Магниточувствительный прибор Советский патент 1993 года по МПК H01L29/82 

1

Изобретение относится к области полупроводниковых измерителей, точнее к измерителям индукции магнитных полей, и может быть использовано в измерительных системах с цифровой обработкой информации.

Целью изобретения является повышение термостабильности устройства и удобства эксплуатации.

На фиг.1 приведена топология чувствительного элемента и функциональная схема блока обработки магнито- чувствительн ого прибора; на фиг.2 дан разрез структур, чувствительного .элемента.

Магниточувствительный прибор содержит чувствительный элемент 1, включающий область (слой) 2 полупроводника п-типа, расположенного на области 3 подложки, инжекторную область (инжектор) А, первую эмиттерную контактную область 5, первый ряд

из 2N+1 базовых областей 6 с коллекторными областями 7f - вторую эмиттер ную контактную область 8, вторйй ряд из 2N-b1 базовых областей 9 с коллекторными областями 10, области 11оС повышенной скоростью поверхностной рекомбинации, а также источник 12 напряжения, сумматор 13, детектор 14 фильтр 15, измеритель ччастоты 16, резисторы 17,

Области 4,5, - сильнолегирован- рые .-и сформированы на всю глубину Ьлоя 2, Слой 2 является слаболегированным ( см ) с толщиной, рав рой 1-3 мкм,

: Области 8,9,10 эквивалентны по строению и симметрично относительно оси - центра инжектора 4 сортветст- йенно областям 5,6,7. Расстояние меж |ДУ областями 5, 6 и 8, 9, а также расстояние областей 7 и 10 соответственно от гранид областей 6 и 9 выбирается больше, чем сумма ширины пространственных зарядов (ОПЗ); соот ветственно переходов областей 2-5, . -6 и 2-8, 2-9, а также 9-2, 9-10 |н 6-2, 6-7 (6-7, например, означает РПЗ из ОбласФи 6 в область 7). Рас- ртояние между областями 6 и между Ьбластями 9 больше удвоенной ширины .ОПЗ переходов областей 2-6 и 2-9, Расстояние между областями 4 и 9, а также 4 и 6 меньше 3Lр и бйльше Lp, где L р- диффузионная длина дырок, Слой 2, области 6 и 7 и 9, 10 образуют 2 x(2N+1) n-p-n-транзисторов с общим эмиттером, причем 2X2N из них имеют по одному коллектору, 2Нч-1-е-структуры первого и второго рядов транзисторов имеют по два кол- пектора, выводы первых из которых являются выходами чувствительного элемента, а выводы вторых коллекторов соединены с базовыми выводами первых транзисторных структур в своем ряду, Вывод коллектора т-го транзистора подключен к выводу базы та+1-го транзистора, где ,2,.. . ,2N и в rfepsoM и во BTODOM рядах. Между областями 6 и 4, а также 9 и 6 сфор- .мированы области 11 с высокой ско- , ростью поверхностной рекомбинации (большей, чем на порядок, чем на границе областей 2-3),

Прибор (работает следующим образом.

Инжекционные транзисторы первого И второго рядов образуют соотретст

0

0

g

5

венно два кольцевых генератора, частота генерации которых зависит от тока инжектора соответственно к первому и второму рядам. Ввиду эквивалентности строения, гео 1етрии, взаимного расположения и расположения относительно инжектора данных генераторов их частота меняется синхронно при воздействии температуры и других факторов, например, на в еличину iju , Ввиду же противоположного направления токов инжектора к первому и второму генераторам носители при движении к одному ряду отклоняются к отражающей области 3,. к другому ряду - к поверхности с высокой скоростью рекомбинации области 11, При этом в Одном генераторе выходная частота Ёозрастает на и;, в другом убывает на , На выходе сумматора при этом образуется сигнал

U. sin(aJo+4WB + dUJn) f, sinCWp- . -da)g+4Wf,)t или

U 2Ensin(a tt+ SWp)--cos , где E П- напряжение питания;

t - температура.

