JP2011252823A - 磁気センサー素子および回転検出装置 - Google Patents
磁気センサー素子および回転検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011252823A JP2011252823A JP2010127724A JP2010127724A JP2011252823A JP 2011252823 A JP2011252823 A JP 2011252823A JP 2010127724 A JP2010127724 A JP 2010127724A JP 2010127724 A JP2010127724 A JP 2010127724A JP 2011252823 A JP2011252823 A JP 2011252823A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impurity region
- region
- magnetic sensor
- sensor element
- terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
【課題】高い空間分解能で検出できる磁気センサー素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る磁気センサー素子1000では、電界効果トランジスター100は、ゲート電極14と、ゲート電極14の一方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第1不純物領域22および第2不純物領域24と、ゲート電極14の他方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第3不純物領域32および第4不純物領域34と、を有し、制御部200は、第1制御および第2制御を行い、第1制御では、第1不純物領域22および第2不純物領域24を第1端子(VDD端子)に接続し、第3不純物領域32を第2端子(VSS端子)に接続し、第2制御では、第3不純物領域32および第4不純物領域34を第1端子(VDD端子)に接続し、第2不純物領域24を第2端子(VSS端子)に接続し、第1端子(VDD端子)の電位は、第2端子(VSS端子)の電位より大きい。
【選択図】図4
【解決手段】本発明に係る磁気センサー素子1000では、電界効果トランジスター100は、ゲート電極14と、ゲート電極14の一方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第1不純物領域22および第2不純物領域24と、ゲート電極14の他方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第3不純物領域32および第4不純物領域34と、を有し、制御部200は、第1制御および第2制御を行い、第1制御では、第1不純物領域22および第2不純物領域24を第1端子(VDD端子)に接続し、第3不純物領域32を第2端子(VSS端子)に接続し、第2制御では、第3不純物領域32および第4不純物領域34を第1端子(VDD端子)に接続し、第2不純物領域24を第2端子(VSS端子)に接続し、第1端子(VDD端子)の電位は、第2端子(VSS端子)の電位より大きい。
【選択図】図4
Description
本発明は、磁気センサー素子および回転検出装置に関する。
例えば、小型で安価な磁気式ロータリーエンコーダーを実現するために、ライン状に配列した磁気センサー素子アレイを半導体チップ上に集積化する場合がある。特許文献1に開示された技術では、磁気センサー素子アレイとして、1つのソース領域と2つのドレイン領域(2つに分割されたドレイン領域)とを有するMOS型電界効果トランジスター(MAGFET:split-drain Magnetic Field Effect Transistor)を、複数並べたものを用いて、磁束密度の電界効果トランジスターに垂直な方向(以下、Z軸方向)の成分の位置分布を計測している。
このような磁気式ロータリーエンコーダーにおいては、一回転あたり10ビット程度の角度分解能が実現されているが、例えば、高精度なフィードバック制御を必要とする精密機械装置や産業用ロボットなどの応用において、さらなる高分解能化が求められている。
しかしながら、上記のようなMAGFETは、オフセット電流の問題から素子サイズをさらに縮小することが困難であり、上記磁気式ロータリーエンコーダーの高分解能化を妨げていた。オフセット電流とは、磁界がかかっていない場合において発生している2つのドレイン電流の差分のことである。この場合、チャネル領域の素子分離絶縁膜との境界近傍部分における特性がプロセスばらつきに起因して、同じ素子内でも第1のドレイン側と第2のドレイン側とで違っていることが主な原因となっている。
従来技術ではFETのチャネル幅を大きくすることで、相対的にチャネル領域の素子分離絶縁膜との境界近傍部分の特性ばらつきの影響を小さくし、オフセット電流の影響を抑制していた。そのため、素子サイズは微細加工の可能な最小寸法より10倍以上大きな寸法になっており、磁束密度のZ軸方向成分の位置分布を高い空間分解能で検出することができなかった。
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、磁束密度のZ軸方向成分の位置分布を高い空間分解能で検出できる磁気センサー素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記磁気センサー素子を有する回転検出装置を提供することにある。
本発明に係る磁気センサー素子は、
電界効果トランジスターと、
前記電界効果トランジスターを制御する制御部と、
を含み、
前記電界効果トランジスターは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極の一方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第1不純物領域および第2不純物領域と、
前記ゲート電極の他方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第3不純物領域および第4不純物領域と、
