CN100367526C - 霍尔器件和磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的霍尔器件，就是在由矩形部和设于其各边相互对向的凸部构成的十字型感磁部的对向一对凸部各自设置一对电源端子部，感磁部对向的另一对凸部各自设置一对输出端子部；这些电源端子部和输出端子部的全部以及感磁部的各凸部一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割并在狭缝各自具备绝缘体隔离层；并具有由感磁部、电源端子部和输出端子部构成的全体形状对其中心具有4次对称性的形状。按照该构成，能够提供磁场检测灵敏度高的霍尔器件。

Description

霍尔器件和磁传感器

技术领域

本发明涉及一种霍尔器件和磁传感器，更详细地说，涉及高灵敏度的霍尔器件和补偿性能优越，而且以低驱动电压获得高霍尔电动势的磁传感器。

背景技术

霍尔器件是VTR、CD-ROM等中使用无刷电动机的无接触转动检测传感器、对电量测定装置等有广泛用途的器件。

特别是，作为用于磁传感器的磁场检测用霍尔器件，不断提出各种形状的霍尔器件，除长方型和十字型形状的霍尔器件外，在测定传导性试料中载体的极性、浓度、以及迁移率的场合，主要采用矩形和Van der Pauw型形状的霍尔器件。

图1是用于说明物理实验等中常用的霍尔器件形状图，为了提高磁场检测灵敏度，具有设电源端子间距离为L，设霍尔电压输出端子间距离为W的长方形状感磁部110，在其对向的短边各自设置电源端子C₁ 111和C₂ 112，其对向的长边各自设置霍尔电压输出端子S₁ 113和S₂ 114。

就磁场检测用的霍尔器件来说，补偿校正是特别重要的，可应用交互转换电源端子和霍尔电压输出端子的补偿校正方法(SCM：Spinning Current Method：旋转电流法)的所谓对称型霍尔器件将成了主流。

这里，所说对称型霍尔器件意思是，具备与具有矩形或大体十字型形状的感磁部四角或四边各自对向设置的电源端子和霍尔电压输出端子，而且，即使互相交换电源端子和霍尔电压输出端子，其几何学形状也是同一形状的霍尔器件，换句话说，意味着其整体形状在其中心四周具有四次对称性的霍尔器件。

图2是用于说明对称型霍尔器件的构成图，在矩形感磁部120的四角，要互相位于对角设置电源端子C₁ 121和C₂ 122、以及霍尔电压输出端子S₁ 123和S₂ 124。

该对称型霍尔器件，因为形状极其单纯，其制作也容易，是一种作为磁场检测用最广泛采用形状的霍尔器件。

除此外，就对称型霍尔器件而言，大家都知道将其形状制成十字型构成的器件。

图3是用于说明由Popovic等人研究出的十字型形状霍尔器件构成图，在十字型感磁部130的四个凸部，各自互相对向定位设置电源端子C₁ 131和C₂ 132、以及霍尔电压输出端子S₁ 133和S₂ 134。

另外，在Si衬底上边构成霍尔器件时，因为微细加工容易，霍尔器件的端子部或感磁部的构成自由度将提高，例如，对在衬底平面水平方向的磁场进行检测的纵向型霍尔器件(特公昭63-55227号公报)、对在衬底平面垂直方向的磁场进行检测的横向型霍尔器件(特开平7-249805号公报)、采用分割输出端子连接到补偿校正电路的办法而对SCM不管补偿校正的装置(特开平11-183579号公报)、以及具备降低补偿或灵敏度离散的器件形状和电路的装置(特开平7-193297号公报)等都有报告。

