[发明专利]一种霍尔传感器

说明书

本发明提供一种霍尔传感器，包括：衬底、感测区及电极；感测区呈十字形轮廓，具有四个凸出部，朝感测区中心内凹的圆弧化内角连接相邻的两个凸出部，感测区凸出部内具有电极，电极朝感测区中心向外凸出；本发明霍尔传感器具有圆弧化内角，避免感测区出现直角内角，使得电荷移动时可避免电流在直角内角处过度集中，从而解决电流在感测区直角内角部分过度集中，导致直角内角部分电场强度过大，引起元件耐压不足，造成元件损坏的问题；电极朝感测区中心向外凸出，在不显著增加电极区域有效面积的情况下，增加了电极的长度，从而可收集更多的电荷，减少了电势电极之间形成霍尔电场的时间。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，涉及一种霍尔传感器。

背景技术

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔(A.H.Hall，1855-1938)于1879年在研究金属的导电机制时发现的，后来发现半导体、导电流体等也有这种效应。

霍尔效应：若将金属或半导体薄片垂直置于磁感应强度为B的磁场中，给垂直磁场方向上通入电流时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电场的物理现象，适用于左手定则，即将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指表示正电荷运动方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。但须注意，运动电荷是正的，大拇指的指向即为洛伦兹力的方向。反之，如果运动电荷是负的，仍用四指表示电荷运动方向，那么大拇指的指向的反方向为洛伦兹力方向。由于霍尔传感器能够检测磁场的方向和大小，因此可以广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面，并且基于半导体的霍尔传感器被广泛使用。这里，基于半导体的霍尔传感器是指用互补金属氧化物半导体(CMOS)、双极(Bipolar)、双极-互补金属氧化物半导体(Bipolar CMOS)实施的霍尔传感器。

在传统的半导体霍尔传感器中，感测区一般为N型半导体材料，形成在P型半导体衬底上。图1显示为现有技术中的一种十字形状霍尔传感器的俯视结构示意图。其中，霍尔传感器感测区101为N型半导体材料，所述感测区101的电极包括第一电极102a、第二电极102b、第三电极102c及第四电极102d，所述第一电极102a及第三电极102c构成电势电极，所述第二电极102b及第四电极102d构成电流电极。

图2显示为图1中的霍尔传感器在电场作用下电荷的运行示意图。根据霍尔效应机理，在没有磁场的情况下，在所述电流电极之间外加激励电流I，所述感测区101中的电荷104在电场影响下，从所述第四电极102d向所述第二电极102b做定向运动，即所述电荷104沿运行路线103a、103b及103c标示的方向运动。由于所述电势电极上没有积累所述电荷104，因而，没有形成电场，故理想情况下所述电势电极之间的霍尔电势为零。

图3显示为图1中的霍尔传感器在电场及磁场作用下电荷的运行示意图。将所述感测区101垂直置于磁场强度为B的磁场中(即垂直于纸面向外的磁场强度为B的磁场)，在所述电流电极之间外加激励电流I，所述电荷104在激励电流I形成的电场影响下做定向运动的同时，受洛伦兹力的作用向所述感测区101上端面ABCDEF积累偏转，即所述电荷104沿所述运行路线103a、103b及103c标示的方向运动。因而，所述感测区101产生由下端面GHIJKL至上端面ABCDEF的横向电场E_H。

所述感测区101上端面ABCDEF上积累的所述电荷104随时间的推移而增加，横向电场E_H也相应增加，直至横向电场E_H对所述电荷104的作用力抵消其所受的洛伦兹力时(即大小相等，方向相反)，所述感测区101上下端面积累的所述电荷104不再增加，达到平衡，此时建立起稳定的横向电场和横向电势，即为霍尔电场和霍尔电势。从霍尔电势建立的过程可以看出，要产生较明显的霍尔效应，就必须在稳定的霍尔电场建立前，在所述感测区101的所述电势电极上积累尽可能多的所述电荷104。