Прибор на основе эффекта Холла

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПРИБОР НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА 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) Прибор на основе эффекта Холла, представляющий прямоугольную подложку с выполненным на ней пленочным активным элементом крестовидной формы и присоединенными электродами, отличающийся тем, что стороны активного элемента ориентированы по диагонали подложки. Полезная модель относится к электронной технике и может быть использована для измерения характеристик магнитного поля, а также для изготовления разнообразных датчиков для систем автоматики. 59812010.02.28 Известен прибор на основе эффекта Холла, представляющий собой тонкую пластинку полупроводника прямоугольной формы, укрепленную на прочной диэлектрической подложке, с четырьмя электродами, присоединенными к боковым сторонам пластинки, для подведения тока и съема эдс Холла 1. Недостатком рассматриваемого прибора являются его относительно большие размеры,что обуславливает его высокую стоимость. Наиболее близким к заявляемому техническому решению, его прототипом, является прибор на основе эффекта Холла, представляющий собой подложку с выполненным на ней пленочным активным элементом крестовидной формы и присоединенными электродами 2. Для изготовления таких датчиков используется технология микроэлектроники. На одной подложке чувствительных элементов может быть изготовлено несколько тысяч. Тем не менее рассматриваемая конструкция 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 В. 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, стороны активного элемента прибора ориентируют в направлениях, параллельных сторонам подложки. Это традиционное техническое решение, но оно приводит к относительно низкому съему готовых приборов с одной исходной подложки и завышенной стоимости получаемого прибора. Задачей заявляемой полезной модели является повышение съема приборов с одной исходной подложки. Поставленная задача решается тем, что в приборе на основе эффекта Холла, представляющем прямоугольную подложку с выполненным на ней пленочным активным элементом крестовидной формы и присоединенными электродами, стороны активного элемента ориентированы по диагонали подложки. 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 подложке 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 использовать подложки квадратной формы. В этом случае использование заявляемого технического решения максимально эффективно. Заявляемое техническое решение поясняется фигурой, где показано расположение активного элемента на на подложке 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 59812010.02.28 меньших размеров при тех же размерах активного элемента, т.е. более рационально использовать площадь подложки. Прибор на основе эффекта Холла содержит подложку 1 а (1 б для прототипа) квадратной формы и чувствительный элемент 2 а (2 б для прототипа) крестовидной формы. К чувствительному 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 индукцией В, направленной перпендикулярно поверхности активного элемента, сила Лоренца отклоняет носители заряда от прямолинейного движения, в результате чего на электродах 4 а, 4 б возникает эдс Холла , определяемая выражением 1, где- сила тока,1/ или 1/,- концентрация дырок,- концентрация электронов, а - толщина пленки активного элемента. Поскольку изменение конструкции 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 (89,8 годных) соответственно. Анализ забракованных кристаллов показал, что при использовании заявляемой конструкции 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3