一种高灵敏度水平霍尔盘的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水平霍尔盘，尤其涉及一种基于SMIC0. 35B⑶工艺的高灵敏度水平霍 尔盘。
【背景技术】
[0002] 一直以来，霍尔传感器广泛应用于测量和控制等工程技术领域。它们的体积小，重 量轻，寿命长，功耗小，工况要求低等优点，并且由于霍尔传感器是利用电磁效应进行非接 触式测量，所以霍尔传感器能够在进行对被测物体无干扰的测量，这一特性使得霍尔传感 器能够应用于许多特殊场合。
[0003] 霍尔盘作为霍尔传感器的核心部件在研发设计过程中至关重要。霍尔盘的性能参 数包括灵敏度、温度稳定性和磁场强度感应范围等。其中，灵敏度是最为核心的性能参数目 标。霍尔盘可以由多种多样的结构和加工工艺实现，但这些结构的霍尔盘往往不是结构复 杂造价昂贵就是性能参数低，不能满足实际应用对高灵敏度水平霍尔盘的要求。
[0004] 水平霍尔盘的灵敏度的近似计算公式为：
【主权项】
1. 一种高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于包括 霍尔阱，用于在磁场和电场中通过霍尔效应产生电荷的载体； 电极，分别与霍尔阱连接，用于输入偏置电压，输出霍尔电压； 底层衬底，设于霍尔阱的底部，用于与十字霍尔阱产生反向偏置PN结，从而产生用于 隔离霍尔阱的耗尽区，避免漏电； 有源接地环，用于向霍尔盘提供相对电势零点； 内侧保护环和外侧保护环，由内至外依次包绕在霍尔阱的周侧，用于隔离霍尔阱，避免 漏电流，屏蔽外部干扰； 顶层金属层，设于霍尔阱的顶部，用于隔离霍尔阱，屏蔽外部干扰，降低霍尔盘工作时 产生的闪烁噪声。
2. 根据权利要求1所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，霍尔阱的上表面设有顶 层金属层，下表面由上至下依次为所述有源接地环和底层衬底，水平霍尔盘周围由内至外 依次连接所述内侧保护环和外侧保护环，在十字型霍尔阱的四条分支的末端上分别设置有 所述电极。
3. 根据权利要求1所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，所述霍尔阱呈正交的十 字型，长度为38~42微米，厚度为0. 9~1. 1微米，分支的长度为14~18微米，宽度为5~7微 米。
4. 根据权利要求3所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，所述十字型霍尔阱的材 料为磷离子掺杂的硅材料，磷离子掺杂表面密度为〇. 95e+12~l. 05e+12每平方厘米，能量 为 350~370KeV。
5. 根据权利要求3所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，所述顶层金属层呈正方 形边长为95~105微米，厚度为0. 8~1微米，且顶层金属层的材料为金属铜。
6. 根据权利要求3所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，所述电极的形状为矩形， 长为4. 5~5. 5微米，宽为0. 9~1. 1微米，且电极采用磷离子掺杂的硅材料，磷离子掺杂表面 密度在4 e+12~5 e+12每平方厘米，能量为350~370KeV。
7. 根据权利要求3所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，所述底层衬底呈正方形， 边长为50~52微米，厚度为8. 167~10. 167微米，且底层衬底采用硼离子掺杂的硅材料，硼离 子掺杂表面密度为5 e+12~7 e+12每平方厘米，能量为190~210KeV。
8. 根据权利要求3所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，所述有源接地环呈正 方形，边长为48微米，且有源接地环采用硼离子掺杂的硅材料，硼离子掺杂表面密度为7 e+12~9e+12每平方厘米，能量为190~210KeV。
9. 根据权利要求3所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，所述内侧保护环呈正方 形，边长为40. 4~44. 4微米，宽度为1~1. 4微米，且内侧保护环采用硼离子掺杂的硅材料，硼 离子掺杂表面密度为7 e+12~9e+12每平方厘米，能量为190~210KeV。
10. 根据权利要求3所述的高灵敏度水平霍尔盘，其特征在于，所述外侧保护环呈正方 形，边长为90~110微米，宽度为1~1. 4微米，且外侧保护环采用硼离子掺杂的硅材料，硼离 子掺杂表面密度为7 e+12~9e+12每平方厘米，能量为190~210KeV。
【专利摘要】本发明涉及一种高灵敏度水平霍尔盘，包括霍尔阱，用于在磁场和电场中通过霍尔效应产生电荷的载体；电极，分别与霍尔阱连接，用于输入偏置电压，输出霍尔电压；底层衬底，设于霍尔阱的底部，用于与十字霍尔阱产生反向偏置PN结，从而产生用于隔离霍尔阱的耗尽区，避免漏电；有源接地环，用于向霍尔盘提供相对电势零点；内侧和外侧保护环，包绕在霍尔阱的周侧，用于隔离霍尔阱，避免漏电流，屏蔽外部干扰；顶层金属层，设于霍尔阱的顶部，用于隔离霍尔阱，屏蔽外部干扰，降低霍尔盘工作时产生的闪烁噪声。有益效果为：不仅具有高灵敏度和低温度效应等特性，同时还具有体积小、结构简单、工艺兼容性好、加工成品率高等优势。
【IPC分类】G01D5-12
【公开号】CN104833377
【申请号】CN201510263525
【发明人】潘红兵, 朱振铎, 吕飞, 张祯彦, 李丽, 何书专, 李伟, 沙金
【申请人】南京大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月21日