202680. lajstromszámú szabadalom • Berendezés integrált áramkörbe integrálható Hall-elemmel
1 HU 202680 B 2 A találmány tárgya berendezés integrált áramkörbe integrálható Hali-elemmel, amely két szenzoros csatlakozóelemmel és legalább két áramvezető csatlakozóelemmel van ellátva, amelyek a Hall- elem felületén vannak elrendezve. A találmány szerintivel azonos jellegű berendezéseket egyebek között elektromos teljesítményfogyasztást, elektromos áram erősségét mérő műszerekben alkalmaznak, amelyek alkalmasak ín elektromos áram mérésére, továbbá az Ínxun áram-feszültség szorzat képzésére, ahol Un az elektromos hálózat névleges feszültsége, míg ín a fogyasztó által felhasznált elektromos áram erőssége. Mivel az ín áramerősség az áram által keltett mágneses tér HN erősségével arányos, a Hali-elem közvetlenül az iN áramerősséget méri, amikor H*> erősségű mágneses tér hatásának van kitéve. A Hali-elem Vh kimenő feszültsége az ixHN szorzattal arányos, ahol i a Hali-elemet tápláló áram erőssége, ezért a Hali-elem az unXÍn 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 ín, 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” című, 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. Integrálható vízszintes elrendezésű Hali-elemet ismertet részletesen a 4 263 107 ljsz. US szabadalmi leírás. A vízszintes integrálható Hali-elem olyan Hallelem amely képes az integrált Hali-elem felületére merőleges irányítású mágneses tér (térkomponens) mérésére. A Hali-elemek stabilitására és különösen jellemzőik hosszú idejű stabilitására vonatkozóan mindeddig a tudomány és a technika csak keveset és inkább csak elvieket mondott ki. Ennek bizonyítékául szolgált 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 their use in a fully automated magnetic measuring system”. A találmány feladata olyan integrálható Hali-elem létrehozása, amely paramétereit hosszú ideig stabilan tartja és olyan technológiával állítható elő, amely alkalmas integrálható Hall- elemek és integrálható tranzisztorok egyidejű kialakítására. A találmány feladata továbbá a Hali-elem integrálható kialakítása mellett hőmérsékletstabilitását biztosítani és VH-f(B) karakterisztikáját konstans, adott értékű i tápáram mellett linearizálni. Itt Vh a Hali-elem kimenő feszültsége, míg B=jixHn a mérendő Hn mágneses tér indukciója. A kitűzött feladat megoldására integrált áramkörbe integrálható Hali-elemmel ellátott berendezést hoztunk létre, amely két szenzoros csatlakozó elemmel és legalább két áramvezető csatlakozóelemmel van ellátva, amelyek a Hali-elem felületén vannak elrendezve és a találmány szerint a Hali-elem aktív zónája és felülete között a Hali-elem aktív zónáját felülről borító záróréteg van kiképezve. Előnyösen a Hali-elem kimenete szabályozó kapcsoláson keresztül a Halielemnek a záróréteg vastagságát beállító vezérlő bemenetére van csatlakoztatva. A szabályozó kapcsolás előnyösen abszolút értéket képző elemként kialakított jelvevő átalakító elemet, referencia jeladót és ezek kimenetére csatlakoztatott differencia kapcsolást tartalmaz. A jelvevő átalakító elemben célszerűen komparátorként 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 kapucsatlakozáson keresztül elektromosan vezető kapurétegre adott elektromos feszültség elektrosztatikus hatása révén létrejött kiürítési zónával képzett záróréteggel van kialakítva, a kapuréteg oxidréteggel elválasztva a Hali-elem felületén a kiürítési zónával együtt az aktív zónát felülről lefedóen van elrendezve, továbbá a Hali-elem gyűrűcsatlakozóval ellátott, a Hali-elem aktív zónáját legalább oldálról körbefogó, a Hali-elem aktív zónájával ellentétes vezetési típusú anyagból kialakított gyűrűt tartalmaz, ahol a gyűrűcsatlakozó a Hali-elem vezérlő bemenetéként van kialakítva. Egy ugyancsak igen célszerű kialakítás szerint a záróréteg a Hali-elem aktív zónája és a Hali-elem felületén létrehozott fedőréteg közötti rétegként, a Hali-elem aktív zónájával ellentétes vezetési típusú anyagból van kialakítva és az aktív zóna felső fedőrétegét alkotja, továbbá a felületen levő fedőréteg a Hali-elem vezérlő bemenetét képező gyűrűcsatlakozóval elektromos kapcsolatban van. Ennél a kiviteli alaknál különösen előnyös, ha a szenzoros és áramvezető csatlakozóelemek mindegyike a Hali-elemben azonos irányban megnyúlt testként vannak kialkítva, a Hali-elem aktív zónáját legalább oldalról körbevevő, gyűrűcsatlakozóval ellátott, a Hali-elem aktív zónájával ellentétes vezetési típusú anyagból készült gyűrűt tartalmaz, amely a csatlakozóelemek hossztengelyére legalább közelítőleg merőleges közbenső átvezetésekkel a csatlakozóelemek hosszirányára merőlegesen legalább közelítőleg azonos szélességű, erre mercfleges irányban azonos egyenesekkel határolt gyűrűszakaszokra van felosztva, ahol két szomszédos gyűrűszakasz közös közbenső átvezetésre csatlakozik, továbbá a szenzoros és áramvezető csatlakozóelemek mindegyike a gyűrűszakaszokkal körbevett minden réteg áthidalására alkalmas hosszal van kialakítva. A két szélső csatlakozóelem gyűrű alakúra van kiképezve, mindegyikük egy-egy kapucsatlakozás kapcsolási területét oldalról körbevevően van kialakítva, ahol a kapucsatlakozások kapcsolási területei idegen atomokkal erősen dópoltak, továbbá a két szélső csatlakozóelem és a kapcsolási területek ellentétes vezetési 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