但是，上述对称型霍尔器件，具有可以用SCM法进行补偿校正的这一特长相反，如果与具有长方形形状的霍尔器件比较，存在磁场检测灵敏度低的这个问题。

恒流驱动型霍尔器件到个霍尔电压输出端子间呈现的霍尔电压取决于其形状，由

$V_H=\frac{G\·r_H\·I\·B_Z}{\mathrm{ned}}---\left(1\right)$

式给出。这里，I是在电源端子间流动的电流，B_Z是外加磁通密度，n是载流子浓度，e是单位电荷，d是电流流动层的厚度，G是几何学系数，r_H是霍尔散射系数。

图4是用于说明矩形形状的霍尔器件的电源端子间距离L与霍尔电压输出端子间距离W之比(L/W比)和几何学系数的关系图(R.S Popovic，用“Hall Effect Device”转载)，几何学系数G是电源端子间距离L与霍尔电压输出端子间距离W比较为长相当大的值，在L＞3W的条件下，大约为1。但是，在相当于对称霍尔器件形状的L＝W的矩形场合，也由于外加磁通密度引起，变成大约0.6的值。这样意味着，对称矩形的矩形霍尔器件中，起因于其形状，磁场检测灵敏度损失约40％。

发明内容

本发明就是鉴于这种问题而研发，其目的在于提供一种磁场检测灵敏度高的霍尔器件，并且，补偿性能优越，而且，以低驱动电压能够获得高电动势的磁传感器。

根据本发明，提供一种霍尔器件，其特征是在衬底上包括：由矩形部和设于其各边相互对向的凸部构成的十字型感磁部；各自设于该感磁部的对向的一对所述凸部上的输入电流或电压用的一对电源端子部；和各自设于该感磁部的对向的另一对所述凸部上的输出霍尔电压用的一对输出端子部，所述电源端子部和所述输出端子部的全部，和所述感磁部的各凸部的一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割，并在所述狭缝各自具备绝缘体隔离层，所述狭缝与所述感磁部的凸部之边界线长度，与挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部且互相对向的部分彼此中点、和挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部且互相对向的另一部分彼此中点的间隔之比是1/3以上3以下。

本发明人为了更详细研究在矩形霍尔器件或端子间距离短的霍尔器件低下的原因，即为了更详细研究几何学系数G的物理意义，L/W比通过模拟研究L/W比对感磁部内的电位分布制成的影响。说明其结果如下。

在进行模拟之际，假设在感磁部，具有一对对向的电源端子和一对的对向霍尔电压输出端子，感磁部的载流子浓度为1.5E 16/cm³、端子部的载流子浓度为5.0E 20/cm³的n型Si霍尔器件，对衬底垂直谁加1T磁通密度的条件下，如为泊松方程式、电子和空穴连续方程式，联立加上载流子浓度扩散、由电场引起的漂移、洛伦兹力效应的集总方程式进行求解。

首先，考虑霍尔电压输出端子部比较地小，对感磁部内电位分布的影响可以忽略的场合。

图5是表示假定霍尔器件具有L＞3W的长方形形状，用模拟法求出感磁部中电位分布的结果图，该形状的霍尔器件，与W相比较因为L充分大，决定感磁部中央附近的电位面平行同等倾斜方向。

这是因为，按照由磁场作用的洛伦兹力，感磁部内的电子分布，自其中心起下侧浓，上侧变稀，电荷分布发生偏心，因此，该霍尔电场151发生在霍尔电压输出端子方向的缘故，该霍尔电场151和存在于电源端子间的电场152合成，就该形成如图5所示那样的倾斜方向电位分布。这种状况下，感磁部内中央附近由磁场产生的洛伦兹力和霍尔电场结合，载流子(电子)的运动方向变成与电源端子的对向方向平行时应该获得最大的霍尔电压。

图6是表示假定对称型霍尔器件具有L＝W的矩形感磁部，用模拟法每隔10^-2V求出感磁部内等电位面的电位分布图。

该形状霍尔器件的场合，感磁部内的电位不可能充分倾斜，因此，结果即使感磁部的中心部分，载流子运动方向也趋向倾斜。

这是因为，电源端子的端子面为等电位，虽然因载流子电场作用的速度向量朝向电源端子方向，但是由于随磁场作用于载流子的洛伦兹力，载流子只在霍尔角部分弯曲并从电源端子释放。也就是，对感磁部内运动的载流子而言，在磁场与其速度向量的向量积方向作用洛伦兹力，因而给予倾斜运动载流子的霍尔电压仅其倾角部分减少。在载流子充分离开电源端子面的区域，虽然能够形成电子分布，用以产生使载流子朝向与电源端子方向平行充分的电场，但是电源端子间距离L相对较短的场合，电位分布未形成充分倾斜，即使在感磁部的中心区域载流子的运动方向不会趋向倾斜，其结果，就是霍尔电动势降低的这个结果。

