Датчик Холла Советский патент 1981 года по МПК G01R33/07 

(54) ДАТЧИК ХОЛЛА

i

изобретение относится к измерительной технике, а точнее - к устройствам для измерения магнитных полей, основанным на использовании гальвано- j магнитных эффектов.

Известны устройства для измерения и преобразования магнитных полей в электрический сигнал с использовани- . ем гальваномагнитных эффектов - датчики Холла

Эти устройства обладают слабой механической прочностью из-за малой плсвдади контактов и по этой же причине в режиме работы без перегрева име- 15 ют малую мощность рассеивания, что ограничивает рабочий ток через преобразователь, а значит и его чувствительность к магнитному полю. И кроме того, эти устройства обладают чув- 20 ствительностью к температурным изменениям, что приводит к дополнительной погрешности измерений.

Известен также датчик Холла для 25 измерений магнитных полей 2.

Известный датчик Холла, содержащий элемент Холла, выполненный из полупроводниковой пластины, расположенной на диэлектрической подложке, 30

токовые и потенциальные электроды и компенсационное сопротивление, включенное параллельно в цепь потенциальных электродов или последовательно с ними. В первом случае это сопротивление имеет тот же температурный коэффициент, что и датчик Холла, во втором - оно имеет обратный, по сравнению с датчиком Холла, те1«шературный коэффициент. Подключение дополнительного сопротивления служит для температурной компенсации.

Недостатками известного устройства являются, во-первых, недостаточная точность, во-вторых, сложность подбора сопротивлений с одинаковыми температурными коэффициентами.Цель изобретения - повышение точности измерений.

С целью повышения точности в датчике Холла, содержащем диэлектрическую подложку, на которой расположен элемент Холла, выполненный из полупроводниковой пластины, токовые и потенциальные электроды, длина токовых электродов выполнена равной ширине полупроводниковой пластины, а

толщина полупроводниковой пластины определяется выражением:

-(ъ-сИо,)

,

0,52-1

где d - толщина пластины, мкм;

в - коэффициент, определяемый концентрацией носителей тока;

cL - температурный коэффициент выходного напряжения.

На чертеже представлено схематическое изображение датчика Холла,

Датчик Холла содержит диэлектрическую подложку 1, -на которой расположена полупроводниковая пластина. Из этой пластины сформирован элемен Холла 2, имеющий холловские выступы 3 и 4, на которые нанесены потенциальные электроды (на чертеже не показано) . Токовые электроды 5 и б нанесены как на рабочую область элемента Холла 2, так и на нерабочие участки 7-10 полупроводниковой пластины.

Работа датчика Холла происходит обычным обраэом. Токовые электроды 5 и б подключаются к источнику питания, а сигнал, пропорциональный величине магнитного поля, снимается с потенциальных электродов.

Для того, чтобы температурный коэффициент выходного напряжения был минимальным, толщина полупроводников вой пластины выбирается с учетом выражения :

ге-сь-о /ррз95Л

J,

d io

ОД1Т

где d - толщина полупроводниковой

пластины) в - коэффициент,определяемый

концентрацией носителей тока;

о - температурный коэффициент выходного напряжения. Например, для антимонида индия уже при концентрации носителей тока 710 см температурный коэффициент выходного напряжения переходит через нуль. Однако толщина элемента Холла 2 в этом случае будет неоправданно велика. Оптимальным для изготовления датчиков Холла представляется антимонид индия с концентрацией носителей тока 1 10® см Значение в для этой концентрации носителей тока будет равно 0,124. Подставив это значение в формулу, можно определить толщину элемента Холла для получения любого необходимого температурного коэффициента выходного напряжения датчика Холла.

Например, если требуется, чтобы этот коэффициент был равен нулю,то толщина элемента Холла 2 равна 52 мкм.

При задании формы элемента Холла f 2 полупроводниковое вещество вытравляется только по контуру элемента, так что канавки отделяют рабочую область элемента Холла 2 от нерабочих участков 7-10 полупроводниковой пластины. Токовые электроды 5, 6, наносят как на рабочие, так и на нерабочие участки полупроводниковой пластины, так что длина контактов равна ширине всей полупроводниковой пластины.

5 Таким образом, за счет большей площади контакта токовых электродов 5,6с полупроводниковой пластиной увеличивается механическая прочность датчика Холла и повышается мощность,

0 отводимая от поверхности элемента Холла 2 через большие по площади токовые электроды 5, 6, выполненные,например, из медной фольги. При этом, чем меньше размер элемента Холла 2,

с тем значительней указанный эффект.

Используя обнаруженную зависимость температурного коэффициента выходного напряжения от толщины полупроводниковой пластины для разных концентраций носителей тока, при изготовлении датчиков Холла можно заранее выбирать такую толщину пластины, которая при данной концентрации носителей тока обеспечит необходимое значение температурного коэффициента

5 выходного напряжения.

Формула изобретения

Датчик Холла, содержащий диэлектрическую подложку, на которой расположен элемент Холла,выполненный из полупроводниковой пластины, токовые и потенциальные электроды, о т л и чающи.йся тем, , с целью повышения точности, длина токовых

5 электродов выполнена равной ширине полу троводниковой пластины, а толщина полупроводниковой пластины определяется выражением:

г eg Cfe-ot/QPSQSr

где d - толщина пластины, мкм;

в - коэффициент,определяемый концентрацией носителей тока , 5 Ы - температурный коэффициент

выходного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.А. Кобус, Я. Тушинский. Датчик Холла и магниторезисторы, М., 1971,

0 с. 101-106.

2.Патент ФРГ № 1104603, кл. 21 е 26/01.

7 J

f