eine Komponente parallel zu der Oberfläche der Halbleiterschicht 121 aufweist. Eine Magnetfeldkomponente parallel zu der Oberfläche der Halbleiterschicht 121 kann durch Erfassen dieser Hall-Spannung Vh erfasst werden.
In einem derartigen vertikalen Hall-Element ist zusätzlich zu diesem auch ein Element mit einer Struktur angeordnet, welche durch einen CMOS-Vorgang hergestellt werden kann. Gemäß dem vertikalen Hall-Element, das durch diesen CMOS-Vorgang hergestellt werden kann, werden die Herstellungskosten im Vergleich zu dem vertikalen Hall-Element verringert, das durch einen bipolaren Vorgang hergestellt wird, und eine hohe Integration wird leicht vollzogen. Demgemäß können an dem gleichen Chip verschiedene Hochpräzisions-Korrekturschaltungen angebracht sein. Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 20 und 21 dieses vertikale Hall-Element schematisch erklärt. 20 zeigt typischerweise eine planare Struktur dieses vertikalen Hall-Elements. 21 zeigt typischerweise eine Querschnittsstruktur des gleichen vertikalen Hall-Elements entlang einer Linie XXI-XXI in 20.
Wie in 21 gezeigt ist, wird dieses vertikale Hall-Element dadurch hergestellt, dass eine Halbleiterträgerschicht (P-sub) 130, welche beispielsweise durch Silizium des P-Typs hergestellt ist, und ein Halbleiterbereich (Nwell) 131 des N-Typs, der als Diffusionsschicht (well) durch Einbringen von Störstellen eines elektrischen Leitfähigkeitstyps, nämlich des N-Typs, an der Oberfläche der Halbleiterträgerschicht 130 ausgeformt ist, angeordnet sind. Wie in 20 gezeigt ist, welche seine planare Struktur zeigt, ist des Weiteren in dieser Halbleiterträgerschicht 130 eine Diffusionsschicht (Pwell) 132 des P-Typs als Diffusionstrennwandung derart ausgeformt, dass sie den obigen Halbleiterbereich 131 umgibt. An einer Innenumfangsfläche dieser Diffusionsschicht 132 sind die Diffusionsschichten (Pwell) 133, 134 des P-Typs ausgeformt, die eine seichtere Diffusionstiefe haben als der obige Halbleiterbereich 131. Die Oberflächenumgebung des Halbleiterbereichs 131 ist in drei Bereiche 135a bis 135c geteilt, die ungefähr in einer rechtwinkligen, parallelepipeden Form durch diese Diffusionsschichten 132 bis 134 ausgeformt sind. In diesem vertikalen Hall-Element sind auch auf der Oberfläche des Bereichs 135a, der sich an der Mitte befindet, mit der Diffusionsschicht 136a als Mitte drei Diffusionsschichten 136a, 136d, 136e des N-Typs (N+) auf einer geraden Linie ausgeformt. Andererseits sind an der Oberflächenmitte des Bereichs 135b eine Diffusionsschicht 136b des N-Typs (N+) und an der Oberflächenmitte des Bereichs 135c eine Diffusionsschicht 136c des N-Typs (N+) ausgeformt. Wie es durch eine gestrichelte Linie in 20 dargestellt ist, wird in diesem vertikalen Hall-Element ein Bereich, der zwischen der obigen Diffusionsschicht 136d und der obigen Diffusionsschicht 136e angeordnet ist, in einem Bereich, der in dem Substratinneren des oberen Bereichs 135a elektrisch aufgeteilt ist, eine Hall-Platte HP.
In dem derart strukturierten, vertikalen Hall-Element fließt der elektrische Antriebsstrom, der hauptsächlich eine Komponente senkrecht zu der Oberfläche des Halbleiterbereichs 131 aufweist, auch zu der obigen Hall-Platte HP, wenn von dem Anschluss S zu dem Anschluss G1 und auch von dem Anschluss S zu dem Anschluss G2 ein konstanter elektrischer Antriebsstrom fließt. Daher kann durch das vertikale Hall-Element mit einer derartigen Struktur durch die Erfassung der Hall-Spannung Vh auch eine Magnetfeldkomponente parallel zu der Oberfläche des obigen Halbleiterbereichs 131 erfasst werden.
Wie in 22A gezeigt ist, sind hier zwei Magnete MG1, MG2, die gebogen ausgeformt sind, an einem Drehkörper befestigt. An der Mitte in einem Bereich, der sich zwischen dem N-Pol des Magneten MG1 und dem S-Pol des Magneten MG2 befindet, ist ein Hall-Element 140 angeordnet. Es wird ein Erfassungsmodus eines Drehwinkels erklärt, wenn das Magnetfeld einer Richtung, die durch einen Pfeil in dieser Figur dargestellt ist, an das Hall-Element 140 angelegt wird. In einem derartigen Aufbau wird dann, wenn nur der Drehkörper, an dem die zwei Magnete MG1, MG2 befestigt, gedreht wird, wie es in der oberen Ansicht von 22B gezeigt ist, von dem Hall-Element 140 die Hall-Spannung Vh ausgegeben, die gemäß dem Drehwinkel des Drehkörpers in eine Sinuswellenform geändert worden ist. Diese Hall-Spannung Vh und der Drehwinkel haben theoretisch eine Eins-zu-eins-Beziehung. Daher kann der Drehwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage der obigen Hall-Spannung Vh, die von dem Hall-Element 140 ausgegeben wird, berechnet werden. Wie in der unteren Ansicht von 22B gezeigt ist, wird jedoch in der Realität bei der Erfassung des Drehwinkels mitten unter der somit erzielten Hall-Spannung nur ein Spannungswert in einem Bereich AR zum linearen Ändern der Hall-Spannung Vh in Bezug auf den Übergang des Drehwinkels verwendet, um die arithmetische Belastung zu verringern, die bei der Erfassung des Drehwinkels aufgebracht wird, und um die Erfassungsgenauigkeit zu verbessern und dergleichen.
Wie als Liniensegment R in 22C dargestellt ist, wird andererseits in der Realität die Hall-Spannung Vh, die tatsächlich erfasst wird, von einem Liniensegment T, das die obige theoretische Hall-Spannung Vh zeigt, durch verschiedene Fehlerfaktoren getrennt. Die folgenden zwei Faktoren werden hauptsächlich als dieser Faktor erachtet.
Als erster Faktor wird die Existenz einer Offsetspannung genannt. Die Offsetspannung ist eine Spannung, die angelegt wird, wenn kein Magnetfeld angelegt wird (wenn gilt: magnetische Flussdichte B = 0). Wenn an das Hall-Element kein Magnetfeld angelegt wird, ist es ideal, dass die Offsetspannung ”null” wird. Sogar wenn an das Hall-Element kein Magnetfeld angelegt wird, wird jedoch in der Realität eine Spannung (eine Offsetspannung) erzeugt, um die Hall-Spannung Vh vollständig anzuheben. Wie durch eine strichpunktierte Linie in 22C gezeigt ist, wird daher im Vergleich zu der ursprünglichen Hall-Spannung Vh eine Ausgangsspannung von dem Hall-Element durch die Offsetspannung vollständig erhöht. Die folgenden Gründe bilden einen Faktor zum Erzeugen einer solchen Offsetspannung.
Die Offsetspannung wird durch eine Ausrichtungsverschiebung erzeugt, wenn das Hall-Element hergestellt wird. In der vorherigen 18 wird im Fluss des elektrischen Antriebsstroms vom Anschluss S1 zu den Anschlüssen G1 und G2 ein Versatz erzeugt, wenn bei der Ausrichtung der Diffusionsschichten 122 bis 124 und der Diffusionsschichten 126a bis 126e eine Verschiebung verursacht wird und wenn das Verhältnis der Relativpositionen der Diffusionsschichten 122 bis 124 und der Diffusionsschichten 126a bis 126e verschoben ist. Durch diesen Versatz des elektrischen Antriebsstroms wird eine Äquipotenzialkurve in dem Hall-Element verformt. Daher wird zwischen der Elektrode c und der Elektrode d die Offsetspannung erzeugt.
Die Offsetspannung wird auch durch eine externe mechanische Beanspruchung erzeugt. Als Faktor zum Erzeugen einer mechanischen Beanspruchung wird ein Gehäuse (ein Gießklebstoff, eine Silberpaste und dergleichen) zum Abdichten des Hall-Elements aufgezählt. Wenn auf das Hall-Element die externe mechanische Beanspruchung aufgebracht wird, ändert sich durch einen Piezowiderstandseffekt ein Widerstandswert in dem Hall-Element. Eine derartige mechanische Beanspruchung wird auf das Hall-Element nicht gleichförmig aufgebracht. Daher wird hinsichtlich des Widerstandswerts in dem Hall-Element ein Ungleichgewicht erzeugt. Dieses Ungleichgewicht des Widerstandswerts in dem Hall-Element erscheint als Offsetspannung.
Als zweiter Faktor werden Temperatureigenschaften des Magneten zum Anlegen des magnetischen Felds an das Hall-Element und Temperatureigenschaften des Hall-Elements selbst aufgezählt.
Von dem Hall-Element wird schließlich durch diese Faktoren eine Spannung ausgegeben, wie sie in 22C durch eine Zweipunkt-Strichlinie dargestellt ist.
Eine Änderung der Hall-Spannung Vh, die durch die Existenz einer derartigen Offsetspannung und durch die Temperatureigenschaften erzeugt wird, wird im Allgemeinen durch Verwenden einer Korrekturschaltung korrigiert. Bei dieser Änderung wird die obige Änderung aufgrund der Offsetspannung durch einen mechanischen Faktor der Struktur des Hall-Elements und dergleichen erzeugt. Daher gibt es viele Fälle, in welchen es ausreichend ist, die Korrektur nur einmal durch die Korrekturschaltung durchzuführen. Deshalb wird es bei der Winkelerfassung unter Verwendung des Hall-Elements nicht so sehr als Problem gesehen. Hinsichtlich der obigen Änderung, welche durch die Temperatureigenschaft bewirkt wird, ist andererseits die Korrektur bei jeder einzelnen Temperatur erforderlich, so dass seine Korrektur kompliziert wird und hinsichtlich der Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit des Hall-Elements auch nicht vernachlässigt werden kann.
