EP1540748B1

Magnetic field sensor comprising a hall element

Abstract

A symmetrical vertical Hall element comprises a well of a first conductivity type that is embedded in a substrate of a second conductivity type and which is contacted by four contacts serving as current and voltage contacts. From the electrical point of view, such a Hall element with four contacts can be regarded as a resistance bridge formed by four resistors R1 to R4 of the Hall element. From the electrical point of view, the Hall element is then regarded as ideal when the four resistors R1 to R4 have the same value. The invention suggests a series of measures in order to electrically balance the resistance bridge. A first measure exists in providing at least one additional resistor. A second measure exists in locally increasing or reducing the electrical conductivity of the well. A third measure exists in providing two Hall elements that are electrically connected in parallel in such a way that their Hall voltages are equidirectional and their offset voltages are largely compensated.

EP1540748B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 3

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Term ended

Expired 10 September 2022, 4 years ago.

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7 claims: 4 independent, 3 dependent

  1. 1
    Magnetfeldsensor, mit einem Hallelement (1), das zwei innere und zwei äußere entlang einer Geraden (8) angeordnete Kontakte (4-7) aufweist, die an der Oberfläche einer Wanne (2) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in ein Substrat (3) eines zweiten Leitfähigkeitstyps eingebettet ist, angeordnet sind, wobei die beiden inneren Kontakte (5, 6) gleich breit sind und wobei die beiden äußeren Kontakte (4, 7) gleich breit sind, wobei ein erster der beiden äußeren Kontakte (4, 7) und ein erster der beiden inneren Kontakte (5, 6), die nicht benachbart sind, als Stromkontakte dienen, die mit einem Strom beaufschlagbar sind, und wobei der zweite der beiden äußeren Kontakte (4, 7) und der zweite der beiden inneren Kontakte (5, 6) als Spannungskontakte dienen, an denen eine Hallspannung abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Kontakte (4-7) des Hallelementes derart angeordnet sind, dass die drei Widerstände R 1 , R 2 und R 3 annähernd gleich groß sind, wobei R 1 den Widerstand zwischen dem ersten Kontakt (4) und dem zweiten Kontakt (5), R 2 den Widerstand zwischen dem zweiten Kontakt (5) und dem dritten Kontakt (6) und R 3 den Widerstand zwischen dem dritten Kontakt (6) und dem vierten Kontakt (7) bezeichnet, und dass die beiden äußeren Kontakte (4, 7) durch einen zusätzlichen Widerstand verbunden sind, der einen Widerstandswert R 5 aufweist, der so bemessen ist, dass annähernd R 1 = R 2 = R 3 = R 4 R 5 gilt, wobei R 4 den Widerstand zwischen dem ersten Kontakt (4) und dem vierten Kontakt (7) bezeichnet.
  2. 2
    Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Widerstand durch eine Wanne des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist.
  3. 3
    Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Widerstand in der Wanne (2) des Hallelementes (1) gebildet ist und einen Kontakt (12) aufweist, der neben einem der beiden äußeren Kontakte (4) des Hallelementes (1) auf der dem Rand der Wanne (2) zugewandten Seite angeordnet ist.
  4. 4
    Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Widerstand in der Wanne (2) des Hallelementes (1) gebildet ist und zwei Kontakte (12, 14) aufweist, die je neben einem der äußeren Kontakte (4, 7) des Hallelementes (1) auf der dem Rand der Wanne (2) zugewandten Seite angeordnet sind, wobei die zwei Kontakte (12, 14) des Widerstands über eine Leiterbahn (13) verbunden sind.
  5. 5
    Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine gegenüber der Wanne (2) elektrisch isolierte Elektrode (15;16, 17) zwischen zwei Kontakten (4-7) angeordnet ist.
  6. 6
    Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung der Wanne (2) im Gebiet zwischen den beiden inneren Kontakten (5, 6) verschieden ist von der Dotierung der Wanne (2) in den Gebieten zwischen einem inneren Kontakt (5, 6) und einem äußeren Kontakt (4, 7).
  7. 7
    Magnetfeldsensor, mit einem ersten Hallelement (1) und einem zweiten Hallelement (1'), die je zwei innere und zwei äußere entlang einer Geraden (8) angeordnete Kontakte (4-7;4'-7') aufweisen, wobei die beiden inneren Kontakte (5, 6;5', 6') gleich breit sind und wobei die beiden äußeren Kontakte (4, 7;4', 7') gleich breit sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (4-7) des ersten Hallelementes (1) an der Oberfläche einer ersten Wanne (2) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in ein Substrat (3) eines zweiten Leitfähigkeitstyps eingebettet ist, angeordnet sind, dass die beiden äußeren Kontakte (4, 7) des ersten Hallelementes (1) durch einen ersten Widerstand verbunden sind, dass die Kontakte (4'-7') des zweiten Hallelementes (1') an der Oberfläche einer zweiten Wanne (2) des ersten Leitfähigkeitstyps, die in das Substrat (3) eingebettet ist, angeordnet sind, dass die beiden äußeren Kontakte (4', 7') des zweiten Hallelementes (1) durch einen zweiten Widerstand verbunden sind, dass die Geraden (8) der beiden Hallelemente (1, 1') parallel verlaufen und dass die Kontakte (4-7;4'-7') der beiden Hallelemente (1, 1') über Leiterbahnen (13) derart verdrahtet sind, dass die Hallspannungen der beiden Hallelemente (1, 1') gleichsinnig sind.