[發明專利]一種應用于三維霍爾傳感器的霍爾器件及其方法

在審

• 申請號: 201811323932.4
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109270476A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 魏榕山;杜宇軒;劉莉莉
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07;G01R33/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種應用于三維霍爾傳感器的霍爾器件，其特征在于：所述霍爾器件為完全對稱的兩個十字結構的深N阱；所述十字結構的深N阱的四個端和中心分別設置有重摻雜的N+區層，所述四個端點重摻雜的N+區層與中心重摻雜的N+區層之間均設置有高摻雜的P+區層。本發明采用高壓CMOS工藝制備，具備了較深的N阱，提高了器件的靈敏度，在時序的控制下，可分時對三個軸向上的磁感應強度進行偵測，相比于分立式的三維霍爾器件，大大減小了版圖面積。

技術領域

本發明涉及一種應用于三維霍爾傳感器的霍爾器件及其方法。

背景技術

目前，三維霍爾傳感器由前端的霍爾器件完成磁電轉換功能，結構主要為分立式，包括一組水平霍爾器件和兩組垂直霍爾器件。水平霍爾器件主要為十字形結構，用于偵測垂直于芯片表面的磁場，在對稱的兩端施加偏置電壓，將有電流穿過器件，存在磁場時，載流子受到洛倫茨力的影響產生偏移，在其余兩端獲得霍爾電壓。垂直霍爾器件用于偵測平行于芯片表面的磁場，因此需要兩組霍爾器件，分別對應于X軸和Y軸磁場的偵測，常用結構有四孔、五孔和六孔結構，結構包括一組偏置電極和一組霍爾電極，電極平行分布于結構表面，但在標準工藝下垂直霍爾器件的阱深淺，靈敏度較低；在這些設計中，存在結構不對稱或電流路徑不對稱的缺點，具有較高的失調電壓。此外，分立式的結構增大了霍爾器件在版圖中的面積。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種應用于三維霍爾傳感器的霍爾器件，可分時對三個軸向上的磁感應強度進行偵測，相比于分立式的三維霍爾器件，大大減小了版圖面積。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種應用于三維霍爾傳感器的霍爾器件，所述霍爾器件為完全對稱的兩個十字結構的深N阱；所述十字結構的深N阱的四個端和中心分別設置有重摻雜的N+區層，所述四個端點重摻雜的N+區層與中心重摻雜的N+區層之間均設置有高摻雜的P+區層。

進一步的，所述霍爾器件基于硅基板。

進一步的，所述十字結構為兩個三孔垂直霍爾器件的疊加構成。

進一步的，所述三孔垂直霍爾器件為在深N阱上設置三個重摻雜的N+區層，N+區之間設置高摻雜的P+區。

進一步的，所述N+區層上設置有接觸電極，作為偏置電極或霍爾電極。

進一步的，所述接觸電極采用鋁材料。

進一步的，根據權利要求1-6任一所述的一種應用于三維霍爾傳感器的霍爾器件的制作方法，包括以下步驟：

步驟S1:基于硅基板，采用高壓CMOS工藝制備兩個十字結構深N阱；

步驟S2：在十字結構的深N阱的四個端和中心分別制備重摻雜的N+區層；

步驟S3:在所述重摻雜的N+區層上方制備對應的接觸電極。

步驟S4:所述四個端點重摻雜的N+區層與中心重摻雜的N+區層之間均制備高摻雜的P+區層。

進一步的，一種采用權利要求5或6所述應用于三維霍爾傳感器的霍爾器件的測磁方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1:雙十結構從左到右N+區層對應的接觸電機編號分別為contact1、contact2、...、contact6,接觸電極contact1和contact6，contact3和contact4分別用導線連接;

步驟S2:contact1和contact6作為偏置輸入電極，contact3和contact4作為偏置輸出電極，載流子在流經N阱內部時，由于磁場的存在，受到洛倫茨力的影響發生偏轉，聚集于作為霍爾電極的contact2和contact5處，由于兩個三孔結構完全對稱，contact2和contact5處的電勢應相同，偵測磁場時，二者之間出現的勢差即為霍爾電壓；