Insbesondere sind die Temperatureigenschaften des Magneten zum Anlegen des Magnetfelds an das obige Hall-Element und die Temperatureigenschaften des Hall-Elements selbst, d. h. das Verhältnis der Hall-Spannung Vh und der Temperatur, im Allgemeinen durch eine sekundäre Funktion dargestellt. Daher ist es notwendig, die Anzahl der Korrekturen der Hall-Spannung Vh zu erhöhen, die bei jeder Temperatur durchgeführt werden, und bei der sekundären Funktion eine Kurvenkorrektur zum Erfassen des Magnetfeldes von hoher Genauigkeit derart durchzuführen, dass die Änderung der Hall-Spannung Vh unter Verwendung derartiger Temperatureigenschaften korrigiert wird. Wenn jedoch die Anzahl der Korrekturen erhöht wird, nimmt die Zeit bis zu der Berechnung der Höhe des Magnetfelds, das an das gleiche Hall-Element angelegt wird, von der Hall-Spannung zu. Wenn die Kurvenkorrektur durchgeführt wird, wird ferner eine Schaltungsskala erhöht und es wird eine Vergrößerung einer Chipgröße verursacht. Daher wird in jedem Fall eine Nichteffizienz verursacht.
Insbesondere ist in dem obigen vertikalen Hall-Element, wie unten gezeigt, ein Streuungsverfahren für eine Verarmungsschicht gemäß der Temperatur unterschiedlich. Daher besteht die Neigung, dass auf einen Krümmungsgrad einer Kurve, welche das Verhältnis der Temperatur und der Hall-Spannung in der obigen Temperatureigenschaft zeigt, mehr Wert gelegt wird, und die Korrektur der Hall-Spannung, welche durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, wird stärker kompliziert. Ferner wird die Breite der Verarmungsschicht auch dadurch gestreut, dass die Diffusionsschicht bei der Herstellung gestreut wird. Daher wird die Verteilung der Hall-Spannung jedes einzelne Mal auch groß.
Wie es durch eine gestrichelte Linie in 23 gezeigt ist, werden nämlich in dem vertikalen Hall-Element Verarmungsschichten jeweils in einem PN-Übergangsabschnitt zwischen dem Halbleiterbereich 131 und den Diffusionsschichten 133, 134 und in einem PN-Übergangsabschnitt zwischen dem Halbleiterbereich 131 und der Diffusionsschicht 132 erzeugt, wenn der elektrische Antriebsstrom zu dem gleichen Element fließt. Die Abmessungen dieser Verarmungsschichten werden auch gemäß der Temperatur verändert. Des Weiteren ist in dem vertikalen Hall-Element die Diffusionskonzentration der Diffusionsschicht gering. Daher wird die obige Verarmungsschicht hinsichtlich der Richtung des elektrischen Stroms in zwei Richtungen (in einer horizontalen Richtung in dieser Figur) viel leichter verteilt, und die Gestalt der Hall-Platte HP wird verformt wird. Wie in 24 wird, und es ist leicht die Gestalt der Hall-Platte wird leicht verformt. Wie in 24 dargestellt ist, tritt die Temperaturabhängigkeit in dem vertikalen Hall-Element aus diesen Gründen besonders auf. Es wird schwierig, die Änderung der Hall-Spannung präzise zu korrigieren, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird.
Demgemäß ist ein Sensor erforderlich, der auf der Grundlage der hohen Genauigkeit die Änderung der Ausgangsspannung korrigieren kann, welche durch die Temperatureigenschaft verursacht worden ist.
Über das Vorstehende hinaus betrifft die Druckschrift JP 2004-053 505 AA einen Flussdichtesensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 2, und insoweit einer Leistungsquellenschaltung zum Zuführen einer konstanten Spannung, einem ersten Hall-Element zum Erzeugen einer Hall-Spannung in einer zu einer Richtung lotrechten Richtung durch Anlegen der konstanten Spannung in der einen Richtung in dem Zustand, in dem ein Magnetfeld angelegt ist, und Erfassen des Magnetfelds, und einer Temperaturkompensationsschaltung mit einem zweiten Hall-Element, das parallel zu dem ersten Hall-Element verschaltet ist und dieselbe Temperaturkennlinie wie das erste Hall-Element aufweist, und mit der Leistungsquellenschaltung verbunden ist. Die Temperaturkennlinie des ersten Hall-Elements wird durch die Temperaturkompensationsschaltung kompensiert, um dadurch eine Einstellung derart vorzunehmen, dass die Temperaturkennlinie des ersten Hall-Elements konstant wird.
Außerdem lehrt die Druckschrift US 5 351 003 A einen temperaturkompensierten, magnetoresistiven Positionssensor mit zwei Magnetwiderstandselementen, die mit magnetischem Fluss aus einem Permanentmagneten vorbeaufschlagt werden und elektrisch in Reihe mit einem Präzisionswiderstand und einer Spannungsquelle verbunden sind. Ein magnetisch permeabler Schiebestab ist an Positionen innerhalb eines definierten, an den Sensor angrenzenden Bereichs bewegbar, um den magnetischen Fluss zu variieren und den Widerstand jedes Magnetwiderstandselements zu ändern, während die Summe der Widerstände der Magnetwiderstandselemente im Wesentlichen konstant bleibt. Für eine gegebene Schiebestabposition werden die an dem Präzisionswiderstand und an den Magnetwiderstandselementen auftretenden Spannungsabfälle durch einen Rechner verarbeitet, um den Wert für ein Widerstandsverhältnis zu bestimmen, das gleich dem Widerstand eines der Magnetwiderstandselemente dividiert durch die Summe der Widerstände beider Magnetwiderstandselemente bei der Sensorbetriebstemperatur ist. Der ermittelte Wert für das Widerstandsverhältnis wird auf der Grundlage der Summe der Widerstände der Magnetwiderstandselemente transformiert, um einen kompensierten Widerstandsverhältniswert zu erhalten, der für dieselbe Schiebestabposition bei Raumtemperatur auftreten würde. Der kompensierte Widerstandsverhältniswert wird dann in Verbindung mit dem bekannten Verhalten des Sensors bei Raumtemperatur genutzt, um eine genaue Angabe der Schiebestabposition zu erhalten, die im Wesentlichen von Einflüssen der Sensorbetriebstemperatur unbeeinträchtigt bleibt.
Weiter zeigt die Druckschrift US 2003/0 117 254 A1 einen magnetoresistiven Sensor mit einer vollen oder einer halben Wheatstone-Brücke, die zwei Ausgaben zur Ermittlung von Werten eines Temperatursensors und eines Magnetsensors liefert.
Hinsichtlich des oben beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen. Darüber hinaus soll die Erfindung einen Magnetsensor bereitstellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Halbleitervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, und alternativ gelöst durch einen Magnetsensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2.
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung aus einem Erfassungs-Hall-Element zum Erfassen eines Magnetfelds, das von einem Erfassungsobjekt ausgesendet wird, einem Temperaturüberwachungs-Hall-Element und einer Berechnungsschaltung hergestellt. Das Erfassungs-Hall-Element weist ungefähr die gleiche Eigenschaft wie das Temperaturüberwachungs-Hall-Element auf. Das Erfassungs-Hall-Element ist nahe dem Temperaturüberwachungs-Hall-Element angeordnet. Das Erfassungs-Hall-Element gibt eine Hall-Spannung aus. Das Temperaturüberwachungs-Hall-Element weist ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen auf, um eine Temperaturüberwachungsspannung auszugeben. Die Berechnungsschaltung führt auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung durch, um die Temperatureigenschaft der Hall-Spannung zu beseitigen.
Zwischen der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung kann eine arithmetische Berechnung zum Aufheben der Temperatureigenschaft durchgeführt werden. Die obige Sensorausgabe, die durch eine derartige arithmetische Berechnung erzielt wird, wird auch eine Spannung, welche eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung naturgemäß ausgezeichnet ist. Wenn auf der Grundlage der Temperatur hinsichtlich der obigen Sensorausgabe eine Interpolationskorrektur und dergleichen durchgeführt wird, wird daher seine Genauigkeit geeigneterweise aufrechterhalten. Demgemäß kann die Änderung der Hall-Spannung, welche durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, auf der Grundlage der hohen Genauigkeit korrigiert werden.
Gemäß einem alternativen Grundgedanken der Erfindung ist ein Magnetsensor aus einem Hall-Element, einem Schaltelement und einer Berechnungsschaltung hergestellt. Das Hall-Element erfasst ein Magnetfeld, das von einem Erfassungsobjekt ausgesendet wird. Das Hall-Element weist einen Antriebssignalzuführanschluss zum Ausgeben der Hall-Spannung und zum Ausgeben der Temperaturüberwachungsspannung auf. Das Schaltelement schaltet zwischen der Ausgabe der Hall-Spannung und der Ausgabe der Temperaturüberwachungsspannung um. Die Berechnungsschaltung führt eine arithmetische Berechnung zum Beseitigen der Temperatureigenschaft der Hall-Spannung auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung durch.
Gemäß dem obigen Aufbau wird eine arithmetische Berechnung zum Aufheben der Temperatureigenschaften der umgeschalteten und ausgegebenen Hall-Spannung und Temperaturüberwachungsspannung durch diese Spannungen durchgeführt. Die obige Sensorausgabe, die durch eine derartige arithmetische Berechnung erzielt wird, wird auch eine Spannung, welche eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung naturgemäß ausgezeichnet ist. Wenn hinsichtlich der obigen Sensorausgabe eine Interpolationskorrektur und dergleichen auf der Grundlage der Temperatur durchgeführt wird, wird daher seine Genauigkeit geeignet aufrechterhalten, und die Änderung der Hall-Spannung, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, kann auf der Grundlage der hohen Genauigkeit korrigiert werden.
Gemäß einem weiteren Gedanken, der nicht Teil der Erfindung ist, ist der Magnetsensor aus einem Erfassungs-Hall-Element zum Erfassen eines Magnetfelds, das von einem Erfassungsobjekt ausgesendet wird, einem Temperaturüberwachungselement und einer Berechnungsschaltung hergestellt. Das Erfassungs-Hall-Element ist nahe dem Temperaturüberwachungselement angeordnet. Das Erfassungs-Hall-Element gibt eine Offsetspannung aus. Das Temperaturüberwachungselement weist ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen zum Ausgeben der Temperaturüberwachungsspannung auf. Die Berechnungsschaltung führt auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung zum Beseitigen der Temperatureigenschaft der Hall-Spannung durch.
