202680. lajstromszámú szabadalom • Berendezés integrált áramkörbe integrálható Hall-elemmel
1 HU 202680 B 2 elemmel ellátott Hali-elemet mutatunk be, de ez semmiképpen sem jelenti azt, hogy ez az ábra csak a négy csatlakozóelemmel ellátott Hali-elem esetén megvalósítható kapcsolási elrendezést mutat. Az minden további nélkül más számú csatlakozóelemet tartalmazó Hall- elem esetén is felhasználható. Az összes bemutatott változatban az Sí, S2 szenzoros csatlakozóelemek közül az egyik, például a Sí testelve van, míg a másik, például az S2 a Hali-elem kimeneti csatlakozóját alkotja. A rajzon azt a változatot fogadtuk el, hogy az S] szenzoros csatlakozóelem a Hali-elem kimenete, míg az S2 szenzoros csatlakozóelem testelve van. A Hali-elem Ci, C2, illetve C’2 és C”j áramvezető csatlakozóelemei, valamint a Sí és S2 szenzoros csatlakozóelemek egy-egy 1, 2, 3, 4, illetve 5 csatlakozóelemre vannak kapcsolva. Az 1-9. ábrán láthatóan függőleges Hali-elem felületén 1, 2, 3, 4, 5 csatlakozóelemek hozhatók létre. Ezek száma az adott esetben öt és lényegében egymás mellett egy vonalban vannak elrendezve, ahol az első, 1 csatlakozóelem középen helyezkedik el és egyik irányban a 4 és 2, másik irányban az 5 és 3 csatlakozóelemek illeszkednek hozzá. Ezek szimmetrikusan, páronként az 1 csatlakozóelemtől azonos távolságra vannak elrendezve. A 4 és 5 csatlakozóelemek ennek megfelelően az 1 csatlakozóelem és a 2 vagy 3 csatlakozóelem között vannak elrendezve. A 12-15. ábra vízszintes Hali-elemet mutat be, amelyben a függőleges Hali-elemtől eltérően nem Ct, C’2 és C”2 áramvezető csatlakozóelemek vannak, hanem csak kettő, Ci és C2 áramvezető csatlakozóelem, ahol az Sí és S2 szenzoros csatlakozóelemek, valamint a Q és C2 áramvezető csatlakozóelemek keresztszeruen, egymásra merőleges vonalak két-két végpontján vannak elrendezve. Ez annyit jelent, hogy az 1 és 2 csatlakozóelemeket összekötő egyenesre merőleges és a két egyenes szakasz egymást pontosan vagy legalábbis jó közelítéssel felezi (12. és 14. ábra). Az 1, 2, 3, 4 és 5, illetve az 1, 2, 4 és 5 csatlakozóelemek azonos nagyságúak, azonos felületi méretük mellett alakjuk is azonos, például négyszögletesek, lekerekített sarkokkal. A Hall- elem felülete alatt elrendezett 1, 2, 3, 4, 5, illetve 1, 2, 4, 5 csatlakozóelemek 6 szubsztrátumban, az abban kialakított Hali-elem 7 aktív zónájában helyezkednek el. Más szavakkal: az integrálható Hali-elemek kettő szenzoros csatlakozóeleme (4 és 5), valamint legalább kettő áramvezető csatlakozóeleme (1,2) van, amelyek a Hali-elem felületén vannak elrendezve. Az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek mindegyike, valamint a Hali-elem 7 aktív zónája ugyanolyan vezetési típusú anyagból vannak kiképezve, mint a Hali-elem kiindulási anyaga. Az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek mindegyike ezen túlmenően idegen atomokkal erősen dópolt. A rajzon bemutatott esetben a Hali-elem N vezetési típusú anyagból áll, ennek megfelelően az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek N+ anyagúak, míg a 7 aktív zóna lehet N, illetve N' anyagú. A Hali-elem 7 aktív zónáját oldalról 8 gyűrű fogja közre, amelyben R gyűrűcsatlakozó van kialakítva. Minden esetben a 8 gyűrű a 7 aktív zónával ellentétes vezetési típusú, ennek megfelelően a Hali-elem 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemeivel ellentétes vezetési típusú anyagból