ИНТЕГРАЛЬНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ МАГНИТОТРАНЗИСТОР Российский патент 2003 года по МПК G01R33/24 H01L29/82 

Изобретение относится к области измерительной техники и интегральной электроники, а более конкретно к интегральным измерительным элементам направления и величины магнитных полей и магнитных потоков.

Известен интегральный элемент Холла [Г.П. Балтес, Р.С. Попович. Интегральные полупроводниковые датчики магнитного поля, ТИИЭР, т.74, 8, 1986, стр. 67, рис. 4], содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости, эпитаксиальный полупроводниковый слой второго типа проводимости с расположенными в нем двумя полупроводниковыми областями токовых контактов второго типа проводимости, двумя полупроводниковыми областями холловских контактов второго типа проводимости и изолирующими полупроводниковыми областями первого типа проводимости, металлическую шину питания, соединенную с полупроводниковой областью токового контакта второго типа проводимости, металлическую шину нулевого потенциала, соединенную с полупроводниковой областью токового контакта второго типа проводимости, две металлические выходные шины, соединенные с полупроводниковыми областями холловских контактов второго типа проводимости.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является невозможность измерения величины индукции магнитного поля, направленного параллельно плоскости полупроводниковой подложки как параллельно, так и перпендикулярно структуре интегрального элемента Холла из-за конструктивных недостатков структуры интегрального элемента Холла.

Функциональным аналогом заявленного объекта является интегральный магнитотранзистор с двумя стоками [Г.П.Балтес, Р.С. Попович. Интегральные полупроводниковые датчики магнитного поля, ТИИЭР, т. 74, 8, 1986, стр.73, рис.10] , содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости с расположенными в ней полупроводниковой областью истока второго типа проводимости и двумя полупроводниковыми областями стоков второго типа проводимости, подзатворный окисел, металлическую шину нулевого потенциала, соединенную с полупроводниковой областью истока второго типа проводимости, металлическую входную шину, являющуюся затвором интегрального магнитотранзистора, две металлические выходные шины, соединенные с двумя полупроводниковыми областями стоков второго типа проводимости.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является невозможность измерения величины индукции магнитного поля, направленного параллельно плоскости полупроводниковой подложки как параллельно, так и перпендикулярно структуре интегрального магнитотранзистора с двумя стоками из-за конструктивных недостатков структуры интегрального магнитотранзистора с двумя стоками.

Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является интегральный биполярный магнитотранзистор [Г.П. Балтес, Р.С. Попович. Интегральные полупроводниковые датчики магнитного поля, ТИИЭР, т. 74, 8, 1986, стр.75, рис.13], содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости с расположенными в ней двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости, слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости, полупроводниковую область базы первого типа проводимости, полупроводниковую область эмиттера второго типа проводимости, металлическую шину нулевого потенциала, соединенную с полупроводниковой областью эмиттера второго типа проводимости, и полупроводниковой подложкой первого типа проводимости, две металлические входные шины, соединенные с полупроводниковой областью базы первого типа проводимости, две металлические выходные шины, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости.

Причиной, препятствующей достижению прототипом требуемого технического результата, является невозможность измерения величины индукции магнитного поля, направленного параллельно плоскости полупроводниковой подложки, параллельно структуре интегрального биполярного магнитотранзистора, и перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки из-за конструктивных недостатков структуры интегрального биполярного магнитотранзистора.

Задача предлагаемого изобретения - повышение функциональных возможностей измерения индукции магнитного поля, а именно измерения индукции магнитного поля, направленного параллельно плоскости полупроводниковой подложки как параллельно, так и перпендикулярно к структуре интегрального биполярного магнитотранзистора, и перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в повышении функциональных возможностей, а именно измерения индукции магнитного поля, направленного как параллельно, так и перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки.

Технический результат достигается за счет введения двух скрытых полупроводниковых областей двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, расположенных параллельно двум скрытым полупроводниковым областям двух коллекторов второго типа проводимости в полупроводниковой подложке первого типа проводимости под слаболегированной полупроводниковой областью коллектора второго типа проводимости, и двух дополнительных металлических выходных шин, соединенных с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, расположенных параллельно двум металлическим выходным шинам, соединенных с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости.

