JP2008008883A - 磁気センサ及びセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度特性に起因するホール電圧の変動を高い精度のもとに補正することのできる磁気センサを提供する。
【解決手段】被検出対象物から発せられる磁界を検出すべく配設された検出用縦型ホール素子１０と、この検出用縦型ホール素子１０と同一の特性を有して同検出用縦型ホール素子１０の近傍に配設される温度モニタ用縦型ホール素子２０とを備えて磁気センサを構成した。そして、検出用縦型ホール素子１０から出力されるホール電圧と、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓと端子Ｇ１，Ｇ２との間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を減算回路３０にて行い、この減算回路３０の出力電圧Ｖｃをセンサ出力とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量の検出するセンサ、例えばホール効果を利用して磁場を検出する磁気センサに関する。

この種の磁気センサは、磁性体からなる検出対象物の移動、回転などの運動を非接触で検出可能であることから、例えば角度検出センサとして車載内燃機関のスロットル弁開度センサ等に用いられている。特にホール効果を利用する素子であるホール素子を備えて構成された磁気センサは、磁極の判別もできるため、ブラシレスモータの磁極センサ等にも広く利用されている。まず、図１６を参照して、このホール素子の磁界検出原理について説明する。

半導体中を移動するキャリアに対して垂直な磁界が加わると、半導体の内部では、ローレンツ力によってキャリアおよび磁界の双方に垂直な方向に起電力が発生する。この起電力をホール電圧という。具体的には、図１６に示すように、例えば幅Ｗ、長さＬ、厚さｄのホール素子１００において、端子ＴＩ１から端子ＴＩ２に駆動電流Ｉを流しておき、このホール素子１００に対して磁束密度Ｂの磁界を印加すると、端子Ｖ１と端子Ｖ２との間には、

Ｖｈ＝（Ｒｈ×Ｉ×Ｂ／ｄ）×ｃｏｓθ

なる関係式で示されるホール電圧Ｖｈが発生することになる。ここで、角度θは、ホール素子１００と磁界の向きとのなす角度である。また、Ｒｈはホール係数であり、電荷をｑ、キャリア密度をｎとしたとき、Ｒｈ＝１／（ｑ×ｎ）なる関係式で示される値である。このように、ホール素子にて発生するホール電圧Ｖｈは、磁束密度Ｂや角度θの関数となっている。このため、このホール電圧Ｖｈの大きさに応じて、印加されている磁界の強さや磁界の向き（角度θ）を検出することができる。

一般的なホール素子としては、例えば非特許文献１に記載の横型ホール素子が知られている。この横型ホール素子は、基板（ウェハ）表面に対して垂直な磁界成分を検出するものである。ここで、この横型ホール素子の構造および磁界検出原理について説明する。なお、図１７（ａ）はこの横型ホール素子の平面構造を模式的に示したものであり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）中のＬ１−Ｌ１に沿った同横型ホール素子の断面構造を模式的に示したものである。

図１７（ａ），（ｂ）に示されるように、この横型ホール素子は、例えばＰ型のシリコンからなる半導体支持層（Ｐ−ｓｕｂ）１１０と、この半導体支持層１１０の表面部分へのイオン注入を通じて形成されたＮ型の半導体層（Ｎウエル）１１１とを備える構成となっている。半導体層１１１の表面には、駆動電流供給用の電極ａおよび電極ｂと、ホール電圧検出用の電極ｃおよび電極ｄとがそれぞれ対向する態様で４隅に配設されている。また、半導体層１１１の表面には、これら電極ａ〜ｄとオーミック接触を形成すべく、同半導体層１１１よりも濃度の高いＮ型からなるＮ型拡散層１１２ａ〜１１２ｄが形成されている。

ここで、例えば電極ａと電極ｂとの間に駆動電流Ｉを供給すると、その駆動電流Ｉは、半導体層１１１の表面に対して水平な方向に流れる。こうして駆動電流Ｉが流れている状態において、図１７（ａ），（ｂ）に矢印にて示すように、半導体層１１１の表面に対して垂直な成分を含む磁界（磁束密度Ｂ）が印加されると、電極ｃと電極ｄとの間には、上述したホール電圧Ｖｈが発生する。このホール電圧Ｖｈを検出することにより、半導体層１１１の表面に対して垂直な磁界成分を検出することができる。

また近年は、基板（ウェハ）表面に対して水平な磁界成分を検出するホール素子も提案されている。このようなホール素子としては、例えば同じく非特許文献１や非特許文献２に記載のホール素子、いわゆる縦型ホール素子が知られている。次に、この縦型ホール素子の構造および磁界検出原理について、図１８および図１９を参照しながらその概略を説明する。なお、図１８はこの縦型ホール素子の平面構造を模式的に示したものであり、図１９は図１８中のＬ１−Ｌ１に沿った同縦型ホール素子の断面構造を模式的に示したものである。

この縦型ホール素子は、その断面構造を図１９に示すように、例えばＰ型のシリコンからなる半導体支持層（Ｐ−ｓｕｂ）１２０と、この半導体支持層１２０の表面に埋込形成されたＮ型（Ｎ＋）埋込層ＢＬと、さらにその上にエピタキシャル成長によって形成されたＮ型の半導体層１２１とを備える構成となっている。なお、半導体支持層１２０の表面に形成された上記Ｎ型埋込層ＢＬの不純物濃度は、上記半導体層１２１よりも高い濃度となっている。

半導体層１２１には、上記半導体支持層１２０に接続されるようにＰ型の拡散層１２２が四角筒状に形成されている。また、この拡散層１２２の内周面には、同じくＰ型の拡散層１２３、１２４が上記Ｎ型埋込層ＢＬに接続されるように形成されており、半導体層１２１は、拡散層１２２〜１２４によって略直方体形状をなす３つの領域１２５ａ〜１２５ｃに分割されている。これら領域１２５ａ〜１２５ｃのうち、中央に位置する領域１２５ａの表面には、３つのＮ型（Ｎ＋）の拡散層１２６ａ、１２６ｄ、１２６ｅが拡散層１２６ａを中央にして直線上に形成されている。一方、領域１２５ｂの表面中央にはＮ型（Ｎ＋）の拡散層１２６ｂが、領域１２５ｃの表面中央には同じくＮ型（Ｎ＋）の拡散層１２６ｃがそれぞれ形成されている。すなわち、図１９に示されるように、上記拡散層１２６ａは、上記拡散層１２３および上記拡散層１２４を隔てて拡散層１２６ｂおよび拡散層１２６ｃの各々に対向するように配置されている。なお、上記拡散層１２６ａ〜１２６ｅは、コンタクト領域として機能することとなり、端子Ｓ、端子Ｇ１、端子Ｇ２、端子Ｖ１、および端子Ｖ２にそれぞれ電気的に接続されている。この縦型ホール素子では、図１８中に破線にて示すように、上記領域１２５ａの基板内部に電気的に区画される領域にあって上記拡散層１２６ｄおよび拡散層１２６ｅにて挟まれる領域が、いわゆるホールプレートＨＰとなっている。

ここで例えば、端子Ｓから端子Ｇ１へ、また端子Ｓから端子Ｇ２へそれぞれ一定の駆動電流を流すと、その駆動電流は、半導体層１２１の表面の拡散層１２６ａから上記ホールプレートＨＰ、Ｎ型埋込層ＢＬを通じて拡散層１２６ｂおよび拡散層１２６ｃへとそれぞれ流れ込む。すなわち、上記ホールプレートＨＰには、基板表面に対して垂直な成分を主に含む駆動電流が流れる。こうして駆動電流が流れている状態において、図１８および図１９中に矢印にて示すように、半導体層１２１の表面に対して平行な成分を含む磁界（磁束密度Ｂ）が印加された場合、端子Ｖ１と端子Ｖ２との間には、上述したホール電圧Ｖｈが発生することとなる。このホール電圧Ｖｈを検出することにより、半導体層１２１の表面に対して平行な磁界成分を検出することができる。

