一种高灵敏度霍尔传感器及其制造方法技术

本发明专利技术属于霍尔传感器技术领域，涉及一种高灵敏度霍尔传感器及其制造方法，该霍尔传感器包括衬底、有源层、隔离层和四个电极层；有源层设置于衬底上，隔离层和四个电极层均设置于有源层上，且所有电极层分散设置于隔离层的外围；隔离层包括层叠设置的第一层和第二层，第一层设置于有源层和第二层之间；第一层掺杂有第一离子，第二层掺杂有第二离子，且第一离子的注入能量大于第二离子的注入能量，第一离子的注入剂量小于第二离子的注入剂量。该高灵敏度霍尔传感器及其制造方法提供的技术方案能够保证霍尔传感器的等效内阻不会增大，以提升该霍尔传感器的灵敏度。总之，该霍尔传感器具有结构简单、稳定性高、灵敏度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度霍尔传感器及其制造方法
本专利技术涉及霍尔传感器
，尤其涉及一种高灵敏度霍尔传感器及其制造方法。
技术介绍
磁场传感器是一种将磁场转成相应电信号的电子器件。霍尔效应物理本质是洛伦兹力影响了电流中载流子的运动方向。当偏置电流流过一个通有磁场的导体或半导体时，洛伦兹力使载流子的运动方向偏离偏置电流和磁场方向，于是载流子在另一方向上聚集，产生电势差，即和偏置电流和磁场大小成比例的霍尔电压。利用霍尔效应实现的磁场传感器就是霍尔传感器，得益于和微电子工艺的完美结合，低成本的霍尔传感器己经成为最广泛使用的磁场传感器，目前市场销售额达到数十亿美元。它通常作为无接触式传感器的关键部件用于线性位置、旋转角度、速度和电流等检测，己广泛应用在工业控制、消费电子、汽车工业等领域。霍尔传感器作为一种标准测量工具，需要具有优秀的稳定性及可靠性。然而，表面效应会导致霍尔传感器的灵敏性和不稳定性。探测区上会有数量不可控的电荷，这些电荷会吸引与探测区的有源层中极性相反的载流子，从而改变霍尔传感器的性能，这种现象叫做表面效应。为了减小表面效应，目前常用的主要有两种方法：第一种方法在探测区的有源层上加一层P型掺杂层，并将P型掺杂层接地；第二种方法在有源层上覆盖一层导体(多晶硅或金属)作为保护层，并将保护层接地。实际生产的霍尔传感器中两者通常结合使用。但是，由于常磁阻(OMR)效应的影响，霍尔传感器等效内阻均随着外加磁场的增加而呈非线性小幅度的增加，但探测区采用离子注入工艺制备P型掺杂层的霍尔传感器，受到注入工艺限制，P型掺杂层内注入离子不均匀，等效内阻总体上大于P型掺杂层内离子均匀分布(理想状态)的霍尔传感器，所以P型掺杂层内离子分布不均匀的问题影响了霍尔传感器的灵敏性和不稳定性。此外，多晶硅或金属保护层的稳定性较差，减小表面效应的效果较不明显，从而导致影响霍尔传感器的灵敏性和不稳定性。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于解决现有霍尔传感器的表面效应导致影响灵敏性及稳定性的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种高灵敏度霍尔传感器，采用了如下所述的技术方案：该高灵敏度霍尔传感器包括：衬底、有源层、隔离层和四个电极层；所述有源层设置于所述衬底上，所述隔离层和四个所述电极层均设置于所述有源层上，且所有所述电极层分散设置于所述隔离层的外围；所述隔离层包括层叠设置的第一层和第二层，所述第一层设置于所述有源层和所述第二层之间；所述第一层掺杂有第一离子，所述第二层掺杂有第二离子，且所述第一离子的注入能量大于所述第二离子的注入能量，所述第一离子的注入剂量小于所述第二离子的注入剂量。作为上述技术方案的进一步改进，所述高灵敏度霍尔传感器还包括保护层；所述保护层层叠设置于所述隔离层和四个所述电极层的顶端。作为上述技术方案的进一步改进，所述保护层包括聚酰亚胺材料层。作为上述技术方案的进一步改进，于所述电极层的位置，所述保护层开设有沿所述电极层长度方向设置的至少三个条形孔，三个所述条形孔并列设置，且每一所述条形孔连通对应的所述电极层。作为上述技术方案的进一步改进，所述第一层和所述第二层的掺杂类型均为P型掺杂。作为上述技术方案的进一步改进，所述衬底的掺杂类型为P型掺杂，所述有源层和所述电极层的掺杂类型为N型掺杂。作为上述技术方案的进一步改进，所述电极层的掺杂浓度大于所述有源层的掺杂浓度。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例还提供一种高灵敏度霍尔传感器的制造方法，采用了如下所述的技术方案：该高灵敏度霍尔传感器的制造方法用于制备上述的高灵敏度霍尔传感器，包括如下步骤：提供衬底，在所述衬底上生长外延材料以形成有源层，在所述有源层上形成四个电极层；于四个电极层之间的位置，在所述有源层上注入第一离子制得第一层；在所述第一层上注入第二离子制得第二层，得到霍尔片结构；其中，第一离子的注入的能量大于第二离子的注入能量，第一离子的注入剂量小于第二离子的注入剂量；在所述隔离层和四个所述电极层的顶端涂覆聚酰亚胺材料形成保护层，最终得到高灵敏度霍尔传感器。作为上述技术方案的进一步改进，在所述隔离层和四个所述电极层的顶端涂覆聚酰亚胺材料形成保护层的步骤之前，还包括如下步骤：使用清水对所述霍尔片结构的表面进行清洗；清洗完成后使用紫外光照射第二层；照射完成后使用酸溶液进行清洗。作为上述技术方案的进一步改进，所述酸溶液为质量分数10％的氢氟酸溶液。与现有技术相比，本专利技术实施例提供的高灵敏度霍尔传感器及其制造方法主要有以下有益效果：该高灵敏度霍尔传感器通过在有源层上设置隔离层，隔离层包括层叠设置的第一层和第二层，其中第一层的第一离子注入能量大于第二层的第二离子的注入能量，且第一离子的注入剂量小于第二离子的注入剂量；通过第一层和第二层的配合作用能够提升隔离层内离子分布的均匀性，进而保证高灵敏度霍尔传感器的等效内阻不会增大，以提升该高灵敏度霍尔传感器的灵敏度。总之，该高灵敏度霍尔传感器具有结构简单、稳定性高、灵敏度高的特点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1是本专利技术一个实施例中高灵敏度霍尔传感器的剖面结构示意图；图2是图1中高灵敏度霍尔传感器的部分结构的俯视示意图；图3是本专利技术另一个实施例中高灵敏度霍尔传感器的剖面结构示意图；图4是图3中高灵敏度霍尔传感器的部分结构的俯视示意图；图5是本专利技术一个实施例中高灵敏度霍尔传感器的制造方法的流程示意图。附图中的标号如下：100、高灵敏度霍尔传感器；1、衬底；1a、P型衬底；2、有源层；2a、N型有源层；3、电极层；3a、N型重掺杂电极层；4、隔离层；4a、P型隔离层；41、第一层；41、第一P型掺杂层；42、第二层；42a、第二P型掺杂层；5、保护层；5a、聚酰亚胺材料层；6、二氧化硅层。具体实施方式除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本专利技术
的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本专利技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度霍尔传感器，其特征在于，所述高灵敏度霍尔传感器包括：衬底、有源层、隔离层和四个电极层；/n所述有源层设置于所述衬底上，所述隔离层和四个所述电极层均设置于所述有源层上，且所有所述电极层分散设置于所述隔离层的外围；/n所述隔离层包括层叠设置的第一层和第二层，所述第一层设置于所述有源层和所述第二层之间；所述第一层掺杂有第一离子，所述第二层掺杂有第二离子，且所述第一离子的注入能量大于所述第二离子的注入能量，所述第一离子的注入剂量小于所述第二离子的注入剂量。/n