其次，考虑霍尔电压输出端子部比较大，对感磁部内电位分布的影响不可忽略的场合。

图7是表示用模拟法每隔10^-2V，求出十字型霍尔器件感磁部内电位分布的等电位面图，在十字型感磁部170的4个凸部，互相对向定位设置电源端子C₁ 171和C₂ 172和霍尔电压输出端子S₁173和S₂ 174。图中所示的电位分布就是，假定从电源端子C₁171到电源端子C₂ 172流动电流，并在垂直纸面方向施加磁场求出的。

并且，图8是表示用模拟法求出构成中不设霍尔电压输出端子的十字型霍尔器件感磁部内的电位分布结果图，在十字型感磁部180的4个凸部的对向一对，设置电源端子C₁ 181和C₂ 182。图中所示的电位分布就是，假定从电源端子C₁ 181到电源端子C₂ 182流动电流，并在垂直纸面方向施加磁场求出的。

比较这两个图7和图8中所示的电位分布的话，在具备霍尔电压输出端子的霍尔器件中，因为霍尔电压输出端子的端子面成为等电位面，输出端子周边的载流子速度下降，随着载流子速度下降而作用的洛伦兹力减弱，霍尔电动势也就降低了。

从这些结果可以理解，为获得高的霍尔电动势，使霍尔电压输出端子远离主电流流动区，或者缩小霍尔电压输出端子的宽度是理想的。但是，现有的十字型霍尔器件中，如果把霍尔电压输出端子作成远离主电流流动区域的构成，必然地器件尺寸将增大，发生驱动电压上升这样的问题。

本发明的目的是通过在衬底上具备，由矩形部和设于其各边相互对向的凸部构成的十字型感磁部、各自设于该感磁部的对向的一对所述凸部上的电流或电压输入用的一对电源端子部以及各自设于该感磁部的对向的另一对所述凸部上的霍尔电压输出用的一对输出端子部；所述电源端子部和所述输出端子部的全部，和所述感磁部的各凸部的一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割，并在所述狭缝各自具备绝缘体隔离层为特征的霍尔器件而达到。

本发明的霍尔器件，最好是，①或者要构成，由所述感磁部、所述电源端子部和所述输出端子部构成的全体形状对其中心具有4次对称性；②或者构成为，所述电源端子和所述输出端子部的全部以及所述感磁部的各凸部一部分由各自对向方向连续伸长的狭缝分割为等间隔；③或者构成为，所述狭缝与所述感磁部的凸部之边界线长度，与挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部互相对向的部分彼此中点、和挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部互相对向的另一部分彼此中点的间隔之比是1/3以上3以下。

本发明的目的是通过在衬底上边，具备由矩形部和设于其各边相互对向的凸部构成的十字型感磁部、各自设于该感磁部的对向的一对所述凸部上的电流或电压输入用的一对电源端子部、和各自设于该感磁部的对向的另一对所述凸部上的霍尔电压输出用的一对输出端子部；所述电源端子部和所述输出端子部的全部以及所述感磁部的各凸部的一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割，并具备在所述狭缝各自具备绝缘体隔离层的霍尔器件和包括差动放大电路的加法电路；把所述加法电路连接到所述霍尔器件的所述输出端子部，通过使用所述加法电路的加法处理，提高输出电压和信号对噪声比为特征的磁传感器而达到。