こうした縦型ホール素子にはこの他にも、ＣＭＯＳ工程を通じて製造可能な構造を有するものもある。このＣＭＯＳ工程を通じて製造可能な縦型ホール素子によれば、バイポーラ工程を通じて製造される縦型ホール素子に比較して製造コストの低減が図られるようになるとともに、高集積化も容易であることから、高精度な種々の補正回路を同一チップ上に搭載することも可能となる。次に、この種の縦型ホール素子について、図２０および図２１を参照しながらその概略を説明する。なお、図２０はこの縦型ホール素子の平面構造を模式的に示したものであり、図２１は図２０中のＬ１−Ｌ１に沿った同縦型ホール素子の断面構造を模式的に示したものである。

この縦型ホール素子は、図２１に示すように、例えばＰ型のシリコンからなる半導体支持層（Ｐ−ｓｕｂ）１３０と、該半導体支持層１３０の表面に例えばＮ型の導電型不純物が導入されて拡散層（ウェル）として形成されたＮ型の半導体領域（Ｎｗｅｌｌ）１３１とを有して構成されている。また、その平面構造を図２０に示すように、この半導体支持層１３０には、拡散分離壁としてＰ型の拡散層（Ｐｗｅｌｌ）１３２が、上記半導体領域１３１を囲繞するように形成されている。この拡散層１３２の内周面には、上記半導体領域１３１よりも浅い拡散深さを有するＰ型の拡散層（Ｐｗｅｌｌ）１３３，１３４が形成されており、半導体領域１３１の表面近傍は、これら拡散層１３２〜１３４によって略直方体形状をなす３つの領域１３５ａ〜１３５ｃに分割されている。そして、当該縦型ホール素子においても、中央に位置する領域１３５ａの表面には、３つのＮ型（Ｎ＋）の拡散層１３６ａ、１３６ｄ、１３６ｅが拡散層１３６ａを中央にして直線上に形成されている。一方、領域１３５ｂの表面中央にはＮ型（Ｎ＋）の拡散層１３６ｂが、領域１３５ｃの表面中央にはＮ型（Ｎ＋）の拡散層１３６ｃがそれぞれ形成されている。なお、この縦型ホール素子では、図２０中に破線にて示すように、上記領域１３５ａの基板内部に電気的に区画される領域にあって上記拡散層１３６ｄおよび上記拡散層１３６ｅにて挟まれる領域がホールプレートＨＰとなっている。

このような構造を有する縦型ホール素子においても、端子Ｓから端子Ｇ１へ、また端子Ｓから端子Ｇ２へそれぞれ一定の駆動電流を流すと、半導体領域１３１の表面に対して垂直な成分を主に含む駆動電流が上記ホールプレートＨＰに流れるようになる。このため、こうした構造の縦型ホール素子によっても、ホール電圧Ｖｈの検出を通じて、上記半導体領域１３１の表面に対して平行な磁界成分を検出することができる。
前中一介、「集積化三次元磁気センサ」、電気学会論文誌 Ｃ、平成元年、第１０９巻、第７号、ｐ．４８３−４９０ 前中一介、「縦型ホール素子の特性と高感度化」、電気学会論文誌 Ｅ、平成９年、第１１７巻、第７号、ｐ．３６４−３７０

ここで、図２２（ａ）に示すように、湾曲形状をなす２つの磁石ＭＧ１，ＭＧ２を回転体に固定しておき、これら磁石ＭＧ１のＮ極と磁石ＭＧ２のＳ極とに挟まれる領域内の中央にホール素子１４０を配置して、図中の矢印にて示す方向の磁界がホール素子１４０に印加されるようにした場合の回転角度の検出態様について説明する。このような構成において、２つの磁石ＭＧ１，ＭＧ２が固定された回転体のみを回転させると、図２２（ｂ）の上図に示すように、回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化するホール電圧Ｖｈがホール素子１４０から出力される。このホール電圧Ｖｈと回転角度とは、理論上は一対一の対応関係にある。このため、ホール素子１４０から出力される上記ホール電圧Ｖｈに基づいて回転体の回転角度を求めることができる。ただし実使用上は、回転角度の検出にかかる演算負荷の軽減や検出精度の向上等を図るべく、同図２２（ｂ）の下図に示すように、こうして得られたホール電圧Ｖｈのうち、回転角度の推移に対してホール電圧Ｖｈが直線的に推移する領域ＡＲ内の電圧値のみが回転角度の検出に際して用いられる。

一方、図２２（ｃ）に線分Ｒとして示すように、実際に検出されるホール電圧Ｖｈは、様々な誤差要因により、上述の理論上のホール電圧Ｖｈを示す線分Ｔから乖離する実情にある。この要因としては、主に、以下に示す２つの要因が考えられる。

（１）一つ目の要因として、オフセット電圧の存在が挙げられる。オフセット電圧とは、磁場が加えられていないとき（磁束密度Ｂ＝０）における電圧のことをいう。ホール素子に磁場が印加されていないときには、オフセット電圧が「０」となるのが理想である。ところが、実際には、ホール素子に磁場が印加されていない場合であっても、ホール電圧Ｖｈを全体的に上昇される電圧（オフセット電圧）が発生する。このため、ホール素子からの出力電圧は、図２２（ｃ）中に一点鎖線にて示すように、本来のホール電圧Ｖｈよりもオフセット電圧分だけ全体的に上昇したものとなる。このようなオフセット電圧の発生要因としては、以下に示す（１−１）や（１−２）がある。

（１−１）ホール素子を製造する際のアライメントずれによってオフセット電圧が発生する。先の図１８において、拡散層１２２〜１２４と拡散層１２６ａ〜１２６ｅとのアライメントにずれが生じ、拡散層１２２〜１２４と拡散層１２６ａ〜１２６ｅとの相対的な位置関係がずれると、端子Ｓから端子Ｇ１および端子Ｇ２への駆動電流の流れに偏りが生じる。この駆動電流の偏りによってホール素子内部の等電位線が変形するため、電極ｃと電極ｄとの間にオフセット電圧が発生する。

（１−２）外部の機械的な応力によってもオフセット電圧が発生する。機械的な応力発生の要因としては、ホール素子を封止するためのパッケージ（モールドや銀ペーストなどの接着剤）が挙げられる。外部の機械的な応力がホール素子に加わると、ピエゾ抵抗効果によってホール素子内部の抵抗値が変化する。こうした機械的な応力はホール素子に対して均一に印加されないため、ホール素子の内部の抵抗値に不均衡が生じることとなり、このホール素子内部の抵抗値の不均衡がオフセット電圧として現れる。

（２）二つ目の要因としては、ホール素子に磁場を印加するための磁石の温度特性やホール素子自身の温度特性が挙げられる。
これらの要因により、結局、図２２（ｃ）中に二点鎖線にて示すような電圧がホール素子から出力されることとなる。

こうしたオフセット電圧の存在や温度特性に起因して発生するホール電圧Ｖｈの変動は一般に、補正回路を用いて補正される。このうちオフセット電圧による上記変動はホール素子の構造等の機械的な要因によって発生するため、補正回路を通じて１度だけ補正すれば十分である場合が多く、ホール素子による角度検出においてもあまり問題視されていない。一方、温度特性に起因する上記変動については、各温度毎の補正が必要であることからその補正が煩雑であり、ホール素子の検出精度向上の観点からも無視できないものとなっている。

詳しくは、上述のホール素子に磁場を印加するための磁石の温度特性やホール素子自身の温度特性、すなわちホール電圧Ｖｈと温度との関係は一般的に２次関数で表される。そのため、こうした温度特性によるホール電圧Ｖｈの変動を補正して精度の高い磁場の検出を行うためには、温度毎に行うホール電圧Ｖｈの補正の回数を増加させたり、２次関数での曲線補正を行う必要がある。しかしながら、補正の回数を増加させれば、ホール電圧から同ホール素子に印加されている磁界の大きさを求めるまでの時間が増加してしまい、また曲線補正を行うようにすれば、回路規模が大きくなってチップサイズの増大を招くため、いずれにせよ、非効率となってしまう。