Durch arithmetisches Berechnen der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung wird eine Sensorausgabe zum Korrigieren der Temperatureigenschaft und zum Aufheben des Versatzes erzielt.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht worden ist, besser ersichtlich.
In den Zeichnungen ist:
1 ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich einen Schaltungsaufbau gemäß einer ersten Ausführungsform eines Magnetsensors zeigt;
2 ein Schaltungsdiagramm, das ein Ersatzschaltbild eines Hall-Elements zeigt;
3A eine grafische Darstellung, die typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und einer Hall-Spannung in dem Magnetsensor zeigt, und 3B eine grafische Darstellung, die typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und einer Temperaturüberwachungsspannung in dem Magnetsensor zeigt;
4A eine grafische Darstellung, die typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und einer Empfindlichkeitsänderungsrate zeigt, und 4B eine grafische Darstellung, die typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und einer Widerstandsänderungsrate zeigt;
5 eine grafische Darstellung, die typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und einer Sensorausgabe in dem Magnetsensor zeigt;
6 ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich einen Schaltungsaufbau gemäß einer zweiten Ausführungsform des Magnetsensors zeigt;
7 eine grafische Darstellung, die typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und der Hall-Spannung in dem Magnetsensor zeigt;
8 ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich einen Schaltungsaufbau gemäß einer dritten Ausführungsform des Magnetsensors zeigt;
9 ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich einen Schaltungsaufbau hinsichtlich einer anderen Ausführungsform des Magnetsensors zeigt;
10 ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich einen Schaltungsaufbau hinsichtlich einer anderen Ausführungsform des Magnetsensors zeigt;
11 ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich einen Schaltungsaufbau hinsichtlich einer anderen Ausführungsform des Magnetsensors zeigt;
12 ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich einen Schaltungsaufbau hinsichtlich einer anderen Ausführungsform des Magnetsensors zeigt;
13 ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich einen Schaltungsaufbau hinsichtlich einer anderen Ausführungsform des Magnetsensors zeigt;
14A eine Draufsicht, die ein vertikales Hall-Element zeigt, und 14B eine Querschnittsansicht, die das vertikale Hall-Element zeigt;
15A eine Draufsicht, die einen Drucksensor zeigt, und 15B eine Querschnittsansicht, die den Drucksensor zeigt;
16 eine Perspektivansicht, die ein Magnetismus-Erfassungsprinzip eines herkömmlichen Hall-Elements erläutert;
17A eine Draufsicht, die typischerweise die planare Struktur eines lateralen Hall-Elements zeigt, und 17B eine Querschnittsansicht, die typischerweise eine Querschnittsstruktur des lateralen Hall-Elements entlang XVIIB-XVIIB von 17A zeigt;
18 eine Draufsicht, die typischerweise die planare Struktur des vertikalen Hall-Elements zeigt;
19 eine Querschnittsansicht, die typischerweise die Querschnittsstruktur des vertikalen Hall-Elements entlang XIX-XIX in 18 zeigt;
20 eine Draufsicht, die typischerweise die planare Struktur des vertikalen Hall-Elements zeigt, welches durch einen CMOS-Prozess hergestellt werden kann;
21 eine Querschnittsansicht, die typischerweise die Querschnittsstruktur des vertikalen Hall-Elements entlang XXI-XXI in 20 zeigt;
22A eine typische Ansicht, die typischerweise einen Anordnungsmodus eines Magneten zum Erzeugen eines Vorspannungsmagnetfelds und des Hall-Elements zeigt, 22B eine grafische Darstellung, die das Verhältnis eines Drehwinkels und einer Hall-Spannung zeigt, und 22C eine grafische Darstellung, die das Verhältnis von sowohl einer theoretischen Hall-Spannung, der gleichen Hall-Spannung, die durch eine Offsetspannung beeinflusst worden ist, als auch der gleichen Hall-Spannung, die durch die Offsetspannung und eine Temperatureigenschaft beeinflusst worden ist, und dem Drehwinkel zeigt;
23 eine Querschnittsansicht, die einen Erzeugungsmodus einer Verarmungsschicht in dem vertikalen Hall-Element zeigt; und
24 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis der Hall-Spannung und der Temperatur des vertikalen Hall-Elements zeigt.
(Erste Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 wird anschließend eine erste Ausführungsform einer Ausgestaltung eines Magnetsensors erläutert. In dem Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform wird das obige vertikale Hall-Element als Element zum Erfassen von Magnetismus angenommen.
Wie in 1 gezeigt ist, wird der Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform dadurch hergestellt, dass ein vertikales Hall-Element (ein vertikales Erfassungs-Hall-Element) 10 zum Erfassen eines Magnetfelds, das von einem Erfassungsobjekt ausgesendet wird, und ein vertikales Temperaturüberwachungs-Hall-Element (ein vertikales Hall-Element zum Überwachen einer Temperatur) 20, welches die gleichen Eigenschaften wie dieses vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 aufweist, angeordnet werden. Dieses vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und dieses vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 sind an nahen Positionen aus dem gleichen Substrat ausgeformt. Die Anordnungen dieses vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 und dieses vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 sind willkürlich. Wenn die Breite eines Magnetfelds (einer magnetischen Flussdichte B), das in der vorherigen 20 gezeigt ist, hinsichtlich der Richtung eines Pfeils eng ist, ist es jedoch wünschenswert, das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 parallel zu den linken und rechten Richtungen in 1 anzuordnen, um die Empfindlichkeit des Magnetsensors zu erhöhen. Wenn die Breite des Magnetfelds (der magnetischen Flussdichte B) hinsichtlich der Richtung des Pfeils weit ist, kann die Empfindlichkeit des Magnetsensors auf ähnliche Weise erhöht werden, wenn das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 parallel zu der vertikalen Richtung in 1 angeordnet sind. Wenn das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 an der Chipmitte angeordnet sind, wird ferner ein Einfluss der Chipbeanspruchung, die von den Hall-Elementen aufgenommen wird, verringert. Daher kann die Genauigkeit des Magnetsensors erhöht werden.
In einem solchen Magnetsensor ist ein Anschluss S des obigen, vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 mit einer Antriebsquelle 11 einer konstanten Spannung verbunden und die Anschlüsse G1, G2 sind geerdet. Andererseits ist ein Anschluss S des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 mit einer Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms verbunden und die Anschlüsse G1, G2 sind geerdet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Hall-Element 10 zum Erfassen eines Magnetfelds äquivalent als Brückenschaltung gezeigt, in der vier Widerstände R1 bis R4 verbunden sind. Diese Widerstände R1 bis R4 haben die Funktion eines magnetischen Widerstandselements, und sie sind derart festgelegt, dass Änderungen bei den Widerstandswerten jeweils gemäß einer angelegten Magnetfelddichte unterschiedlich sind. Ferner sind die Widerstände R1 und R4 und die Widerstände R2 und R3, die sich an entgegengesetzten Positionen befinden, derart festgelegt, dass die jeweiligen Widerstandswerte gemäß der Richtung des angelegten Magnetfelds auf die gleiche Art und Weise geändert werden. Beispielsweise werden die Widerstandswerte der Widerstände R1, R4 erhöht, und die Widerstandswerte der Widerstände R2, R3 werden verringert. Wenn von einer elektrischen Stromquelle E und einem Anschluss S ein elektrischer Strom I geliefert wird, werden die Spannungen der Anschlüsse V1, V2 durch die Widerstandswerte der jeweiligen Widerstände R1 bis R4 geändert. Und zwar wird zwischen den Anschlüssen V1, V2 eine Differenz eines elektrischen Potenzials erzeugt und als Hall-Spannung ausgegeben. Das Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 ist auch in gleicher Weise aufgebaut.
Des Weiteren wird die Hall-Spannung Vhd, die zwischen den Anschlüssen V1, V2 des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 erzeugt wird, in einen Verstärker 12 eingegeben. Andererseits wird eine Spannung, die einem Abschnitt zwischen dem Anschluss S und den Anschlüssen G1, G2 des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 als Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, einem Verstärker 22 eingegeben. Einer Subtrahiererschaltung 30 werden jeweils die Hall-Spannung Vd als Erfassungsspannung, welche eine Ausgangsspannung des obigen Verstärkers 12 bildet, und eine Temperaturüberwachungsspannung Vm als Ausgangsspannung des obigen Verstärkers 22 eingegeben. Die Ausgangsspannung Vc, die von einem Ausgangsanschluss To dieser Subtrahiererschaltung 30 ausgegeben wird, wird in dieser Ausführungsform eine Sensorausgabe des Magnetsensors.
Gemäß dem derart aufgebauten Magnetsensor werden in der obigen Subtrahiererschaltung 30 eine Temperatureigenschaft der Hall-Spannung Vd und eine Temperatureigenschaft der Temperaturüberwachungsspannung Vm aufgehoben, und ihre Sensorausgabe (die Ausgangsspannung Vc) weist eine Eigenschaft auf, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichnet ist. Anschließend wird unter Bezugnahme auf die 3A bis 5 eine arithmetische Berechnung detailliert beschrieben, um die Temperatureigenschaft dieser Hall-Spannung Vd und die Temperatureigenschaft der Temperaturüberwachungsspannung Vm zu beseitigen. 3A zeigt typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und der Hall-Spannung Vd als Graph. 3B zeigt typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und der Temperaturüberwachungsspannung Vm als Graph. 4A zeigt typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und einer Empfindlichkeitsänderungsrate. 4B zeigt typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und einer Widerstandsänderungsrate.
Des Weiteren zeigt 5 typischerweise das Verhältnis einer Temperatur und einer Sensorausgabe (Ausgangsspannung Vc) als Graph.
