Датчик холла

Датчик холла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советски к

Социапистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ »>898357 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.05. 80 (21) 2927725/18-21 (5! )М. Кл.

С 01 R 33/06 с присоединением заявки И—

Рвударстав!вй комитет

СССР ио делам взабратеинй и открытки (23) Приоритет

Опубликовано 15 . 01 . 82 . Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 15 .01 . 82 (53) УДК621. 317. .44 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А. Г, Харыбин, В. Н. Борщев и 10. И. Моро г с.. (7I ) Заявитель (54) ДАТЧИК ХОЛЛА

Изобретение относится к магнитным измерениям, и может быть исполь зовано в бесконтактных измерителях малых перемещений и поворотов, измерителях тока и электрической мощности, а также в других устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известен датчик Холла, содержащий полупроводниковую пластину, холловские и токовые электроды, один из которых расщеплен на два отдельных катО нала размером, проходящим вдоль токовой оси симметрии датчика ао линии, соединяющей ближайшие к нему края холловских электродов. Такая конструкция датчика Холла полностью устра!

5 няет напряжение неэквипотенциальности путем небольшого перераспределения управляющих токов в каналах датчика.

Напряжение неэквипотенциальности в

20 этом случае компенсируется регулируемым поперечным падением напряжения, возникающим в области максимального искривления силовых линий управляюшего тока на участке между холловскими электродами (1 ).

Недостатками этого датчика являются значительная величина его соответственно магнитного поля по сравнению с измеряемым магнитным полем, что снижает точность измерений. Кроме того, эффективное значение управляющего тока такого датчика зависит от степени искривления силовых линий управляющего тока в области ХоллоС.— ких электродов и будет тем меньше, чем больше это искривление, т. е. в конечном итоге, чувствительность датчика Холла изменяется в процессе устранения его напряжения неэквипотенциальности.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Эта цель достигается тем, что в датчике Холла, содержащем полупроводниковую пластину, холловские и тоховые электроды, один из которых расщеплен на два канала прорезью, про89835

7 4 стояние от перемычки 5 до ближайших к ней краев холловских электродов 6 и 7 составляет не менее суммарной ширины каналов датчика. Над магниточувствительными областями 3 и 4, электродами 6 и 7 расположен тонкий (0,5-1,0 мкм) слой 8 изолирующего материала, например фосфорно-силикатного стекла. Поверх слоя 8 сформированы, например, напылением алюминия в вакууме с последующей фотогравировкой, токопроводящие дорожки 9 и 10.

Эти дорожки перекрывают соответствующие им магниточувствительные области

3 и 4 по крайней мере в области расположения холловских электродов датчика. Каждая из токопроводящих дорожек через окно в слое 8 контактирует с краем соответствующей ей магниточувствительной области 3 или 4, расположенным со стороны начала разреза и соединяет их с контактными площадками 11 или 12, соответственно расщепленного токового электрода. Перемычка 5 магниточувствительных областей 3 и 4 через окно в слое 8 соединена токопроводящей дорожкой 13 с контактной площадкой 14 нерасщепленного токового электрода. Расширенные концы холловских электродов 6 и 7 через окна в слое 8 соединены токопроводящими дорожками 15 и 16 с контактными площадками 17 и 18 холловских электродов датчика.

Источник 19 тока соединен с контактной площадкой 14 и через переменный резистор 20 — с контактными площадками 11 и 12 расщепленного токового электрода.

Датчик Холла работает следующим образом.

При подключении токовых электродов датчика к источнику 19 тока с помощью переменного резистора 20, выполняющего функции, распределителя тока в каналах датчика, в магниточувствительных областях 3 и 4 возникают управляющие токи У и У, соответст2 венно.

При появлении магнитного поля в каналах 3 и 4 индуцируется ЭДС Холла которая в каждом канале пропорционалю на величине управляющего тока через этот канал и той составляющей магнитного поля, которая ортогональна как к плоскости пластины 1, так и к силовым линиям тока в области расположения холловских электродов 6 и 7. ходящим вдоль оси симметрии датчика ортогонально линии, соединяющей холловские электроды и делящей датчик на два канала, каждый из каналов датчика выполнен в виде бифиляра из маг- ниточувствительной области с проводи,мостью, противоположной проводимости полупроводниковой пластины, на кото:. рой поверх слоя изолирующего материала расположена токопроводящая дорож- 10 ка, соединяющая край магниточувствительной области, расположенный со стороны прорези, с соответствующим контактом расщепленного токового электрода, а обший конец магниточув-. 1э ствительных областей соединен с контактом нерасщепленного токового электрода, при этом длина L прорези, рас- щепляющей токовый электрод удовлетворяет условно 30

L>а!/Z+b, где L — длина прорези; а — ширина холловского электро7с да; 2$

Ь -- расстояние между линией, проходящей через центры холловских электродов и разделенным краем полупроводниковой пластины.