を有し、
前記制御部は、第1制御および第2制御を行い、
前記第1制御では、
前記第1不純物領域および前記第2不純物領域を第1端子に電気的に接続し、前記第3不純物領域を第2端子に電気的に接続し、
前記第2制御では、
前記第3不純物領域および前記第4不純物領域を前記第1端子に電気的に接続し、前記第2不純物領域を前記第2端子に電気的に接続し、
前記第1端子の電位は、前記第2端子の電位より大きい。
電界効果トランジスターと、
前記電界効果トランジスターを制御する制御部と、
を含み、
前記電界効果トランジスターは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極の一方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第1不純物領域および第2不純物領域と、
前記ゲート電極の他方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第3不純物領域および第4不純物領域と、
を有し、
前記制御部は、第1制御および第2制御を行い、
前記第1制御では、
前記第1不純物領域および前記第2不純物領域を第1端子に電気的に接続し、前記第3不純物領域を第2端子に電気的に接続し、
前記第2制御では、
前記第3不純物領域および前記第4不純物領域を前記第1端子に電気的に接続し、前記第2不純物領域を前記第2端子に電気的に接続し、
前記第1端子の電位は、前記第2端子の電位より大きい。
このような磁気センサー素子によれば、電界効果トランジスターは、少なくとも、ソースおよびドレインとして機能する4つの不純物領域を有することができる。そのため、例えば、2つのドレイン領域と1つのソース領域とを有するMAGFETが、互いに離間して2つ配置されている場合に比べて、ソースとして機能する2つの不純物領域間の距離を小さくすることができる。例えば、2つのドレイン領域と1つのソース領域とを有するMAGFETを、互いに離間させて2つ配置する場合は、デザインルールの制約等により、MAGFET同士の間(ソース領域同士の間)の距離を小さくできない場合がある。これに対して、本発明の磁気センサー素子では、上記のようなデザインルール上の制約を緩和することでき、磁束密度のZ軸方向成分の検出位置分解能を高くすることができる。
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材(以下「A部材」という)に「電気的に接続」された他の特定の部材(以下「B部材」という)」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A部材とB部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、A部材とB部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
本発明に係る磁気センサー素子において、
前記第3不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第1仮想直線上に配置され、かつ前記第1仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第1不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第2不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第1仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第2不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第2仮想直線上に配置され、かつ前記第2仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第3不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第4不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第2仮想直線を対称軸として線対称に配置されている。
前記第3不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第1仮想直線上に配置され、かつ前記第1仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第1不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第2不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第1仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第2不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第2仮想直線上に配置され、かつ前記第2仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第3不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第4不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第2仮想直線を対称軸として線対称に配置されている。
このような磁気センサー素子によれば、高い分解能を有することができる。
本発明に係る磁気センサー素子において、
前記第1不純物領域と前記第3不純物領域との間の距離、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との間の距離、および前記第2不純物領域と前記第4不純物領域との間の距離は、互いに等しいことができる。
前記第1不純物領域と前記第3不純物領域との間の距離、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との間の距離、および前記第2不純物領域と前記第4不純物領域との間の距離は、互いに等しいことができる。