Wie oben erwähnt, ist die Antriebsquelle 11 einer konstanten Spannung mit dem Anschluss S des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 verbunden, und die beiden Anschlüsse G1, G2 sind geerdet. Das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 wird mit einer konstanten Spannung derart betrieben, dass seine Anwendungsspannung konstant aufrechterhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Hall-Spannung Vhd des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 durch die folgende Beziehungsformel dargestellt: Vhd = μh × (W/L) × V × B, wenn W die Breite dieses vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 und L seine Länge sind, und wenn B die magnetische Flussdichte des angelegten Magnetfelds, μh die Beweglichkeit und V die Spannung, welche durch die Antriebsquelle 11 einer konstanten Spannung angelegt wird, sind. In einem derartigen vertikalen Erfassungs-Hall-Element 10 wird dann, wenn eine Temperatur ansteigt, ein durchschnittlicher freier Weg durch Zunahme einer thermischen Schwingung eines Atomkerns eines Atoms verkürzt, das dieses vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 bildet und aufgrund von Störstellenionen zerstreut wird. Deswegen wird die Elektronenbewegung in einer Verarmungsschicht behindert. Daher wird die Beweglichkeit μh eines Trägers verringert. Somit wird in dem vertikalen Erfassungs-Hall-Element 10 die Beweglichkeit μh verringert, wenn die Temperatur ansteigt. Seine Hall-Spannung Vhd wird exponentiell verringert, wenn die Temperatur ansteigt. Darüber hinaus wird ein Anstiegsgrad einer Verarmungsschichtbreite, der durch den Temperaturanstieg verursacht wird, erhöht, wenn die Trägerkonzentration verringert wird. Wie in 3A gezeigt ist, wird daher die Hall-Spannung Vd, die von dem Verstärker 12 ausgegeben wird, auf ähnliche Weise exponentiell verringert, wenn die Temperatur ansteigt.
Andererseits ist in dem vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 eine Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms mit seinem Anschluss S verbunden, und die beiden Anschlüsse G1, G2 sind geerdet. Das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 wird mit einem konstanten elektrischen Strom derart betätigt, dass sein zugeführter elektrischer Strom konstant beibehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Hall-Spannung Vhm des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 durch die Beziehungsformel dargestellt: Vhm = (Rh/d) × I × B, wenn d die Dicke dieses vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20, B die magnetische Flussdichte des angelegten Magnetfelds, Rh ein Hell-Koeffizient und I der elektrische Strom, welcher der Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms zugeführt wird, sind. In dieser Gleichung ist der Hall-Koeffizient Rh ein Wert, der durch die Gleichung Rh = 1/(qxn) dargestellt ist, wenn q eine elektrische Ladung und n eine Trägerdichte sind. In einem solchen vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 wird eine Trägeranzahl, welche von seinem Störstellenniveau erregt wird, erhöht, so dass die Trägerdichte n erhöht wird, wenn die Temperatur ansteigt. Daher wird durch eine derartige Erhöhung der Trägerdichte n der Hall-Koeffizient Rh verringert. Seine Hall-Spannung Vhm wird exponentiell verringert, wenn die Temperatur ansteigt. Weil die Beweglichkeit des Trägers verringert wird, wenn die Temperatur ansteigt, wird ferner ein Wert eines elektrischen Widerstands des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 erhöht, wenn die Temperatur ansteigt. Daher wird die Zwischen-Anschluss-Spannung zwischen dem Anschluss S und den Anschlüssen G1, G2 des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 exponentiell erhöht, wenn die Temperatur ansteigt. Wie in 3B gezeigt ist, wird daher die Temperaturüberwachungsspannung Vm, welche von dem Verstärker 22 ausgegeben wird, auch exponentiell erhöht, wenn die Temperatur ansteigt.
Es wird eine weitere detaillierte Erklärung gegeben. Eine Temperaturänderung der Hall-Spannung Vhm in dem Hall-Element 10 zum Erfassen eines Magnetfelds ist so vorgesehen, wie es in 4A gezeigt ist. Diese Änderung wird hinsichtlich der Temperatur T durch die folgenden Beziehungsformeln aufgezeigt: S(T) = S(O)(1 + β₁T + β₂T²), β_t = B_t0 + B_t1logNs + B_t2logNs² + B_t3logNs³, und (T = 1, 2),
Diese Änderung kann nämlich durch den Koeffizienten β in Abhängigkeit von der Trägerkonzentration Ns dargestellt werden. Andererseits ist eine Temperaturänderung des Widerstands des Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 vorgesehen, wie es in 4B dargestellt ist. Diese Änderung des Widerstandswerts R wird hinsichtlich der Temperatur T durch die folgende Beziehungsformel aufgezeigt: R(T) = R(O)(1 + α₁T + α₂T²), α_t = A_t0 + A_t1logNs + A_t2logNs² + A_t3logNs³, und (T = 1, 2),
Diese Änderung kann nämlich durch den Koeffizienten α in Abhängigkeit von der Trägerkonzentration Ns dargestellt werden. Demgemäß kann die Änderung der Hall-Spannung hinsichtlich der Temperaturänderung dadurch beseitigt werden, dass die Koeffizienten A, B derart angepasst werden, dass die obigen Koeffizienten α und β gleich sind. Die Koeffizienten werden multipliziert, wenn in der obigen Subtrahiererschaltung 30 eine arithmetische Berechnung durchgeführt wird.
Daher hat die Hall-Spannung Vd einen negativen Temperaturkoeffizienten und die Temperaturüberwachungsspannung Vm einen positiven Temperaturkoeffizienten. Die Temperaturkoeffizienten der Hall-Spannung Vd und der Temperaturüberwachungsspannung Vm sind gegensinnig. Wie in 5 dargestellt ist, weist demgemäß die Ausgangsspannung Vc der Subtrahiererschaltung 30, welcher diese Hall-Spannung Vd und diese Temperaturüberwachungsspannung Vm zugeführt werden, hinsichtlich eine Eigenschaft auf, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichnet ist. Daher kann auf der Grundlage der Ausgangsspannung Vc, die von einer solchen Subtrahiererschaltung 30 ausgegeben wird, die Änderung der Hall-Spannung Vhd, welche durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, mit hoher Genauigkeit korrigiert werden. Hier gilt Folgendes: Ausgangsspannung Vc = Hall-Spannung Vd – Temperaturüberwachungsspannung Vm.
In dieser Ausführungsform ist das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 derart aufgebaut, dass es einem ”Erfassungs-Hall-Element” entspricht, und ist das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 derart aufgebaut, dass es einem ”Temperaturüberwachungs-Hall-Element” entspricht. Ferner sind in dieser Ausführungsform der Anschluss S und die Anschlüsse G1, G2 derart hergestellt, dass sie ”Antriebssignalzuführanschlüssen” entsprechen.
Wie oben erläutert, können gemäß dem Magnetsensor in dieser Ausführungsform die folgenden Wirkungen erzielt werden.
Das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20, welches die gleiche Eigenschaft wie das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 aufweist, ist in der Nähe dieses vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 angeordnet. Die Temperaturüberwachungsspannung Vm, die von dem Verstärker 22 gemäß der Spannung ausgegeben wird, die einem Abschnitt zwischen dem Anschluss S und den Anschlüssen G1, G2 des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 als seine Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, wird in der Subtrahiererschaltung 30 von der Hall-Spannung Vd, die von dem Verstärker 12 gemäß der Hall-Spannung Vhd des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 ausgegeben wird, subtrahiert. Somit weist die Ausgangsspannung Vc, die von der Subtrahiererschaltung 30 ausgegeben wird, eine Eigenschaft auf, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichnet ist. Demgemäß kann die Änderung der Hall-Spannung Vhd, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, auf der Basis der hohen Genauigkeit korrigiert werden. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Chipbeanspruchung, die von den Hall-Elementen aufgenommen wird, verringert, wenn das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 an der Chipmitte angeordnet sind. Daher kann die Genauigkeit des Magnetsensors erhöht werden.
Weil die Ausgangsspannung Vc, die von der Subtrahiererschaltung 30 ausgegeben wird, eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität ausgezeichnet ist, ist eine Interpolationskorrektur leicht, und die Änderung der Hall-Spannung Vhd, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, kann auf der Grundlage einer hohen Genauigkeit korrigiert werden. Wenn beispielsweise die Ausgangsspannung Vc bei zwei Temperaturen ausgewählt wird und auf einer geraden Linie zwischen diesen zwei Punkten angeglichen wird, kann die Änderung der Hall-Spannung Vhd, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, innerhalb sehr kurzer Zeit mit einer geringen arithmetischen Belastung korrigiert werden. In diesem Zusammenhang kann gemäß einem derartigen Korrekturmodus eine ausreichende Genauigkeit sogar dann sichergestellt werden, wenn keine Kurvenkorrektur unter Verwendung einer sekundären Funktion durchgeführt wird. Daher kann eine Schaltung, die bei der Kurvenkorrektur erforderlich ist, weggelassen werden, und eine Schaltungsskala kann auch verringert werden.
Das vertikale Hall-Element, wie das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20, wird als Sensor zum Erfassen von Magnetismus angewendet. In dem vertikalen Hall-Element ist im Vergleich zu dem lateralen Hall-Element ein Elementausformungsbereich auf dem Chip im Allgemeinen gering. Daher können das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 näher dadurch angeordnet werden, dass das vertikale Hall-Element auf diese Art und Weise angewendet wird. Im Gegenzug dazu kann die Änderung der Hall-Spannung, welche durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, auf der Grundlage einer höheren Genauigkeit korrigiert werden.
Das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20, welches die gleiche Eigenschaft wie das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 aufweist, ist in der Nähe dieses vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 angeordnet. Die Temperaturüberwachungsspannung Vm, die von dem Verstärker 22 gemäß der Spannung ausgegeben wird, die einem Abschnitt zwischen dem Anschluss S und den Anschlüssen G1, G2 des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 als seine Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, wird in der Subtrahiererschaltung 30 von der Hall-Spannung Vd, die von dem Verstärker 12 gemäß der Hall-Spannung Vhd des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 ausgegeben wird, subtrahiert. Wenn die Ausgangsspannung des Erfassungs-Hall-Elements 10 eine Spannung ist, die um den Faktor verschoben ist, der im Stand der Technik beschrieben wurde, wird die Ausgangsspannung des Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 auf ähnliche Weise eine Offsetspannung. Demgemäß wird ein Versatzbetrag auch dadurch subtrahiert, dass die Temperaturüberwachungsspannung Vm von der Hall-Spannung Vd als Offsetspannung subtrahiert wird. Die Offsetspannung kann beseitigt werden, das heißt die Ausgangsspannung kann korrigiert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Anschließend wird eine zweite Ausführungsform einer Ausgestaltung des Magnetsensors beschrieben. Der Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform hat einen Aufbau, der dem des Magnetsensors gemäß der vorherigen ersten Ausführungsform ähnlich ist.