На фиг, 1 приведен пример выполнения датчика Холла; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Датчик Холла состоит из пластины— основания изготовленной из слаболегированного монокристаллического кремчия определенного типа проводимости, например Р-типа, и имеющий относительно высокое удельное сопротивление (например, десятки Ом см и более ). Пластина. l покрыта сверху защитным слоем 2 окиси кремния. В полупроводниковой пластине 1 методами планеркой технологии, например диффузией фосфора, сформированы магниточувствительные области 3 и 4 с проводимостью Il-типа и средним удельным электрическим сопротивлением не менее

1 Ом см. Магниточувствительные облас" ти 3 и 4 имеют общий участок — перемычку 5. На внешних или внутренних сторонах (в зависимости от конструктивного исполнения датчика Холла ) магниточувствительных областей 3 и

4 имеются узкие выступы, ширина которых не менее чем в три раза меньше О ширины наиболее узкого канала датчи" ка. Выступы выполняют функции холлов" ских электродов 6 и 7 датчика. Рас5 89835

Между контактными площадками 17 и

18 устанавливается следующая разность потенциалов

U Âûõ 0,5 (Е 1 + Uо) где U — напряжение между контактВЫ 11 ными площадками 17 и 18 датчика;

Š— ЭДС Холла датчика;

Uo — напряжение неэквипотенциальности датчика, Величина и полярность ЭДС Холла датчика с одинаковыми магниточувствительными областями 3 и 4 определяется следующим выражением

Š=0,5—

1(Д

20 где 161 — постоянная Холла для магниточувствительных областей

Зи4;

d †эффективн толщина магниточувствительных областей 3 и

- 4; — вектор магнитной индукции в области холловских электродов датчика.

Каждая из магниточувствительных

30 областей датчика вместе с расположенной над нею токопроводящей дорожкой

9 или 10 образует бифиляр, собственное поле которого лежит в плоскости пластины 1, т. е. ортогонально к измеряемой датчиком компоненте внешнего33 магнитного поля. За счет этого и достигается повышение точности измерений магнитных полей. Кроме того, силовые линии токов J< и J в каналах

3 и 4 датчика Холла в области холлово 10 ких электродов 6 и 7 практически не искривляются, а суммарная величина этих токов остается неизменной при

;любом распределении этих токов по каналам датчика. Вследствие этого эффективное значение управляющего тока датчика и его чувствительность остаются постоянными.

Использование предлагаемого д тчика Холла повышает точность измерения магнитных полей более, чем в два раза по сравнению с известным устройством, Формула изобретения

Датчик Холла, содержащий полупроводниковую пластину, холловские и токовые электроды, один из которых разделен на два контакта прорезью, проходящей вдоль оси симметрии датчика ортогонально линии, соединяющей холловские электроды и делящей датчик на два канала, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, каждый из каналов датчика выполнен в виде бифиляра из магниточувствительной области с проводимостью, противоположной проводимости полупроводниковой пластины, на которой поверх слоя изолирующего материала расположена токопроводящая дорожка, соединяющая край магниточувствительной области, расположенный со стороны прорези, с соответствующим контактом расщепленного токового электрода, а общий конец магниточувствительных областей соединен с контактом нерасщепленного токового электрода, при этом длина L прорези, разделяющей токовый электрод удовлетворяет условно

L7 а„/2+b где L — длина прорези; а — ширина холловского электро)( да;

Ь вЂ” расстояние между линией, проходящей через центры холловских электродов и разделенным краем полупроводниковой пластины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 646283, кл. С 01 R 33/06, 1977.

898357

Составитель 10. Куликов

Редактор И. Касарда Техред T.Ìàòî÷êà Корректор Н, Стец

Заказ 11942/62

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 г

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5