このような磁気センサー素子によれば、電界効果トランジスターに磁界が印加されていない状態において、第1不純物領域におけるドレイン電流、第2不純物領域におけるドレイン電流、第3不純物領域におけるドレイン電流、および第4不純物領域におけるドレイン電流の大きさを、互いに等しく(ほぼ等しく)することができる。そのため、このような磁気センサー素子では、磁界が印加されていない状態において予めドレイン電流を測定する必要がないので(詳細は後述)、磁気センサー素子の動作を簡略にすることができる。
本発明に係る磁気センサー素子において、
前記電界効果トランジスターは、前記ゲート電極を共通として、ゲート幅方向に繰り返し連続して並んでいることができる。
前記電界効果トランジスターは、前記ゲート電極を共通として、ゲート幅方向に繰り返し連続して並んでいることができる。
このような磁気センサー素子によれば、磁束密度のZ軸方向成分の位置分布を高い空間分解能で検出することができる。
本発明に係る磁気センサー素子において、
前記電界効果トランジスターは、
前記ゲート電極の一方側に形成された、第1ダミー不純物領域および第2ダミー不純物領域と、
前記ゲート電極の他方側に形成された、第3ダミー不純物領域および第4ダミー不純物領域と、
を、さらに有し、
前記第1不純物領域および前記第2不純物領域は、前記第1ダミー不純物領域と前記第2ダミー不純物領域との間に配置され、
前記第3不純物領域および前記第4不純物領域は、前記第3ダミー不純物領域と前記第4ダミー不純物領域との間に配置されていることができる。
前記電界効果トランジスターは、
前記ゲート電極の一方側に形成された、第1ダミー不純物領域および第2ダミー不純物領域と、
前記ゲート電極の他方側に形成された、第3ダミー不純物領域および第4ダミー不純物領域と、
を、さらに有し、
前記第1不純物領域および前記第2不純物領域は、前記第1ダミー不純物領域と前記第2ダミー不純物領域との間に配置され、
前記第3不純物領域および前記第4不純物領域は、前記第3ダミー不純物領域と前記第4ダミー不純物領域との間に配置されていることができる。
このような磁気センサー素子においては、チャネル領域の素子分離絶縁層との境界近傍部分の特性ばらつきの影響を回避することができ、オフセット電流の影響なくドレインの幅を従来技術より縮小することができる。そのため、このような磁気センサー素子によれば、磁束密度のZ軸方向成分を高い空間分解能で検出することができる。
本発明に係る回転検出装置は、
磁気発生部と、
前記磁気発生部からの磁界分布を検出する、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の磁気センサー素子と、
前記磁気センサー素子により検出された磁界分布から、前記磁気発生部の回転角度を算出する角度算出部と、
を含む。
磁気発生部と、
前記磁気発生部からの磁界分布を検出する、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の磁気センサー素子と、
前記磁気センサー素子により検出された磁界分布から、前記磁気発生部の回転角度を算出する角度算出部と、
を含む。
このような回転検出装置によれば、本発明に係る磁気センサー素子を有するので、高い検出能力を有することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
1. 磁気センサー素子
まず、本実施形態に係る磁気センサー素子について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る磁気センサー素子1000の構成を説明するための図である。なお、図1では、便宜上、電界効果トランジスター100を簡略化して図示している。
まず、本実施形態に係る磁気センサー素子について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る磁気センサー素子1000の構成を説明するための図である。なお、図1では、便宜上、電界効果トランジスター100を簡略化して図示している。
磁気センサー素子1000は、図1に示すように、電界効果トランジスター100と、制御部200と、を含む。以下、電界効果トランジスター100、制御部200、および磁気センサー素子1000の動作の順に説明する。
1.1. 電界効果トランジスターについて
図2は、電界効果トランジスター100を模式的に示す平面図である。図3は、電界効果トランジスター100を模式的に示す図2のIII−III線断面図である。
図2は、電界効果トランジスター100を模式的に示す平面図である。図3は、電界効果トランジスター100を模式的に示す図2のIII−III線断面図である。
電界効果トランジスター100は、図2および図3に示すように、ゲート絶縁層12とゲート電極14とを有するゲート10と、ゲート電極14の一方側に形成された一方側の不純物領域20と、ゲート電極14の他方側に形成された他方側の不純物領域30と、ゲート電極14の一方側に形成された一方側のダミー不純物領域40と、ゲート電極14の他方側に形成された他方側のダミー不純物領域50と、を含むことができる。
電界効果トランジスター100は、基板1に形成されている。基板1としては、例えば、第1導電型(例えばP型)のシリコン基板を用いる。基板1は、図示はしないが、支持基板と、支持基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された第1導電型の半導体層と、を有するSOI(silicon on insulator)基板であってもよい。基板1は、ゲート10の直下に、チャネル領域(図示せず)を有することができる。図1に示す例では、チャネル領域1ともいえる。
基板1には、素子分離絶縁層3が形成されている。素子分離絶縁層3は、例えば、トレンチ絶縁層、LOCOS(local oxidation of silicon)絶縁層、セミリセスLOCOS絶縁層である。素子分離絶縁層3は、例えば、STI(shallow trench isolation)法、LOCOS法により形成される。素子分離絶縁層3は、電界効果トランジスター100が形成される領域を画定することができ、電界効果トランジスター100と他の素子とを電気的に分離することができる。