Wie in 6 gezeigt ist, ist in dem Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform der Anschluss S des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 mit einer Antriebsquelle 21 eines konstanten Stroms verbunden, und die Anschlüsse G1, G2 sind mit dem Anschluss S des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 verbunden. Beide Anschlüsse G1, G2 des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 sind geerdet. Somit sind in dem Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform das vorherige vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vorherige vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 in Reihe mit der Antriebsquelle 21 eines konstanten Stroms verbunden. Sowohl das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 als auch das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 werden mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben.
In dem Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform wird auch, wie bei dem Magnetsensor in der vorherigen ersten Ausführungsform, die Hall-Spannung Vhd, die zwischen den Anschlüssen V1, V2 des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 erzeugt wird, in den Verstärker 12 eingegeben. Ferner wird eine Spannung, welche einem Abschnitt zwischen dem Anschluss S und den Anschlüssen G1, G2 des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 als seine Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, in den Verstärker 22 eingegeben. Darüber hinaus werden jeweils die Hall-Spannung Vd als Ausgangsspannung des obigen Verstärkers 12 und die Temperaturüberwachungsspannung Vm als Ausgangsspannung des obigen Verstärkers 22 in die Subtrahiererschaltung 30 eingegeben.
In dem derart aufgebauten Magnetsensor wird der Hall-Koeffizient Rh in dem vertikalen Erfassungs-Hall-Element 10 auch verringert, wenn die Temperatur ansteigt. Daher wird seine Hall-Spannung Vhd exponentiell verringert, wenn die Temperatur ansteigt. Ferner wird in dem vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 die Trägerbeweglichkeit verringert, und sein elektrischer Widerstandswert wird erhöht, wenn die Temperatur ansteigt. Somit steigt die Zwischen-Anschluss-Spannung zwischen dem Anschluss S und den Anschlüssen G1, G2 des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 exponentiell an, wenn die Temperatur ansteigt. Demgemäß weist die Ausgangsspannung Vc der Subtrahiererschaltung 30, welche diese Hall-Spannung Vd und diese Temperaturüberwachungsspannung Vm aufnimmt, hinsichtlich eine Eigenschaft auf, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichnet ist. Daher kann auch die Änderung der Hall-Spannung Vhd, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, mit hoher Genauigkeit auf der Basis der Ausgangsspannung Vc korrigiert werden, welche von der obigen Subtrahiererschaltung 30 durch den Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform ausgegeben wird.
Wenn das vertikale Hall-Element mit einer konstanten Spannung und mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben wird, ist es bekannt, dass die Temperaturabhängigkeit in dem Betriebsfall mit konstantem elektrischem Strom im Vergleich zu dem Betriebsfall mit konstanter Spannung gering wird. Wie oben erwähnt, werden in dieser Ausführungsform sowohl das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 als auch das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben. Wie in 7 gezeigt ist, wird daher gemäß dem Magnetsensor in dieser Ausführungsform die Ausgangsspannung Vc, die eine geringe Temperaturabhängigkeit hat, das heißt, die einen geringen Temperaturkoeffizienten hat, von dem Magnetsensor ausgegeben.
Wie oben erklärt, können gemäß dem Magnetsensor in dieser Ausführungsform die folgenden Wirkungen erzielt werden.
Das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 sind mit der Antriebsschaltung 21 eines konstanten elektrischen Stroms in Reihe verbunden. Sowohl das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 als auch das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 wird mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben. Daher fließt der gleiche elektrische Strom wie der elektrische Strom, der zu dem vertikalen Erfassungs-Hall-Element 10 fließt, auch zu dem vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20. Deshalb wird von dem Magnetsensor die Ausgangsspannung Vc, deren Abhängigkeit von der Hall-Spannung Vhd hinsichtlich der Temperatur gering ist, d. h. die einen geringen Temperaturkoeffizienten hat, ausgegeben. Somit kann die Änderung der Hall-Spannung Vhd, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, mit höherer Genauigkeit korrigiert werden.
Weil sowohl das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 als auch das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 in dieser Art und Weise mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben werden, ist es ferner nicht notwendig, zwei Antriebsquellen (Antriebsschaltungen) bereitzustellen, und ein Anordnungsbereich des Magnetsensors in einem Chip kann auch verringert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als Nächstes wird nun eine dritte Ausführungsform einer Ausgestaltung des Magnetsensors erklärt. In dem Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform wird eine Funktion, die in sowohl dem vorherigen vertikalen Erfassungs-Hall-Element als auch in dem vorherigen vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Element entstanden ist, durch ein einzelnes Hall-Element realisiert. Ein derartiger Magnetsensor wird unter Bezugnahme auf 8 erläutert. 8 zeigt typischerweise einen Schaltungsaufbau des Magnetsensors gemäß dieser Ausführungsform.
Wie in 8 dargestellt ist, ist der Anschluss S eines vertikalen Hall-Elements 50 mit einer Antriebsquelle 51 eines konstanten elektrischen Stroms verbunden, und die Anschlüsse G1, G2 sind geerdet. Ferner sind diese Anschlüsse S, G1, G2 und die Anschlüsse V1, V2 des vertikalen Hall-Elements 50 jeweils mit einer Umschaltschaltung 52 verbunden. Zwei Eingangsanschlüsse einer Addiererschaltung 53 sind mit dieser Umschaltschaltung 52 verbunden.
Diese Umschaltschaltung 52 wird gebildet, indem vier feste Kontakte und zwei bewegliche Kontakte angeordnet werden. Der Anschluss S, die Anschlüsse G1, G2 und die Anschlüsse V1, V2 des obigen vertikalen Hall-Elements 50 sind jeweils mit den festen Kontakten der Umschaltschaltung 52 verbunden, und die Eingangsanschlüsse der obigen Addiererschaltung 53 sind jeweils mit den beweglichen Kontakten verbunden. Diese Umschaltschaltung 52 ist derart aufgebaut, dass dann, wenn ein beweglicher Kontakt mit dem Anschluss S verbunden ist, der andere bewegliche Kontakt mit den Anschlüssen G1, G2 verbunden ist. Die Umschaltschaltung 52 ist auch derart aufgebaut, dass dann, wenn ein beweglicher Kontakt mit dem Anschluss V1 verbunden ist, der andere bewegliche Kontakt mit dem Anschluss V2 verbunden ist. Die Umschaltschaltung 52 wird nämlich derart betätigt, dass die Hall-Spannung Vh, die von dem vertikalen Hall-Element 50 ausgegeben wird, und die Temperaturüberwachungsspannung, die als Zwischen-Anschluss-Spannung zwischen dem Anschluss S und den Anschlüssen G1, G2 entnommen wird, durch die beweglichen Kontakte zwischen den festen Kontakten umgeschaltet und an die Addiererschaltung 53 ausgegeben werden. Beispielsweise wird als solche Umschaltschaltung 52 ein analoger Schalter verwendet.
Ferner ist in diesem Magnetsensor ein Abtast-Halte-Schaltkreis (S/H-Schaltkreis) 54 mit der obigen Addiererschaltung 53 verbunden. Dieser Abtast-Halte-Schaltkreis 54 ist derart aufgebaut, dass die Ausgangsspannung Vc der Addiererschaltung 53 an einem Zeitpunkt zurück gehalten wird, an dem der bewegliche Kontakt der obigen Umschaltschaltung 52 auf die Seite des Anschlusses S und der Anschlüsse G1, G2 umgeschaltet wird. Die Addiererschaltung 53 addiert die Spannung, die umgeschaltet und von der Umschaltschaltung 52 ausgegeben worden ist, und die Spannung, die von dem Abtast-Halte-Schaltkreis 54 eingegeben worden ist, und sie gibt die addierte Spannung als Ausgangsspannung Vc aus.
In dem Magnetsensor mit diesem Aufbau wird dann, wenn die Temperaturüberwachungsspannung durch die Umschaltschaltung 52 umgeschaltet und ausgegeben wird, diese Temperaturüberwachungsspannung in dem Abtast-Halte-Schaltkreis 54 gehalten. Folglich werden diese Hall-Spannung Vh und diese Temperaturüberwachungsspannung, die in dem obigen Abtasthalteschaltkreis 54 gehalten werden, in der Addiererschaltung 53 addiert, wenn die Hall-Spannung Vh von der Umschaltschaltung 52 umgeschaltet und von dieser ausgegeben wird. Als Ergebnis hieraus weist die Ausgangsspannung Vc des Magnetsensors eine Eigenschaft auf, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichnet ist. Demgemäß kann auch die Änderung der Hall-Spannung Vh, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, durch den Magnetsensor mit einem solchen Aufbau mit hoher Genauigkeit korrigiert werden
In dieser Ausführungsform ist die Umschaltschaltung 52 so hergestellt, dass sie einer ”Umschalteinrichtung” entspricht.
Wie oben erklärt, können gemäß dem Magnetsensor in dieser Ausführungsform die folgenden Wirkungen erzielt werden.
Die Hall-Spannung Vh, die von dem vertikalen Hall-Element 50 ausgegeben wird, und die Temperaturüberwachungsspannung, die als die Zwischen-Anschluss-Spannung von diesem vertikalen Hall-Element 50 entnommen wird, werden durch die Umschaltschaltung 52 umgeschaltet und ausgegeben. Ferner wird die obige Temperaturüberwachungsspannung in dem Abtast-Halte-Schaltkreis 54 gehalten, und diese Temperaturüberwachungsspannung und die obige Hall-Spannung Vh werden in der Addiererschaltung 53 addiert. Somit wird die Ausgangsspannung Vc, welche eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichnet ist, von der Addiererschaltung 53 ausgegeben. Ferner wird durch diese Spannungen eine arithmetische Berechnung zum Beseitigen der Temperatureigenschaften der Hall-Spannung Vh und der Temperaturüberwachungsspannung in dem gleichen vertikalen Hall-Element 50 durchgeführt. Daher weist die Ausgangsspannung Vc eine Eigenschaft auf, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichneter ist. Deshalb kann die Änderung der Hall-Spannung Vh, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, auf der Grundlage der höheren Genauigkeit korrigiert werden.
