DE10244096B4 - Spinning current Hall sensor with homogeneous space charge zone - Google Patents
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Abstract
Spinning-Current-Stromsensor mit mehreren Strom- bzw. Messkontakten (1–4) zum Anlegen eines Betriebsstroms (I) und Abgreifen einer Hall-Spannung, umfassend eine stromleitende Schicht (110), in der der Betriebsstrom (I) fließt, und eine angrenzende Schicht (120, 410, 420), zwischen denen bei Betrieb des Spinning-Current-Stromsensors (100) eine Raumladungszone (130) entsteht, die den Stromfluss in der stromleitenden Schicht (110) auf ein stromführendes Gebiet begrenzt, wobei die angrenzende Schicht (120, 410, 420) mehrere Kontakte (221, 223; 421–424) aufweist, an denen eine Spannung angelegt wird, die derart bemessen ist, dass der Betriebsstrom (I) bei Einspeisung in einer ersten Richtung und in der Gegenrichtung durch das gleiche stromführende Gebiet fließt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung einer nahe der Oberfläche (340) der stromleitenden Schicht (110) liegenden Sperrschicht (330, 630) vorgesehen sind.A spinning current current sensor having a plurality of current measuring contacts (1-4) for applying an operating current (I) and picking up a Hall voltage, comprising a current-conducting layer (110) in which the operating current (I) flows, and a contiguous layer (120, 410, 420) between which, upon operation of the spinning current current sensor (100), there is created a space charge zone (130) which limits the current flow in the current conducting layer (110) to a current carrying region, the adjacent layer (120, 410, 420) a plurality of contacts (221, 223, 421-424), to which a voltage is applied, which is dimensioned such that the operating current (I) when fed in a first direction and in the opposite direction by the the same current-carrying region flows, characterized in that means for generating a near the surface (340) of the current-conducting layer (110) lying barrier layer (330, 630) are provided.
Description
Die Erfindung betrifft einen Spinning-Current-Hallsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a spinning current Hall sensor according to the preamble of
Bei der Strommessung mit herkömmlichen Hallplättchen entstehen neben der Hallspannung zusätzliche unerwünschte Spannungsanteile (Offsets) die das Meßsignal verfälschen. Diese Offsets werden insbesondere durch Geometriefehler, piezoresistive Effekte, inhomogene Temperaturen etc. im Sensor verursacht.In the current measurement with conventional Hall tiles arise in addition to the Hall voltage additional unwanted voltage components (offsets) which distort the measurement signal. These offsets are caused in particular by geometry errors, piezoresistive effects, inhomogeneous temperatures, etc. in the sensor.
Zur Verbesserung der Meßgenauigkeit ist es bekannt, Spinning-Current-Hallsensoren zu verwenden, mit denen die Offsets im wesentlichen aus dem Meßsignal eliminiert werden können. Ein typisches Beispiel eines Spinning-Current-Hallsensors ist in
Bei der in
Im Betrieb des Sensors
Wird der Betriebsstrom I31 dagegen in umgekehrter Richtung angelegt, wie in
Der Betriebsstrom I durchfließt somit je nach Einspeisekontakt
Aus der nachveröffentlichten Schrift
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Meßgenauigkeit eines Spinning-Current-Hallsensors weiter zu verbessern.It is the object of the present invention to further improve the measurement accuracy of a spinning current Hall sensor.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, einen bekannten Spinning-Current-Stromsensor, umfassend eine stromleitende Schicht, in der ein Betriebsstrom fließt, und eine angrenzende Schicht, nicht nur mit einem sondern mit mehreren Kontakten an der angrenzenden Schicht auszustatten, an denen eine Spannung angelegt wird, die derart bemessen ist, dass der Betriebsstrom bei Einspeisung in einer ersten Richtung und in der Gegenrichtung durch das im wesentlichen gleiche Gebiet der stromleitenden Schicht fließt. Das stromführende Gebiet bleibt also in beiden Stromrichtungen unverändert. Offsetkomponenten, die im Stand der Technik aufgrund eines Stromflusses durch unterschiedliche Gebiete entstanden sind, können somit eliminiert werden.The essential idea of the invention is to provide a known spinning current current sensor, comprising a current-conducting layer in which an operating current flows, and an adjacent layer, not only with one but with a plurality of contacts on the adjacent layer, at which a voltage is applied, which is dimensioned such that the operating current when fed in a first direction and in the opposite direction through the substantially same area of the current-carrying layer flows. The current-carrying region thus remains unchanged in both current directions. Offset components, which in the prior art due to a current flow through different areas have emerged, can thus be eliminated.