ゲート絶縁層12は、基板1上に形成されている。ゲート絶縁層12の材質は、例えば、酸化シリコンである。ゲート絶縁層12は、例えば、基板1を熱酸化することにより形成される。
ゲート電極14は、ゲート絶縁層12上に形成されている。ゲート電極14の平面形状は、特に限定されないが、ゲート電極14は、例えば図2に示すように平面視において(ゲート電極14の厚み方向から見て)、互いに対向する第1端部14aおよび第2端部14bと、第1端部14aと直交し互いに対向する第3端部14cおよび第4端部14dと、を有することができる。ゲート電極14の材質は、例えば、ポリシリコンである。ゲート電極14は、例えば、全面に導電層(図示せず)を成膜し、該導電層をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術でパターニングすることにより形成される。
一方側の不純物領域20および他方側の不純物領域30は、ソースおよびドレインとして機能することができる。より具体的には、一方側の不純物領域20がソースとして機能するときは、他方側の不純物領域30がドレインとして機能し、逆に、一方側の不純物領域20がドレインとして機能するときは、他方側の不純物領域30がソースとして機能する。
一方側の不純物領域20は、第2導電型(例えばn型)の不純物領域である。一方側の不純物領域20は、図2に示すように平面視において、ゲート電極14の一方側に形成されている。図2に示す例では、不純物領域20は、ゲート電極14の第1端部14aに隣接して形成されている。不純物領域20の平面形状は、例えば矩形であるが、特に限定されない。不純物領域20は、複数形成され、その数は特に限定されないが、少なくとも2つ形成されている。複数の不純物領域20は、互いに離間し、例えば一定の間隔(間隔D1)で、ゲート幅方向(例えばX軸方向)に並んで形成されている。
複数の不純物領域20のうちの第1不純物領域22および第2不純物領域24は、互いに隣り合っている。図2に示す例では、第1不純物領域22および第2不純物領域24は、この順で、ゲート幅方向(例えば第3端部14cから第4端部14dに向かう方向)に並んで形成されている。
他方側の不純物領域30は、第2導電型(例えばn型)の不純物領域である。他方側の不純物領域30は、図2に示すように平面視において、ゲート電極14の他方側に形成されている。図2に示す例では、不純物領域30は、ゲート電極14の第2端部14bに隣接して形成されている。不純物領域30の平面形状は、例えば矩形であるが、特に限定されない。不純物領域30は、複数形成され、その数は特に限定されないが、少なくとも2つ形成されている。複数の不純物領域30は、互いに離間し、例えば一定の間隔(間隔D2)で、ゲート幅方向に並んで形成されている。間隔D2は、間隔D1と等しくてもよい。複数の不純物領域20の平面形状、および複数の不純物領域30の平面形状は、互いに同じであってもよい。
複数の不純物領域30のうちの第3不純物領域32および第4不純物領域34は、互いに隣り合っている。図2に示す例では、第3不純物領域32および第4不純物領域34は、この順で、第3端部14cから第4端部14dに向かう方向に並んで形成されている。
なお、電界効果トランジスター100は、不純物領域22,24,32,34を有する電界効果トランジスターの要素が、ゲート10を共通として、ゲート幅方向に繰り返し連続して並ぶことによって形成されているともいえる。
第3不純物領域32は、図2に示すように、例えば、ゲート幅方向と直交する第1仮想直線L1上に配置されている。第1仮想直線L1は、平面視において、第3不純物領域32の対称軸であってもよい。第1仮想直線L1は、第1不純物領域22と第2不純物領域24との間を通ることができる。第1不純物領域22と第2不純物領域24とは、平面視において、第1仮想直線L1に関し対称に配置されていてもよい。
また、第3不純物領域32のチャネル領域との境界線は、第1仮想直線L1上に配置され、かつ第1仮想直線L1を対称軸として線対称に配置されていてもよい。さらに、第1不純物領域22のチャネル領域との境界線と、第2不純物領域24のチャネル領域との境界線とは、第1仮想直線L1を対称軸として線対称に配置されていてもよい。
第2不純物領域24は、例えば、ゲート幅方向と直交する第2仮想直線L2上に配置されている。第2仮想直線L2は、平面視において、第2不純物領域24の対称軸であってもよい。第2仮想直線L2は、第3不純物領域32と第4不純物領域34との間を通ることができる。第3不純物領域32と第4不純物領域34とは、平面視において、第2仮想直線L2に関し対称に配置されていてもよい。
また、第2不純物領域24のチャネル領域との境界線は、第2仮想直線L2上に配置され、かつ第2仮想直線L2を対称軸として線対称に配置されていてもよい。さらに、第3不純物領域32のチャネル領域との境界線と、第4不純物領域34のチャネル領域との境界線とは、第2仮想直線L2を対称軸として線対称に配置されていてもよい。
第1不純物領域22と第3不純物領域32との間の距離、第2不純物領域24と第3不純物領域32との間の距離、および第2不純物領域24と第4不純物領域34との間の距離は、互いに等しくてもよい。
なお、一方側の不純物領域20、および他方側の不純物領域30は、例えば、ゲート10が形成された後、基板1の所定の位置に、公知の方法によって不純物を注入することにより形成される。
一方側のダミー不純物領域40は、平面視において、ゲート電極14の一方側に形成されている。図2に示す例では、ダミー不純物領域40は、第1端部14aに隣接して形成されている。ダミー不純物領域40は、例えば、複数形成され、複数のダミー不純物領域40のうちの第1ダミー不純物領域42と第2ダミー不純物領域44との間に、複数の不純物領域20は配置されている。ダミー不純物領域40の材質、形状、および形成方法は、不純物領域20と同じであってもよいが、ダミー不純物領域40には、電圧が印加されず、ソースまたはドレインとして機能しない。