van kialakítva. Ez elfogadott alapfeltevéseink szerint annyit jelent, hogy az adott esetben a 8 gyűrű P típusú anyagból áll. Az 1. és 2. ábra CMOS-technológia szerint előállított függőleges Hali-elem felülnézetét és 2-2 keresztmetszetét (ez függőleges irányú) mutatja. Az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek a 6 szubsztrátumban, a felületen vannak kialakítva. Az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek alatt a 6 szubsztrátumban van a 7 aktív zóna kiképezve. A Hali-elem 7 aktív zónáját a 6 szubsztrátumon belül oldalról 8 gyűrű veszi körül, amely például téglalap alakú. A 8 gyűrű a 6 szubsztrátum felületén van kiképezve és jóval nagyobb mélységre nyúlik be, mint az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek, és mint említettük, anyaga a 6 szubsztrátum anyagával ellentétes vezetési típusú, vagyis példánkban P vezetési típusú. A 6 szubsztrátum felületén szilícium-dioxid (SÍO2) anyagú 9 oxidréteg van, amelyet legalább részben elektromosan vezető anyagból, például alimíniumból vagy poliszilíciumból kialakított 10 kapuréteg borít. A 8 gyűrűben, mint említettük R gyűrűcsatlakozó, míg a 10 kapurétegben G kapucsatlakozás van kialakítva. A 10 kapuréteg a Hali-elem 7 aktív zónáját annak teljes felületén fedi. A fedésből kimarad azonban a Ci, C2, illetve Ci, C*2, C”2 áramvezető csatlakozóelemek, és az Si, S2 szenzoros csatlakozóelemek felülete. Amikor a G kapucsatlakozáson negatív feszültség van, elektrosztatikus megosztás révén a 6 szubsztrátumon az 1, 2, 3, 4, 5 csatlakozóelemek körül a rajzon + jelekkel ábrázolt P típusú csatorna alakul ki, valamint az alatt a 6 szubsztrátum és a 8 gyűrű közötti átmeneti felületben kiürült réteg (depletion layer) alakul ki. A kiürült zóna, amit a 2. ábrán szaggatott vonal határol, 11 záróréteget alkot. Más szavakkal: a kiürült zóna 11 záróréteget hoz létre, amely elektrosztatikus megosztás révén, elektromos feszültségnek a Hali-elemre való adásával hozható létre és ez a feszültség a G kapucsatlakozáson keresztül a 10 kapurétegre van vezetve. Ez utóbbi, mint említettük, elektromosan vezető anyagból van kialakítva. A 10 kapuréteg a 9 oxidrétegtől elválasztva a Hall-elem felületén úgy van elrendezve, hogy az és vele együtt a kiürült zóna a Hali-elem 7 aktív zónáját felülről lefelé lehetőség szerint teljes mértékben fedje. A 3. és 4. ábrán felülnézetben és 4-4 keresztmetszetben módosított CMOS-technológia szerint előállított Hali-elemet mutatunk be. Ennek felépítése hasonló az 1. és 2. ábrán látható Hali-eleméhez, de azzal a különbséggel, hogy itt sem 10 kapuréteg G kapucsatlakozással, sem pedig 9 oxidréteg nincs kialakítva. Ezzel szemben az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek körül a 6 szubsztrátumban olyan 12 fedőréteg van kialakítva, amely az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek átvezetéséhez szükséges helyek kivételével a Hali-elem 7 aktív zónáját teljes mértékben fedi. A 12 fedőréteg a 7 aktív zónával ellentétes vezetési típusú anyagból van kialakítva, vagyis a Hali-elem ábra szerinti példájánál P vezetési típusú anyagból van kiképezve. A 7 aktív zóna és a 12 fedőréteg közötti érintkezési felület olyan határréteget ad, amely a Hali-elem 7 aktív zónáját lényegében teljes mértékben fedi. Az egyszerűség kedvéért a 12 fedőréteg a 8 gyűrű felső részét is borítóan van 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