特に、上記縦型ホール素子にあっては、以下に示すように、温度により空乏層の広がり方が異なることから、上記温度特性における温度とホール電圧との関係を示す曲線の曲がり度合いがより強調される傾向にあり、温度特性に起因するホール電圧の補正をより煩雑なものにしている。また製造上の拡散層のばらつきにより、空乏層の幅もばらつくことから、個体毎のホール電圧のばらつきも大きいものとなっている。

すなわち、縦型ホール素子では、図２３に破線にて示すように、同素子に駆動電流を流すと、半導体領域１３１と拡散層１３３，１３４との間のＰＮ接合部、および半導体領域１３１と拡散層１３２との間のＰＮ接合部にそれぞれ空乏層が発生する。これら空乏層は、温度によってもその大きさが変化する。また、縦型ホール素子では拡散層の拡散濃度が薄いため、上記空乏層が、電流の方向に対して２つの方向（図中の水平方向）へとより広がり易く、ホールプレートＨＰの形状が歪み易い。こうした理由から、図２４に示されるように、縦型ホール素子においては温度依存性がより顕著に現れることとなり、温度特性に起因するホール電圧の変動を精度よく補正することは困難となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度特性に起因する出力電圧の変動を高い精度のもとに補正することのできる磁気センサ及びセンサを提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、被検出対象物から発せられる磁界を検出すべく配設された検出用のホール素子と、この検出用のホール素子と同一の特性を有して同検出用のホール素子の近傍に配設される温度モニタ用のホール素子とを備えて磁気センサを構成し、上記検出用のホール素子から出力されるホール電圧と上記温度モニタ用のホール素子の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得るようにした。

上記端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧は通常、上記ホール電圧と比較してその温度に対する温度係数が逆となる。よって、これらホール電圧と温度モニタ電圧との間では上述のように温度特性を相殺する演算が可能となり、こうした演算を通じて得られる上記センサ出力も、温度変化に対して自ずと直線性に優れた特性を有する電圧となる。またこのため、上記センサ出力に対して温度に基づく補間補正等を行う場合であれ、その精度は好適に維持されるようになる。したがって、温度特性に起因するホール電圧の変動を高い精度のもとに補正することができるようになる。

こうした磁気センサにおいて、上記温度特性を相殺する演算としては、例えば請求項２に記載の発明によるように、
（イ）上記ホール電圧に上記温度モニタ電圧を加算する加算演算、
あるいは、請求項３に記載の発明によるように、
（ロ）上記ホール電圧から上記温度モニタ電圧を減算する減算演算、
等々の演算があり、これらいずれの演算を行っても、温度変化に対して直線性に優れた特性を有するセンサ出力を得ることができる。

また、上記検出用のホール素子や上記温度モニタ用のホール素子の具体的な駆動態様としては、例えば請求項４に記載の発明によるように、
（ａ）上記検出用のホール素子を定電圧駆動し、上記温度モニタ用のホール素子を定電流駆動する、
あるいは、請求項５に記載の発明によるように、
（ｂ）上記検出用のホール素子を定電流駆動し、上記温度モニタ用のホール素子を定電圧駆動する、
あるいは、請求項６に記載の発明によるように、
（ｃ）上記検出用のホール素子および上記温度モニタ用のホール素子を、共に定電流駆動する、
あるいは、請求項７に記載の発明によるように、
（ｄ）上記検出用のホール素子および上記温度モニタ用のホール素子を、共に定電圧駆動する、
等々、種々の駆動態様を採用することができる。このうち特に、ホール素子を定電流駆動する場合には、同ホール素子を定電圧駆動する場合に比較して、ホール素子自身の温度特性によるホール電圧の変動が小さいことから、温度変化に対してより直線性に優れた特性を有するセンサ出力を得ることができるようになる。

なお、上記検出用のホール素子および上記温度モニタ用のホール素子を上記（ｃ）や上記（ｄ）の駆動態様にて駆動する場合の各ホール素子の具体的な接続態様としては、例えば請求項８に記載の発明によるように、
（ｅ）上記検出用のホール素子および上記温度モニタ用のホール素子を、駆動源に対して直列接続する、
あるいは、請求項９に記載の発明によるように
（ｆ）上記検出用のホール素子および上記温度モニタ用のホール素子を、駆動源に対して並列接続する、
等々、がある。

さらに、請求項１〜９のいずれかに記載の磁気センサにおいて、請求項１０に記載の発明によるように、上記検出用のホール素子および上記温度モニタ用のホール素子として、共に基板の表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子を採用することも有効である。

上述のように、上記縦型ホール素子にあっては、温度により空乏層の広がり方が異なることから、上記温度特性における温度とホール電圧との関係を示す曲線の曲がり度合いがより強調される傾向にある。この点、本発明にかかる磁気センサによれば、こうした縦型ホール素子によっても、温度特性に起因するホール電圧の変動を高い精度のもとに補正することができるようになる。また、縦型ホール素子は一般に、横型ホール素子に比較してより小さい素子形成面積にて基板上に形成することができる。このため、上記検出用のホール素子および上記温度モニタ用のホール素子として縦型ホール素子を採用するようにすれば、これらホール素子をより近傍に配設することができるようになり、温度変化に対してより一層、直線性に優れた特性を有するセンサ出力を得ることができるようにもなる。

また、請求項１１に記載の発明では、被検出対象物から発せられる磁界を検出すべく配設されたホール素子と、このホール素子から出力されるホール電圧および同ホール素子の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とを切替出力する切替手段とを備えて磁気センサを構成し、これら切替出力されるホール電圧と温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得るようにした。

上記構成によれば、ホール素子から出力されるホール電圧および同ホール素子の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とが、切替手段により切替出力される。そして、これら切替出力されるホール電圧と温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算が行われる。上述のように、上記端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧は、上記ホール電圧と比較してその温度に対する温度係数が逆となっている。よって、これらホール電圧と温度モニタ電圧との間では温度特性を相殺する演算が可能となり、こうした演算を通じて得られる上記センサ出力も、温度変化に対して自ずと直線性に優れた特性を有する電圧となる。しかも、この請求項１１に記載の発明では、同一のホール素子におけるホール電圧と温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算が行われるため、センサ出力は、温度変化に対してより直線性に優れた特性を有するようになる。またこのため、上記センサ出力に対して温度に基づく補間補正等を行う場合であれ、その精度は好適に維持されるようになり、温度特性に起因するホール電圧の変動を高い精度のもとに補正することができるようになる。

こうした磁気センサにおいて、上記温度特性を相殺する演算としては、例えば請求項１２に記載の発明によるように、
（ハ）上記ホール電圧に上記温度モニタ電圧を加算する加算演算、
あるいは、請求項１３に記載の発明によるように、
（ニ）上記ホール電圧から上記温度モニタ電圧を減算する減算演算、
等々の演算があり、これらいずれの演算を行っても、温度変化に対して直線性に優れた特性を有するセンサ出力を得ることができる。

また、上記ホール素子の具体的な駆動態様としては、例えば請求項１４に記載の発明によるように、
（ｇ）上記ホール素子を定電流駆動する、
あるいは、請求項１５に記載の発明によるように、
（ｈ）上記ホール素子を定電圧駆動する、
等々、種々の駆動態様を採用することができる。このうち特に、ホール素子を定電流駆動する場合には、同ホール素子を定電圧駆動する場合に比較して、ホール素子自身の温度特性によるホール電圧の変動が小さいことから、温度変化に対してより直線性に優れた特性を有するセンサ出力を得ることができるようになる。

さらに、請求項１１〜１５のいずれかに記載の磁気センサにおいて、請求項１６に記載の発明によるように、上記ホール素子として、基板の表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子を採用することも有効である。上述のように、上記縦型ホール素子にあっては、温度により空乏層の広がり方が異なることから、上記温度特性における温度とホール電圧との関係を示す曲線の曲がり度合いがより強調される傾向にある。この点、本発明にかかる磁気センサによれば、こうした縦型ホール素子によっても、温度特性に起因するホール電圧の変動を高い精度のもとに補正することができるようになる。