他方側のダミー不純物領域50は、平面視において、ゲート電極14の他方側に形成されている。図2に示す例では、ダミー不純物領域50は、第2端部14bに隣接して形成されている。ダミー不純物領域50は、例えば、複数形成され、複数のダミー不純物領域50のうちの第3ダミー不純物領域52と第4ダミー不純物領域54との間に、複数の不純物領域30は配置されている。ダミー不純物領域50の材質、形状、および製造方法は、不純物領域30と同じであってもよいが、ダミー不純物領域50には、電圧が印加されず、ソースまたはドレインとして機能しない。
1.2. 制御部について
制御部200は、図1に示すように、制御回路60と、スイッチ70,81〜84と、を有することができる。制御部200は、電界効果トランジスター100と同一基板上(基板1上)に形成されていてもよい。
制御部200は、図1に示すように、制御回路60と、スイッチ70,81〜84と、を有することができる。制御部200は、電界効果トランジスター100と同一基板上(基板1上)に形成されていてもよい。
制御回路60は、例えば、トランジスターやコンデンサー等の回路素子(図示せず)を有している。制御回路60は、スイッチ70,81〜84に、オン状態またはオフ状態にするための制御信号Sを与えることができる。制御回路60は、図1に示すように、VDD端子およびVSS端子に接続されていてもよい。
スイッチ70,81〜84としては、例えば、アナログスイッチ、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スイッチを用いる。スイッチ70は、複数の不純物領域20および複数の不純物領域30に対応して、複数設けられている。不純物領域20は、スイッチ70およびスイッチ81を介して、第1端子(VDD端子)と電気的に接続されることができる。また、不純物領域20は、スイッチ70およびスイッチ82を介して、第2端子(VSS端子)と電気的に接続されることができる。不純物領域30は、スイッチ70およびスイッチ83を介して、第1端子(VDD端子)と電気的に接続されることができる。また、不純物領域30は、スイッチ70およびスイッチ84を介して、第2端子(VSS端子)と電気的に接続されることができる。なお、第1端子の電位は、第2端子の電位より大きい。
複数のスイッチ70のうちの、第1スイッチ71は第1不純物領域22と電気的に接続され、第2スイッチ72は第2不純物領域24と電気的に接続され、第3スイッチ73は第3不純物領域32と電気的に接続され、第4スイッチ74は第4不純物領域34と電気的に接続されることができる。
1.3. 磁気センサー素子の動作について
図4および図5は、磁気センサー素子1000の動作を説明するための図である。なお、図4および図5では、便宜上、電界効果トランジスター100を簡略化して図示している。
図4および図5は、磁気センサー素子1000の動作を説明するための図である。なお、図4および図5では、便宜上、電界効果トランジスター100を簡略化して図示している。
まず、制御部200は、図4に示すように、第1制御を行うことができる。第1制御として、制御回路60は、第1スイッチ71、第2スイッチ72、第3スイッチ73、およびスイッチ81,84に、オン状態にするための制御信号Sを与える。このとき、スイッチ71,72,73以外のスイッチ70、およびスイッチ82,83を、オフ状態にすることができる。これにより、第1不純物領域22および第2不純物領域24は、VDD端子に電気的に接続され、第3不純物領域32は、VSS端子に電気的に接続される。すなわち、第1不純物領域22および第2不純物領域24は、ドレインとして機能し、第3不純物領域32は、ソースとして機能することができる。その結果、第1不純物領域22と第3不純物領域32との間、および第2不純物領域24と第3不純物領域32との間に電流を流すことができる。
次に、制御部200は、図5に示すように、第2制御を行うことができる。第2制御として、制御回路60は、第2スイッチ72、第3スイッチ73、第4スイッチ74、およびスイッチ82,83に、オン状態にするための制御信号Sを与える。このとき、スイッチ72,73,74以外のスイッチ70、およびスイッチ81,84を、オフ状態にすることができる。これにより、第2不純物領域24は、VSS端子に電気的に接続され、第3不純物領域32および第4不純物領域34は、VDD端子に電気的に接続される。すなわち、第2不純物領域24は、ソースとして機能し、第3不純物領域32および第4不純物領域34は、ドレインとして機能することができる。その結果、第2不純物領域24と第3不純物領域32との間、および第2不純物領域24と第4不純物領域34との間に電流を流すことができる。
このように制御部200では、第1制御および第2制御と同等の制御を繰り返すことにより、ゲート幅方向に沿って(+X軸方向に沿って)、隣り合う2つのドレインと、1つのソースと、の間に、順次電圧を印加することができる。
例えば、図4に示す第1制御では、電界効果トランジスター100に垂直な方向(Z軸方向)の磁界を受けると、第3不純物領域32から、第1不純物領域22および第2不純物領域24に向かって流れる電子に、ローレンツ力が働く。そのため、磁界の大きさに応じて領域22,24に流れる電流が変化する。その結果、磁気センサー素子1000(電界効果トランジスター100)に印加されている磁界の大きさを検出することができる。
さらに、制御部200は、第1制御に続いて第2制御を行うことにより、磁界強度の位置分布(磁界分布)を検出することができる(詳細は後述)。すなわち、まず、第1制御によって、第1不純物領域22に流れる電流I22と、第2不純物領域24に流れる電流I24と、の変化量|I22−I24|を検出する。次に、第2制御によって、第3不純物領域32に流れる電流I32と、第4不純物領域34に流れる電流I34と、の変化量|I32−I34|を検出する。そして、変化量|I22−I24|と変化量|I32−I34|とを比較することにより、磁界強度の位置分布を検出することができる。このとき、第1仮想直線L1と第2仮想直線L2との間の距離は、磁界強度の位置分布を検出するための分解能といえる。すなわち、第1仮想直線L1と第2仮想直線L2との間の距離が小さいほど(ソースとして機能する2つの不純物領域間の距離が小さいほど)、磁気センサー素子1000は、高い空間分解能を有することができる。
