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申请/专利权人：福州大学

摘要：本发明涉及一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述霍尔器件为完全对称的两个十字结构的深N阱；所述十字结构的深N阱的四个端和中心分别设置有重掺杂的N+区层，所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均设置有高掺杂的P+区层。本发明采用高压CMOS工艺制备，具备了较深的N阱，提高了器件的灵敏度，在时序的控制下，可分时对三个轴向上的磁感应强度进行侦测，相比于分立式的三维霍尔器件，大大减小了版图面积。

主权项：1.一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述霍尔器件为完全对称的两个十字结构的深N阱；所述十字结构的深N阱的四个端点和中心分别设置有重掺杂的N+区层，所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均设置有高掺杂的P+区层；所述十字结构为两个三孔垂直霍尔器件的叠加构成；所述三孔垂直霍尔器件为在深N阱上设置三个重掺杂的N+区层，N+区之间设置高掺杂的P+区；所述N+区层上设置有接触电极，作为偏置电极或霍尔电极。

全文数据：一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件及其方法技术领域本发明涉及一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件及其方法。背景技术目前，三维霍尔传感器由前端的霍尔器件完成磁电转换功能，结构主要为分立式，包括一组水平霍尔器件和两组垂直霍尔器件。水平霍尔器件主要为十字形结构，用于侦测垂直于芯片表面的磁场，在对称的两端施加偏置电压，将有电流穿过器件，存在磁场时，载流子受到洛伦茨力的影响产生偏移，在其余两端获得霍尔电压。垂直霍尔器件用于侦测平行于芯片表面的磁场，因此需要两组霍尔器件，分别对应于X轴和Y轴磁场的侦测，常用结构有四孔、五孔和六孔结构，结构包括一组偏置电极和一组霍尔电极，电极平行分布于结构表面，但在标准工艺下垂直霍尔器件的阱深浅，灵敏度较低；在这些设计中，存在结构不对称或电流路径不对称的缺点，具有较高的失调电压。此外，分立式的结构增大了霍尔器件在版图中的面积。发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，可分时对三个轴向上的磁感应强度进行侦测，相比于分立式的三维霍尔器件，大大减小了版图面积。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，所述霍尔器件为完全对称的两个十字结构的深N阱；所述十字结构的深N阱的四个端和中心分别设置有重掺杂的N+区层，所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均设置有高掺杂的P+区层。进一步的，所述霍尔器件基于硅基板。进一步的，所述十字结构为两个三孔垂直霍尔器件的叠加构成。进一步的，所述三孔垂直霍尔器件为在深N阱上设置三个重掺杂的N+区层，N+区之间设置高掺杂的P+区。进一步的，所述N+区层上设置有接触电极，作为偏置电极或霍尔电极。进一步的，所述接触电极采用铝材料。进一步的，根据权利要求1-6任一所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件的制作方法，包括以下步骤：步骤S1:基于硅基板，采用高压CMOS工艺制备两个十字结构深N阱；步骤S2：在十字结构的深N阱的四个端和中心分别制备重掺杂的N+区层；步骤S3:在所述重掺杂的N+区层上方制备对应的接触电极。步骤S4:所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均制备高掺杂的P+区层。进一步的，一种采用权利要求5或6所述应用于三维霍尔传感器的霍尔器件的测磁方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:双十结构从左到右N+区层对应的接触电机编号分别为contact1、contact2、...、contact6,接触电极contact1和contact6，contact3和contact4分别用导线连接;步骤S2:contact1和contact6作为偏置输入电极，contact3和contact4作为偏置输出电极，载流子在流经N阱内部时，由于磁场的存在，受到洛伦茨力的影响发生偏转，聚集于作为霍尔电极的contact2和contact5处，由于两个三孔结构完全对称，contact2和contact5处的电势应相同，侦测磁场时，二者之间出现的势差即为霍尔电压；步骤S3:contact3和contact4作为偏置输入电极，contact1和contact6作为偏置输出电极，载流子在流经N阱内部时，由于磁场的存在，受到洛伦茨力的影响发生偏转，聚集于作为霍尔电极的contact2和contact5处，由于两个三孔结构完全对称，contact2和contact5处的电势应相同，侦测磁场时，二者之间出现的势差即为霍尔电压。本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1、本发明结构基于两组双三孔垂直霍尔器件搭建，两组双三孔结构呈垂直角度设置，中心区域的接触电极和N+区重合，器件结构完全对称，具备了较低的初始失调2、本发明可良好的适用与旋转电流电路，在其四个相位下，电流流径对称，可较好的消除侦测过程中的失调电压。3、本发明采用高压CMOS工艺制备，具备了较深的N阱，提高了器件的灵敏度。4、本发明分时对三个轴向上的磁感应强度进行侦测，相比于分立式的三维霍尔器件，大大减小了版图面积。附图说明图1是本发明构俯视图。图2是本发明一实施例中作为垂直霍尔器件时的导线连接图。图3是本发明根据图2虚线的截面图。图4是本发明一实施例中phase1的电流流向图。图5是本发明一实施例中phase3的电流流向图。图6为本发明一实施例中作为垂直霍尔器件时的电流流向图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。请参照图1，本发明提供一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，所述霍尔器件为完全对称的两个十字结构的深N阱；所述十字结构的深N阱的四个端和中心分别设置有重掺杂的N+区层，所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均设置有高掺杂的P+区层。本发明一实施例中，所述霍尔器件基于硅基板。本发明一实施例中，所述十字结构为两个三孔垂直霍尔器件的叠加构成。本发明一实施例中，所述三孔垂直霍尔器件为在深N阱上设置三个重掺杂的N+区层，N+区之间设置高掺杂的P+区。本发明一实施例中，所述N+区层上设置有接触电极，作为偏置电极或霍尔电极。本发明一实施例中，所述接触电极采用铝材料。本发明一实施例中，根据权利要求1-6任一所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件的制作方法，包括以下步骤：步骤S1:基于硅基板，采用高压CMOS工艺制备两个十字结构深N阱；步骤S2：在十字结构的深N阱的四个端和中心分别制备重掺杂的N+区层；步骤S3:在所述重掺杂的N+区层上方制备对应的接触电极。步骤S4:所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均制备高掺杂的P+区层。本发明一实施例中，一种采用权利要求5或6所述应用于三维霍尔传感器的霍尔器件的测磁方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:参考图2，双十结构从左到右N+区层对应的接触电机编号分别为contact1、contact2、...、contact6,接触电极contact1和contact6，contact3和contact4分别用导线连接;1:contact1和contact6作为偏置输入电极，contact3和contact4作为偏置输出电极，流向如图4所示，载流子在流经N阱内部时，由于磁场的存在，受到洛伦茨力的影响发生偏转，聚集于作为霍尔电极的contact2和contact5处，由于两个三孔结构完全对称，contact2和contact5处的电势应相同，侦测磁场时，二者之间出现的势差即为霍尔电压；2:contact3和contact4作为偏置输入电极，contact1和contact6作为偏置输出电极，载流子在流经N阱内部时，由于磁场的存在，受到洛伦茨力的影响发生偏转，聚集于作为霍尔电极的contact2和contact5处，由于两个三孔结构完全对称，contact2和contact5处的电势应相同，侦测磁场时，二者之间出现的势差即为霍尔电压。3：contact2作为偏置输入电极，偏置电流由该处流入器件，contact5作为偏置输出电极，偏置电流由该处流出，流向如图5所示。contact1和contact6，contact3和contact4分别作为霍尔电极，由于霍尔电极到偏置电极的距离相等，理想情况下，无磁场时二者之间势差为0，存在磁场时，载流子受到洛伦茨力的影响，更多的聚集于其中一个霍尔电极，产生的势差即为该相位下的霍尔电压。实际情况中，输出的电压仍包含失调电压。4:contact5作为偏置输入电极，偏置电流由该处流入器件，contact2作为偏置输出电极，偏置电流由该处流出，测磁原理类同phase3。本实施例作为水平霍尔器件时，侦测垂直于器件表面的磁场，偏置施加方式如图6所示。两个位于十字形结构中心位置的接触电极悬空，垂直穿过器件的磁场给载流子施加了一个与流向垂直，与器件表面平行的洛伦茨力，N阱中作为多子的电子和少子空穴受到的力方向相反，分别向十字结构的其余两个端汇集，产生势差，即为霍尔电压。两个十字形结构构成正交匹配并且通过导线连接，两个结构的偏置电流流向相差90度，在同一磁场中，产生大小相等的霍尔电压；该连接方式使得器件输出的霍尔电压极性相同，但是失调电压大小相同，极性相反，可由加法器电路直接去除。十字结构中，越小的接触电极尺寸，接触电阻等影响越小，越接近于点接触，实际中在工艺限制下，尽可能减小接触电极尺寸，可提高器件灵敏度。本实施例中，在十字结构上制备了四个P+区，该区域平衡器件表面载流子的作用同样适用于器件作为水平霍尔传感器使用。由于本结构是两组三孔结构的组合，在工作时采用时分复用的方式使两组结构先后侦测磁场，在一组三孔结构进行磁场侦测时，为了防止另一组三孔结构的存在对载流子的流向进行干扰，本次设计中延长了P+区的长度，使其超出十字结构的范围，减小该现象的出现。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

