一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿装置的制作方法

本实用新型涉及一种温度补偿装置，特别提供一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿装置。

背景技术：

单片集成的霍尔元件通常采用常规的半导体工艺如Bipolar、CMOS或BiCMOS工艺实现，一般采用N型半导体材料如N型外延层或N阱构成，形状则采用正方形、十字架结构等对称图形。霍尔元件的电连接方面，一般的方法是将霍尔元件的对角两端分别接电源和地电平，构成恒电压的霍尔偏置方式，而另外对角输出霍尔感应电压1和霍尔感应电压2，两者的差值即为霍尔感应电压VH，如图1所示。霍尔元件在磁场B条件下的霍尔感应电压：

VH=µ*(W/L)*G*[V×B]………………………………………………（1）

其中：µ：载流子迁移率，W/L：霍尔元件的几何尺寸比例，G：形状因子，常数<1（与W/L有关），V：施加在霍尔元件的偏置电压，B：施加在霍尔元件的磁场强度。式（1）表达式中，仅载流子迁移率具有温度特性。在N型半导体材料掺杂10¹⁴~10¹⁷（cm²/VS）的杂质浓度范围内，载流子迁移率呈负温度特性，即随着温度的上升，载流子的迁移率下降。因此这种方法的弊端是随着霍尔元件工作环境温度的变化，霍尔感应电压VH随温度呈现负温度系数的变化，给实际的测量或应用带来较大误差。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供了一种能提高霍尔元件感应电压精度的恒电压偏置的霍尔元件温度补偿装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿装置，包括霍尔元件、电阻阵列1和电阻阵列2；所述霍尔元件的一对角两端分别串接电阻阵列1至电源和电阻阵列2至地；另外一对角两端分别输出霍尔感应电压1和霍尔感应电压2。

进一步，可以根据霍尔元件的实际使用方案，来设定不同温度系数补偿。

本实用新型的有益效果是：（1）采用半导体工艺中不同类型的电阻具有不同的温度系数的特点，对霍尔元件的负温度特性进行补偿。（2）可根据霍尔元件的实际使用方案，来设定不同温度系数补偿。

附图说明

图1为传统的恒电压偏置霍尔元件示意图；图2为本实用新型恒电压偏置的霍尔元件温度补偿装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式。

一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿装置，包括霍尔元件、电阻阵列1和电阻阵列2；所述霍尔元件的一对角两端分别串接电阻阵列1至电源和电阻阵列2至地；另外一对角两端分别输出霍尔感应电压1和霍尔感应电压2。

本实用新型采用半导体工艺中不同类型的电阻具有不同的温度系数的特点，对霍尔元件的负温度特性进行补偿，提高霍尔元件感应电压的精度。如图2所示；根据半导体物理学方块电阻的定义，霍尔元件的方块电阻：

Rs=1/（n*q*d*µ）………………………………………………（2）

其中：n：霍尔元件的载流子浓度，q：电荷常量，d：霍尔元件的厚度，µ：载流子迁移率。因此迁移率：

µ=1/（n*q*d*Rs）………………………………………………（3）

式子（1）霍尔感应电压可以用电流方式表达：

VH = µ*(W/L)*G*[V×B]

= 1/（n*q*d*Rs）*(W/L)*G*[V×B]

G/(n*q*d)*[I×B]…………………………………………（4）

该式子（4）中，霍尔元件的电流I可表示为I=VDD/(RH+RU+RD)；RH为霍尔元件的对角等效电阻，RU为电阻阵列1的等效电阻，RD为电阻阵列2的等效电阻，将式子（4）重新表达为：

VHG/(n*q*d)*{[VDD/(RH+RU+RD)]×B}………………………（5）

该式子（5）中，参数形状因子G、载流子浓度n、电荷常量q、厚度d、电源电压VDD均与温度无关，若RH+RU+RD的电阻组合与温度无关，则霍尔元件的电流I与温度无关，进而霍尔感应电压VH与温度无关，实现了恒电压偏置霍尔元件的温度补偿。

RH为霍尔元件的等效电阻，其电阻类型为N阱电阻，具有正温度特性，一阶温度系数设为A*e-4，电阻阵列1和电阻阵列2可采用负温度特性的多晶高阻、正温度特性的多晶低阻和其他正温度特性的注入电阻组合来构造。其阻值RU和RD相等，使得霍尔感应电压的直流电平为电源电压的一半，即VDD/2，整体温度系数呈负温度特性，其一阶温度系数设为-B*e-4。则整体电阻的阻值随温度变化的表达式为：

RH+RU+RD = RH*（1+A*e-4*△T）+（RU+RD）*（1-B*e-4*△T）

= （RH+RU+RD）+[RH*A*e-4*△T-（RU+RD）*B*e-4*△T] ………………………（6）

其中△T为霍尔元件工作环境的温度变化。根据实际的工艺参数，选择合适的（RU+RD）的阻值和温度系数B，使得RH*A*e-4*△T-（RU+RD）*B*e-4*△T项为0，则实现了恒电压偏置霍尔元件的温度补偿。

本实用新型也可以根据霍尔元件的实际使用方案，来设定不同温度系数补偿。如用于螺线管或其它电磁铁设备产生恒定磁场应用，可以设置0温度系数的补偿；若使用环境为永磁材料，如铁氧体磁铁，其温度系数约为-0.2%/℃，则设置为+0.2%/℃的温度系数进行补偿，从而实现高精度的测量和应用。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。