本実施形態に係る磁気センサー素子1000は、例えば、以下の特徴を有する。
磁気センサー素子1000によれば、上述のとおり、少なくとも、ソースおよびドレインとして機能する不純物領域22,24,32,34を有することができる。そのため、磁気センサー素子1000は、例えば、2つのドレイン領域と1つのソース領域とを有するMAGFETが、互いに離間して2つ配置されている場合に比べて、第1制御でソースとして機能する第3不純物領域32と、第2制御でソースとして機能する第2不純物領域24と、の間の距離を小さくすることができる。すなわち、第1仮想直線L1と第2仮想直線L2との間の距離を小さくすることができる。例えば、2つのドレイン領域と1つのソース領域とを有するMAGFETを、互いに離間させて2つ配置する場合は、MAGFET同士の間に素子分離絶縁層を形成すること等によるデザインルール上の制約を受ける場合があり、MAGFET同士の間(ソース領域同士の間)の距離を小さくできない場合がある。これに対して、磁気センサー素子1000では、上記のようなデザインルール上の制約を緩和することできる。その結果、磁気センサー素子1000は、第1仮想直線L1と第2仮想直線L2との間の距離を小さくすることができ、高い空間分解能を有することができる。
磁気センサー素子1000によれば、第1不純物領域22と第3不純物領域32との間の距離、第2不純物領域24と第3不純物領域32との間の距離、および第2不純物領域24と第4不純物領域34との間の距離が、互いに等しくなるように、不純物領域22,24,32,34を配置することができる。これにより、電界効果トランジスター100に磁界が印加されていない状態において、I22,I24,I32,I34の大きさを互いに等しく(ほぼ等しく)することができる。そのため、磁気センサー素子1000では、磁界が印加されていない状態において予めドレイン電流を測定する必要がないので(詳細は後述)、磁気センサー素子1000の動作を簡略にすることができる。
磁気センサー素子1000によれば、第1不純物領域22および第2不純物領域24は、ダミー不純物領域42,44の間に配置され、第3不純物領域32および第4不純物領域34は、ダミー不純物領域52,54との間に配置されることができる。これにより、チャネル領域の素子分離絶縁層との境界近傍部分の特性ばらつきの影響を回避することができ、オフセット電流の影響なくドレイン領域およびソース領域の幅を従来技術より縮小することができる。その結果、磁気センサー素子1000は、第1仮想直線L1と第2仮想直線L2との間の距離を小さくすることができ、高い空間分解能を有することができる。
2. 回転検出装置
次に、本実施形態に係る回転検出装置について、図面を参照しながら説明する。図6は、本実施形態に係る回転検出装置3000を模式的に示す斜視図である。図7は、本実施形態に係る回転検出装置3000を模式的に示す平面図である。なお、図6および図7では、便宜上、磁気センサー素子1000を簡略して図示している。また、図7では、便宜上、磁気発生部300の図示を省略している。
次に、本実施形態に係る回転検出装置について、図面を参照しながら説明する。図6は、本実施形態に係る回転検出装置3000を模式的に示す斜視図である。図7は、本実施形態に係る回転検出装置3000を模式的に示す平面図である。なお、図6および図7では、便宜上、磁気センサー素子1000を簡略して図示している。また、図7では、便宜上、磁気発生部300の図示を省略している。
回転検出装置3000は、図6および図7に示すように、本発明に係る磁気センサー素子と、角度算出部250と、磁気発生部300と、を含む。以下では、本発明に係る磁気センサー素子として、磁気センサー素子1000を用いた例について説明する。
磁気センサー素子1000は、基板1の面1aに形成されている。図示の例では、磁気センサー素子1000は、4つ設けられている。基板1の面1aの平面形状は、例えば矩形であり、電界効果トランジスター100は、基板1の面1aの各辺に沿って4つ設けられている。4つの電界効果トランジスター100は、基板1の面1aの中心Oを中心として、回転対象となるように配置されていてもよい。
角度算出部250は、基板1の面1aに設けられている。角度算出部250は、集積回路からなることができる。角度算出部250は、磁気センサー素子1000により検出された磁界分布(2つのドレイン電流の差分)から、磁気発生部300の回転角度を算出することができる。
磁気発生部300は、基板1の面1aと対向して設けられている。磁気発生部300は、基板1と離間しており、磁気発生部300と基板1の面1aとの間の距離は、例えば、0.1mm〜5mmである。磁気発生部300の材質は、永久磁石であってもよいし、永久磁石と磁性材との複合体であってもよい。磁石発生部300は、境界線303を境界として、N磁極部302とS磁極部304とを有している。磁気発生部300は、回転部材310の先端に設けられている。磁気発生部300は、回転部材310の回転によって、回転することができる。すなわち、N磁極部302およびS磁極部304は、回転中心軸Rの回りを旋回移動することができる。回転中心軸Rは、基板1の面1aの中心Oを通ることできる。
回転検出装置3000は、磁気センサー素子1000および角度算出部250によって、磁気発生部300の回転角度を検出することができる。ここで、図8は、回転検出装置3000の検出方法を説明するための平面図である。なお、図8では、便宜上、電界効果トランジスター100、およびN磁極部302とS磁極部304との境界線303のみを図示している。
図8に示す例では、4つの電界効果トランジスター100のうち、2つの電界効果トランジスター100a,100bがX軸に沿って設けられ、もう2つの電界効果トランジスター100c,100dがY軸に沿って設けられている。図8では、境界線303が、X軸に平行な位置から角度θ傾いた状態(磁気発生部300の回転角度がθの状態)を示している。