Для достижения необходимого технического результата в интегральный биполярный магнитотранзистор, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости с расположенными в ней двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости, слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости, полупроводниковую область базы первого типа проводимости, полупроводниковую область эмиттера второго типа проводимости, металлическую шину нулевого потенциала, соединенную с полупроводниковой областью эмиттера второго типа проводимости, и полупроводниковой подложкой первого типа проводимости, две металлические входные шины, соединенные с полупроводниковой областью базы первого типа проводимости, две металлические выходные шины, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости, введены две скрытые полупроводниковые области двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, расположенные параллельно двум скрытым полупроводниковым областям двух коллекторов второго типа проводимости в полупроводниковой подложке первого типа проводимости под слаболегированной полупроводниковой областью коллектора второго типа проводимости, и две дополнительные металлические выходные шины, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, расположенные параллельно двум металлическим выходным шинам, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости.

На фиг. 1 приведена топология предлагаемого интегрального биполярного магнитотранзистора, на которой показаны сечения. На фиг.2 приведена структура интегрального биполярного магнитотранзистора. Он содержит полупроводниковую подложку первого типа проводимости 1 с расположенными в ней четырьмя скрытыми полупроводниковыми областями четырех коллекторов второго типа проводимости 2, 3, 4, 5, слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости 6, полупроводниковую область базы первого типа проводимости 7, полупроводниковую область эмиттера второго типа проводимости 8, металлическую шину нулевого потенциала 9, соединенную с полупроводниковой областью эмиттера второго типа проводимости 8, две металлические входные шины 10, 11, соединенные с полупроводниковой областью базы первого типа проводимости 7, четыре металлические выходные шины 12, 13, 14, 15, соединенные с четырьмя скрытыми полупроводниковыми областями четырех коллекторов второго типа проводимости 2, 3, 4, 5.

Работает устройство следующим образом.

При подаче положительного напряжения на две металлические входные шины 10, 11, соединенные с полупроводниковой областью базы первого типа проводимости 7 относительно металлической шины нулевого потенциала 9, соединенной с полупроводниковой областью эмиттера второго типа проводимости 8, подвижные носители заряда, инжектированные из полупроводниковой области эмиттера второго типа проводимости 8, проходят полупроводниковую область базы первого типа проводимости 7, в которой часть подвижных носителей рекомбинирует, а остальные подвижные носители захватываются полем пространственного заряда р-n-перехода между полупроводниковой областью базы первого типа проводимости 7 и слаболегированной полупроводниковой областью коллектора второго типа проводимости 6, и составляют токи коллекторов.

При воздействии магнитного поля с вектором магнитной индукции, направленным параллельно плоскости полупроводниковой подложки, перпендикулярно к структуре интегрального измерительного элемента (вдоль оси ОХ), часть подвижных носителей заряда, инжектированных из полупроводниковой области эмиттера второго типа проводимости 8 в слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости 6, под действием силы Лоренца отклоняется в сторону одной из двух скрытых полупроводниковых областей двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 5 и 3, 4, увеличивая ток одной из двух выходных металлических шин пар 12, 15 и 13, 14, соединенных с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 5 и 3, 4. Разница токов между двумя металлическими выходными шинами пар 12, 15 и 13, 14, соединенными с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 5 и 3, 4, характеризует величину приложенного магнитного поля.

При воздействии магнитного поля с вектором магнитной индукции, направленным параллельно плоскости полупроводниковой подложки, параллельно структуре интегрального измерительного элемента (вдоль оси ОY), часть подвижных носителей заряда, инжектированных из полупроводниковой области эмиттера второго типа проводимости 8 в слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости 6, под действием силы Лоренца отклоняется в сторону одной из двух скрытых полупроводниковых областей двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5, увеличивая ток одной из двух выходных металлических шин пар 12, 13 и 14, 15, соединенных с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5. Разница токов между двумя металлическими выходными шинами пар 12, 13 и 14, 15, соединенными с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5, характеризует величину приложенного магнитного поля.

