[發明專利]一種霍爾傳感器

在審

• 申請號: 201711164096.5
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107765197A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 何云;劉桂芝;吳國平
• 申請（專利權）人: 上海南麟電子股份有限公司
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07;H01L43/06;H01L43/04
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙)31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種霍爾傳感器，包括：襯底、感測區及電極；感測區呈十字形輪廓，具有四個凸出部，朝感測區中心內凹的圓弧化內角連接相鄰的兩個凸出部，感測區凸出部內具有電極，電極朝感測區中心向外凸出；本發明霍爾傳感器具有圓弧化內角，避免感測區出現直角內角，使得電荷移動時可避免電流在直角內角處過度集中，從而解決電流在感測區直角內角部分過度集中，導致直角內角部分電場強度過大，引起元件耐壓不足，造成元件損壞的問題；電極朝感測區中心向外凸出，在不顯著增加電極區域有效面積的情況下，增加了電極的長度，從而可收集更多的電荷，減少了電勢電極之間形成霍爾電場的時間。

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，涉及一種霍爾傳感器。

背景技術

霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾(A.H.Hall，1855-1938)于1879年在研究金屬的導電機制時發現的，后來發現半導體、導電流體等也有這種效應。

霍爾效應：若將金屬或半導體薄片垂直置于磁感應強度為B的磁場中，給垂直磁場方向上通入電流時，在垂直于電流和磁場的方向上產生電場的物理現象，適用于左手定則，即將左手掌攤平，讓磁感線穿過手掌心，四指表示正電荷運動方向，則和四指垂直的大拇指所指方向即為洛倫茲力的方向。但須注意，運動電荷是正的，大拇指的指向即為洛倫茲力的方向。反之，如果運動電荷是負的，仍用四指表示電荷運動方向，那么大拇指的指向的反方向為洛倫茲力方向。由于霍爾傳感器能夠檢測磁場的方向和大小，因此可以廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面，并且基于半導體的霍爾傳感器被廣泛使用。這里，基于半導體的霍爾傳感器是指用互補金屬氧化物半導體(CMOS)、雙極(Bipolar)、雙極-互補金屬氧化物半導體(Bipolar CMOS)實施的霍爾傳感器。

在傳統的半導體霍爾傳感器中，感測區一般為N型半導體材料，形成在P型半導體襯底上。圖1顯示為現有技術中的一種十字形狀霍爾傳感器的俯視結構示意圖。其中，霍爾傳感器感測區101為N型半導體材料，所述感測區101的電極包括第一電極102a、第二電極102b、第三電極102c及第四電極102d，所述第一電極102a及第三電極102c構成電勢電極，所述第二電極102b及第四電極102d構成電流電極。

圖2顯示為圖1中的霍爾傳感器在電場作用下電荷的運行示意圖。根據霍爾效應機理，在沒有磁場的情況下，在所述電流電極之間外加激勵電流I，所述感測區101中的電荷104在電場影響下，從所述第四電極102d向所述第二電極102b做定向運動，即所述電荷104沿運行路線103a、103b及103c標示的方向運動。由于所述電勢電極上沒有積累所述電荷104，因而，沒有形成電場，故理想情況下所述電勢電極之間的霍爾電勢為零。

圖3顯示為圖1中的霍爾傳感器在電場及磁場作用下電荷的運行示意圖。將所述感測區101垂直置于磁場強度為B的磁場中(即垂直于紙面向外的磁場強度為B的磁場)，在所述電流電極之間外加激勵電流I，所述電荷104在激勵電流I形成的電場影響下做定向運動的同時，受洛倫茲力的作用向所述感測區101上端面ABCDEF積累偏轉，即所述電荷104沿所述運行路線103a、103b及103c標示的方向運動。因而，所述感測區101產生由下端面GHIJKL至上端面ABCDEF的橫向電場E_H。

所述感測區101上端面ABCDEF上積累的所述電荷104隨時間的推移而增加，橫向電場E_H也相應增加，直至橫向電場E_H對所述電荷104的作用力抵消其所受的洛倫茲力時(即大小相等，方向相反)，所述感測區101上下端面積累的所述電荷104不再增加，達到平衡，此時建立起穩定的橫向電場和橫向電勢，即為霍爾電場和霍爾電勢。從霍爾電勢建立的過程可以看出，要產生較明顯的霍爾效應，就必須在穩定的霍爾電場建立前，在所述感測區101的所述電勢電極上積累盡可能多的所述電荷104。