請求項１７に記載の発明では、被検出対象物から発せられる磁界を検出すべく配設された検出用のホール素子と、この検出用のホール素子と同一の特性を有して同検出用のホール素子の近傍に配設される温度モニタ用のホール素子とを備え、前記検出用のホール素子から出力されるオフセット電圧と前記温度モニタ用のホール素子の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得るようにした。

上記端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧は通常、上記ホール電圧と比較してその温度に対する温度係数が逆となる。また、検出用のホール素子に対してオフセットが発生した場合、温度モニタ電圧にも同様のオフセットが発生する。よって、これらホール電圧と温度モニタ電圧と演算することにより、温度特性を補正するとともにオフセットをキャンセルしたセンサ出力が得られるようになる。

前記検出用のホール素子は請求項１８のように、前記温度モニタ用のホール素子である。この構成によれば、検出用のホール素子のみを実装することにより、オフセット電圧と温度モニタ電圧とが得られ、温度特性の補正とオフセットのキャンセルが可能であるとともに、チップサイズの増大を抑えることができるようになる。

前記検出用のホール素子と前記温度モニタ用のホール素子とは、請求項１９のように、互いに異なる素子である。オフセット電圧に対する係数と、温度モニタ電圧に対する係数を調整することにより、温度特性を相殺することができる。従って、検出用のホール素子と温度モニタ用のホール素子の特性を合わせる必要がなく、磁気センサの製造が容易になる。

請求項２０に記載のように、前記温度モニタ用のホール素子に替えて温度モニタ用の抵抗を用いることもできる。このホール素子は等価的にブリッジ回路として表される。従って、ホール素子に替えて抵抗を用いた構成であっても、温度特性を相殺したセンサ出力が得られるようになる。

請求項２１に記載の発明では、被検出対象物に応じた物理量を検出するために設けられ等価的にブリッジ回路として示される１つの素子又はブリッジ回路を構成する複数の素子からなる第１の検出部と、この検出部を構成する素子の近傍に配設され等価的にブリッジ回路として示される１つの素子又はブリッジ回路を構成する複数の素子からなる温度モニタ用の第２の検出部とを備え、前記第１の検出部から前記物理量に応じて出力される検出電圧と前記第２の検出部の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得るようにした。

上記端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧は通常、上記検出電圧と比較してその温度に対する温度係数が逆となる。よって、これら検出電圧と温度モニタ電圧との間では上述のように温度特性を相殺する演算が可能となり、こうした演算を通じて得られる上記センサ出力も、温度変化に対して自ずと直線性に優れた特性を有する電圧となる。またこのため、上記センサ出力に対して温度に基づく補間補正等を行う場合であれ、その精度は好適に維持されるようになる。したがって、温度特性に起因する検出電圧の変動を高い精度のもとに補正することができるようになる。

請求項２２に記載の発明では、被検出対象物に応じた物理量を検出するために設けられ等価的にブリッジ回路として示される１つの素子又はブリッジ回路を構成する複数の素子からなる第１の検出部と、この検出部から前記物理量に応じて出力される検出電圧、及び前記第１の検出部の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得るようにした。

上記構成によれば、第１の検出部から出力される検出電圧および同検出部の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算が行われる。上述のように、上記端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧は、上記検出電圧と比較してその温度に対する温度係数が逆となっている。よって、これら検出電圧と温度モニタ電圧との間では温度特性を相殺する演算が可能となり、こうした演算を通じて得られる上記センサ出力も、温度変化に対して自ずと直線性に優れた特性を有する電圧となる。さらに、同一の検出部における検出電圧と温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算が行われるため、センサ出力は、温度変化に対してより直線性に優れた特性を有するようになる。またこのため、上記センサ出力に対して温度に基づく補間補正等を行う場合であれ、その精度は好適に維持されるようになり、温度特性に起因する検出電圧の変動を高い精度のもとに補正することができるようになる。

前記第１の検出部は、請求項２３のように物理量として磁界を検出するホール素子、又は請求項２４のように物理量として圧力に応じた歪みを検出する歪みゲージである。したがって、物理量として磁界を検出する場合であれ、物理量として圧力を検出する場合であれ、温度特性に起因する検出電圧の変動を高い精度のもとに補正することができるようになる。

前記第１の検出部と前記第２の検出部は、請求項２５のように、互いに電気的特性が異なるように形成されてなる。検出電圧に対する係数と、温度モニタ電圧に対する係数を調整することにより、温度特性を相殺することができる。従って、物理量を検出する第１の検出部と、温度モニタ用の第２の検出部の特性を合わせる必要がなく、センサの製造が容易になる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる磁気センサを具体化した第１の実施の形態について、図１〜図５を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態にかかる磁気センサでは、磁気を検出する素子として前述の縦型ホール素子を採用している。この縦型ホール素子の構造および磁界検出原理については既に説明した通りであり、ここでは、端子名に同一名称を付すこととしてその詳細な説明を割愛する。

図１に示すように、本実施の形態にかかる磁気センサは、被検出対象物から発せられる磁界を検出するための縦型ホール素子（検出用縦型ホール素子）１０、およびこの検出用縦型ホール素子１０と同一の特性を有する温度モニタ用の縦型ホール素子（温度モニタ用縦型ホール素子）２０を備えて構成されている。これら検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０は、同一の基板の近接した位置に形成されている。なお、これら検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０の配置は任意であるが、先の図２０に示す磁界（磁束密度Ｂ）が矢印の方向に対して幅が狭い場合には、磁気センサの感度を高めるためにも、検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０を図中の左右方向に並べて配置することが望ましい。また、磁界（磁束密度Ｂ）が矢印の方向に対して幅が広い場合には、検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０を図中の上下方向に並べて配置するようにすれば、同様に、磁気センサの感度を高めることができる。さらに検出用及び温度モニタ用の縦型ホール素子１０，２０をチップ中央に配置すれば、ホール素子が受けるチップ応力の影響が軽減されるため、磁気センサの精度を高めることができる。

こうした磁気センサにおいて、上記検出用縦型ホール素子１０は、その端子Ｓが定電圧駆動源１１に接続されるとともに、端子Ｇ１，Ｇ２が接地されている。一方、温度モニタ用縦型ホール素子２０は、その端子Ｓが定電流駆動源２１に接続されるとともに、端子Ｇ１，Ｇ２が接地されている。

磁界検出用のホール素子１０は、図２に示すように、４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４を接続したブリッジ回路として等価的に表される。これらの抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、磁気抵抗素子として機能するとともに、加えられる磁界密度によってそれぞれ抵抗値の変化が異なるように設定されている。また、対向位置にある抵抗Ｒ１とＲ４，Ｒ２とＲ３は、加えられる磁界の方向によってそれぞれの抵抗値が同じように変化するように設定されている。例えば、抵抗Ｒ１，Ｒ４の抵抗値が増加し、抵抗Ｒ２，Ｒ３の抵抗値が減少する。従って、電源Ｅから電流Ｉが端子Ｓから供給されると、各抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値により端子Ｖ１，Ｖ２の電圧が変化する。つまり、端子Ｖ１，Ｖ２間に電位差が生じ、その電位差がホール電圧として出力される。尚、温度モニタ用のホール素子２０も同様に構成されている。

また、検出用縦型ホール素子１０の端子Ｖ１，Ｖ２の間に発生するホール電圧Ｖｈｄは、増幅器１２に入力されている。一方、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓと端子Ｇ１，Ｇ２との間からその端子間電圧として取り出される電圧は、増幅器２２に入力されている。そして、上記増幅器１２の出力電圧である検出電圧としてのホール電圧Ｖｄおよび上記増幅器２２の出力電圧である温度モニタ電圧Ｖｍは、減算回路３０にそれぞれ入力されている。この減算回路３０の出力端子Ｔｏから出力される出力電圧Ｖｃが、本実施の形態にかかる磁気センサのセンサ出力となる。