При воздействии магнитного поля с вектором магнитной индукции, направленным перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки (вдоль оси OZ), часть подвижных носителей заряда, инжектированных из полупроводниковой области эмиттера второго типа проводимости 8 в слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости 6, под действием силы Лоренца отклоняется в сторону одной из двух скрытых полупроводниковых областей двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5, увеличивая ток одной из двух выходных металлических шин пар 12, 13 и 14, 15, соединенных с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5. Разница токов между металлическими выходными шинами пар 12, 13 и 14, 15, соединенными с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5, характеризует величину приложенного магнитного поля.

При воздействии магнитного поля с вектором магнитной индукции, направленного под углом к плоскости полупроводниковой подложки первого типа проводимости 1, часть подвижных носителей заряда, инжектированных из полупроводниковой области эмиттера второго типа проводимости 8 в слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости 6, под действием силы Лоренца отклоняется в сторону одного из двух скрытых полупроводниковых областей двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5, и 2, 5 и 3, 4, увеличивая ток одной из двух выходных металлических шин пар 12, 13 и 14, 15, и 12, 15 и 13, 14, соединенных с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5, и 2, 5 и 3, 4. Разница токов между металлическими выходными шинами пар 12, 13 и 14, 15, и 12, 15 и 13, 14, соединенными со скрытыми полупроводниковыми областями коллекторов второго типа проводимости пар 2, 3 и 4, 5, и 2, 5 и 3, 4, характеризует величину приложенного магнитного поля, а разница токов между металлическими выходными шинами 12, 13 и 14, 15, и 12, 15 и 13, 14, соединенных со скрытыми полупроводниковыми областями коллекторов второго типа проводимости 2, 3 и 4, 5, и 2, 5 и 3, 4, характеризует угол к плоскости полупроводниковой подложки первого типа проводимости 1, под которым направлен вектор магнитной индукции приложенного магнитного поля.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой четырехколлекторный интегральный биполярный магнитотранзистор.

Введение двух скрытых полупроводниковых областей двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости и двух дополнительных металлических выходных шин, соединенных с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, позволяет повысить функциональные возможности интегрального биполярного магнитотранзистора, а именно определить направление вектора и величину индукции магнитного поля, направленного как параллельно, так и перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки, что позволяет использовать предлагаемое изобретение не только в качестве интегрального измерительного элемента индукции магнитного поля, но и в качестве интегрального элемента определения положения, с помощью определения направления вектора индукции магнитного поля.

Изобретение относится к области измерительной техники и интегральной электроники, а более конкретно к интегральным измерительным элементам направления и величины магнитных полей и магнитных потоков. Интегральный биполярный магнитотранзистор содержит полупроводниковую подложку первого типа проводимости с расположенными в ней четырьмя скрытыми полупроводниковыми областями четырех коллекторов второго типа проводимости, слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости, полупроводниковую область базы первого типа проводимости, полупроводниковую область эмиттера второго типа проводимости, металлическую шину нулевого потенциала, соединенную с полупроводниковой областью эмиттера, две металлические входные шины, соединенные с полупроводниковой областью базы, четыре металлические выходные шины, соединенные с четырьмя скрытыми полупроводниковыми областями четырех коллекторов. Техническим результатом является повышение функциональных возможностей интегрального биполярного магнитотранзистора. 2 ил.

Интегральный биполярный магнитотранзистор, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости с расположенными в ней двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости, слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости, полупроводниковую область базы первого типа проводимости, полупроводниковую область эмиттера второго типа проводимости, металлическую шину нулевого потенциала, соединенную с полупроводниковой областью эмиттера второго типа проводимости, и полупроводниковой подложкой первого типа проводимости, две металлические входные шины, соединенные с полупроводниковой областью базы первого типа проводимости, две металлические выходные шины, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости, отличающийся тем, что в него введены две скрытые полупроводниковые области двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, расположенные параллельно двум скрытым полупроводниковым областям двух коллекторов второго типа проводимости в полупроводниковой подложке первого типа проводимости под слаболегированной полупроводниковой областью коллектора второго типа проводимости, и две дополнительные металлические выходные шины, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, расположенные параллельно двум металлическим выходным шинам, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости.