202679. lajstromszámú szabadalom • Berendezés integrált áramkörbe integrálható Hall-elemmel
1 HU 202679 B 2 20 rétegből áll, amelyet N vezetési típusú anyagból álló 12 szubsztrátumon növesztünk. A 20 rétegben a 11 bővített gyűrűn kívül a felületen elrendezett 13 csatlakozóelem van, amely idegen atomokkal erősen dópolt felületi részt jelent. Ez a 20 réteggel azonos, az adott esetben N vezetési típusú anyagból van kialakítva. Ugyanez a vezetési típus jellemzi a 12 szubsztrátumot és a 7 aktív zónát is. A 7 aktív zóna az adott esetben a 20 réteg N- vezetési típusú anyagából van kialakítva. A 13 csatlakozóelemen SUB szubsztrátumcsatlakozás van. Az 1 Hali-elem felépítése a 8. és 9. ábra elveit követi, a különbség az, hogy a 8 gyűrű P vezetési típusú anyagból kialakított U-keresztmetszetű elemként szilíciumoxidból vagy poliszilíciumból készült gyűrű alakú 21 hordozóelemen felületi borítást képez. A P vezetési típusú anyagból álló 8 gyűrű, mint a 21 hordozóelem felületi rétege az integrált ármakör felületéig nyúlik, ott anyaga a 21 hordozóelemet nem borítja. A 21 hordozóelem és a hozzátartozó 8 gyűrű a 20 rétegen áthaladóan van kialakítva és a 12 szubsztrátummal elektromos kapcsolatban van. Ez utóbbiba be is hatolhatnak. A gyűrű alakú 21 hordozóelemet a 8 gyűrűvel együtt olyan maratási eljárással lehet például előállítani, amelyet White, Armstrong és Rao ismertet az Electronics Week c. folyóirat 1984. június 23-i számának 123-126. oldalán „1 MB Memories Demand New Design Choices” című cikkében és anizotróp kimaratásnak nevez. A 10 alaplemez rejtett rétegként (burned layer) a 20 réteg és a 12 szubsztrátum határfelületén van, elektromos kapcsolatban van a 8 gyűrűvel, mint felületi réteggel és ezen keresztül a 9 fedőlemezzel. A 12. ábra felülnézetben, a 13. ábra 13-13 függőleges keresztmetszetben előállított záróréteges térvezérlésű tranzisztort mutat az anizotróp kimaratás módszerével való előállítás után. Ez a félvezető eszköz a 10. és 11. ábrához bamutatotthoz hasonlóan épül fel, vagyis az 1 Hali-elemhez hasonlít, de azzal a különbséggel, hogy a 2, 3, 4, 5, 6 csatlakozóelemek helyett 18 forráscsatlakozója és 19 nyelőcsatlakozója, tehát összesen kettő csatlakozóeleme van. A gyűrűcsatlakozást a záróréteges térvezérlésű tranzisztor G kapucsatlakozójának alkalmazzuk. A 10. és 11. ábrán bemutatott változatot a 12. és 13. ábrán bemutatott félvezető eszközzel összehasonlítva jól látható, hogy az 1 Hali-elem és a záróréteges térvezérlésű tranzisztor felépítése hasonló, ezért mindkét eszközt, amelyek a 8 gyűrűből, 9 fedőlemezből és 10 alaplemezből felépített bővített gyűrűvel vannak kialakítva a 18. ábrán bemutatott kapcsolás megvalósításához előnyösen lehet az anizotróp maratás módszerével egyetlen integrált ármakörbe beépíteni. A bővített gyűrű felépítése mindkét félvezető eszköznél ugyanolyan. A 8. és 9. ábrán bemutatott 1 Hali-elem vízintes keresztmetszete a 14., 15-15 függőleges keresztmetszete a 15. ábrán látható. A 15. ábra szerinti 14-14 keresztmetszetet a 14. ábrával lehet azonosítani. Mivel a 12. és 13. ábra szerinti mélyebben fekvő és vékonyabb téglalap alakú 21 hordozóelemet viszonylag nehéz előállítani, ez a kiviteli alak az előzőnek javított változatát jelenti. A 14. ábrán az 1 Hali-elemnek közvetlenül a 9 fedőlemez (15. ábra) alatti szinten látható keresztmetszetét mutatjuk be, ahol a metszési sík az 1 Hali-elem felületével párhuzamos. A 8. ábrához képest a 14. ábra 90°-kal elforgatott helyzetben mutatja az 1 Hali-elemet, így az ábra szerinti egyenes vonalak, amelyek mentén a 2, 3, 4, 5, 6 csatlakozóelemek el vannak rendezve, a két ábrán egymásra merőlegesek. Ez természetesen az 1 Hallelem működési módjára semmiféle behatással nincs. A 14. és 15. ábrán bemutatott 1 Hali-elem 2, 3, 4, 5, 6 csatlakozóelemmel van ellátva, amelyek száma tehát öt. Ettől eltekintve a felépítés lényegét tekintve azonos a 3. és 4. ábrán látható 1 Hall- elemével. Az 1 Hali-elem ebben az esetben is 12 szubsztrátumból van kialakítva, amely N- vezetési típusú anyagból áll, a 7 aktív zónához hasonlóan. A 3. és 4. ábrán bemutatott 1 Hali-elemhez képest azonban az a különbség adódik, hogy a 8 gyűrű, amely téglalap alakban van kialakítva itt csak két egymással átellenes oldalakon elhelyezett részből áll, mégpedig oly módon, hogy P vezetési típusú anyagból a 2, 3, 4, 5, 6 csatlakozóelemek mindkét oldalán egy-egy 8a és 8b felületi réteg van kialakítva, amelyek A levegővel kitöltött 22a és 22b légjáratok oldalfalait teljes mértékben minden irányban adott mélységig borítják. A 22a és 22b légjáratok az 1 Hali-elem és az integrált ármakör kialakítására szolgáló 12 szubsztrátum anyagán átmenőén vannak kialakítva vagyis a felső felülettől alapszintűkig terjedő aknaszerű képződmények. A 8a és 8b felületi rétegeket például gázból történő diffúzió útján állíthatjuk elő, ahol a gáz a 12 szubsztrátum és a levegő közötti határfelületeken behatolva képes a 8a és 8b rétegeket felületi létrehozni. A 9 fedőlemez és a 10 alaplemez a 8a és 8b felületi rétegekkel elektromos kapcsolatban vannak és együttesen olyan, az anyagon átmenő felületet alkotnak, amely az 1 Hali-elem 7 aktív zónáját felülről, alulról és két oldalról lehetőleg a legnagyobb mértékben lefedi. Amikor a 8 gyűrű mindkét oldala, mint az a 14. és 15. ábrán látszik, a 2, 3, 4, 5, 6 csatlakozóelemek középpontjai összekötő vonallal párhuzamosan van elrendezve, az átmenő felület nagysága maximális és oldalirányban csak a viszonylag kicsi homlokfelületek irányában nyitott. A 8a és 8b felületi rétegek, a 9 fedőlemez és a 10 alaplemez azonos, az adott esetben P vezetési típusú anyagból vannak kialakítva, amely az 1 Hali-elem 7 aktív zónájához és a 12 szubsztrátumhoz viszonyítva ellentétes vezetési típust jelent. Ez utóbbiak ugyanis, mint már említettük N' vezetési típusú anyagból állnak. A 8a és 8b felületi rétegek, a 9 fedőlemez és a 10 alaplemez közötti P/N átmenetek, valamint a 8a és 8b felületi rétegek, a 9 fedőlemez és a 7 aktív zóna közötti P/N átmenet olyan záróréteget alkot, amely a 7 aktív zónát az 1 Hali-elemben teljes mértékben körbefogja, a 8 gyűrű homlokfelületéhez képest oldalirányú részek kivételével. Mivel az átmenő felületnek és a zárórétegnek a homlokoldal irányában való nyitottsága egyes esetekben hátrányos lehet, a téglalap alakú 8 gyűrűt a 16. ábrán látható módon a homlokoldal irányában ki lehet bővíteni. Mint az a 15. ábrán jelölt 16-16 vízszintes metszetet bemutató 16. ábrából (ennek 15-15 metszete a 15. ábrával azonos) látható, a gyűrű legalább négy 8a, 8b, 8j és 8k felületi rétegből áll, amelyek párosával átlósan egymással szemben vannak elrendezve és 22a, 22b, 22j és 22k légjáratok belső felületeit oldalról teljes mértékben lefedik. A 22a, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6