こうした構成の磁気センサによれば、上記減算回路３０においてホール電圧Ｖｄの温度特性と温度モニタ電圧Ｖｍの温度特性とが相殺され、そのセンサ出力（出力電圧Ｖｃ）は、温度変化に対して直線性に優れた特性を有するようになる。次に、このホール電圧Ｖｄの温度特性と温度モニタ電圧Ｖｍの温度特性とが相殺される演算について、図３〜図５を参照しつつ詳細に説明する。図３（ａ）は、温度とホール電圧Ｖｄとの関係をグラフとして模式的に示したものであり、図３（ｂ）は、温度と温度モニタ電圧Ｖｍとの関係をグラフとして模式的に示したものである。図４（ａ）は温度と感度変化率との関係を模式的に示したものであり、図４（ｂ）は温度と抵抗変化率の関係を模式的に示したものである。また、図５は、温度とセンサ出力（出力電圧Ｖｃ）との関係をグラフとして模式的に示したものである。

上述のように、検出用縦型ホール素子１０は、その端子Ｓに定電圧駆動源１１が接続されるとともに端子Ｇ１，Ｇ２が共に接地されており、その印加電圧が一定に維持されるように定電圧駆動されている。このとき、検出用縦型ホール素子１０のホール電圧Ｖｈｄは、同検出用縦型ホール素子１０の幅をＷ、長さをＬ、印加される磁界の磁束密度をＢ、移動度をμｈ、定電圧駆動源１１により印加される電圧をＶとすると、

Ｖｈｄ＝μｈ×（Ｗ／Ｌ）×Ｖ×Ｂ

なる関係式にて示される。こうした検出用縦型ホール素子１０では、温度の上昇に伴い、同検出用縦型ホール素子１０を構成する原子の原子核の熱振動の増大や不純物イオンによる散乱のため、平均自由行程が短くなって空乏層内部における電子の移動が妨げられるため、キャリアの移動度μｈが低下することとなる。こうして、検出用縦型ホール素子１０では、温度の上昇に伴って移動度μｈが小さくなり、そのホール電圧Ｖｈｄが温度の上昇とともに指数関数的に減少する。またキャリア濃度が小さいほど、温度上昇に伴う空乏層幅の増加度合が大きくなる。このため、図３（ａ）に示されるように、増幅器１２から出力されるホール電圧Ｖｄは、同じく温度の上昇とともに指数関数的に減少することとなる。

一方、温度モニタ用縦型ホール素子２０は、その端子Ｓに定電流駆動源２１が接続されるとともに端子Ｇ１，Ｇ２が共に接地されており、その供給電流が一定に維持されるように定電流駆動されている。このとき、温度モニタ用縦型ホール素子２０のホール電圧Ｖｈｍは、同温度モニタ用縦型ホール素子２０の厚さをｄ、印加される磁界の磁束密度をＢ、ホール係数をＲｈ、定電流駆動源２１により供給される電流をＩとすると、

Ｖｈｍ＝（Ｒｈ／ｄ）×Ｉ×Ｂ

なる関係式にて示される。この関係式においてホール係数Ｒｈは、電荷をｑ、キャリア密度をｎとしたとき、Ｒｈ＝１／（ｑ×ｎ）なる関係式にて示される値である。こうした温度モニタ用縦型ホール素子２０では、温度が上昇すると、その不純物レベルから励起されるキャリア数が増加するため、キャリア密度ｎが増加する。このため、こうしたキャリア密度ｎの増加を通じてホール係数Ｒｈが小さくなり、そのホール電圧Ｖｈｍが温度の上昇とともに指数関数的に減少する。また、温度の上昇に伴ってキャリアの移動度が低下するため、温度モニタ用縦型ホール素子２０の電気抵抗値は、温度の上昇とともに増加する。これにより、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓと端子Ｇ１，Ｇ２との間の端子間電圧は、温度の上昇とともに指数関数的に増加することとなり、増幅器２２から出力される温度モニタ電圧Ｖｍも、図３（ｂ）に示されるように、温度の上昇とともに指数関数的に増加することとなる。

更に詳しく説明すると、磁界検出用のホール素子１０におけるホール電圧Ｖｈｍの温度変化は、図４（ａ）に示すように変化する。この変化は、温度Ｔに対して、

Ｓ（Ｔ）＝Ｓ（０）（１＋β_１Ｔ＋β_２Ｔ^２）
β_ｔ＝Ｂ_to＋Ｂ_t1ｌｏｇＮｓ＋Ｂ_t2ｌｏｇＮｓ^２＋Ｂ_t3ｌｏｇＮｓ^３ （Ｔ＝１，２）

なる関係式にて示される。つまり、キャリア濃度Ｎｓに依存する係数βにて表すことができる。一方、温度モニタ用のホール素子２０の抵抗の温度変化は、図４（ｂ）のように変化する。この抵抗値Ｒの変化は、温度Ｔに対して、

Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（０）（１＋α_１Ｔ＋α_２Ｔ^２）
α_ｔ＝Ａ_to＋Ａ_t1ｌｏｇＮｓ＋Ａ_t2ｌｏｇＮｓ^２＋Ａ_t3ｌｏｇＮｓ^３ （Ｔ＝１，２）

なる関係式にて示される。つまりキャリア濃度Ｎｓに依存する係数αにて表すことができる。従って、上記係数α及び係数βが同じになるように係数Ａ，Ｂを合わせることにより、温度変化に対するホール電圧の変動をキャンセルすることが可能となる。上記減算回路３０において演算するときに、係数を掛け合わせる。

このように、ホール電圧Ｖｄは負の温度係数を、温度モニタ電圧Ｖｍは正の温度係数をそれぞれ有しており、ホール電圧Ｖｄと温度モニタ電圧Ｖｍとではその温度係数が逆となっている。したがって、これらホール電圧Ｖｄおよび温度モニタ電圧Ｖｍが入力される減算回路３０の出力電圧Ｖｃは、図５に示されるように、温度変化に対して直線性に優れた特性となる。このため、こうした減算回路３０から出力される出力電圧Ｖｃに基づき、温度特性に起因するホール電圧Ｖｈｄの変動を高精度に補正することができる。

なお、本実施の形態では、検出用縦型ホール素子１０が「検出用のホール素子」に、温度モニタ用縦型ホール素子２０が「温度モニタ用のホール素子」にそれぞれ相当する構成となっている。また、本実施の形態では、端子Ｓおよび端子Ｇ１，Ｇ２が「駆動信号供給端子」に相当する構成となっている。

以上説明したように、本実施の形態にかかる磁気センサによれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）検出用縦型ホール素子１０と同一の特性を有する温度モニタ用縦型ホール素子２０を同検出用縦型ホール素子１０の近傍に配設するようにした。そして、検出用縦型ホール素子１０のホール電圧Ｖｈｄに応じて増幅器１２から出力されるホール電圧Ｖｄから、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓおよび端子Ｇ１，Ｇ２の間からその端子間電圧として取り出される電圧に応じて増幅器２２から出力される温度モニタ電圧Ｖｍを、減算回路３０において減算するようにした。これにより、減算回路３０から出力される出力電圧Ｖｃは、温度変化に対して直線性に優れた特性を有するようになる。したがって、温度特性に起因するホール電圧Ｖｈｄの変動を高い精度のもとに補正することができるようになる。ちなみに検出用及び温度モニタ用の縦型ホール素子１０，２０をチップ中央に配置すれば、ホール素子が受けるチップ応力の影響が軽減されるため、磁気センサの精度を高めることができる。

（２）減算回路３０から出力される出力電圧Ｖｃが直線性に優れた特性を有するため、補間補正が容易であり、温度特性に起因するホール電圧Ｖｈｄの変動を高い精度のもとに補正することができる。例えば、２つの温度における出力電圧Ｖｃを選択してこれら２点間で直線近似すれば、非常に短時間で、且つ低演算負荷にて、温度特性に起因するホール電圧Ｖｈｄの変動を補正することができる。ちなみにこのような補正態様によれば、二次関数による曲線補正を行わなくとも、十分な精度を確保することができる。そのため、曲線補正に必要な回路を割愛し、回路規模を小さくすることが可能にもなる。

