一种精确度为0.3制造技术

本发明专利技术公开了一种精确度为0.3

【技术实现步骤摘要】
一种精确度为0.3
°
的三轴霍尔角度传感器


[0001]本专利技术涉及微电子学与固体电子学领域，特别涉及一种三轴霍尔角度传感器的设计方法。

技术介绍

[0002]单轴霍尔传感器是最为悠久的霍尔传感器，单轴霍尔传感器只能测量一个特定方向的磁场，这使得单轴霍尔传感器使用范围十分受限。近年来，随着一些新技术的专利技术，使得能测量多个磁场方向的霍尔传感器开始被研究。对于实现三轴霍尔传感器，常采用的方案有三种：
[0003]方案一：使用三个相同的水平霍尔器件放置在X，Y，Z平面来实现对三维磁场的测量。
[0004]方案二：使用水平霍尔器件和两个垂直霍尔器件相结合的多器件方案，水平霍尔器件用于测量垂直于芯片表面的磁场，垂直霍尔器件用于测量与芯片表面平行的磁场。
[0005]方案三：由磁集中器薄盘和四个相同的水平霍尔器件组成，磁集中器技术可以将水平方向的磁场转换为垂直方向的磁场，这样就可以使用水平霍尔器件测量被转换的水平磁场。
[0006]这三种方案各有优缺点。方案一水平获取器件具有较高的灵敏度，能够很好的感测各个方向的磁场。但要求三个器件分别沿其所需测量的坐标轴进行对齐，同时还需保持三个相互独立工作的霍尔器件有着较为紧密的物理距离，这种三轴传感器的制造方式较为困难且成本较高。方案二，水平霍尔器件和垂直霍尔器件都可以采用标准的CMOS工艺而不需要额外增加其他工艺就能实现，这有效的降低生产成本。但用于测量水平方向磁场的垂直霍尔结构表现出较低的灵敏度和较高的偏移，因此需要单独的信号调节电路进行补偿。方案三，磁集中器技术使得X，Y，Z三轴外界磁场的测量可完全依靠放置于同一平面的水平型霍尔传感器来实现。磁集中器通常需要使用特殊的工艺和材料进行生产制造，同时对磁集中器和水平霍尔器件的摆放有较高的要求。
[0007]申请号为2022101609219的专利公开了一种三轴霍尔角度传感器，该专利技术专利采用四个垂直霍尔器件测量水平方向的磁场，测量同一水平方向磁场时使用两个互补的垂直型结构消除误差。该三轴霍尔角度传感器面积仅为142
×
142μm2，实现了测量磁场方向与xy平面夹角误差小于0.2
°
，磁场方向在xy平面投影与x轴夹角误差小于0.05
°
的性能。但是该专利技术因为没有考虑在霍尔器件工作时由PN结反偏带来的N阱厚度变化，并且在传输方程中忽略了其余方向的磁场对所得霍尔电压影响，得到的结果并不完全准确。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述三轴霍尔传感器存在的问题进行了改进，提出了一种新型的三轴霍尔传感器结构和方法。
[0009]本专利技术技术方案为一种精确度为0.3
°
的三轴霍尔角度传感器，该传感器包括设置
在一个平面上的：4个水平霍尔器和8个垂直霍尔器，8个垂直霍尔器分为两组，X方向组和Y方向组，X方向组包括：X1、X2、X3、X4，共4个垂直霍尔器件，Y方向组包括：Y1、Y2、Y3、Y4，共4个垂直霍尔器件；每个垂直霍尔器件中包括4个三接触霍尔，这4个三接触霍尔中间串联首尾相连；4个水平霍尔器为2X2的阵列排布，包括：Z1、Z2、Z3、Z4；X方向组中X1、X2位于4个水平霍尔器的左侧，X2位于X1和4个水平霍尔器之间，X3、X4位于4个水平霍尔器的右侧，X3位于X4和4个水平霍尔器之间；
[0010]X1中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
X1
、B
X1
、C
X1
、D
X1
，X2中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
X2
、B
X2
、C
X2
、D
X2
，X3中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
X3
、B
X3
、C
X3
、D
X3
，X4中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
X4
、B
X4
、C
X4
、D
X4
；在测量X方向磁场时，对于第一个垂直霍尔器件X1，在B
X1
与D
X1
接触极之间施加电流偏置，测量A
X1
与C
X1
接触极之间的霍尔电压V
HallX1
；测量X方向的磁场第二个垂直霍尔器件X2，在D
X2
与B
X2
之间施加电流偏置，同时测量A
X2
与C
X2
之间产生的霍尔电压V
HallX2
；对于第三个垂直霍尔器件X3，在C
X3
与A
X3
接触极之间施加电流偏置，测量B
X3
与D
X3
接触极之间的霍尔电压V
HallX3
；对于第四个垂直霍尔器件X4，在A
X4
与C
