202679. lajstromszámú szabadalom • Berendezés integrált áramkörbe integrálható Hall-elemmel
1 HU 202679 B 2 A találmány tárgya berendezés integrált áramkörbe integrálható Hali-elemmel, amely két szenzoros csatlakozóelemmel és legalább két áramvezető csatlakozóelemmel van kialakítva, amelynek legalább a fele a Hali-elem felületén van elrendezve, ahol a Hali-elem aktív zónáját legalább oldalról gyűrű veszi körül, amelynek a Hali-elem aktív zónájával, valamint csatlakozóelemeivel ellentétes vezetés típusú anyagból létrehozott gyűrűcsatlakozója van. A találmány szerintivel azonos jellegű berendezéseket egyebek között elektromos teljesítményfogyasztást, eleketromos áram erősségét mérő műszerekben alkamaznak, amelyek alkalmasak is elektromos áram mérésére, továbbá az ín x un áram-feszültség szorzat képzésére, ahol uN az elektromos hálózat névleges feszültsége, míg ín a fogyasztó által felhasznált elektromos áram erőssége. Mivel az is áramerősség az áram által keltett mágneses tér Hs erősségével arányos, a Hali-elem közvetlenül az is áramerősséget méri, amikor Hn erősségű mágneses tér hatásának van kitéve. A Hali-elem Vh kimenő feszültsége az i x Hs szorzattal arányos, ahol i a Hali-elemet tápláló áram erőssége, ezért a Hali-elem az un x ín feszültség-áram szorzatot képzi akkor is, ha a Hali-elemet tápláló áram i erősségét megfelelő eszközzel, például előtétellenállással az un hálózati feszültséggel arányossá tesszük. Ebben az esetben a Hali-elemnek a szinusz hullámnak mind a négy negyedében multiplikátorként kell üzemelnie, mivel mind un és is, mind pedig i és Hn szinuszos lefutású, vagyis pozitív és negatív értékeket egyaránt felvesznek. Integrálható függőleges Hali-elem ismerhető meg R.S. Popovic „The vertical Hall-effect device” az IEEE Electron Device Letters folyóirat EDL-5, 9. számának (1984. szeptember) 357 és 358. oldalán megjelent cikkében. A függőleges integrálható Hallelem képes a Hn mágneses terek mérésére, ha ezek az integrált Hali-elem felületével párhuzamosak. A Hali-elemek stabilitására és különösen jellemzőik hosszú idejű stabilitására vonatkozóan mindeddig a tudomány és a technika csak keveset és inkább elvieket mondott ki. Ennek bizonyítékául szolgáltat M.W. Poole-nak és R.P. Walkemek az IEEE Transactions on Magnetics című folyóirat MAG-17 sz. kötetében, az 5. szám (1981 szeptember) 2132. oldalán publikált közleménye, amelynek címe: „Hall-effect probes and theier use in a fully automated magnetics measuring system”. A találmány feladata olyan integrálható Hali-elem létrehozása, amely paraméterei hosszú ideig stabilan tartja és olyan technológiával állítható elő, amely integrálható Hali-elemek és integrálható tranzisztorok egyidejű kialakítása. A találmány feladata továbbá a Hali-elem integrálható kialakítása mellett hőmérsékletstabilitását biztosítani és VH-f(B) karakterisztikáját konstans, adott i értékű tápáram mellett linearizálni. Itt VH a Hali-elem kimeneti feszültsége, míg B - fi x HN a mérendő HN mágneses tré indukciója. A kitűzött feladat megoldására integrált áramkörbe integrálható Hali-elemmel elátott berendezést hoztunk létre, amely két szenzoros csatlakozóelemmel és legalább két áramvezető csatlakozóelemmel van kialakítva, amelynek legalább a fele a Hali-elem felületén van elrendezv, ahol a Hali-elem aktív zónáját legalább oldalról gyűrű veszi körül, amelynek a Hali-elem aktív zónájával, valamint csatlakozóelemeivel ellentétes vezetési típusú anyagból kialakított gyűrűcsatlakozója van, és a találmány szerint a gyűrű fedőlemezzel és alaplemezzel együtt bővített gyűrűt képez, ahol a bővített gyűrű a Hali-elem aktív zónáját minden oldalról körbeveszi, továbbá a csatlakozóelemek a Hali-elemben a fedőlemezen és az alaplemezen a Hali-elem aktív zónájával létrehozott elektromos csatlakozásig át vannak vezetve, valamint a gyűrű, a fedőlemez és az alaplemez egymással elektromos kapcsolatban vannak és ugyanolyan vezetési típusú anyagból vannak kialakítva. Előnyösen a Hali-elem kimenete szabályozó kapcsoláson keresztül a Hali-elemnek a záróréteg vastagságát beállító vezérlő bemenetére van csatlakoztatva. A szabályozó kapcsolás előnyösen abszolút értéket képző elemként kialakított jelvevő átalakító elemet, referencia jeladók és ezek kimenetére csatlakoztatott differencia kapcsolást tartalmaz. A jelvevő átalakító elemben célszerűen komparátorkét kiképzett vezérlő egység van, vagy a jelvevő átalakító elem egyenirányító eszköz. A referencia jeladó egy előnyös kialakítás szerint előtétellenállásból és térvezérléses tranzisztor forrásnyelő szakaszából álló soros kapcsolás. A differenciakapcsolásban legalább egy differenciaerősítő van, amely invertáló erősítőket fog össze. Célszerűen négy bemenete van, amelyek közül kettő a tényleges jeleket fogadja, míg kettő a szabályozást biztosító jelet ad. A találmány szerinti berendezés egy különösen előnyös kiviteli alakjában a szabályozó kapcsolás ugyanolyan bővített gyűrűvel ellátott tranzisztorokkal van kialakítva, mint a Hali-elem bővített gyűrűje. Célszerűen az azonos felépítésű bővített gyűrűk egy anyagdarabból vannak kiképezve és ennek megfelelően a fedőlemez, az alaplemez, valamint a gyűrű - ez célszerűen lehet például alumíniummal vagy más idegen atomokkal erősen dópolt - ugyanabból az alapanyagból van kialakítva. A találmány szerinti berendezés egy ugyancsak igen előnyös kiviteli alakjában a szenzoros és áramvezető csatlakozóelemek külső vezető révén velük azonosan felépülő csatlakozóelemekkel vannak elektromosan összekapcsolva, továbbá a gyűrű öt egymás mellett fekvő gyűrűszakaszokra felosztó közbenső átvezetésekkel van kialakítva, ahol egy közbenső átvezetés két szomszédos gyűrűszakaszt egyidejűleg határolóan van kialakítva, továbbá a gyűrűszakaszokhoz egy-egy aktív zóna és minden aktív zónához ellenkező kapcsolási értelmű szenzoros és áramvezető csatlakozóelemek azonos csoportja van rendelve, valamint a gyűrűszakaszok a megfelelő aktív zónákat oldalról körbefogják. Ugyancsak célszerű kialakítása a javasolt berendezésnek, ha a gyűrű szilícium-oxidból vagy poliszilíciumból áll, hordozóelem köré felvitt felületi rétegként van kiképezve, ahol az alaplemez szubsztrátum és a szubsztrátumon növesztett réteg között kiképzett rejtett rétegként van kialakítva. További előnyös kialakítási mód szerint a találmány szerinti berendezésben a gyűrű téglalap alakú, két átlósan egymással szemben elrendezett, legalább egy felületi réteggel kiképzett oldala van, ahol a felületi rétegek egy-egy, a Hali-elem létrehozására szolgáló szubsztrátum felső felületétől alsó felületéig áthatoló 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