（３）磁気を検出するためのセンサとして、検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０といった縦型ホール素子を採用するようにした。縦型ホール素子は一般に、横型ホール素子よりもチップ上における素子形成面積が小さい。このため、このように縦型ホール素子を採用することにより、検出用縦型ホール素子１０と温度モニタ用縦型ホール素子２０とをより近づけて配置することができるようになり、ひいては温度特性に起因するホール電圧の変動をより高い精度のもとに補正することができる。

（４）検出用縦型ホール素子１０と同一の特性を有する温度モニタ用縦型ホール素子２０を同検出用縦型ホール素子１０の近傍に配設するようにした。そして、検出用縦型ホール素子１０のホール電圧Ｖｈｄに応じて増幅器１２から出力されるホール電圧Ｖｄから、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓおよび端子Ｇ１，Ｇ２の間からその端子間電圧として取り出される電圧に応じて増幅器２２から出力される温度モニタ電圧Ｖｍを、減算回路３０において減算するようにした。検出用ホール素子１０の出力電圧が、従来技術で述べた要因によりオフセットされた電圧である場合、温度モニタ用ホール素子２０の出力電圧も同様にオフセットされた電圧となる。従って、オフセット電圧であるホール電圧Ｖｄから、温度モニタ電圧Ｖｍを減算することにより、オフセット分も減算されることになり、オフセット電圧をキャンセルする、つまり出力電圧を補正することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明にかかる磁気センサを具体化した第２の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる磁気センサも、先の第１の実施の形態にかかる磁気センサに準じた構成となっている。ここでは、先の第１の実施の形態にかかる磁気センサと同一、あるいはそれに準じた構成については同一符号を付すこととして、その詳細な説明を割愛する。

図６に示すように、本実施の形態にかかる磁気センサにおいて、検出用縦型ホール素子１０は、その端子Ｓが定電流駆動源２１に接続されるとともに、端子Ｇ１，Ｇ２が温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓに接続されている。そして、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｇ１，Ｇ２は、共に接地されている。このように、本実施の形態にかかる磁気センサでは、先の検出用縦型ホール素子１０と先の温度モニタ用縦型ホール素子２０とが、定電流駆動源２１に対して直列接続されており、検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０は、共に定電流駆動されている。

そして、本実施の形態にかかる磁気センサにおいても、先の第１の実施の形態にかかる磁気センサと同様、検出用縦型ホール素子１０の端子Ｖ１，Ｖ２の間に発生するホール電圧Ｖｈｄは、増幅器１２に入力されている。また、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓと端子Ｇ１，Ｇ２との間からその端子間電圧として取り出される電圧は、増幅器２２に入力されている。さらに、上記増幅器１２の出力電圧であるホール電圧Ｖｄおよび上記増幅器２２の出力電圧である温度モニタ電圧Ｖｍは、減算回路３０にそれぞれ入力されている。

こうした構成の磁気センサにおいても、検出用縦型ホール素子１０では、温度の上昇に伴ってホール係数Ｒｈが小さくなるため、そのホール電圧Ｖｈｄが温度の上昇とともに指数関数的に減少する。また、温度モニタ用縦型ホール素子２０では、温度の上昇とともにキャリアの移動度が低下してその電気抵抗値が上がる。これにより、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓと端子Ｇ１，Ｇ２との間の端子間電圧は、温度の上昇とともに指数関数的に上昇することとなる。よって、これらホール電圧Ｖｄおよび温度モニタ電圧Ｖｍが入力される減算回路３０の出力電圧Ｖｃは、温度変化に対して直線性に優れた特性を有するようになる。このため、本実施の形態にかかる磁気センサによっても、上記減算回路３０から出力される出力電圧Ｖｃに基づいて、温度特性に起因するホール電圧Ｖｈｄの変動を高精度に補正することができる。

ところで、縦型ホール素子を定電圧駆動した場合と定電流駆動した場合とでは、定電流駆動した場合の方が定電圧駆動した場合よりも温度依存性が小さくなることが知られている。本実施の形態では、上述のように、検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０は共に定電流駆動されている。このため、本実施の形態にかかる磁気センサによれば、図７に示されるように、温度依存性が小さい、すなわち温度係数が小さい出力電圧Ｖｃが磁気センサから出力されるようになる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる磁気センサによれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）検出用縦型ホール素子１０と温度モニタ用縦型ホール素子２０とを定電流駆動源２１に対して直列接続し、これら検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０を共に定電流駆動するようにした。これにより、検出用縦型ホール素子１０に流れた電流と同じ電流が、温度モニタ用縦型ホール素子２０にも流れるようになる。このため、温度に対するホール電圧Ｖｈｄの依存性、すなわち温度係数が小さい出力電圧Ｖｃが磁気センサから出力されるようになり、温度特性に起因するホール電圧Ｖｈｄの変動をより高精度に補正することができようになる。

また、このように検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０を共に定電流駆動するようにしたため、駆動源（駆動回路）を２つ用意する必要がなくなり、チップにおける磁気センサの占有面積を縮小することができるようにもなる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明にかかる磁気センサを具体化した第３の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる磁気センサでは、先の検出用縦型ホール素子および先の温度モニタ用縦型ホール素子のそれぞれが担っている機能を単一のホール素子によって実現している。こうした磁気センサについて、図８を参照しつつ説明する。図８は、本実施の形態にかかる磁気センサの回路構成を模式的に示したものである。

図８に示すように、縦型ホール素子５０は、その端子Ｓが定電流駆動源５１に接続されるとともに、端子Ｇ１，Ｇ２が接地されている。また、縦型ホール素子５０のこれら端子Ｓ，Ｇ１，Ｇ２と端子Ｖ１，Ｖ２は、スイッチ回路５２にそれぞれ接続されている。また、このスイッチ回路５２には、加算回路５３の２つの入力端子が接続されている。

このスイッチ回路５２は、４つの固定接点と２つの可動接点とを備えて構成されている。上記縦型ホール素子５０の端子Ｓ、端子Ｇ１，Ｇ２、端子Ｖ１、端子Ｖ２はそれぞれスイッチ回路５２の固定接点に接続されており、上記加算回路５３の入力端子はそれぞれ可動接点に接続されている。そして、このスイッチ回路５２は、一方の可動接点を端子Ｓに接続したときには他方の可動接点を端子Ｇ１，Ｇ２に接続し、一方の可動接点を端子Ｖ１に接続したときには他方の可動接点を端子Ｖ２に接続するように構成されている。すなわち、スイッチ回路５２は、可動接点を固定接点間で切り替えることにより、縦型ホール素子５０から出力されるホール電圧Ｖｈ、および端子Ｓと端子Ｇ１，Ｇ２との間の端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とを加算回路５３へ切替出力するように作動する。なお、こうしたスイッチ回路５２としては、例えばアナログスイッチが採用される。

また、この磁気センサにおいて、上記加算回路５３には、サンプリングホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）５４が接続されている。このサンプリングホールド回路５４は、上記スイッチ回路５２の可動接点が端子Ｓおよび端子Ｇ１，Ｇ２側に切り替わったタイミングにて加算回路５３の出力電圧Ｖｃを保持するように構成されている。加算回路５３は、スイッチ回路５２から切替出力される電圧とサンプリングホールド回路５４から入力される電圧とを加算して出力電圧Ｖｃとして出力する。

こうした構成を有する磁気センサにおいては、スイッチ回路５２により温度モニタ電圧が切替出力されると、サンプリングホールド回路５４では、この温度モニタ電圧が保持される。続いて、スイッチ回路５２によってホール電圧Ｖｈが切替出力されると、加算回路５３において、このホール電圧Ｖｈと上記サンプリングホールド回路５４にて保持されている温度モニタ電圧とが加算されることとなる。その結果、磁気センサの出力電圧Ｖｃは、温度変化に対して直線性に優れた特性を有するようになる。したがって、このような構成の磁気センサによっても、温度特性に起因するホール電圧Ｖｈの変動を高精度に補正することができようになる。

なお、本実施の形態では、スイッチ回路５２が「切替手段」に相当する構成となっている。
以上説明したように、本実施の形態にかかる磁気センサによれば、以下のような効果を得ることができるようになる。