Die Magnetsensoren in diesen Ausführungsformen sind nicht auf die der obigen Ausführungsformen begrenzt, sondern sie können auch wie z. B. die folgenden Modi ausgeführt sein, in welchen diese Ausführungsformen geeignet abgeändert sind.
In der obigen ersten Ausführungsform ist die Antriebsquelle 11 einer konstanten Spannung mit dem Anschluss S des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 verbunden und die Anschlüsse G1, G2 sind geerdet. Daher wird dieses vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 mit einer konstanten Spannung betrieben. Ein Antriebsverfahren dieses vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 ist nicht auf einen derartigen Antrieb mit konstanter Spannung beschränkt. Wie in 9 beispielsweise gezeigt ist, kann der obige Anschluss S mit einer Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms verbunden sein, und sowohl dieses vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 als auch das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 können auch mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben werden. Wenn das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 mit der Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms parallel verbunden sind, kann daher ein künstlicher Widerstand eines parallelen Schaltkreises, der durch dieses vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und dieses vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 erzeugt wird, verringert werden. Daher kann die Menge eines elektrischen Stroms, welche in der Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms bereitgestellt wird, erhöht werden. Wenn die Bereitstellungsmenge eines elektrischen Stroms der Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms erhöht wird und wenn die Hall-Spannungen Vhd, Vhm, die von dem vertikalen Erfassungs-Hall-Element 10 und dem vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 ausgegeben werden, erhöht werden, können Verstärkungsfaktoren der Verstärker 12, 22 verringert werden und das Magnetfeld, das von einem Erfassungsobjekt ausgesendet wird, kann mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden.
In der obigen ersten Ausführungsform ist ferner die Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms mit dem Anschluss S des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 verbunden, und die Anschlüsse G1, G2 sind geerdet. Daher wird dieses vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben. Ein Antriebsverfahren dieses vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 ist nicht auf ein derartiges Antreiben durch einen konstanten elektrischen Strom beschränkt. Wie beispielsweise in 10 gezeigt ist, kann der obige Anschluss S mit der Antriebsquelle 11 einer konstanten Spannung verbunden sein, und sowohl das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 als auch das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 können ebenfalls mit einer konstanten Spannung betrieben werden.
Wie in 11 gezeigt ist, kann ferner der Anschluss S des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 mit der Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms verbunden sein, dieses vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 kann mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben werden, der Anschluss S des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 kann mit der Antriebsquelle 11 einer konstanten Spannung verbunden sein, und dieses vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 kann auch mit einer konstanten Spannung betrieben werden.
In der obigen zweiten Ausführungsform sind das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 in Reihe mit der Antriebsquelle 21 eines konstanten elektrischen Stroms verbunden. Daher werden sowohl das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 als auch das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben. Das Antriebsverfahren einer Reihenschaltung, die durch dieses vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 und dieses vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 aufgebaut wird, ist nicht auf das obige Antreiben mit konstantem elektrischem Strom beschränkt. Wie in 12 gezeigt ist, können nämlich sowohl das vertikale Erfassungs-Hall-Element 10 als auch das vertikale Temperaturüberwachungs-Hall-Element 20 mit einer konstanten Spannung dadurch betrieben werden, dass die Antriebsquelle 11 einer konstanten Spannung mit dem Anschluss S des vertikalen Erfassungs-Hall-Elements 10 verbunden ist.
In den Magnetsensoren gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen wird in der Subtrahiererschaltung 30 eine arithmetische Subtraktionsberechnung zum Subtrahieren der Temperaturüberwachungsspannung Vm von der Hall-Spannung Vd durchgeführt, um die Temperatureigenschaft der Hall-Spannung Vd, die von dem vertikalen Erfassungs-Hall-Element 10 ausgegeben wird, und die Temperatureigenschaft der Temperaturüberwachungsspannung Vm, die als die Zwischen-Anschluss-Spannung des vertikalen Temperaturüberwachungs-Hall-Elements 20 entnommen wird, zu beseitigen. Die arithmetische Berechnung zum Beseitigen der Temperatureigenschaft der Hall-Spannung Vd und der Temperatureigenschaft der Temperaturüberwachungsspannung Vm auf diese Art und Weise ist nicht begrenzt auf die obige arithmetische Subtraktionsberechnung. Anstelle der Subtrahiererschaltung 30 kann beispielsweise eine Addiererschaltung angeordnet sein, und es kann auch eine arithmetische Additionsberechnung durchgeführt werden, um die obige Temperaturüberwachungsspannung Vm zu der obigen Hall-Spannung Vd zu addieren. Die Ausgangsspannung Vc, welche eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichnet ist, kann auch durch den Magnetsensor mit einem derartigen Aufbau erzielt werden.
In dem Magnetsensor gemäß der obigen dritten Ausführungsform ist die Antriebsquelle 51 eines konstanten elektrischen Stroms mit dem Anschluss S des vertikalen Hall-Elements 50 verbunden, und die Anschlüsse G1, G2 sind geerdet. Daher wird dieses vertikale Hall-Element 50 mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben. Das Antriebsverfahren des vertikalen Hall-Elements 50 ist nicht auf dieses Antreiben durch einen konstanten elektrischen Strom beschränkt. Wie in 13 gezeigt ist, kann das vertikale Hall-Element 50 auch mit einer konstanten Spannung dadurch betrieben werden, dass eine Antriebsquelle 51a einer konstanten Spannung mit dem Anschluss S des vertikale Hall-Elements 50 verbunden ist.
Die Struktur des vertikalen Hall-Elements in jeder der obigen Ausführungsformen kann auch geeignet abgeändert werden. Beispielsweise kann auch das Hall-Element mit einer Struktur verwendet werden, die in den 14A und 14B gezeigt ist. Wie in 14B gezeigt ist, ist dieses vertikale Hall-Element dadurch hergestellt, dass eine Halbleiterträgerschicht (P-sub) 60, die aus einem Silizium des P-Typs hergestellt ist, und ein Halbleiterbereich (Nwell) 61 des N-Typs, der als Diffusionsschicht (well) dadurch ausgeformt ist, dass auf die Oberfläche der Halbleiterträgerschicht 60 Störstellen eines elektrischen Leitfähigkeitstyps, nämlich des N-Typs, aufgebracht werden, angeordnet sind. Wie in 14A gezeigt ist, sind auf einer geraden Linie an der Oberfläche des Halbleiterbereichs 61 fünf Diffusionsschichten 62a bis 62e des N-Typs (N+) ausgeformt. Die Diffusionsschichten 62a bis 62e haben die Funktion eines Kontaktbereichs und sind jeweils mit dem Anschluss S, dem Anschluss G1, dem Anschluss G2, dem Anschluss V1 und dem Anschluss V2 elektrisch verbunden. In dem vertikalen Hall-Element mit einem derartigen Aufbau kann eine Magnetfeldkomponente parallel zu der Oberfläche des obigen Halbleiterbereichs 61 auch dadurch erfasst werden, dass von dem Anschluss S zu dem Anschluss G1 und von dem Anschluss S zu dem Anschluss G2 ein konstanter elektrischer Antriebsstrom fließt.
In den obigen Ausführungsformen können die Temperatureigenschaften dadurch beseitigt werden, dass das Temperaturüberwachungs-Hall-Element verwendet wird, das die gleichen Eigenschaften wie das Erfassungs-Hall-Element aufweist und nahe diesem Erfassungs-Hall-Element angeordnet ist. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, können die Temperatureigenschaften dadurch beseitigt werden, dass Koeffizienten angepasst werden. Demgemäß ist es nicht notwendig, dass das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (zweite Erfassungseinrichtung) die gleiche Eigenschaft wie das Erfassungs-Hall-Element (erste Erfassungseinrichtung) aufweist. Es ist nämlich ersichtlich, dass die Größen und Arten des Erfassungs-Hall-Elements und des Temperaturüberwachungs-Hall-Elements unterschiedlich festgelegt sein können. Demgemäß ist es nicht notwendig, eine Feinabstimmungssteuerung derart durchzuführen, dass die elektrischen Eigenschaften des Temperaturüberwachungs-Hall-Elements und des Erfassungs-Hall-Elements so eingestellt sind, dass sie die Gleichen sind. Daher ist der Sensor leicht herzustellen. Ferner entspricht das Hall-Element einer Brückenschaltung, die durch vier Widerstände aufgebaut ist. Demgemäß ist es ersichtlich, dass bei der Temperaturüberwachung auch ein Widerstand verwendet und ausgeführt werden kann.
In dem Sensor zum Erfassen des Magnetfelds unter Verwendung des Hall-Elements, das äquivalent als Brückenschaltung in der obigen Ausführungsform dargestellt ist, sind seine Temperatureigenschaften so festgelegt, dass sie beseitigt werden sollen. Dies kann auch bei einem anderen Sensor angewandt werden. Zum Ausformen des Erfassungselements als Brückenschaltung gibt es beispielsweise einen Drucksensor. Wie in 15B gezeigt ist, wird der Drucksensor dadurch hergestellt, dass ein Siliziumsubstrat 72 angeordnet wird, das an einem Auflager 71, das aus Glas und dergleichen hergestellt ist, anhaftet und befestigt ist. In dem Siliziumsubstrat 72 als Halbleitersubstrat ist eine Membran 73 dünn als Erfassungsabschnitt ausgeformt. Wie in 15A gezeigt ist, sind in einem Ausformungsbereich der Membran 73 Diffusionswiderstände (Dehnungsmessstreifen) RA, RB, RC, RD ausgeformt und bilden eine Brückenschaltung. In 15A sind die Diffusionswiderstände RA, RB, RC, RD entlang dem Umfang der Membran 73 ausgeformt, aber ihre Anordnung kann geeignet abgeändert werden. Beispielsweise können zwei Dehnungsmessstreifen in einem Endabschnitt der Membran 73 ausgeformt sein, und es können zwei Dehnungsmessstreifen auch in einem mittigen Oberflächenabschnitt der Membran ausgeformt sein.
