202680. lajstromszámú szabadalom • Berendezés integrált áramkörbe integrálható Hall-elemmel
1 HU 202680 B 2 bemutatva, ami természetesen semmiféle hátrányt nem jelent, hiszen a 12 fedőréteg és a 8 gyűrű azonos P vezetési típusú anyagból van kiképezve. így a 12 fedőréteg és a 8 gyűrű, valamint az utóbbiban, vagy ennek hiányában a 12 fedőrétegben kialakított R gyűrűcsatlakozó között elektromos kapcsolat van. Az 5. ábrán a 3. és 4. ábrán bemutatott függőleges Hali-elem 5-5 metszete látható, mégpedig néhány javítással. A metszet a 4. ábra szerinti állapotot tükrözi. Az 5. ábra a Hali-elem felületével párhuzamos metszetet mutat, mégpedig közvetlenül a 12 fedőréteg alatti szinten. A 4. és 5. ábra együttesen szendvicsszerkezetben létrehozott Hali-elem felépítését mutatja. Az 5. ábra szerinti kialakításban a Hali-elemet a 3. ábra szerinti változattól az különbözteti meg, hogy a Hali-elem 1, 2, 3, 4, 5 csatlakozóelemei mind hosszúkás kialakításúak, azonos irányban párhuzamosan helyezkednek el és a 8 gyűrű az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek hossztengelyére közelítőleg vagy pontosan merőleges 13 és 14 közbenső átvezetések révén I, II és III gyűrűszakaszokra van osztva, amelyek az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek hosszirányára merőlegesen azonos vagy közelítőleg azonos szélességűek, az említett hosszirány mentén egymás mellet eltolás nélkül vannak elrendezve oly módon, hogy két végüket egy-egy, a hossztengelylyel párhuzamos egyenes határolja, szélességük azonos vagy közelítőleg egyenlő, és két szomszédos gyűrűszakasz ugyanarra a 13 vagy 14 közbenső átvzetésre támaszkodőan van kialakítva. Ha tehát m közbenső átvezetést alkalmaznánk, m+1 gyűrűszakaszt hoznánk létre. így m-1 esetén négyszögletes, két gyűrűszakaszra osztott terület alakul ki. Az m értéke tetszőlegesen választható meg az egész számok köréből. Az 5. ábrán m-2 értéknek megfelelően három gyűrűszakasz (I, II, III) látható. Ily módon olyan szendvicsszerkezetben hozható létre a Hali-elem, amelyben egymást követően - az 5. ábra szerint felülről lefelé - P és N vezetési típusú anyagból készült rétegek váltakoznak az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemek közelében. Ennek megfelelően az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemeknek elegendően hosszúaknak kell lenniük ahhoz, hogy a gyűrűszakaszokkal körbefogott minden olyan réteget áthidaljanak, amelyek N vezetési típusú anyagból állnak. A N vezetési típusú anyagból álló rétegek vastagsága ti, tj, t3 az 5. ábra szerinti kialakításban, ahol ti, tí és t3 nagyjából vagy pontosan azonos értékű. Az adott kialakításban az N vezetési típusú anyagból készült rétegek ezért elektromosan párhuzamosan vannak csatlakoztatva. A szendvics kialakításnak az az előnye, hogy a 7 aktív zóna anyagának érzékenysége a R gyűrűcsatlakozóra adott elektromos feszültség hatására m-szerese annak, amit egy 8 gyűrűvel, 13 és 14, illetve további közbenső átvezetések nélkül kialakított Hali-elemnél észlelni lehet. A 6. és 7. ábra módosított BiMOS-technológia szerint készült függőleges Hali-elem egy lehetséges előnyös változatának felülnézetét és 7-7 keresztmetszetét mutatja. A Hali-elem felépítése hasonló ahhoz, amit a 3. és 4. ábrán mutattunk be, de azzal a lényeges különbséggel, hogy a 8 gyűrűt itt 15 alapréteg egészíti ki. A 15 alapréteg a 8 gyűrűvel azonos vezetési típusú anyagból van kialakítva, tehát példánk