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EP0244577A1

Integrable Hall element.

Abstract

The Hall element consists of a substrate (6), a semiconductor layer (5), a surface layer (22), an insulation layer (19), contact diffusions (7 to 12), insulation rings (16; 17, 17; 18), all made of P -or consist of N-semiconductor material. The Hall element, which has two sensor connections (..., • p2) is divided into arrangements (2, 3) by at least one cut surface, which are alternately rotated upside down or not rotated in the semiconductor layer (5). Electrical connections (a2, b2, c2, d2) lie between at least two points of each upper and lower surface of the arrangements (2, 3) and one equipotential point of an adjacent arrangement, the points of the outer surfaces of the two outer arrangements (2, 3) each with a power connection (C1, C2) of the Hall element are connected by means of connections (a1; b1; c1; d1, 20 or a3; b3; c3; d3, 21). These connections and the contact diffusions (7 to 12) consist of N.+-Material. This structure of the Hall element allows very large Hall elements to be realized, which can be used, for example, in electricity meters to measure a magnetic field (H) generated by an electrical current.

EP0244577A1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 9

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6 claims: 1 independent, 5 dependent

  1. 1
    Integrierbares Hallelement mit zwei Stromanschlüssen (C 1 , C2) und zwei Sensoranschiüssen (S " S 2 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Hallelement durch mindestens eine Schnittfläche in mehrere Anordnungen (1, 2, 3, 4) aufgeteilt ist, wobei die Zentren der Anschlusskontakte der Sensoranschlüsse (S " S2) beide zusammen in einer gemeinsamen Schnittfläche liegen, dass die Anordnungen (1, 2, 3, 4) abwechselnd kopfstehend verdreht oder nicht verdreht parallelverschoben in einer gemeinsamen Halbleiterschicht (5) derartig angeordnet sind, dass die oberen Flächen der Anordnungen (1, 2, 3, 4) schliesslich alle in der gemeinsamen Oberflächenebene der Halbleiterschicht (5) liegen, und dass jeweils mindestens zwei von mehreren Punkten einer jeden oberen und einer jeden unteren Fläche einer jeden Anordnung (1, 2, 3, 4) mit je einem Aequipotentialpunkt der entgegengesetzt benannten Fläche einer benachbarten Anordnung beziehungsweise dass diese Punkte der äusseren Flächen der beiden äusseren Anordnungen (1, 4) jeweils untereinander und mit dem dieser Fläche jeweils zugeordneten Stromanschluss (C, bzw. C z ) elektrisch verbunden sind, wobei jeder der beiden äusseren Aequipotentialpunkte der mittleren Schnittfläche mit einem der beiden Sensoranschlüsse (S 1 , S 2 ) derart verbunden ist, dass er dessen elektrisches Potential besitzt.
  2. 2
    Integrierbares Hallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (5) eine auf einem Substrat (6) aufgewachsene Epitaxie-Schicht ist, dass die Verbindungen zwischen Aequipotentialpunkten und zu den Stromanschlüssen (C 1 ,C 2 ) teilweise aus vergrabenen Schichten bestehen, die in der Grenzschicht zwischen Substrat (6) und Halbleiterschicht (5) angeordnet sind, sowie teilweise als Metallisierung auf der Oberfläche der Halbleiterschicht (5) aufgetragen sind und je einen elektrischen Kontakt mit je einer Kontaktdiffusion (7 bis 15) haben, wobei die Kontaktdiffusionen (7 bis 15) an der Oberfläche in der Halbleiterschicht (5) gelegen sind, dass jede Anordnung (1 bis 4) seitlich von einem Isolationsring (16;17, 17;18) umgeben ist, dass das Substrat (6) sowie die Isolationsringe (16;17, 17;18) alle aus einem Halbleitermaterial eines gleichen Materialleitfähigkeitstyps (P) und die Halbleiterschicht (5), die vergrabenen Schichten und die Kontaktdiffusionen (7 bis 15) alle aus einem Halbleitermaterial vom andern Materialleitfähigkeitstyp . (N) bestehen, wobei die vergrabenen Schichten und die Kontaktdiffusionen (7 bis 15) alle stark mit Fremdatomen dotiert sind.
  3. 3
    lntegrierbares Hallelement nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet. dass falls die mit einem Stromanschluss (C. bzw.C,) zu verbindenden Punkte einer der beiden äusseren Anordnungen (2, 3) vergrabene Schichten (a1, b1, c1, d1, a3, b3, c3, d3) sind, diese je eine einzige gemeinsame vergrabene Schicht (a1;b1;c1;d1 bzw. a3;b3;c3;d3) pro Anordnung (2 bzw. 3) bilden, die durch je eine tiefe Diffusion (20 bzw. 21), die voll durch die Halbleiterschicht (5) hindurchgeht, mit der Oberfläche des Hallelementes und dort mit je einem Stromanschluss (C, bzw. C2) des Hallelementes verbunden sind, wobei die tiefen Diffusionen (20, 21) aus Material bestehen, das vom gleichen Materialleitfähigkeitstyp (N + ) ist wie die vergrabenen Schichten und das wie diese stark mit Fremdatomen dotiert ist.
  4. 4
    lntegrierbares Hallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anordnungen (2, 3) vorhanden sind, die um einen Winkel von annähernd 90° gegeneinander verdreht in der Halbleiterschicht (5) angeordnet sind, dass die Halbleiterschicht (5) eine auf einem Substrat (6) aufgewachsene Epitaxie-Schicht ist, dass die Verbindungen zwischen Aequipotentialpunkten und zu den Stromanschlüssen (C,, C2) als Metallisierung auf der Oberfläche der Halbleiterschicht (5) aufgetragen sind und je einen elektrischen Kontakt mit je einer Kontaktdiffusion (7 bis 12 und 25 bis 32) besitzen, wobei die Kontaktdiffusionen (7 bis 12 und 25 bis 32) an der Oberfläche in der Halbleiterschicht (5) gelegen sind, dass jede Anordnung (2, 3) seitlich von einem Isolationsring (23, 24) umgeben ist, dass das Substrat (6) sowie die Isolationsringe (23, 24) alle aus einem Halbleitermaterial eines gleichen Materialleitfähigkeitstyps (P) und die Halbleiterschicht (5) sowie die Kontaktd i ffusionen (7 bis 12 und 25 bis 32) alle aus einem Halbleitermaterial vom anderen Materialleitfähigkeitstyp (N) bestehen, wobei die Kontaktdiffusionen (7 bis 12 und 25 bis 32) alle stark mit Fremdatomen dotiert sind. und dass jede Anordnung (2 bzw. 3) zwei Kontaktdiffusionsreihen (25;26;27;28 und 7;8;9 bzw. 10;11;12 und 29;30;31;32) besitzt, wobei jeweils eine Kontaktdiffusion der einen Reihe einer Kontaktdiffusion der andern Reihe an der Oberfläche in der Halbleiterschicht (5) gegenüber liegt, und dass die Kontaktdiffusionen der beiden äusseren Reihen (25, 26, 27, 28 bzw. 29, 30, 31, 32) alle mit je einem Stromanschluss (C, bzw. C 2 ) des Hallelementes verbunden sind.
  5. 5
    Integrierbares Hallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (5) mit einer Oberflächenschicht (22) bedeckt ist, die aus einem Material (P) besteht, das vom andern Materialleitfähigkeitstyp ist als die Halbleiterschicht (5).
  6. 6
    Verwendung des integrierbaren Hallelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Elektrizitätszähler zur Messung eines von einem elektrischen Strom erzeugten Magnetfeldes ( H ).