X4
接触极之间施加电流偏置，测量D
X4
与B
X4
接触极之间的霍尔电压V
HallX4
；
[0011]Y方向中Y1、Y2位于4个水平霍尔器的上侧，Y2位于Y1和4个水平霍尔器之间，Y3、Y4位于4个水平霍尔器的下侧，Y3位于Y4和4个水平霍尔器之间；Y1中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
Y1
、B
Y1
、C
Y1
、D
Y1
，Y2中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
Y2
、B
Y2
、C
Y2
、D
Y2
，Y3中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
Y3
、B
Y3
、C
Y3
、D
Y3
，Y4中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
Y4
、B
Y4
、C
Y4
、D
Y4
；在测量Y方向磁场时，第一个垂直霍尔器件Y1在D
Y1
与B
Y1
之间施加偏置电流，测量C
Y1
与A
X1
接触极之间的霍尔电压V
HallY1
；第二个垂直霍尔器件Y2需要在B
Y2
与D
Y2
之间施加偏置电流，测量A
Y2
与C
Y2
感应霍尔电压V
HallY2
；第三个垂直霍尔器件Y3在A
Y3
与C
Y3
之间施加偏置电流，测量D
Y3
与B
X3
接触极之间的霍尔电压V
HallY3
；第四个垂直霍尔器件Y4在B
Y4
与D
Y4
之间施加偏置电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精确度为0.3
°
的三轴霍尔角度传感器，该传感器包括设置在一个平面上的：4个水平霍尔器和8个垂直霍尔器，8个垂直霍尔器分为两组，X方向组和Y方向组，X方向组包括：X1、X2、X3、X4，共4个垂直霍尔器件，Y方向组包括：Y1、Y2、Y3、Y4，共4个垂直霍尔器件；每个垂直霍尔器件中包括4个三接触霍尔，这4个三接触霍尔中间串联首尾相连；4个水平霍尔器为2X2的阵列排布，包括：Z1、Z2、Z3、Z4；X方向组中X1、X2位于4个水平霍尔器的左侧，X2位于X1和4个水平霍尔器之间，X3、X4位于4个水平霍尔器的右侧，X3位于X4和4个水平霍尔器之间；X1中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
X1
、B
X1
、C
X1
、D
X1
，X2中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
X2
、B
X2
、C
X2
、D
X2
，X3中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
X3
、B
X3
、C
X3
、D
X3
，X4中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
X4
、B
X4
、C
X4
、D
X4
；在测量X方向磁场时，对于第一个垂直霍尔器件X1，在B
X1
与D
X1
接触极之间施加电流偏置，测量A
X1
与C
X1
接触极之间的霍尔电压V
HallX1
；测量X方向的磁场第二个垂直霍尔器件X2，在D
X2
与B
X2
之间施加电流偏置，同时测量A
X2
与C
X2
之间产生的霍尔电压V
HallX2
；对于第三个垂直霍尔器件X3，在C
X3
与A
X3
接触极之间施加电流偏置，测量B
X3
与D
X3
接触极之间的霍尔电压V
HallX3
；对于第四个垂直霍尔器件X4，在A
X4
与C
X4
接触极之间施加电流偏置，测量D
X4
与B
X4
接触极之间的霍尔电压V
HallX4
；Y方向中Y1、Y2位于4个水平霍尔器的上侧，Y2位于Y1和4个水平霍尔器之间，Y3、Y4位于4个水平霍尔器的下侧，Y3位于Y4和4个水平霍尔器之间；Y1中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
Y1
、B
Y1
、C
Y1
、D
Y1
，Y2中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
Y2
、B
Y2
、C
Y2
、D
Y2
，Y3中包括4个三接触霍尔，其中间电极依次为：A
Y3
、B
Y3
、C
Y3
、D
Y3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊华，岳慧超，胡益铭，罗静，赵攀峰，冯全源，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：