[發(fā)明專利]一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)的低失調(diào)垂直型霍爾器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510329120.0
• 申請(qǐng)日: 2015-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN104953024B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐躍;徐俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L43/06
• 分類號(hào): H01L43/06
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)的低失調(diào)垂直型霍爾器件，屬于電磁技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

垂直型霍爾器件以其精確度高、線性度好、體積小、可靠性高等特點(diǎn)成為制作二維或三維霍爾傳感器的重要器件。在二維或三維磁場(chǎng)測(cè)量中，水平型霍爾器件只能檢測(cè)到垂直于器件表面的一維磁場(chǎng)，平行于器件表面的磁場(chǎng)檢測(cè)需要垂直型霍爾器件來實(shí)現(xiàn)。因而垂直型霍爾器件在二維或三維磁場(chǎng)測(cè)量中得到了廣泛地應(yīng)用，并逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

目前，傳統(tǒng)垂直型霍爾傳感器的失調(diào)較高，影響了其測(cè)量精度。因此，降低失調(diào)成為霍爾傳感器發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。傳統(tǒng)垂直型霍爾器件有四孔和五孔結(jié)構(gòu)兩種。目前最通用并且能夠有效消除霍爾器件失調(diào)的方法是旋轉(zhuǎn)電流法，旋轉(zhuǎn)電流法要求霍爾器件初始失調(diào)低且對(duì)稱性高。五孔結(jié)構(gòu)初始失調(diào)較低，但在使用旋轉(zhuǎn)電流法時(shí)在兩種不同的偏置狀態(tài)下電流流動(dòng)方向不對(duì)稱，導(dǎo)致失調(diào)消除效果不是很明顯，殘余失調(diào)較大。四孔垂直型霍爾器件在兩種不同偏置狀態(tài)時(shí)的電流流動(dòng)狀態(tài)中電流流動(dòng)的方向呈對(duì)稱分布，但其初始失調(diào)很大，高達(dá)上百毫伏，大大超過了使用旋轉(zhuǎn)電流技術(shù)的范圍。因此，四孔和五孔結(jié)構(gòu)的垂直型霍爾器件都不能很好的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)電流法以消除霍爾失調(diào)，獲得低殘余失調(diào)的特性，而本發(fā)明提出一種新的對(duì)稱結(jié)構(gòu)的垂直型霍爾器件，能夠很好地解決上述的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)傳統(tǒng)垂直型霍爾器件初始失調(diào)大、不適合旋轉(zhuǎn)電流技術(shù)的缺點(diǎn)，提出了一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)的低失調(diào)垂直型霍爾器件，該器件采用新型的雙阱器件結(jié)構(gòu)，即在一個(gè)P型硅襯底上形成兩個(gè)完全相同的n阱，每個(gè)n阱中分別有三個(gè)重?fù)诫sN+區(qū)，兩個(gè)n阱最外側(cè)的N+區(qū)互相連接，最內(nèi)側(cè)的N+區(qū)也互相連接，形成完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該器件能夠在應(yīng)用旋轉(zhuǎn)電流法時(shí)實(shí)現(xiàn)電流流向完全對(duì)稱，極大地降低了器件失調(diào)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)的低失調(diào)垂直型霍爾器件，該器件結(jié)構(gòu)包括N+區(qū)1、P+區(qū)2、n阱3、P型硅襯底4、淺溝槽隔離區(qū)5和P+區(qū)6。所述的P型硅襯底4上方形成2個(gè)對(duì)稱分布的n阱3，每個(gè)n阱3頂部等距離設(shè)有3個(gè)N+區(qū)1，N+區(qū)1之間設(shè)有P+區(qū)2。2個(gè)n阱3之間設(shè)有淺溝槽隔離區(qū)5用于阱間隔離，n阱3外側(cè)也設(shè)有淺溝槽隔離區(qū)5與外部隔離。P+區(qū)6位于P型硅襯底4的頂端最外側(cè)，形成襯底接觸。

本發(fā)明所述的2個(gè)n阱3位于P型硅襯底4上方，呈對(duì)稱分布。2個(gè)n阱3中均設(shè)有3個(gè)相同的N+區(qū)1，其中2個(gè)最外側(cè)的N+區(qū)1互相連接，形成電極a，2個(gè)最內(nèi)側(cè)的N+區(qū)1互相連接，形成電極c。剩余兩個(gè)N+區(qū)分別形成電極b和電極d。在應(yīng)用旋轉(zhuǎn)電流法消除霍爾器件失調(diào)時(shí)，a，b，c，d四個(gè)電極可以互相轉(zhuǎn)換。2個(gè)n阱3之間以及n阱3外側(cè)設(shè)有淺溝槽隔離區(qū)5。P+區(qū)2位于n阱頂部N+區(qū)1之間，能夠有效的減少器件表面電流，有助于電流向器件深層流動(dòng)從而增強(qiáng)霍爾效應(yīng)，提高垂直型霍爾器件的磁場(chǎng)靈敏度。

本發(fā)明所述的垂直型霍爾器件的制作材料不只局限于硅材料，還可以使用砷化鎵、磷化銦、砷化銦、銻化銦等化合物。相比于硅材料，這些化合物的電子遷移率更高，霍爾效應(yīng)更大，因而使用它們所制作的垂直型霍爾器件靈敏度更高。

有益效果：

1、本發(fā)明提出的垂直型霍爾器件的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，與CMOS工藝完全兼容，無需額外工藝步驟，生產(chǎn)成本低。

2、本發(fā)明提出的垂直型霍爾器件，其結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，初始失調(diào)低。

3、本發(fā)明提出的垂直型霍爾器件，其在采用旋轉(zhuǎn)電流操作時(shí)，器件中電流流向完全對(duì)稱，可獲得低的殘余失調(diào)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明垂直型霍爾器件的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

標(biāo)識(shí)說明：1-N+區(qū)；2-P+區(qū)；3-n阱；4-P型硅襯底；5-淺溝槽隔離區(qū)；6-P+區(qū)。

圖2為圖1器件應(yīng)用四相旋轉(zhuǎn)電流法的工作狀態(tài)示意圖。

圖3為與圖2工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的器件內(nèi)部電流圖。

圖4為按照?qǐng)D1仿真得到的二維工藝仿真結(jié)構(gòu)圖。

圖5為按照?qǐng)D4結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維器件仿真得到的失調(diào)電壓-偏置電壓特性曲線。

圖6為按照?qǐng)D4結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維器件仿真得到的電壓相關(guān)靈敏度-偏置電壓特性曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。