本发明的磁传感器，最好是，①或者要构成，由所述感磁部、所述电源端子部和所述输出端子部构成的全体形状对其中心具有4次对称性；②或者构成为，所述电源端子和所述输出端子部的全部以及所述感磁部的各凸部一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割为等间隔；③或者构成为，所述狭缝与所述感磁部的凸部之边界线长度，与挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部互相对向的部分彼此中点、和挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部互相对向的另一部分彼此中点的间隔之比是1/3以上3以下；④或者构成为，具备连接到所述霍尔器件的所述电源端子部的分流电路、连接到所述加法电路的绝对值电路和连接到该绝对值电路的偏压调整电路，借助于所述分流电路、所述绝对值电路和所述偏压调整电路，把霍尔电动势变成最大的电位差供给所述电源端子部。

附图说明

图1是用于说明现有长方形霍尔器件的构成图；

图2是用于说明现有矩形霍尔器件的构成图；

图3是用于说明现有十字型霍尔器件的构成图；

图4是用于说明现有长方形霍尔器件的L/W比与几何学系数G的关系图；

图5是用于说明用模拟法求出现有型霍尔器件具有L＝3W矩形形状的感磁部内电位分布的结果图；

图6是用于说明用模拟法求出现有型霍尔器件具有L＝W矩形形状的感磁部内电位分布的结果图；

图7是用于说明用模拟法求出现有型的十字型霍尔器件的感磁部内电位分布的结果图；

图8是用于说明用模拟法求出不设霍尔电压输出端子的构成的，现有型的十字型霍尔器件的感磁部内电位分布的结果图；

图9是用于说明本发明的，分割端子为2部分的十字型霍尔器件构成图；

图10是用于说明本发明的，分割端子为n部分的十字型霍尔器件构成图；

图11是用于说明本发明的，分割端子为2部分的十字型霍尔器件的感磁部内电位分布图；

图12是用于说明现有型的十字型霍尔器件的感磁部内电位分布图；

图13是用于说明本发明的，分割端子为2部分的十字型霍尔器件的感磁部内端子速度分布图；

图14是用于说明现有型的十字型霍尔器件的感磁部内端子速度分布图；

图15是用于说明用模拟法，求出本发明的1个或2个狭缝嵌入端子部构成的十字型霍尔器件的霍尔电动势与电源端子间的电压关系结果图；

图16是用于说明本发明霍尔器件里附加加法电路的本发明磁传感器电路构成图；

图17是用于说明图16所示的本发明霍尔器件里附加绝对值电路和偏压调整电路的本发明磁传感器电路构成图；

图18是用于说明本发明霍尔器件的制造工艺过程图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施例。

[实施例1]

电源端子或霍尔电压输出端子给霍尔电动势造成影响的理由之一，是起因于这些端子由低电阻材质形成，所以其端子面成为等电位面的缘故。因此，本发明的霍尔器件中，除设定这些端子间间隔较大外，通过在这些端子设置具备绝缘体或起绝缘体同等电作用层的狭缝，实现降低端子给感磁部内电位分布造成的影响。

图9是用于说明本发明对称型霍尔器件的构成例图，作为整体具有大体十字型的感磁部形状，其矩形部的一边为10μm，在每一边，短边设有5μm的凸部。

在设于感磁部的这4个凸部的每一个，设置切口深度x，狭缝宽度y的一个狭缝将各凸部进行二等分分割，进而，在这些狭缝部分，设置起绝缘体或同等绝缘体电作用的层。

这样以来，在二等分分割后的各个凸部，要互相对向定位设置电源端子C_1-1 11a、C_1-2 11b与电源端子C_2-1 12a、C_2-2 12b和霍尔电压输出端子S_1-1 13a、S_1-2 13b与霍尔电压输出端子S_2-1 14a、S_2-2 14b。

在没有进行这种狭缝产生端子分割构造的现有霍尔器件中，对于十字型感磁部的中心电位为霍尔电压输出端子的基准电位，图9所示构成的霍尔器件中，霍尔电压输出端子S_1-1 13a和霍尔电压输出端子S_2-1 14a的端子对基准电位就变为这些端子间的中心A₁的电位，并且，S_1-2 13b和S_2-2 14b的端子对的基准电位为这些端子间的中心A₂的电位。其结果，能够降低端子的存在给电位分布带来的影响。

图9所示构成的霍尔器件中，如果狭缝的切口深度x过长，给载流子的流动带来恶劣影响却又降低了霍尔电动势。所以，狭缝宽度y窄切口深度x短是理想的，但为了给分割的端子间基准电位发生充分的电位差，在分割后的端子间保持同上述A1与A2间电阻值同等的电阻是所希望的。

并且，就分割形状来说，设定切口设定x和狭缝宽度y，使得分割后的2个端子间流动的电流路径，变为大约与端子中心部分同等距离是理想的。为此，在图9所示的本发明霍尔器件中，狭缝的外周(2x+y)，以大于A₁与A₂间隔(d)的条件形成狭缝。

另外，图9所示构成的霍尔器件中，虽然假设各端子设置一个狭缝进行二等分分割，但是进行以等间隔设置更多狭缝，等分分割为二个以上的端子也行。

图10是用于说明在感磁部的凸部设置n-1个狭缝，把感磁部凸部和设于此的端子等分分割为n个的本发明霍尔器件的另一构成例图，作为整体具有大体十字型的感磁部，其矩形部的一边是10μm，在各个边设置短边为5μm的凸部。在设于感磁部的各个凸部，设置切口深度x、狭缝宽度y的n-1个狭缝，因此将各凸部进行n等分分割。而且，在各个狭缝部分，设置起绝缘体、或起绝缘体同等电作用的层。

这样以来，在n等分分割后的各个凸部，要互相对向定位设置电源端子C_1-1 21a～C_1-n 21n与电源端子C_2-1 22a～C_2-n 22n和霍尔电压输出端子S_1-1 23a～S_1-n 23n与霍尔电压输出端子S_2-1 24a～S_2-n 24n。

这样，作为在感磁部凸部和端子部具备狭缝的图9和图10中所示的构成霍尔器件，因为将端子部分用绝缘层进行多个等分分割，如上述一样，各霍尔电压输出端子对的基准电位变为等于接近其各端子的感磁部部分的电位，其结果，可以降低端子的存在给感磁部内电位分布带来的影响。

[比较例1]

用模拟法，求出通过狭缝二等分分割十字型霍尔器件的感磁部凸部和同其连接的端子部构成的霍尔器件的霍尔电动势、电位分布、以及器件中流动的1速度分布，并研究有关端子部的分割效果。

图11是用于说明执行模拟时具有假定狭缝的本发明霍尔器件结构和用模拟法求出的电位分布图，作为整体具有大体十字型的感磁部形状，其矩形部的一边为10μm，在其各个边，设有短边为5μm的凸部。这4个凸部各自具有切口深度x和狭缝宽度y的狭缝，在该狭缝部分，设置绝缘体或起绝缘体同等电作用的层，因此，将各凸部进行二等分分割。

这样以来，二等分分割后的各凸部，各自互相对向定位设置电源端子C_1-1 31a、C_1-2 31b和电源端子C_2-1 32a、C_2-2 32b和霍尔电压输出端子S_1-1 33a、S_1-2 33b和霍尔电压输出端子S_2-134a、S_2-2 34b，假设电源端子C_1-1 31a、C_1-2 31b与电源端子C_2-1 32a、C_2-2 32b之间流过合计0.1mA的主电流，对主电流垂直的方向施加1T磁通密度的场合，用模拟法求出霍尔电压输出端子S_1-1 33a、S_1-2 33b与霍尔电压输出端子S_2-1 34a、S_2-2 34b之间发生的霍尔电动势和电位分布。

图12是用于说明执行模拟时假定用于比较的，没有狭缝的霍尔器件结构和用模拟法求出的电位分布图，作为整体具有十字型的感磁部形状，其矩形部的一边为10μm，在其各个边，设有短边为5μm的凸部。

在这4个凸部，各自互相对向定位设置电源端子C₁ 41与电源端子C₂ 42和霍尔电压输出端子S₁ 43与霍尔电压输出端子S₂ 44，假定在电源端子C₁ 41与电源端子C₂ 42之间流过0.1mA主电流，对主电流垂直方向施加1T磁通密度的场合，用模拟法求出霍尔电压输出端子S₁ 43与霍尔电压输出端子S₂ 44之间发生的霍尔电动势和电位分布。