Hinsichtlich des Drucksensors, der so aufgebaut ist wie oben beschrieben, kann ein Temperaturüberwachungselement (ein Drucksensor, ein Widerstandselement und dergleichen, das auf ähnliche Art und Weise aufgebaut ist) in der Umgebung angeordnet sein, und es kann auch eine arithmetische Berechnung durchgeführt werden, um die Temperatureigenschaft der Ausgangsspannung des Drucksensors durch eine Ausgangsspannung dieses Temperaturüberwachungselements zu beseitigen. Ferner kann auch die Temperatureigenschaft der Ausgangsspannung des Drucksensors dadurch beseitigt werden, dass die Zwischen-Anschluss-Spannung des Drucksensors als Temperaturüberwachungsspannung verwendet wird.
In jeder der obigen Ausführungsformen wird das so genannte vertikale Hall-Element als Element zum Umwandeln von Magnetismus in Elektrizität verwendet, aber ein vorher genanntes, laterales Hall-Element kann ebenfalls als Element zum Umwandeln von Magnetismus in Elektrizität verwendet werden.
Die obige Offenbarung weist die folgenden Modi auf.
Gemäß einem ersten Modus ist eine Halbleitervorrichtung aus einem Erfassungs-Hall-Element zum Erfassen eines Magnetfelds, das von einem Erfassungsobjekt ausgesendet wird, aus einem Temperaturüberwachungs-Hall-Element und aus einer Berechnungsschaltung hergestellt. Das Erfassungs-Hall-Element hat ungefähr die gleiche Eigenschaft wie das Temperaturüberwachungs-Hall-Element. Das Erfassungs-Hall-Element ist in der Nähe des Temperaturüberwachungs-Hall-Elements angeordnet. Das Erfassungs-Hall-Element gibt eine Hall-Spannung aus. Das Temperaturüberwachungs-Hall-Element weist ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen zum Ausgeben einer Temperaturüberwachungsspannung aus. Die Berechnungsschaltung führt eine arithmetische Berechnung auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung durch, um die Temperatureigenschaft der Hall-Spannung zu beseitigen.
Hinsichtlich der Temperaturüberwachungsspannung, die als die obige Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, ist ihr Temperaturkoeffizient hinsichtlich der Temperatur im Vergleich zu der obigen Hall-Spannung normalerweise umgekehrt. Demgemäß kann zwischen dieser Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung durchgeführt werden, um die Temperatureigenschaft zu beseitigen, wie oben erwähnt. Die obige Sensorausgabe, die durch eine derartige arithmetische Berechnung erzielt wird, wird auch eine Spannung, die eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung naturgemäß ausgezeichnet ist. Wenn auf der Grundlage der Temperatur hinsichtlich der obigen Sensorausgabe eine Interpolationskorrektur und dergleichen durchgeführt wird, wird daher seine Genauigkeit geeignet aufrechterhalten. Demgemäß kann die Änderung der Hall-Spannung, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, auf der Grundlage der hohen Genauigkeit korrigiert werden.
Als weitere Idee kann auch die Berechnungsschaltung eine Addiererschaltung sein, um die Temperaturüberwachungsspannung zu der Hall-Spannung zu addieren. Andererseits kann die Berechnungsschaltung auch eine Subtrahiererschaltung sein, um die Temperaturüberwachungsspannung von der Hall-Spannung zu subtrahieren. In diesen Fällen kann eine Sensorausgabe erzielt werden, die eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichnet ist.
Als weitere Idee kann das Erfassungs-Hall-Element mit einer konstanten Spannung betrieben werden, und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element kann mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben werden. Andererseits kann das Erfassungs-Hall-Element mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben werden, und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element kann mit einer konstanten Spannung betrieben werden. Andernfalls können sowohl das Erfassungs-Hall-Element als auch das Temperaturüberwachungs-Hall-Element auch mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben werden. In einem anderen Fall können sowohl das Erfassungs-Hall-Element als auch das Temperaturüberwachungs-Hall-Element ebenfalls mit einer konstanten Spannung betrieben werden. Insbesondere wenn das Hall-Element mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben wird, ist die Änderung der Hall-Spannung aufgrund der Temperatureigenschaft des Hall-Elements selbst im Vergleich zu einem Fall, bei dem das gleiche Hall-Element mit einer konstanten Spannung betrieben wird, gering. Demgemäß kann eine Sensorausgabe erzielt werden, welche eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichneter ist.
Als weitere Idee können das Erfassungs-Hall-Element und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element auch in Reihe mit einer Antriebsenergiequelle verbunden sein. Andererseits können das Erfassungs-Hall-Element und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element auch parallel mit der Antriebsenergiequelle verbunden sein.
Als weitere Idee kann die Halbleitervorrichtung ferner ein Substrat aufweisen, in dem das Erfassungs-Hall-Element und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element angeordnet sind. Sowohl das Erfassungs-Hall-Element als auch das Temperaturüberwachungs-Hall-Element sind ein vertikales Hall-Element zum Erfassen einer Magnetfeldkomponente parallel zu einer Substratoberfläche. Wie oben erwähnt, ist in dem obigen vertikalen Hall-Element ein Verbreitungsweg einer Verarmungsschicht gemäß der Temperatur unterschiedlich. Demgemäß besteht die Neigung, dass ein Krümmungsgrad einer Kurve, die das Verhältnis der Temperatur und des Hall-Elements in der obigen Temperatureigenschaft zeigt, mehr hervorgehoben wird. In dieser Hinsicht kann gemäß dem obigen Magnetsensor die Änderung der Hall-Spannung, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, auch auf der Grundlage der hohen Genauigkeit durch ein derartiges vertikales Hall-Element korrigiert werden. Des Weiteren kann im Vergleich zu dem lateralen Hall-Element das vertikale Hall-Element im Allgemeinen an dem Substrat in einem kleineren Elementausformungsbereich ausgeformt sein. Wenn das vertikale Hall-Element als das obige Erfassungs-Hall-Element und als das obige Temperaturüberwachungs-Hall-Element verwendet wird, können diese Hall-Elemente enger angeordnet sein, und es kann auch eine Sensorausgabe erzielt werden, die eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung noch ausgezeichneter ist.
Gemäß einem zweiten Modus ist der Magnetsensor aus einem Hall-Element, einem Umschaltelement und einer Berechnungsschaltung aufgebaut. Das Hall-Element erfasst ein Magnetfeld, das von einem Erfassungsobjekt ausgesendet wird. Das Hall-Element weist einen Antriebssignalzuführanschluss zum Ausgeben der Hall-Spannung und zum Ausgeben der Temperaturüberwachungsspannung aus. Das Umschaltelement schaltet zwischen der Ausgabe der Hall-Spannung und der Ausgabe der Temperaturüberwachungsspannung um. Die Berechnungsschaltung führt eine arithmetische Berechnung auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung durch, um die Temperatureigenschaft der Hall-Spannung zu beseitigen.
Gemäß dem obigen Aufbau werden die Hall-Spannung, die von dem Hall-Element ausgegeben wird, und die Temperaturüberwachungsspannung, die einem Abschnitt zwischen den Antriebssignalzuführanschlüssen dieses Hall-Elements als seine Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, durch eine Umschalteinrichtung umgeschaltet und ausgegeben. Durch diese Spannungen wird eine arithmetische Berechnung zum Beseitigen der Temperatureigenschaften dieser umgeschalteten und ausgegebenen Hall-Spannung und Temperaturüberwachungsspannung durchgeführt. Wie oben erwähnt, ist hinsichtlich der Temperaturüberwachungsspannung, die als die obige Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, sein Temperaturkoeffizient hinsichtlich einer Temperatur im Vergleich zu der obigen Hall-Spannung umgekehrt. Demgemäß kann zwischen dieser Hall-Spannung und dieser Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung zum Beseitigen der Temperatureigenschaft durchgeführt werden. Die obige Sensorausgabe, die durch eine solche arithmetische Berechnung erzielt wird, kann auch eine Spannung werden, die eine Eigenschaft hat, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung naturgemäß ausgezeichnet ist. Ferner wird durch diese Spannungen eine arithmetische Berechnung zum Aufheben der Temperatureigenschaften der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung in dem gleichen Hall-Element durchgeführt. Daher weist die Sensorausgabe eine Eigenschaft auf, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichneter ist. Wenn auf der Grundlage einer Temperatur hinsichtlich der obigen Sensorausgabe eine Interpolationskorrektur durchgeführt wird, wird seine Genauigkeit geeignet aufrechterhalten, und die Änderung der Hall-Spannung, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, kann auf der Grundlage der hohen Genauigkeit korrigiert werden. Wie oben erwähnt, ist ein Verteilungsweg einer Verarmungsschicht gemäß der Temperatur in dem obigen vertikale Hall-Element unterschiedlich. Demgemäß besteht die Neigung, dass ein Krümmungsgrad einer Kurve, welche das Verhältnis von Temperatur und der Hall-Spannung in der obigen Temperatureigenschaft zeigt, mehr hervorgehoben wird. In dieser Hinsicht kann gemäß dem obigen Magnetsensor die Änderung der Hall-Spannung, welche durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, auch auf der Grundlage der hohen Genauigkeit durch ein derartiges vertikales Hall-Element korrigiert werden.
Gemäß einem dritten Modus ist der Magnetsensor aus einem Erfassungs-Hall-Element zum Erfassen eines Magnetfelds, das von einem Erfassungsobjekt ausgesendet wird, einem Temperaturüberwachungselement und einer Berechnungsschaltung aufgebaut. Das Erfassungs-Hall-Element ist nahe dem Temperaturüberwachungselement angeordnet. Das Erfassungs-Hall-Element gibt eine Offsetspannung aus. Das Temperaturüberwachungselement weist ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen zum Ausgeben der Temperaturüberwachungsspannung auf. Die Berechnungsschaltung führt auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung durch, um die Temperatureigenschaft der Hall-Spannung zu beseitigen.
Hinsichtlich der Temperaturüberwachungsspannung, die als die obige Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, ist sein Temperaturkoeffizient hinsichtlich der Temperatur im Vergleich zu der obigen Hall-Spannung normalerweise umgekehrt. Wenn hinsichtlich des Erfassungs-Hall-Elements ein Versatz erzeugt wird, wird ferner ein ähnlicher Versatz auch hinsichtlich der Temperaturüberwachungsspannung erzeugt. Demgemäß wird eine Sensorausgabe zum Korrigieren der Temperatureigenschaft und zum Beseitigen des Versatzes dadurch erzielt, dass diese Hall-Spannung und diese Temperaturüberwachungsspannung arithmetisch berechnet werden.