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度霍尔传感器，其特征在于，所述高灵敏度霍尔传感器包括：衬底、有源层、隔离层和四个电极层；
所述有源层设置于所述衬底上，所述隔离层和四个所述电极层均设置于所述有源层上，且所有所述电极层分散设置于所述隔离层的外围；
所述隔离层包括层叠设置的第一层和第二层，所述第一层设置于所述有源层和所述第二层之间；所述第一层掺杂有第一离子，所述第二层掺杂有第二离子，且所述第一离子的注入能量大于所述第二离子的注入能量，所述第一离子的注入剂量小于所述第二离子的注入剂量。


2.根据权利要求1所述的高灵敏度霍尔传感器，其特征在于，所述高灵敏度霍尔传感器还包括保护层；所述保护层层叠设置于所述隔离层和四个所述电极层的顶端。


3.根据权利要求2所述的高灵敏度霍尔传感器，其特征在于，所述保护层包括聚酰亚胺材料层。


4.根据权利要求2所述的高灵敏度霍尔传感器，其特征在于，于所述电极层的位置，所述保护层开设有沿所述电极层长度方向设置的至少三个条形孔，三个所述条形孔并列设置，且每一所述条形孔连通对应的所述电极层。


5.根据权利要求1至4任一项所述的高灵敏度霍尔传感器，其特征在于，所述第一层和所述第二层的掺杂类型均为P型掺杂。


6.根据权利要求5所述的高灵敏度霍尔传感器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾南雁，胡慧雄，李龙，赵成政，郑哲，
申请(专利权)人：东莞市金誉半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44