在图11的霍尔器件结构中，假定狭缝切口深度x＝5μm，狭缝宽度y＝0.2μm，求得的霍尔电动势和假定图12的霍尔器件结构求得的霍尔电动势比较，获得得到约高8％值的这个结果，可以确认设置感磁部凸部和在端子部设置狭缝对提高霍尔电动势是有效的。

图13表示用模拟法求出图11所示霍尔器件结构中，狭缝切口深度x＝5μm、狭缝宽度y＝0.2μm场合的载流子(电子)速度分布的结果。

并且，图14表示用模拟法求出图12所示霍尔器件结构中，载流子(电子)速度分布。

比较图13和图14的结果的话，没有端子分割结构的霍尔器件的场合，霍尔器件感磁部中心附近的电子速度降低，然而进行了端子分割结构的尔器件感磁部，大致可以认为电子速度没有降低。

[比较例2]

图15是用于说明用模拟法求出制作感磁部凸部和端子部设置狭缝结构的本发明霍尔器件的霍尔电动势与电源端子间电压的关系结果图，纵轴上采取霍尔电动势，横轴上采取电源端子间的电压，分别对嵌入一个狭缝的场合(分割为二)和嵌入二个狭缝的场合(分割为三)，设狭缝宽度y＝0.2μm为固定，按1μm间隔使改变切口深度x变化到0～5μm为止时的模拟结果。

另外，作为整体具有大体十字型的感磁部形状，其矩形部的一边为10μm，在其各个边，设有短边为5μm的凸部，并在这些凸部设有端子部。

在设置一个狭缝成为二等分的霍尔器件中，狭缝切口深度x为2μm的场合，同不设狭缝(即x＝0μm)的霍尔器件结构比较，霍尔电动势提高大约10％，另一方面电源端子间电压则与不设狭缝的霍尔器件结构几乎没有差别。如果把狭缝切口深度x缩小到1μm，起因于端子间电阻减小，霍尔电动势的提高降到大约9％。

在设置二个狭缝成为三等分的霍尔器件中，狭缝切口深度x为5μm的场合，霍尔电动势提高大约5％，将狭缝切口深度x为1μm的场合，霍尔电动势提高大约12％，另一方面电源端子间电压则与不设狭缝的霍尔器件结构几乎没有差别。

从这些结果可见，通过借助于狭缝等分感磁部凸部(和与其连接的端子部)，而且，设定该狭缝与感磁部凸部的边界线长度(2x+y)、以狭缝分割感磁部凸部的夹着矩形部互相对向部分彼此的中点、与以狭缝分割感磁部凸部的夹着矩形部互相对向另一部分彼此的中点的间隔之比为1/3以上且3以下，就可以理解霍尔电动势提高的原因，现在狭缝的形状使得该比成为1的场合，霍尔电动势提高最大，而且，电源端子间电压降低的原因。

另外，在本比较例中，虽然把十字型霍尔器件作为例子，但是可以认为具有其它形状的霍尔器件也能获得同样的效果。

[实施例2]

图16是用于说明本发明霍尔器件里附加加法电路构成的磁传感器结构图，成为把电流电压源85连接到二等分分割感磁部凸部和端子部构成霍尔器件80的电源端子81a、81b、82a、82b，通过连接到电源端子81a、81b、82a、82b的差动放大电路86a和86b，接收霍尔器件80上发生的霍尔电压，并加到用于加法运算这些电压的加法电路87的构成。

该结构的霍尔器件中，连到差动放大电路的霍尔电压输出端子对间发生的霍尔电动势大约与分割端子前的差动放大电路输出同样电压，因而可以把差动放大电路86a和86b的各自电压输出作为对加法电路87输入进行加法处理。

