[實用新型]一種內互聯七電極低失調垂直霍爾磁傳感器

有效

• 申請號: 201922064125.1
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN212433374U
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 呂飛;張金;劉飛
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

本實用新型公開了一種內互聯七電極低失調垂直霍爾磁傳感器，包括作為電子運動空間，結合霍爾效應產生霍爾電壓，從而實現對磁場的探測的有源區；將有源區與外部金屬層相連，用于恒流激勵的施加，以及霍爾電壓的輸出的電極；以及采用芯片內部互聯方式的互聯線；所述電極為7個，分別為C1～C7，采用對稱式分布；7個電極兩兩采用內部互聯線相連，互聯的兩電極位于對稱點兩側。通過兩側電流交換減小兩側非對稱性帶來的傳感器失調。本實用新型內互聯七電極低失調垂直霍爾磁傳感器與傳統的與電極垂直霍爾傳感器相比失調電壓降低到原來的9.8％，失調磁場降低到原來的11.7％。

技術領域

本實用新型涉及垂直霍爾磁傳感器，尤其涉及一種內互聯七電極低失調垂直霍爾磁傳感器。

背景技術

CMOS集成霍爾磁場傳感器已廣泛地應用在工業控制、智能儀器儀表和消費類電子等領域，三維霍爾磁傳感器作為單軸霍爾磁傳感器的延伸，有更廣闊的應用場景，更高的精度，垂直霍爾磁傳感器可用于探測平行于傳感器表面的磁場，是三維霍爾傳感器不可或缺的一部分。然而，失調電壓作為在沒有磁場的情況下的輸出電壓嚴重影響著CMOS垂直霍爾器件的性能以及長期的穩定性。

傳統的垂直霍爾器件采用五電極的結構，如圖1所示。有源區采用N型摻雜區，通過5個電極與外部電路相互連接，其中C1、C3、C5之間施加恒流偏置，在C2與 C4之間感應霍爾電壓從而得到磁場。在理想情況下，當磁場為0時，由于結構的對稱性C2與C4之間無電壓差。但是由于掩膜未對準，封裝壓力等原因會引入非對稱性，從而帶來失調。所以，在有磁場的情況下，C2和C4之間的電壓V_C2-C4包括兩部分：霍爾電壓V_Hall和失調電壓V_off，可表示為：

V_C2-C4＝V_Hall+V_off (1)。

通過霍爾電壓可以獲得霍爾傳感器的電流相關靈敏度S_I：

其中，I_in和B分別表示施加的偏置電流和磁場。通過失調電壓和電流相關靈敏度可以得到失調磁場B_off：

小的失調磁場能夠有效提高磁傳感器的分辨率和精度。而現有的五電極垂直霍爾磁傳感器有較大的失調電壓和失調磁場，達不到工程應用的要求，很大程度上阻礙了 CMOS三維霍爾磁傳感器的研發。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種低失調垂直霍爾磁傳感器。

為了達到上述目的，本實用新型采取的技術方案如下：

一種內互聯七電極低失調垂直霍爾磁傳感器，包括：

有源區，作為電子運動空間，結合霍爾效應產生霍爾電壓，從而實現對磁場的探測；

電極：將有源區與外部電路相連，用于恒流激勵的施加，以及霍爾電壓的輸出；其中，所述電極為7個，分別為C1～C7，采用對稱式分布；

互聯線：采用M1和M2兩層金屬層實現芯片內部互聯；其中，電極C2與C6通過金屬層M1互聯，并通過金屬層M1管腳PAD0接地；電極C1與C5通過金屬層M1 互聯，并通過金屬層M1管腳PAD1實現霍爾電壓輸出；

電極C4通過金屬層M2管腳PAD3實現偏置電流輸入；電極C3與C7通過金屬層 M2互聯，并通過金屬層M2管腳PAD2實現霍爾電壓輸出。

其中，電極電極C1與C5，以及C3與C7互聯，以平衡左右兩端的非對稱性達到減小失調的目的。