Способ изготовления датчика Холла

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧИКА ХОЛЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Сенько Сергей Федорович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Способ изготовления датчика Холла, в котором на поверхности подложки формируют полупроводниковую пленку, формируют в этой пленке топологический рисунок крестовидного активного элемента, затем отделяют от подложки квадратный кристалл с указанным активным элементом, стороны которого ориентированы параллельно диагоналям кристалла, а затем присоединяют к активному элементу электроды. Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении датчиков Холла, предназначенных для измерения характеристик магнитного поля и систем автоматики. Известен способ изготовления прибора на основе эффекта Холла, включающий монтаж тонкой пластинки полупроводника прямоугольной формы на жесткую диэлектрическую подложку и присоединение к ее боковым сторонам электродов для подведения тока и съема эдс Холла 1. 14260 1 2011.04.30 Недостатком рассматриваемого способа является невозможность изготовления миниатюрных приборов, что обуславливает высокую стоимость готовых изделий. Наиболее близким к заявляемому техническому решению, его прототипом, является способ изготовления прибора на основе эффекта Холла, включающий формирование на подложке пленки полупроводникового материала, формирование в этой пленке методами фотолитографии топологического рисунка активного элемента крестовидной формы, разделение подложки на отдельные кристаллы и присоединение электродов 2. Рассматриваемый способ позволяет изготавливать на одной подложке одновременно несколько тысяч миниатюрных активных элементов. Тем не менее прототип обладает следующими недостатками. Как правило, для изготовления датчиков Холла, обладающих высокими техническими характеристиками, используются монокристаллические полуизолирующие подложки из арсенида галлия с собственной проводимостью, характеризующиеся высокой стоимостью. На поверхности подложки выращивают эпитаксиальный слой и формируют в нем активные элементы крестовидной формы требуемых размеров. Монокристаллические подложки необходимы для получения монокристаллического активного элемента, что позволяет значительно повысить подвижность носителей заряда и чувствительность получаемого прибора к изменению значения индукции магнитного поля . Затем подложку разделяют на отдельные приборы (кристаллы), к которым микросваркой присоединяют электроды. От размеров кристалла зависит общее количество активных элементов, которые могут быть изготовлены на одной подложке. С уменьшением размеров количество изготовленных на одной подложке элементов возрастает, а их цена падает. Как видно из описания прототипа, при формировании активного элемента его стороны ориентируют в направлениях, параллельных сторонам вырезаемого из подложки кристалла. Это традиционное техническое решение, но оно приводит к относительно низкому съему готовых приборов с одной исходной подложки и завышенной стоимости получаемого прибора. Задачей заявляемого изобретения является повышение съема приборов с одной исходной подложки. Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления датчика Холла на поверхности подложки формируют полупроводниковую пленку, формируют в этой пленке топологический рисунок крестовидного активного элемента, затем отделяют от подложки квадратный кристалл с указанным активным элементом, стороны которого ориентированы параллельно диагоналям кристалла, а затем присоединяют к активному элементу электроды. Сущность заявляемого технического решения заключается в повышении коэффициента использования площади подложки. Поскольку диагональ прямоугольника всегда длиннее любой из его сторон, то это позволяет разместить активный элемент прибора на кристалле меньшей площади. Уменьшение площади, занимаемой одним элементом, позволяет уменьшить размер кристалла готового прибора. В результате на исходной подложке одной и той же площади можно изготовить большее количество приборов. Как правило, чувствительный элемент выполняют со сторонами одинакового размера, что позволяет получать кристаллы квадратной формы. В этом случае использование заявляемого технического решения максимально эффективно. Заявляемое техническое решение поясняется фигурой, где показано расположение активного элемента на кристалле квадратной формы. Сплошными линиями показаны расположение и занимаемая прибором площадь при использовании заявляемого технического решения, а пунктирными - при использовании прототипа. Из фигуры видно, что использование заявляемого технического решения позволяет получить приборы меньших размеров при тех же размерах активного элемента, т.е. более рационально использовать площадь подложки. Прибор на основе эффекта Холла содержит подложку 1 (1 б для прототипа) квадратной формы и чувствительный элемент 2 а (2 б для прототипа) крестовидной формы. К чувстви 2 14260 1 2011.04.30 тельному элементу присоединены токовые электроды 3 а (3 б для прототипа) и холловские электроды 4 а (4 б для прототипа). Размеры и форма чувствительного элемента при использовании заявляемого технического решения и прототипа одинаковы. Одинаково также и расстояние от края чувствительного элемента до края подложки. Однако площадь, требуемая для размещения на подложке одного активного элемента в диагональном направлении,заметно меньше площади, требуемой для размещения элемента в соответствии с прототипом. Работа прибора на основе эффекта Холла при использовании заявляемой конструкции ничем не отличается от работы прибора-прототипа. К токовым электродам 3 а, 3 б присоединяется источник тока. При помещении прибора в магнитное поле с индукциейнаправленной перпендикулярно поверхности активного элемента, сила Лоренца отклоняет носители заряда от прямолинейного движения, в результате чего на электродах 4 а, 46 возникает эдс Холла , определяемая выражением 1 где- сила тока,1/ или 1/, р - концентрация дырок,- концентрация электронов,- толщина пленки активного элемента. Поскольку изменение расположения активного элемента прибора не влияет ни на один из указанных параметров, электрофизические характеристики получаемых приборов абсолютно одинаковы. При этом заявляемое техническое решение позволяет получать на одной пластине большее количество приборов,т.е. увеличить их съем без дополнительных затрат. Заявляемое техническое решение было реализовано следующим образом. В качестве исходных подложек использовали пластины монокристаллического арсенида галлия с собственной проводимостью диаметром 40 мм. На этих пластинах формировали эпитаксиальную пленку антимонида индия толщиной 5 мкм. В эпитаксиальной пленке формировали рисунок активных элементов методом фотолитографии. Размер активной области в случае прототипа и заявляемого технического решения составил 0,40,4 мм,размер кристалла при использовании прототипа составил 0,50,5 мм, а при использовании заявляемого технического решения - 0,450,45 мм. Общий съем кристаллов с одной пластины в случае прототипа составил 4550 шт., из них годных по электрофизическим характеристикам - 4140 шт., т.е. 91 , а в случае заявляемого технического решения - 5400 и 4850 шт. (89,8 годных) соответственно. Анализ забракованных кристаллов показал, что при использовании заявляемого способа изготовления приборов количество дефектных кристаллов несколько возросло (10,2 против 9,0 ) за счет увеличения количества сколов при разделении пластины на кристаллы. Это является закономерным, т.к. кристаллы меньшего размера в большей степени подвержены возникновению сколов при скрайбировании, но приемлемым, потому что общее количество годных кристаллов выросло на 710 шт., т.е. на 16 . Поскольку большее количество кристаллов получено при прежних затратах, то стоимость каждого из них снизилась пропорционально увеличению их количества, т.е. на те же 16 . Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет увеличить съем годных приборов с исходной подложки за счет более рационального использования ее площади. Источники информации 1. Никулин И.М., Стафеев В.И. Холла датчик Физическая энциклопедия в 5 томах / Гл. ред. Прохоров и др. - М. Большая Российская энциклопедия, 1998. - Т. 5. С. 413-414. 2.. Заявка Японии 60120580. Опубл. 28.06.1985. МПК 401 43/06 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3