Als neuere Idee kann das Temperaturüberwachungselement ein Hall-Element sein, und das Erfassungs-Hall-Element kann auch die gleiche Eigenschaft wie das Temperaturüberwachungselement aufweisen. Gemäß diesem Aufbau werden die Offsetspannung und die Temperaturüberwachungsspannung dadurch erzielt, dass nur das Erfassungs-Hall-Element angebracht ist. Die Temperatureigenschaft kann korrigiert werden, der Versatz kann beseitigt werden und eine Erhöhung der Chipgröße kann eingeschränkt werden. Ferner kann das Temperaturüberwachungs-Hall-Element auch wie das Erfassungs-Hall-Element sein.
Als weitere Idee kann das Temperaturüberwachungs-Hall-Element auch eine andere Form als die des Erfassungs-Hall-Elements haben. Die Temperatureigenschaften können dadurch beseitigt werden, dass ein Koeffizient hinsichtlich der Offsetspannung und ein Koeffizient hinsichtlich der Temperaturüberwachungsspannung eingestellt werden. Demgemäß ist es nicht notwendig, die Eigenschaften des Erfassungs-Hall-Elements und des Temperaturüberwachungs-Hall-Elements anzupassen, und der Magnetsensor ist leicht herzustellen.
Als neuere Idee kann das Temperaturüberwachungselement auch ein Widerstand zum Überwachen einer Temperatur sein. Dieses Hall-Element ist äquivalent als Brückenschaltung dargestellt. Demgemäß wird die Sensorausgabe zum Beseitigen der Temperatureigenschaft auch in einem Aufbau erzielt, der anstelle des Hall-Elements ein Widerstandselement verwendet.
Gemäß einem Beispiel, das bezüglich eines Sensors einer physikalischen Größe nicht Teil der Erfindung bildet, ist ein Sensor einer physikalischen Größe aus einer ersten Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß einem Erfassungsobjekt, aus einer zweiten Erfassungseinrichtung zum Überwachen einer Temperatur und aus einer Berechnungsschaltung aufgebaut. Die erste Erfassungseinrichtung ist aus einem Element, das äquivalent als Brückenschaltung dargestellt ist, oder aus vielen Elementen, welche die Brückenschaltung bilden, aufgebaut. Die zweite Erfassungseinrichtung ist nahe der ersten Erfassungseinrichtung angeordnet. Die zweite Erfassungseinrichtung ist aus einem Element, das äquivalent als Brückenschaltung gezeigt ist, oder aus vielen Elementen, welche die Brückenschaltung bilden, aufgebaut. Die erste Erfassungseinrichtung gibt eine Erfassungsspannung gemäß der physikalischen Größe aus. Die zweite Erfassungseinrichtung weist ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen zum Ausgeben der Temperaturüberwachungsspannung auf. Die Berechnungsschaltung führt auf der Grundlage der Erfassungsspannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung zum Beseitigen der Temperatureigenschaft der Erfassungsspannung durch.
Hinsichtlich der Temperaturüberwachungsspannung, die als die obige Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, ist sein Temperaturkoeffizient hinsichtlich einer Temperatur im Vergleich zu der obigen Erfassungsspannung normalerweise umgekehrt. Wie oben erwähnt kann demgemäß zwischen dieser Erfassungsspannung und dieser Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung zum Beseitigen der Temperatureigenschaften durchgeführt werden. Die obige Sensorausgabe, die durch eine derartige arithmetische Berechnung erzielt wird, wird auch eine Spannung, die eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung naturgemäß ausgezeichnet ist. Wenn auf der Grundlage einer Temperatur hinsichtlich der obigen Sensorausgabe eine Interpolationskorrektur und dergleichen durchgeführt wird, wird seine Genauigkeit im Wesentlichen aufrechterhalten. Demgemäß kann die Änderung der Erfassungsspannung, die durch die Temperatureigenschaft erzielt wird, auf der Grundlage der hohen Genauigkeit korrigiert werden.
Als weitere Idee kann jede der ersten und zweiten Erfassungseinrichtungen auch ein Hall-Element zum Erfassen eines Magnetfelds als physikalische Größe sein. Andererseits kann jede der ersten und zweiten Erfassungseinrichtungen auch ein Dehnungsmessstreifen zum Erfassen einer Distorsion gemäß einem Druck als physikalische Größe sein. Wenn das Magnetfeld als die physikalische Größe und der Druck als die physikalische Größe erfasst werden, kann demgemäß die Änderung der Erfassungsspannung, die durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, auf der Grundlage der hohen Genauigkeit korrigiert werden.
Als weitere Idee kann die erste Erfassungseinrichtung auch eine andere elektrische Eigenschaft als die zweite Erfassungseinrichtung haben. Die Temperatureigenschaften können dadurch beseitigt werden, dass ein Koeffizient hinsichtlich der Erfassungseinrichtung und ein Koeffizient hinsichtlich der Temperaturüberwachungsspannung eingestellt werden. Demgemäß ist es nicht notwendig, die Eigenschaften der ersten Erfassungseinrichtung zum Erfassen der physikalischen Größe und der zweiten Erfassungseinrichtung zum Überwachen der Temperatur anzupassen, und der Sensor kann leicht hergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist ein Sensor einer physikalischen Größe aus einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß einem Erfassungsobjekt und einer Überwachungstemperatur und aus einer Berechnungsschaltung hergestellt. Die Erfassungseinrichtung ist aus einem Element, das äquivalent als Brückenschaltung gezeigt ist, oder aus vielen Elementen, welche die Brückenschaltung bilden, hergestellt. Die Erfassungseinrichtung gibt gemäß der physikalischen Größe eine Erfassungsspannung aus. Die Erfassungseinrichtung weist ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen zum Ausgeben der Temperaturüberwachungsspannung auf. Die Berechnungsschaltung führt auf der Grundlage der Erfassungsspannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung durch, um die Temperatureigenschaft der Erfassungsspannung zu beseitigen.
Gemäß dem obigen Aufbau wird durch diese Spannungen eine arithmetische Berechnung durchgeführt, um die Temperatureigenschaften der Erfassungsspannung, die von der Erfassungseinrichtung ausgegeben wird, und der Temperaturüberwachungsspannung, die einem Abschnitt zwischen den Antriebssignalzuführanschlüssen dieser Erfassungseinrichtung als ihre Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, durchgeführt. Wie oben erwähnt, ist hinsichtlich der Temperaturüberwachungsspannung, die als die obige Zwischen-Anschluss-Spannung entnommen wird, sein Temperaturkoeffizient hinsichtlich der Temperatur im Vergleich zu der obigen Erfassungsspannung umgekehrt. Demgemäß kann zwischen dieser Erfassungsspannung und dieser Temperaturüberwachungsspannung eine arithmetische Berechnung durchgeführt werden, um die Temperatureigenschaften zu beseitigen. Die obige Sensorausgabe, die durch eine derartige arithmetische Berechnung erzielt wird, kann auch eine Spannung werden, die eine Eigenschaft aufweist, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung naturgemäß ausgezeichnet ist. Ferner wird durch diese Spannungen eine arithmetische Berechnung in der gleichen Erfassungseinrichtung durchgeführt, um die Temperatureigenschaften der Erfassungsspannung und der Temperaturüberwachungsspannung zu beseitigen. Daher weist die Sensorausgabe eine Eigenschaft auf, deren Linearität hinsichtlich der Temperaturänderung ausgezeichneter ist. Wenn auf der Grundlage einer Temperatur hinsichtlich der obigen Sensorausgabe eine Interpolationskorrektur durchgeführt wird, wird daher seine Genauigkeit geeignet aufrechterhalten. Die Änderung der Erfassungsspannung, welche durch die Temperatureigenschaft verursacht wird, kann auf der Grundlage der hohen Genauigkeit korrigiert werden.

Claims

Halbleitervorrichtung mit: einem Erfassungs-Hall-Element (10, 50) zum Erfassen eines Magnetfelds, das von einem Erfassungsobjekt erzeugt worden ist; und einem Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50); worin das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) eine Eigenschaft aufweist, welche fast die Gleiche ist wie die des Temperaturüberwachungs-Hall-Elements (20, 50); das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) nahe dem Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) angeordnet ist; das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) eine Hall-Spannung ausgibt; und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen aufweist, um eine Temperaturüberwachungsspannung auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnungsschaltung (30, 52–54) bereitgestellt ist, die auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine Berechnung durchführt, um eine Temperatureigenschaft der Hall-Spannung zu beseitigen; die Berechnungsschaltung (30, 52–54) eine Addiererschaltung (53) ist, um die Temperaturüberwachungsspannung zu der Hall-Spannung zu addieren; das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) mit einer konstanten Spannung und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) mit einem konstanten Strom betätigt werden; ein Substrat (60, 72) bereitgestellt ist, in dem das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) angeordnet sind; und das Erfassungs-Hall-Element (10, 50) und das Temperaturüberwachungs-Hall-Element (20, 50) vertikale Hall-Elemente sind, um eine Magnetfeldkomponente parallel zu einer Substratoberfläche zu erfassen.
Magnetsensor mit: einem Hall-Element (50) zum Erfassen eines Magnetfeldes, das von einem Erfassungsobjekt erzeugt worden ist, worin das Hall-Element (50) eine Hall-Spannung ausgibt und ein Paar von Antriebssignalzuführanschlüssen aufweist, um eine Temperaturüberwachungsspannung auszugeben; und einem Schaltelement (52) zum Umschalten zwischen einer Ausgabe der Hall-Spannung und einer Ausgabe der Temperaturüberwachungsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnungsschaltung (30, 52–54) bereitgestellt ist, die auf der Grundlage der Hall-Spannung und der Temperaturüberwachungsspannung eine Berechnung durchführt, um eine Temperatureigenschaft der Hall-Spannung zu beseitigen; die Berechnungsschaltung (52–54) eine Addiererschaltung (53) ist, um die Temperaturüberwachungsspannung zu der Hall-Spannung zu addieren; das Hall-Element (50) mit einem konstanten Strom betätigt wird; ein Substrat (60, 72) bereitgestellt ist, in dem das Hall-Element (50) angeordnet ist; und das Hall-Element (50) ein vertikales Hall-Element ist, um eine Magnetfeldkomponente parallel zu einer Substratoberfläche zu erfassen.