図8に示す状態において、例えば、電界効果トランジスター100aの左端から右端に向けて(+X軸方向に向けて)、順次、2つのドレイン(ドレインとして機能する不純物領域)と1つのソース(ソースとして機能する不純物領域)との間に電圧を印加し、2つのドレイン電流の差分を検出する。次に、電界効果トランジスター100dの上端から下端に向けて(−Y軸方向に向けて)、同様に順次電圧を印加し、ドレイン電流の差分を検出する。次に、電界効果トランジスター100bの右端から左端に向けて(−X軸方向に向けて)、同様に順次電圧を印加し、ドレイン電流の差分を検出する。次に、電界効果トランジスター100cの下端から上端に向けて(+Y軸方向に向けて)、同様に順次電圧を印加し、ドレイン電流の差分を検出する。
このとき、境界線303近傍では磁界が発生しないため、電界効果トランジスター100a〜100dにおいて、例えば、ドレイン電流の差分がゼロとなる領域Zが生じる。角度検出部250では、領域Zの位置を検知することにより、回転角度θを算出することができる。
なお、上記の方法で回転角度θを検出する場合は、磁界が印加されていない状態において、ドレイン電流の差分をゼロとなるように(ゼロに近づけるように)設定しておくことが望ましい。
また、以下のような方法で、回転角度θを算出することもできる。すなわち、磁界が印加されていない状態で、予め、電界効果トランジスター100の2つのドレインと1つのソースとの間に、順次電圧を印加して、ドレイン電流の差分を検出する。次に、磁界を印加した状態で再度同様に、順次電圧を印加して、ドレイン電流の差分を検出する。そして、磁界を印加する前後で、ドレイン電流の差分に変化が生じない位置を検出することによって、回転角度θを算出することもできる。
本実施形態に係る回転検出装置3000によれば、本発明に係る磁気センサー(例えば磁気センサー素子1000)を含むことができる。磁気センサー素子1000は、上述のとおり、高い分解能を有することができる。そのため、回転検出装置3000は、高い検出能力を有することができる。
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
1 基板、3 素子分離絶縁層、10 ゲート、12 ゲート絶縁層、
14 ゲート電極、20 一方側の不純物領域、22 第1不純物領域、
24 第2不純物領域、30 他方側の不純物領域、32 第3不純物領域、
34 第4不純物領域、40 一方側のダミー不純物領域、
42 第1ダミー不純物領域、44 第2ダミー不純物領域、
50 他方側のダミー不純物領域、52 第3ダミー不純物領域、
54 第4ダミー不純物領域、60 制御回路、70 スイッチ、71 第1スイッチ、
72 第2スイッチ、73 第3スイッチ、74 第4スイッチ、
81〜84 スイッチ、100 電界効果トランジスター、200 制御部、
250 角度算出部、300 磁気発生部、302 N磁極部、303 境界線、
304 S磁極部、310 回転部材、1000 磁気センサー素子、
3000 回転検出装置
14 ゲート電極、20 一方側の不純物領域、22 第1不純物領域、
24 第2不純物領域、30 他方側の不純物領域、32 第3不純物領域、
34 第4不純物領域、40 一方側のダミー不純物領域、
42 第1ダミー不純物領域、44 第2ダミー不純物領域、
50 他方側のダミー不純物領域、52 第3ダミー不純物領域、
54 第4ダミー不純物領域、60 制御回路、70 スイッチ、71 第1スイッチ、
72 第2スイッチ、73 第3スイッチ、74 第4スイッチ、
81〜84 スイッチ、100 電界効果トランジスター、200 制御部、
250 角度算出部、300 磁気発生部、302 N磁極部、303 境界線、
304 S磁極部、310 回転部材、1000 磁気センサー素子、
3000 回転検出装置
Claims (6)
- 電界効果トランジスターと、
前記電界効果トランジスターを制御する制御部と、
を含み、
前記電界効果トランジスターは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極の一方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第1不純物領域および第2不純物領域と、
前記ゲート電極の他方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第3不純物領域および第4不純物領域と、
を有し、
前記制御部は、第1制御および第2制御を行い、
前記第1制御では、
前記第1不純物領域および前記第2不純物領域を第1端子に電気的に接続し、前記第3不純物領域を第2端子に電気的に接続し、
前記第2制御では、
前記第3不純物領域および前記第4不純物領域を前記第1端子に電気的に接続し、前記第2不純物領域を前記第2端子に電気的に接続し、
前記第1端子の電位は、前記第2端子の電位より大きい、磁気センサー素子。 - 請求項1において、
前記第3不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第1仮想直線上に配置され、かつ前記第1仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第1不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第2不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第1仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第2不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第2仮想直線上に配置され、かつ前記第2仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第3不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第4不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第2仮想直線を対称軸として線対称に配置されている、磁気センサー素子。 - 請求項1または2において、