权利要求：1.一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述霍尔器件为完全对称的两个十字结构的深N阱；所述十字结构的深N阱的四个端和中心分别设置有重掺杂的N+区层，所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均设置有高掺杂的P+区层。2.根据权利要求1所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述霍尔器件基于硅基板。3.根据权利要求1所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述十字结构为两个三孔垂直霍尔器件的叠加构成。4.根据权利要求3所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述三孔垂直霍尔器件为在深N阱上设置三个重掺杂的N+区层，N+区之间设置高掺杂的P+区。5.根据权利要求1所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述N+区层上设置有接触电极，作为偏置电极或霍尔电极。6.根据权利要求5所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述接触电极采用铝材料。7.根据权利要求1-6任一所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:基于硅基板，采用高压CMOS工艺制备两个十字结构深N阱；步骤S2：在十字结构的深N阱的四个端和中心分别制备重掺杂的N+区层；步骤S3:在所述重掺杂的N+区层上方制备对应的接触电极；步骤S4:所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均制备高掺杂的P+区层。8.一种采用权利要求5或6所述应用于三维霍尔传感器的霍尔器件的测磁方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:双十结构从左到右N+区层对应的接触电机编号分别为contact1、contact2、...、contact6,接触电极contact1和contact6，contact3和contact4分别用导线连接;步骤S2:contact1和contact6作为偏置输入电极，contact3和contact4作为偏置输出电极，载流子在流经N阱内部时，由于磁场的存在，受到洛伦茨力的影响发生偏转，聚集于作为霍尔电极的contact2和contact5处，由于两个三孔结构完全对称，contact2和contact5处的电势应相同，侦测磁场时，二者之间出现的势差即为霍尔电压；步骤S3:contact3和contact4作为偏置输入电极，contact1和contact6作为偏置输出电极，载流子在流经N阱内部时，由于磁场的存在，受到洛伦茨力的影响发生偏转，聚集于作为霍尔电极的contact2和contact5处，由于两个三孔结构完全对称，contact2和contact5处的电势应相同，侦测磁场时，二者之间出现的势差即为霍尔电压。

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