另外，上述实施例中，虽为设二等分分割霍尔器件的感磁部凸部和端子部的结构，但分割数不限定于此，也可以是任何分割数n(n是2以上的自然数)。

因此，从一个霍尔器件，可使霍尔电动势增大约n倍，而其信号对噪声比增大约√n倍。

并且，采用把电源端子和霍尔电压输出端子连接到开关电路，顺序改变其分配任务的办法，也能按照现有通用的SCM进行补偿校正。

进而，因为端子间距离短了，恒定电流霍尔器件场合的驱动电压降低，电源电路也可以简单小型化。

[实施例3]

倘若采用上述结构的本发明磁传感器，就可能降低霍尔电压输出端子给感磁部内的电位分布带来的影响，只要给分割后的电源端子施加同一电压，就难以完全除去电源端子给电位分布带来影响。为了解决该课题，在图16所示的磁传感器电路中，进而成了附加分流电路、偏压调整电路和绝对值电路。

图17是用于说明给本发明的霍尔器件附加加法电路、分流电路、偏压调整电路、以及绝对值电路构成的磁传感器结构图，一般认为通过分流电路98a、98b把电流和电压源95连接到二等分感磁部凸部和端子部构成的霍尔器件感磁部90的电源端子91a、91b、92a、92b，通过连到霍尔电压输出端子93a、93b、94a、94b的差动电路96a、96b接收霍尔器件感磁部90发生的霍尔电压，附加用于加法运算这些电压的加法电路97，绝对值电路99连到加法电路，偏压调整电路100连到绝对值电路99的结构。

该电路中，用差动放大电路96a、96b输出对向的霍尔电压输出端子93a、93b和94a、94b的端子对间发生的霍尔电压差，通过以加法电路对其进行相加并把所得的霍尔电压输入偏压调整电路100，进而把偏压调整电路100的输出输入到分流电路98a、98b。

分流电路98a、98b按照偏压调整电路100的控制信号，调整电源端子91a、91b、92a、92b间提供的电压差。而且，分流电路98a和98b、绝对值电路99、和偏压调整电路100具备，在分割后的电源端子91a、91b、92a、92b间供给电压差，调整其电压使得霍尔电动势的绝对值成为最大的功能，能够进一步提高磁传感器的灵敏度。

[实施例4]

本发明霍尔器件和使用它的磁传感器，本来不依赖于用于形成器件的材质，虽然可以使用GaAs、Si、InAs、InSb等各种材质来制作，但是Si衬底上边制作霍尔器件及其外围电路时，因为能应用可微细加工Si工艺过程，所以能够获得小型高性能的Si霍尔器件。

下面，说明本发明的霍尔器件制造方法。

本发明的霍尔器件，通过改变用于形成霍尔器件端子部和连到其端子部的半导体层的掩模图形，是很容易制造的。

图18是用于说明假设邻接CMOS器件设置本发明霍尔器件的制造工艺的一例图。

在p型Si衬底上边，形成CMOS器件用的N阱和P阱，并在其相邻区域，形成霍尔器件的感磁部(图18(a))。这里，感磁部的切口设定x和狭缝宽度y是可以通过使用适合的掩模容易设定的。另外，感磁部的图案形成，用光刻技术和蚀刻法进行。

然后，把衬底的一部分进行掩蔽，对没有以掩模被覆的区域离子注入磷(P)，并在霍尔器件的感磁部于衬底之间形成元件隔离区(图18(b))。还有，电源端子部和霍尔电压输出端子的图案形成，也用光刻技术和蚀刻法进行。

接着，进行CMOS器件的阈值调整和形成栅氧化膜以后，通过离子注入砷(As)，进行CMOS器件的源/漏区形成和霍尔器件电源端子部与霍尔电压输出端子的形成(图18(c))。霍尔器件电源端子部和霍尔电压输出端子的电阻值是，通过掩蔽形成这些端子区域以外，仅从掩模开口部分注入规定剂量的As，控制载流子浓度来调整的。