szerint P típusúból. A 8 gyűrűből és a 15 alaprétegből álló kombináció ebben az esetben a 7 aktív zónát nem csak oldalirányból, hanem alulról is körbeveszi. A 15 alapréteg és a 7 aktív zóna közötti határfelületen a Hali-elemben ezen kívül 16 rejtett réteg (burried layer) van kialakítva, amely a 6 szubsztrátummal azonos (az adott esetben N) vezetési típusú anyagból van kialakítva, de idegen atomokkal erősen dópolt réteget alkot. A 6 szubsztrátum 17 csatlakozóval van ellátva, amely idegen atomokkal erősen dópolt anyagból a Hali-elem felületén a 6 szubsztrátumban van kialakítva és SUB szubsztrátumcsatlakozásra van vezetve. A 17 csatlakozó a 6 szubsztrátummal azonos (az adott esetben N) vezetési típusú anyagból van kialakítva. A 8. és 9. ábra ugyancsak módosított BiMOS- technológia szerint készült függőleges Hali-elem felülnézetét és 9-9 függőleges irányú kersztmetszetét mutatja. Ez a Hali-elem a 6. és 7. ábrán bemutatott Hali-elemhez hasonlóan épül fel, de azzal a fontos különbséggel, hogy a 8 gyűrűhöz tartozó 15 alapréteg nem csak elektromos rétegként van kialakítva, hanem alaplemezként mechanikailag hordozza a Hali-elemet, vagyis a 6 szubsztrátumot váltja fel, s ennek megfelelően a 2 és 3 csatlakozóelem mélységben meg van nyújtva, amíg a 16 rejtett réteggel kapcsolatba nem kerül. A 6 szubsztrátum ennek megfelelően hiányzik és a 17 csatlakozó sincs kialakítva. Azért, hogy a rajzot ne tegyük áttekinthetetlenné, a 8 gyűrűt a 7. ábrán bemutatott 8 gyűrűvel ellentétben a 9. ábrán téglalap keresztmetszettel mutatjuk be, ami a funkcióra semmiféle hatással nincs. A 8 gyűrűt ezen túlmenően idegen atomokkal erőteljesen dópolt anyaggal hozzuk létre. A 10. és 11. ábra módosított BiMOS-technológia szerint előállított bipoláris tranzisztor felülnézetét és 11-11 függőleges keresztmetszetét mutatja. A bipoláris tranzisztor a 6. és 7. ábrán látható Hali-elemhez hasonlóan 6 szubsztrátummal, 8 gyűrűvel, 15 alapréteggel, 16 rejtett réteggel és 17 csatlakozóval van kialakítva. Ez az elrendezés azonos. A bipoláris tranzisztorban azonban öt csatlakozóelem helyett B báziscsatlakozó, C kollektorcsatlakozó és E emittercsatlakozó van kialakítva. A B báziscsatlakozó 18 bázisedénybe van illesztve, amely a 6 szubsztrátummal ellentétes vezetési típusú anyagból van kialakítva, tehát az adott esetben P típusú anyagból. A C kollektorcsatlakozó és az E emittercsatlakozó 19 és 20 kontaktussal van kialakítva, mégpedig idegen atomokkal erősen dópolt anyagból. A 19 kontaktus a 6 szubsztrátum felületén, míg a 20 kontaktus a felületen, a 18 bázisedényben van kialakítva. Mind a 19, mind 20 kontaktus a 6 szubsztrátummal azonos, az adott esetben N vezetési típusú anyagból áll. A 8 gyűrű a 19 kontaktust és a 18 bázisedényt ugynúgy veszi körül, ahogy a 7. ábrán látható módon az 1, 2, 3, 4 és 5 csatlakozóelemeket. A P vezetési típusú anyagból készült 12 fedőrétegre itt nincs szükség. A 6. és 7. ábrát a 10. és 11. ábrával összehasonlítva kitűnik, hogy az előzőeknél bemutatott alkatrészek felépítése itt is lényegében ugyanolyan, ezért lehetővé válik egyetlen integrált áramkörben ugyanazzal a technológiával a két alkatrésztípust létrehozni, és ily módon a 17. ábrán bemutatott kapcsolást kialakítani. Az 1-9. ábrán bemutatott Hali-elemek Ci, C’2, C’2 áramvezető csatlakozóelemeit, Sí és S2 szenzoros csatlakozóelemeit, mint már említettük, a 16. ábra 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