（１）縦型ホール素子５０から出力されるホール電圧Ｖｈと、同縦型ホール素子５０の端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とを、スイッチ回路５２によって切替出力するようにした。また、上記温度モニタ電圧をサンプリングホールド回路５４にて保持しておき、加算回路５３において、この温度モニタ電圧と上記ホール電圧Ｖｈとを加算するようにした。これにより、加算回路５３からは、温度変化に対して直線性に優れた特性を有する出力電圧Ｖｃが出力されるようになる。しかも、同一の縦型ホール素子５０におけるホール電圧Ｖｈと温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算が行われるため、出力電圧Ｖｃは、温度変化に対してより直線性に優れた特性を有する。このため、温度特性に起因するホール電圧Ｖｈの変動をより高い精度のもとに補正することができるようになる。

なお、この発明にかかる磁気センサは上記各実施の形態に限定されるものではなく、これら実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記第１の実施の形態では、検出用縦型ホール素子１０の端子Ｓに定電圧駆動源１１を接続するとともに端子Ｇ１，Ｇ２を接地することにより、同検出用縦型ホール素子１０を定電圧駆動するようにしていた。この検出用縦型ホール素子１０の駆動方法としては、こうした定電圧駆動に限定されるものではなく、例えば、図９に示すように、上記端子Ｓを定電流駆動源２１に接続して、同検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０を共に定電流駆動するようにしてもよい。このように、検出用縦型ホール素子１０と温度モニタ用縦型ホール素子２０とを定電流駆動源２１に対して並列接続するようにすれば、これら検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０から構成される並列回路の合成抵抗を低下させることができるため、定電流駆動源２１にて供給する電流の量を増加させることができる。このため、定電流駆動源２１の供給電流量を増加させて検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０から出力されるホール電圧Ｖｈｄ，Ｖｈｍを増加させれば、増幅器１２，２２の増幅率を低下させることができるようになり、被検出対象物から発せられる磁界を高精度に検出することができるようになる。

・また、上記第１の実施の形態では、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓに定電流駆動源２１を接続するとともに端子Ｇ１，Ｇ２を接地することにより、同温度モニタ用縦型ホール素子２０を定電流駆動するようにしていた。この温度モニタ用縦型ホール素子２０の駆動方法としても、こうした定電流駆動に限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、上記端子Ｓを定電圧駆動源１１に接続して、同温度モニタ用縦型ホール素子２０および検出用縦型ホール素子１０を共に定電圧駆動するようにしてもよい。

・さらに、図１１に示すように、検出用縦型ホール素子１０の端子Ｓを定電流駆動源２１に接続して同検出用縦型ホール素子１０を定電流駆動するとともに、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子Ｓを定電圧駆動源１１に接続して同温度モニタ用縦型ホール素子２０を定電圧駆動するようにしてもよい。

・上記第２の実施の形態では、検出用縦型ホール素子１０と温度モニタ用縦型ホール素子２０とを定電流駆動源２１に対して直列接続することにより、これら検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０を共に定電流駆動するようにしていた。しかし、この検出用縦型ホール素子１０と温度モニタ用縦型ホール素子２０とからなる直列回路の駆動方法は、上述の定電流駆動に限定されるものではない。すなわち、図１２に示すように、検出用縦型ホール素子１０の端子Ｓに定電圧駆動源１１を接続することによって、検出用縦型ホール素子１０および温度モニタ用縦型ホール素子２０を共に定電圧駆動するようにしてもよい。

・上記第１および第２の実施の形態にかかる磁気センサでは、検出用縦型ホール素子１０から出力されるホール電圧Ｖｄの温度特性と、温度モニタ用縦型ホール素子２０の端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧Ｖｍの温度特性とを相殺するために、減算回路３０において、ホール電圧Ｖｄから温度モニタ電圧Ｖｍを減算する減算演算を行った。こうしてホール電圧Ｖｄの温度特性と温度モニタ電圧Ｖｍの温度特性とを相殺する演算は上記減算演算に限定されるものでなく、例えば、減算回路３０に代えて加算回路を設けるようにし、上記ホール電圧Ｖｄに上記温度モニタ電圧Ｖｍを加算する加算演算を行うようにしてもよい。このような構成を有する磁気センサによっても、温度変化に対して直線性に優れた特性を有する出力電圧Ｖｃが得られるようになる。

・上記第３の実施の形態にかかる磁気センサでは、縦型ホール素子５０の端子Ｓに定電流駆動源５１を接続するとともに端子Ｇ１，Ｇ２を接地することにより、同縦型ホール素子５０を定電流駆動していた。縦型ホール素子５０の駆動方法としては、この定電流駆動に限定されるものではなく、図１３に示すように、縦型ホール素子５０の端子Ｓに定電圧駆動源５１ａを接続することにより、同縦型ホール素子５０を定電圧駆動するようにしてもよい。

・上記各実施の形態における縦型ホール素子の構造を適宜変更してもよい。例えば、図１４（ａ）（ｂ）に示す構造のホール素子を用いてもよい。この縦型ホール素子は、図１４（ｂ）に示すように、Ｐ型のシリコンからなる半導体支持層（Ｐ−ｓｕｂ）６０と、該半導体支持層６０の表面にＮ型の導電型不純物が導入されて拡散層（ウェル）として形成されたＮ型の半導体領域（Ｎｗｅｌｌ）６１とを有して構成されている。図１４（ａ）に示すように、半導体領域６１の表面には、５つのＮ型（Ｎ＋）の拡散層６２ａ〜６２ｅが直線上に形成されている。拡散層６２ａ〜６２ｅは、コンタクト領域として機能することとなり、端子Ｓ、端子Ｇ１、端子Ｇ２、端子Ｖ１、および端子Ｖ２にそれぞれ電気的に接続されている。このような構造を有する縦型ホール素子においても、端子Ｓから端子Ｇ１へ、また端子Ｓから端子Ｇ２へそれぞれ一定の駆動電流を流すことにより、上記半導体領域６１の表面に対して平行な磁界成分を検出することができる。

・上記実施の形態では、検出用のホール素子と同一の特性を有して同検出用のホール素子の近傍に配設される温度モニタ用のホール素子を用いて温度特性を相殺するようにした。第１の実施の形態で述べたように、係数を合わせることにより、温度特性を相殺することができる。従って、温度モニタ用のホール素子（第２の検出部）は、検出用のホール素子（第１の検出部）を同一の特性を有している必要はない。つまり、検出用のホール素子と温度モニタ用のホール素子のサイズや種類を異なるようにしてもよいことは明らかである。従って、温度モニタ用のホール素子と検出用のホール素子との電気的特性を同一にするように細かなプロセス制御を行う必要がなく、センサの製造が容易になる。また、ホール素子は、４つの抵抗からなるブリッジ回路と等価である。従って、温度モニタに抵抗を用いて実施してもよいことは明らかである。

・上記実施の形態では、ブリッジ回路として等価的に表されるホール素子を用いて磁界を検出するセンサにおいて、その温度特性を相殺するようにした。これを、他のセンサに応用してもよい。ブリッジ回路として検出用の素子が形成される例として、例えば圧力センサがある。この圧力センサは、図１５（ｂ）に示すように、
ガラス等よりなる台座７１上に接着固定されたシリコン基板７２を備えて構成されている。半導体基板であるシリコン基板７２には、センシング部としての薄肉化したダイヤフラム７３が形成されている。図１５（ａ）に示すように、ダイヤフラム７３が形成された領域には、拡散抵抗（歪みゲージ）ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤが形成されており、これらの歪みゲージＲＡ〜ＲＤはブリッジ回路を構成している。尚、図１５（ａ）では、拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤはダイヤフラム７３の周辺に沿って形成しているが、その配置は適宜変更されてもよい。例えば、ダイヤフラム７３の端部に２つの歪みゲージ形成し、ダイヤフラム７３の表面中央部に２つの歪みゲージを形成してもよい。

上記のように構成された圧力センサに対して、温度モニタ用の素子（同様に構成された圧力センサや抵抗素子等）を近傍に配置し、その温度モニタ用の素子の出力電圧により圧力センサの出力電圧の温度特性を相殺する演算を行ってもよい。また、圧力センサの端子間電圧を温度モニタ用の電圧として用い、圧力センサの出力電圧の温度特性を相殺するようにしてもよい。

・上記各実施の形態では、磁電変換素子としていわゆる縦型ホール素子を採用するようにしたが、従来の横型ホール素子を磁電変換素子として採用するようにしてもよい。

本発明にかかる磁気センサの第１の実施の形態についてその主要となる回路構成を示す回路図。 ホール素子の等価回路図。 （ａ）は、同実施の形態にかかる磁気センサにおいて、温度とホール電圧との関係を模式的に示すグラフ、（ｂ）は、同実施の形態にかかる磁気センサにおいて、温度と温度モニタ電圧との関係を模式的に示すグラフ。 （ａ）は温度と感度変化率との関係を模式的に示すグラフ、（ｂ）は温度と抵抗変化率の関係を模式的に示すグラフ。 同実施の形態にかかる磁気センサにおいて、温度とセンサ出力との関係を模式的に示すグラフ。 本発明にかかる磁気センサの第２の実施の形態についてその主要となる回路構成を示す回路図。 同実施の形態にかかる磁気センサにおいて、温度とホール電圧との関係を模式的に示すグラフ。 本発明にかかる磁気センサの第３の実施の形態についてその主要となる回路構成を示す回路図。 本発明にかかる磁気センサの他の実施の形態についてその主要となる回路構成を示す回路図。 本発明にかかる磁気センサの他の実施の形態についてその主要となる回路構成を示す回路図。 本発明にかかる磁気センサの他の実施の形態についてその主要となる回路構成を示す回路図。 本発明にかかる磁気センサの他の実施の形態についてその主要となる回路構成を示す回路図。 本発明にかかる磁気センサの他の実施の形態についてその主要となる回路構成を示す回路図。 （ａ）は縦型ホール素子の平面図、（ｂ）は同縦型ホール素子の断面図。 （ａ）は圧力センサの平面図、（ｂ）は圧力センサの断面図。 一般的なホール素子の磁気検出原理を説明するための斜視図。 （ａ）は、横型ホール素子の平面構造を模式的に示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＬ１−Ｌ１に沿った同横型ホール素子の断面構造を模式的に示す断面図。 縦型ホール素子の平面構造を模式的に示す平面図。 図１８中のＬ１−Ｌ１に沿った縦型ホール素子の断面構造を模式的に示す断面図。 ＣＭＯＳ工程を通じて製造可能な縦型ホール素子の平面構造を模式的に示す平面図。 図２０中のＬ１−Ｌ１に沿った縦型ホール素子の断面構造を模式的に示す断面図。 （ａ）は、バイアス磁界を発生する磁石とホール素子との配置態様を模式的に示す図、（ｂ）は、回転角度とホール電圧との関係を示すグラフ、（ｃ）は、理論上のホール電圧、オフセット電圧の影響を受けた同ホール電圧、オフセット電圧の影響とともに温度特性による影響も受けた同ホール電圧のそれぞれと回転角度との関係を示すグラフ。 縦型ホール素子における空乏層の発生態様を示す断面図。 縦型ホール素子のホール電圧と温度との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…検出用縦型ホール素子、１１…定電圧駆動源、１２，２２…増幅器、２０…温度モニタ用縦型ホール素子、２１，５１…定電流駆動源、３０…減算回路、５０…縦型ホール素子、５２…スイッチ回路、５３…加算回路、５４…サンプリングホールド回路。

Claims (25)

1. 被検出対象物から発せられる磁界を検出すべく配設された検出用のホール素子と、この検出用のホール素子と同一の特性を有して同検出用のホール素子の近傍に配設される温度モニタ用のホール素子とを備え、前記検出用のホール素子から出力されるホール電圧と前記温度モニタ用のホール素子の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得る磁気センサ。
2. 前記温度特性を相殺する演算が前記ホール電圧に前記温度モニタ電圧を加算する加算演算である
   請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記温度特性を相殺する演算が前記ホール電圧から前記温度モニタ電圧を減算する減算演算である
   請求項１に記載の磁気センサ。
4. 前記検出用のホール素子は定電圧駆動され、前記温度モニタ用のホール素子は定電流駆動される
   請求項２または３に記載の磁気センサ。
5. 前記検出用のホール素子は定電流駆動され、前記温度モニタ用のホール素子は定電圧駆動される
   請求項２または３に記載の磁気センサ。
6. 前記検出用のホール素子および前記温度モニタ用のホール素子は、共に定電流駆動される
   請求項２または３に記載の磁気センサ。
7. 前記検出用のホール素子および前記温度モニタ用のホール素子は、共に定電圧駆動される
   請求項２または３に記載の磁気センサ。
8. 前記検出用のホール素子および前記温度モニタ用のホール素子は、駆動源に対して直列接続されてなる
   請求項６または７に記載の磁気センサ。
9. 前記検出用のホール素子および前記温度モニタ用のホール素子は、駆動源に対して並列接続されてなる
   請求項６または７に記載の磁気センサ。
10. 前記検出用のホール素子および前記温度モニタ用のホール素子は、共に基板の表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子である
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気センサ。
11. 被検出対象物から発せられる磁界を検出すべく配設されたホール素子と、このホール素子から出力されるホール電圧および同ホール素子の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とを切替出力する切替手段とを備え、これら切替出力されるホール電圧と温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得る磁気センサ。
12. 前記温度特性を相殺する演算が前記ホール電圧に前記温度モニタ電圧を加算する加算演算である
    請求項１１に記載の磁気センサ。
13. 前記温度特性を相殺する演算が前記ホール電圧から前記温度モニタ電圧を減算する減算演算である
    請求項１１に記載の磁気センサ。
14. 前記ホール素子は定電流駆動される
    請求項１２または１３に記載の磁気センサ。
15. 前記ホール素子は定電圧駆動される
    請求項１２または１３に記載の磁気センサ。
16. 前記ホール素子は基板の表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子である
    請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
17. 被検出対象物から発せられる磁界を検出すべく配設された検出用のホール素子と、この検出用のホール素子と同一の特性を有して同検出用のホール素子の近傍に配設される温度モニタ用のホール素子とを備え、前記検出用のホール素子から出力されるオフセット電圧と前記温度モニタ用のホール素子の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得る磁気センサ。
18. 前記温度モニタ用のホール素子は前記検出用のホール素子である
    請求項１７に記載の磁気センサ。
19. 前記温度モニタ用のホール素子は、前記検出用のホール素子とは形状が異なる素子である
    請求項１７に記載の磁気センサ。
20. 前記温度モニタ用のホール素子に替えて温度モニタ用の抵抗を備えた
    請求項１７又は１９に記載の磁気センサ。
21. 被検出対象物に応じた物理量を検出するために設けられ等価的にブリッジ回路として示される１つの素子又はブリッジ回路を構成する複数の素子からなる第１の検出部と、この検出部を構成する素子の近傍に配設され等価的にブリッジ回路として示される１つの素子又はブリッジ回路を構成する複数の素子からなる温度モニタ用の第２の検出部とを備え、前記第１の検出部から前記物理量に応じて出力される検出電圧と前記第２の検出部の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得るセンサ。
22. 被検出対象物に応じた物理量を検出するために設けられ等価的にブリッジ回路として示される１つの素子又はブリッジ回路を構成する複数の素子からなる第１の検出部と、この検出部から前記物理量に応じて出力される検出電圧、及び前記第１の検出部の駆動信号供給端子間からその端子間電圧として取り出される温度モニタ電圧とによりそれら電圧の温度特性を相殺する演算を行ってセンサ出力を得るセンサ。
23. 前記第１の検出部は、物理量として磁界を検出するホール素子である
    請求項２１又は２２に記載のセンサ。
24. 前記第１の検出部は、物理量として圧力に応じた歪みを検出する歪みゲージである
    請求項２１又は２２に記載のセンサ。
25. 前記第１の検出部と前記第２の検出部は、互いに電気的特性が異なるように形成された
    請求項２１又は２２に記載のセンサ。

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