前記第1不純物領域と前記第3不純物領域との間の距離、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との間の距離、および前記第2不純物領域と前記第4不純物領域との間の距離は、互いに等しい、磁気センサー素子。 - 請求項1ないし3のいずれか1項において、
前記電界効果トランジスターは、前記ゲート電極を共通として、ゲート幅方向に繰り返し連続して並んでいる、磁気センサー素子。 - 請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記電界効果トランジスターは、
前記ゲート電極の一方側に形成された、第1ダミー不純物領域および第2ダミー不純物領域と、
前記ゲート電極の他方側に形成された、第3ダミー不純物領域および第4ダミー不純物領域と、
を、さらに有し、
前記第1不純物領域および前記第2不純物領域は、前記第1ダミー不純物領域と前記第2ダミー不純物領域との間に配置され、
前記第3不純物領域および前記第4不純物領域は、前記第3ダミー不純物領域と前記第4ダミー不純物領域との間に配置されている、磁気センサー素子。 - 磁気発生部と、
前記磁気発生部からの磁界分布を検出する、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の磁気センサー素子と、
前記磁気センサー素子により検出された磁界分布から、前記磁気発生部の回転角度を算出する角度算出部と、
を含む、回転検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010127724A JP2011252823A (ja) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | 磁気センサー素子および回転検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010127724A JP2011252823A (ja) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | 磁気センサー素子および回転検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011252823A true JP2011252823A (ja) | 2011-12-15 |
Family
ID=45416866
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010127724A Withdrawn JP2011252823A (ja) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | 磁気センサー素子および回転検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011252823A (ja) |
-
2010
- 2010-06-03 JP JP2010127724A patent/JP2011252823A/ja not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006071623A (ja) | 回転角検出装置 | |
JP5815986B2 (ja) | ホールセンサ | |
TWI504031B (zh) | Hall sensor | |
US10062836B2 (en) | Magnetic sensor and method of manufacturing the same | |
JP2005333103A (ja) | 縦型ホール素子およびその製造方法 | |
JP4417107B2 (ja) | 磁気センサ | |
US10050082B1 (en) | Hall element for 3-D sensing using integrated planar and vertical elements and method for producing the same | |
TW201637137A (zh) | 霍爾元件 | |
US9523745B2 (en) | Magnetic sensor and method of manufacturing the same | |
JP5601454B2 (ja) | 磁気センサー素子および回転検出装置 | |
JP2011252823A (ja) | 磁気センサー素子および回転検出装置 | |
US7002229B2 (en) | Self aligned Hall with field plate | |
Jankovic et al. | High sensitivity dual-gate four-terminal magnetic sensor compatible with SOI FinFET technology | |
JP2006128400A (ja) | 縦型ホール素子 | |
JP2012204616A (ja) | ホール素子及びその製造方法、半導体装置 | |
JP2008028412A (ja) | 縦型ホール素子およびそのオフセット電圧調整方法 | |
TW201836180A (zh) | 半導體裝置 | |
KR102669303B1 (ko) | 감소된 오프셋을 갖는 수직 홀 소자 및 그 제조 방법 | |
Lozanova et al. | A novel three-axis hall magnetic sensor | |
JP6824070B2 (ja) | 半導体装置 | |
RU2122258C1 (ru) | Сенсор вектора магнитного поля | |
JP2006165492A (ja) | 縦型ホール素子およびそのオフセット電圧調整方法 | |
WO2011148577A1 (ja) | ホール素子回路 | |
RU2055422C1 (ru) | Интегральный элемент холла | |
CN116559734A (zh) | 垂直型霍尔磁场感测元件 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130806 |