Детектор и фильтр офсекают высокочастотную (и)(,+йУц ) составляющую сигнала (обычно /Wj, 10% аналогично чувствительности КНС-диода), Измеритель 16 измеряет частоту , т,«, частота на выходе фильтра 15 и показания измерителя не зависят от паразитного изменения Ли),

Таким образом, прибор обеспечивает высокую термостабильность, а также имеет большую стабильность вследствие более высокого значения коэффициента усиления инжекционньгх транзисторов кольцевого генератора и-более прост в эксплуатации, так как на выходе представлен сигнал с нулевой частотой в отсутствии магнитного поля.

Формула изобретения

1, Магниточувствительный прибор, включающий источник напряжения, из- мерИтёль частоты и чувствительный элемент, содержащий подложку и слой слаболегированного полупроводника п-типа, в котором сформированы на 5 всю глубину слоя сильнолегированные области инжектора р-типа и эмиттерно- го контакта п -типа с выводами и расположенный между ними пспвый ряд.

0

5

0

5

0

5 U из базовых областей р-типа с выводами, удаленных от области инжектора на расстояние, меньшее тр«х диффузионных длин дырок CL У и большее LP, имеюгаих концентрацию примесей, не менее, чем на порядок, превышающую концентрацию примесей в слое, а также расположенные внутри каждой из 2N базовой области по одной силь- нолегированной коллекторной п -облас ти с выводами и две коллекторные области с выводами внутри .. базовой области, вывод первой из которых соединен с первым выходом чувствительного элемента,,а вывод второй - с выводом первой базовой области, вывод коллекторной области, находящейся внутри т-й базовой сти, соединен с выводом m+1-й базо- вой области где ,2,,..,2N, а вывод эмиттерной контактной области подключен к общей шине, вывод области -инжектора соединен с положительным выводом источника напряжения, .отрицательный вывод которого подключен к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния термостабильности и удобства эксплуатации, в него дополнительно введены сумматор, детектор и фильтр низкой частоты, а чувствительный элемент дополнительно включает вторую эмиттерную контактную область с вьгоодом, соединенным с общей шиной второй,ряд из 2N+T базовых областей

106

с выводами - идентичный по геометрии базовым областям первого ряда, внутри каждой базовой области сформированы коллекторные области, идентичные коллекторным областям первого ряда, при этом второй ряд базовых областей и вторая область эт иттерного контакта расположены симметрично первому ряду и области змиттерного контакта соответственно относительно оси, проходящей через центр области инжектора и параллельной первому ряду, а вьтод первой коллекторной области внутри 2Н+1-й базовой области второго ряда соединен со вторым выходом чувствительного элемента, а его выходы соединены со входами сумматора, выход которого через детектор и фильтр низкой частоты подключен ко входу измерителя частоты.

2, Прибор по п.1, отличающий с я тем, что, с целью повьше- ния стабильности работы, подложка чувствительного элемента выполнена в виде n -слоя с малой скоростью рекомбинации на границе слой-подложка, а на поверхности слоя прдупровод- .ника между областью инжектора и перп вым и вторым рядами базовых областей сформированы области со скоростью поверхностной рекомбинации не менее, чем на порядок, превышающей значение скорости рекомбинации на границе елой-подложка,

Магниточувствительный прибор относится к области полупроводниковых измерителей и может быть использован в магнитоизмерительных системах с цифровой обработкой информации. Цель - повышение термостабильности, удобства эксплуатации. Цель достигается за счет введения в магниточувствительный прибор сумматора, детектора, фильтра низкой частоты и введения в чувствительный элемент второго ряда 2N+1 транзисторных структур с общим эмиттером, соединенных по схеме кольцевого генератора, а также второй эмиттерной контактной области симметричной, как и второй ряд из 2 N+1 транзисторных структур первой области, ряду относительно оси, проходящей через центр инжектора, как геометрически, так и по взаимному расположению. Дополнительная цель достигается за счет использования в качестве подложки кремния N⁺-типа, имеющего скорость рекомбинации на границе со слоем, минимальную, и введения дополнительной зоны с высокой скоростью рекомбинации между инжектором и транзисторными структурами. Кроме того, прибор содержит источник напряжения, измеритель частоты, а чувствительный элемент содержит инжектор, первые эмиттерную контактную область и ряд из 2N+1 транзисторных структур, содержащих базовые и коллекторные области с выводами, соединенных по схеме кольцевого генератора, на слое кремния на подложке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

фиг.2