Eine bevorzugte Möglichkeit zur Erzeugung eines sich nicht verändernden stromführenden Gebiets besteht darin, die Raumladungszone am pn-Übergang zwischen angrenzender Schicht und stromleitender Schicht in Richtung des Stromflusses im wesentlichen gleichmäßig dick einzustellen. Der Betriebsstrom fließt daher in beiden Richtungen durch ein stromführendes Gebiet mit einem im wesentlichen gleichförmigen effektiven Querschnitt.A preferred way to create a non-changing current carrying region is to set the space charge zone at the pn junction between the adjacent layer and the current-carrying layer substantially uniformly thick in the direction of current flow. The operating current therefore flows in both directions through a current carrying region having a substantially uniform effective cross section.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind genauso viele Kontakte der angrenzenden Schicht wie Strom- bzw. Meßkontakte vorgesehen. Daraus ergibt sich eine besonders einfache Realisierung des Hallsensors.According to a preferred embodiment of the invention, the same number of contacts of the adjacent layer as current or measuring contacts are provided. This results in a particularly simple realization of the Hall sensor.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die Kontakte der angrenzenden Schicht auf der Rückseite des Hallsensors angeordnet und liegen den auf der Oberseite angeordneten Strom- bzw. Meßkontakten des Sensors bezüglich einer Mittelebene des Sensors gegenüber.According to a first embodiment, the contacts of the adjacent layer are arranged on the rear side of the Hall sensor and are located opposite the current or measuring contacts of the sensor arranged on the upper side with respect to a center plane of the sensor.
Der Spannungsabfall an einem Kontaktpaar der Kontakte der angrenzenden Schicht ist vorzugsweise gleich groß wie der Spannungsabfall an einem Kontaktpaar der Strom- bzw. Meßkontakte.The voltage drop across a contact pair of the contacts of the adjacent layer is preferably equal to the voltage drop across a contact pair of the current or measuring contacts.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die stromleitende Schicht in eine angrenzende Schicht eingebettet, welche die stromleitende Schicht seitlich und unterhalb umgibt (bei einer n-leitenden Schicht ist dies eine p-leitende Schicht und umgekehrt). Bei dieser Ausführungsform sind die Kontakte der angrenzenden Schicht auf der gleichen Seite wie die Strom- bzw. Meßkontakte angeordnet und liegen vorzugsweise ebenfalls auf der Oberfläche des Sensors.According to another embodiment of the invention, the current-conducting layer is embedded in an adjacent layer which surrounds the current-conducting layer laterally and below (in the case of an n-conducting layer this is a p-conducting layer and vice versa). In this embodiment, the contacts of the adjacent layer are arranged on the same side as the current or measuring contacts and are preferably also on the surface of the sensor.
Der Spinning-Current-Hallsensor kann ferner Mittel zur Erzeugung einer Sperrschicht an oder nahe der Oberfläche der stromleitenden Schicht aufweisen. Durch diese Sperrschicht wird die Halbleiteroberfläche als ein maßgeblich zum Rauschen beitragendes Gebiet vom Stromfluß ausgenommen und das Rauschen somit reduziert. Der Strom fließt in diesem Fall nur in einer tiefer liegenden Zone.The spinning current Hall sensor may further comprise means for creating a barrier layer at or near the surface of the electrically conductive layer. As a result of this barrier layer, the semiconductor surface, as a significant contributor to the noise, is excluded from the flow of current and noise is thus reduced. The current flows in this case only in a lower-lying zone.