还有，要设定工艺条件，使得设于各端子的狭缝宽度，比在该As离子注入后进行的后退火工序中扩散的As扩散长度要宽大，在用狭缝分割后的端子间互相不会发生电短路。

接着，就该在端子的狭缝部分形成绝缘层，然而通过只在狭缝部分形成氧化硅膜或高电阻多晶硅膜进行电隔离，或者用LOCOS或槽式构造使其隔离也行。

这样以来，就获得p型衬底上边形成了CMOS器件和n型Si霍尔器件，但是，通过在上述的工艺中形成的CMOS部分，连接差动放大电路、加法电路、绝对值电路、和偏压调整电路的办法，可以获得已说过的本发明磁传感器。

还有，本实施例中，虽然作为例子说明Si衬底上边形成霍尔器件的情况，但是可使用的衬底不限定于Si，使用GaAs、InSb、InAs等衬底也能制造霍尔器件。

如上面说过的一样，倘若采用本发明，通过用狭缝等分分割霍尔器件的感磁部凸部和端子部的办法，就能够提高由各输出端子得到的霍尔电动势。

并且，采用把加法运算各输出端子对输出的加法电路连到本发明霍尔器件的办法，能够从一个霍尔器件取得同从多个霍尔器件输出同等的霍尔电动势。

这样，倘若采用本发明，就可能提供一种磁场检测灵敏度高的霍尔器件和补偿性能优越，而且在低驱动电压可得到高霍尔电动势的磁传感器。

Claims (9)

1.一种霍尔器件，其特征是在衬底上包括：

由矩形部和设于其各边相互对向的凸部构成的十字型感磁部；

各自设于该感磁部的对向的一对所述凸部上的输入电流或电压用的一对电源端子部；和

各自设于该感磁部的对向的另一对所述凸部上的输出霍尔电压用的一对输出端子部，

所述电源端子部和所述输出端子部的全部，和所述感磁部的各凸部的一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割，并在所述狭缝各自具备绝缘体隔离层，

所述狭缝与所述感磁部的凸部之边界线长度，与挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部且互相对向的部分彼此中点、和挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部且互相对向的另一部分彼此中点的间隔之比是1/3以上3以下。

2.按照权利要求1所述的霍尔器件，其特征是由所述感磁部、所述电源端子部和所述输出端子部构成的全体形状，具有相对其中心的4相限对称性。

3.按照权利要求1所述的霍尔器件，其特征是所述电源端子和所述输出端子部的全部、以及所述感磁部的各凸部一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割为等间隔。

4.按照权利要求1所述的霍尔器件，其特征是所述衬底是半导体衬底。

5.一种磁传感器，其特征是在衬底上包括：由矩形部和设于其各边相互对向的凸部构成的十字型感磁部、各自设于该感磁部的对向的一对所述凸部上的输入电流或电压用的一对电源端子部、和各自设于该感磁部的对向的另一对所述凸部上的输出霍尔电压用的一对输出端子部，所述电源端子部和所述输出端子部的全部、以及所述感磁部的各凸部的一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割，并具备在所述狭缝各自具备绝缘体隔离层的霍尔器件和包括差动放大电路的加法电路；把所述加法电路连接到所述霍尔器件的所述输出端子部，通过使用所述加法电路的加法处理，提高输出电压和信号对噪声比。

6.按照权利要求5所述的磁传感器，其特征是由所述感磁部、所述电源端子部和所述输出端子部构成的全体形状，具有相对其中心的4相限对称性。

7.按照权利要求5所述的磁传感器，其特征是所述电源端子和所述输出端子部的全部以及所述感磁部的各凸部一部分，由各自对向方向连续伸长的狭缝分割为等间隔。

8.按照权利要求5所述的磁传感器，其特征是所述狭缝与所述感磁部的凸部之边界线长度，与挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部且互相对向的部分彼此中点、和挟着由所述狭缝分割的所述感磁部凸部的所述矩形部且互相对向的另一部分彼此中点的间隔之比是1/3以上3以下。

9.按照权利要求5所述的磁传感器，其特征是具备连接到所述霍尔器件的所述电源端子部的分流电路、连接到所述加法电路的绝对值电路、和连接到该绝对值电路的偏压调整电路，通过所述分流电路、所述绝对值电路和所述偏压调整电路，将霍尔电动势变成最大的电位差供给所述电源端子部。

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