[发明专利]霍尔传感器

说明书

技术领域

本发明涉及具有在半导体本体上布置的若干霍尔传感器元件的霍尔传感器。

背景技术

当存在垂直于电流的磁场时则发生霍尔效应，霍尔效应是根据美国物理学家Edwin Herbert Hall（1855-1938）的名字命名的。在这种情况下，磁场在垂直于磁场方向以及垂直于电流方向延伸的方向上产生被称为霍尔电压的电势差。霍尔电压的测量使得能够确定磁场的各分量的大小。

可以以半导体器件的形式来实现用于测量霍尔电压的霍尔传感器。评估电路也可以集成进半导体器件中并且可以例如在CMOS工艺过程期间制造。如果工作电流在其中流动并且霍尔电压在其中产生的有源区的平面布置成与半导体本体的上侧面共面，则可以对垂直于上侧面定向的磁场的分量所引起的霍尔电压进行测量。如果有源区的平面布置成与上侧面垂直，即，竖直地处于半导体本体内，则可以对平行于上侧面定向的磁场的分量所引起的霍尔电压进行测量。

在霍尔传感器半导体器件中，可达到的灵敏度受限于所使用的半导体材料中的电荷载流子的迁移率。在硅中，参考磁场强度和工作电压以霍尔电压的幅值的形式测量的霍尔传感器的最大灵敏度大约是0.1V/T。虽然其他的半导体材料提供了更高的电荷载流子迁移率，但是它们不太适合用于霍尔传感器与驱动和评估电子器件的集成。

霍尔传感器通常具有不可忽略的偏置电压。这样的偏置电压是在霍尔传感器中不存在外部磁场的情况下可以在霍尔传感器的两个触点之间测量的电压。

在由R.S.Popovic著作并由布里斯托尔和费城的物理出版协会于2004年出版的“Hall Effect Devices”第二版的教科书中，在第282页至第286页的第5.6.3节中描述了可以减小偏置电压的方法。这些方法也包括旋转操作电流的方法（旋转电流技术，“Spinning-Current technique”）以及配对方法（配对，“Pairing”）。

在使用这些方法之后所残留的偏置电压称为残余偏置电压。然而，相对于霍尔传感器的灵敏度，如果使用所描述的方法，仍然存在大于由地磁场引起的电压的残余偏置电压。残余偏置电压因此限制了霍尔传感器的精度。

要实现的目的包括公开具有高灵敏度和低偏置电压的霍尔传感器。

该目的通过独立权利要求的主题来达到。从属权利要求中限定了改进及实施例。

发明内容

例如，具有优选相同的设计的三个或更多个霍尔传感器元件布置在半导体本体上，并且借助于霍尔传感器元件的对应的内部端子彼此连接以及连接至霍尔传感器的外部端子。然而，不是霍尔传感器元件的所有内部端子同样地引向外部，即，引向霍尔传感器的外部端子，而是其中一些内部端子只是用于产生在各个霍尔传感器元件之间的连接。霍尔传感器可以像具有至少三个外部端子的传统霍尔传感器一样进行连接和工作，使得不必从外部考虑霍尔传感器元件的数量和布置。

内部端子也可以称为元件端子，而外部端子也可以称为传感器端子。

例如，其中两个传感器端子用于为霍尔传感器传递供给信号，例如供给电流，而至少一个附加的传感器端子用于获取测量信号，例如测量的电压。特别地，霍尔传感器元件的元件端子通常不能直接接触外部，而是只经由相应的传感器端子接触外部。换言之，除了别的之外，元件端子定义为不经由这些端子向霍尔传感器传递供给信号，例如供给电流。当霍尔传感器的个别元件端子向外延伸至一些端子时，如果在霍尔传感器工作期间，特别是在测量模式下的工作时间，需要或使用这些端子来接触霍尔传感器，则这些端子只表示传感器端子。然而，如果向外延伸的元件端子只用于内部目的，例如霍尔传感器中的测量，则这样的端子表示霍尔传感器的附加的辅助端子。

传感器端子功能上限定为多个互连的霍尔传感器元件可以像单独的霍尔传感器一样经由传感器端子接触。在这方面，传感器端子不同于任意向外延伸的元件端子。传感器端子特别设计成用于在工作期间接触霍尔传感器。

由于提供了若干霍尔传感器元件并且将所述霍尔传感器元件相应地互连，所以可以减小残余偏置电压并且同时能够提高精度。例如，这种效果基于以下事实：由于霍尔传感器元件的互连，亦即，由于施加于传感器端子的工作电压分配在若干霍尔传感器元件上，所以减小了单独的霍尔传感器元件中的电场。

具有相同设计的霍尔传感器元件的表述指这些霍尔传感器元件中的至少一些霍尔传感器元件具有相同性能。例如，霍尔传感器元件包括相同数量的元件端子和/或具有相同的几何尺寸。在不同的实施例中，也可以互连不具有相同设计的霍尔传感器元件。