Zur Erzeugung der Sperrschicht kann entweder eine Abschirmdiffusion mit einer entgegengesetzten Leitfähigkeit wie die stromleitende Schicht in letztere eingebracht oder z. B. eine Elektrode auf der Oberfläche der stromleitenden Schicht (mit dazwischenliegender Isolation) aufgebracht werden, mittels der durch Anlegen einer Spannung eine Inversionsschicht erzeugt wird.To produce the barrier layer, either a shielding diffusion with an opposite conductivity as the current-conducting layer can be introduced into the latter or z. B. an electrode on the surface of the current-conducting layer (with intervening insulation) are applied, by means of which an inversion layer is generated by applying a voltage.
Die Elektrode bzw. die Abschirm-Diffusion ist vorzugsweise ebenfalls mit mehreren Kontakten kontaktiert.The electrode or the shielding diffusion is preferably also contacted with a plurality of contacts.
Radial benachbarte Kontakte der stromleitenden Schicht, der angrenzenden Schicht und der Oberflächen-Abschirmung liegen vorzugsweise auf der gleichen radialen Linie bezüglich einer Mittelachse des Sensors.Radially adjacent contacts of the electrically conductive layer, the adjacent layer and the surface shield are preferably on the same radial line with respect to a central axis of the sensor.
Die Kontakte auf der Oberfläche des Sensors sind in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig beabstandet.The contacts on the surface of the sensor are preferably evenly spaced circumferentially.
Der erfindungsgemäße Spinning-Current-Hallsensor umfasst vorzugsweise auch eine Auswertelogik und/oder eine Verstärkerschaltung, die ebenfalls auf dem Sensorchip integriert sind.The spinning current-Hall sensor according to the invention preferably also comprises an evaluation logic and / or an amplifier circuit, which are also integrated on the sensor chip.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying figures. Show it:
Bezüglich der Erläuterung der
Im Unterschied zu den
Die Kontakte sind den Strom- bzw. Meßkontakten
In der Ausführungsform von
Grundsätzlich kann die stromleitende Schicht
Die Abschirmdiffusionsschicht
In lateraler Richtung benachbarte Kontakte
Die vergrabene Schicht
Die Schicht
Zwischen den Gebieten
Die n-leitende Schicht
Der in
Zwischen der Elektrode
Die Elektrode
Zur Abschirmung der rauschbehafteten Halbleiteroberfläche
Die Verwendung von Polysilizium als Material für die Elektrode
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1–41-4
- Kontaktecontacts
- 100100
- Spinning-Current-HallsensorSpinning current Hall sensor
- 101–104101-104
- Kontaktdiffusionencontact diffusions
- 110110
- stromleitende Schichtelectrically conductive layer
- 120120
- angrenzende Schichtadjacent layer
- 121121
- Bezugskontaktreference contact
- 130130
- RaumladungszoneSpace charge region
- 210210
- n-leitende Schichtn-type layer
- 221–224221-224
- rückseitige Kontakteback contacts
- 301–304301-304
- Kontakte der AbschirmdiffusionContacts of the shielding diffusion
- 310310
- AbschirmdiffusionsschichtAbschirmdiffusionsschicht
- 330330
- RaumladungszoneSpace charge region
- 410410
- p-Gebietp-type region
- 430430
- RaumladungszoneSpace charge region
- 420420
- vergrabene Schichtburied layer
- 440440
- äußere Halbleiterschichtouter semiconductor layer
- 601–604601-604
- Elektrodenkontakteelectrode contacts
- 610610
- Elektrodeelectrode
- II
- Betriebsstromoperating current
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |