本發(fā)明涉及具備半導(dǎo)體霍爾元件和驅(qū)動半導(dǎo)體霍爾元件的電路的霍爾傳感器，特別涉及能夠去除偏移電壓的霍爾傳感器。

背景技術(shù)：

首先對霍爾元件的磁檢測原理進行說明。在施加與物質(zhì)中流過的電流垂直的磁場時，在與該電流和磁場雙方垂直的方向上產(chǎn)生電場(霍爾電壓)。由該霍爾電壓的大小求出磁場的強度，這就是利用霍爾元件進行磁檢測的原理。

在考慮圖6那樣的霍爾元件時，當設(shè)霍爾元件磁感應(yīng)部1的寬度為W、長度為L、電子遷移率為μ、用于使電流流過的電源2的施加電壓為Vdd、施加磁場為B時，從電壓表3輸出的霍爾電壓VH可以表述為下式。

VH＝μB(W/L)Vdd

與施加磁場B成比例的系數(shù)為磁靈敏度，因此該霍爾元件的磁靈敏度Kh表述為下式。

Kh＝μ(W/L)Vdd

另一方面，在實際的霍爾元件中，即使不被施加磁場，也產(chǎn)生輸出電壓。將該磁場為0時所輸出的電壓稱為偏移電壓。產(chǎn)生偏移電壓的原因可認為是由于從外部對元件施加的機械應(yīng)力、或制造過程中的對準偏差等元件內(nèi)部的電位分布的不均衡所導(dǎo)致的。

偏移電壓的補償一般通過下述方法進行。

圖7是示出基于旋轉(zhuǎn)電流的偏移消除電路的原理的電路圖?；魻栐?0為對稱的形狀，具有4個端子T1、T2、T3、T4，用于使控制電流流向一對輸入端子，從另一對輸出端子得到輸出電壓。在霍爾元件的一方的一對端子T1、T2成為控制電流輸入端子的情況下，另一方的一對端子T3、T4成為霍爾電壓輸出端子。此時，若對輸入端子施加電壓Vin，則在輸出端子產(chǎn)生輸出電壓Vh+Vos。在此，Vh表示與霍爾元件產(chǎn)生的磁場成比例的霍爾電壓，Vos表示偏移電壓。接著，若將T3、T4作為控制電流輸出端子、將T1、T2作為霍爾電壓輸出端子，并在T3、T4間施加輸入電壓Vin，則在輸出端子產(chǎn)生電壓-Vh+Vos。S1～S4是傳感器端子切換單元，通過切換信號發(fā)生器11選擇N1端子或N2端子。

通過對上述的在兩個方向流過電流時的輸出電壓進行相減，能夠消除偏移電壓Vos，得到與磁場成比例的輸出電壓2Vh(例如，參見專利文獻1)。

但是，有時利用該偏移消除電路無法完全消除偏移電壓，下面對這種情況進行說明。

霍爾元件由圖8所示的等效電路來表示。即，霍爾元件能夠以由4個電阻R1、R2、R3、R4連接4個端子而成的橋式電路的形式來表示。利用該模型對于如上所述的通過對在兩個方向流過電流時的輸出電壓進行相減而消除偏移電壓的情況進行說明。

若對霍爾元件的一方的一對端子T1、T2施加電壓Vin，則在另一方的一對端子T3、T4間輸出如下的霍爾電壓。

Vouta＝(R2*R4-R1*R3)/(R1+R4)/(R2+R3)*Vin

另一方面，若對端子T3、T4施加電壓Vin，則在T1、T2輸出如下的霍爾電壓。

Voutb＝(R1*R3-R2*R4)/(R3+R4)/(R1+R2)*Vin

因此，若取兩個方向的輸出電壓之差，則為：

Vouta-Voutb＝(R1-R3)*(R2-R4)*(R2*R4-R1*R3)/(R1+R4)/(R2+R3)/(R3+R4)/(R1+R2)*Vin。

從而，關(guān)于偏移電壓，即使在各等效電路的電阻R1、R2、R3、R4不同的情況下，只要R1＝R3或者R2＝R4，也能夠消除偏移。這種情況的前提是，即使改變施加電壓的端子，各電阻值也沒有變化。但是，在不滿足該前提的情況下，例如即使在一個方向的R1＝R3的情況下，在另一方向無法滿足該關(guān)系時，上述的差值也無法為零，因而無法消除偏移。下面對無法通過電壓的施加方向消除偏移的原因之一進一步具體說明。

在霍爾元件的結(jié)構(gòu)中，通常，作為霍爾元件磁感應(yīng)部的N型雜質(zhì)區(qū)域的周邊部為了分離而被P型雜質(zhì)區(qū)域包圍。若對霍爾電流施加端子施加電壓，則耗盡層在霍爾元件磁感應(yīng)部與其周邊部的邊界處擴展。由于在耗盡層中不流過霍爾電流，因而在耗盡層擴展的區(qū)域，霍爾電流受到抑制，電阻增大。另外，耗盡層寬度取決于施加電壓。因此，由于圖8所示的等效電路的電阻R1、R2、R3、R4的值根據(jù)電壓施加方向而發(fā)生變化，因而產(chǎn)生無法利用偏移消除電路消除磁偏移的情況。

有時也采用下述的方法：在元件周邊和元件上部配置耗盡層控制電極，針對耗盡層向霍爾元件內(nèi)延伸的情況，調(diào)節(jié)施加到各電極的電壓，從而抑制耗盡層(例如，參見專利文獻2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平06-186103號公報

專利文獻2：日本特開平08-330646號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

在霍爾元件10內(nèi)的溫度不均勻而具有分布的情況下，霍爾元件10內(nèi)的電阻由于溫度不均勻，因而電阻值也變得不均勻，存在電阻值低的場所和電阻值高的場所。這里，若通過旋轉(zhuǎn)電流進行偏移消除，則上述電阻R1、R2、R3、R4的電阻值由于溫度的變化而變化，無法進行偏移消除。

因此，在具有霍爾元件、和在驅(qū)動霍爾元件的電路中作為發(fā)熱源的元件的霍爾傳感器中，由于發(fā)熱的影響而在霍爾元件10內(nèi)產(chǎn)生溫度分布，無法通過專利文獻1的旋轉(zhuǎn)電流法去除偏移電壓。

另外，通過專利文獻2的方法能夠調(diào)整電阻值，但要使用多個耗盡層控制電極，還需要復(fù)雜的控制電路，因而具有芯片尺寸增大、成本增加等缺點。

因此，本發(fā)明的課題在于提供一種霍爾傳感器，在驅(qū)動霍爾元件的電路中具有作為發(fā)熱源的元件的霍爾傳感器中，不會由于復(fù)雜的校正電路或隔開距離等而使芯片面積增大，即使由于發(fā)熱的影響而在霍爾元件120內(nèi)產(chǎn)生溫度分布，也能夠通過旋轉(zhuǎn)電流消除偏移。

用于解決課題的手段

為了解決上述課題，本發(fā)明如下構(gòu)成。

一種霍爾傳感器，其特征在于，具有：

霍爾元件，其設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上；

作為發(fā)熱源的元件，其設(shè)置在所述霍爾元件的周圍；以及

兩對端子，它們配置于所述霍爾元件，兼用作控制電流輸入端子和霍爾電壓輸出端子，

在所述兩對端子中，流過一對端子間的霍爾元件控制電流1和流過另一對端子間的霍爾元件控制電流2作為矢量相交，

所述霍爾元件具有關(guān)于沿著所述霍爾元件控制電流1和所述霍爾元件控制電流2的矢量和的直線為線對稱的形狀，

在所述作為發(fā)熱源的元件中，發(fā)熱源的中心位于沿著所述霍爾元件控制電流1和所述霍爾元件控制電流2的矢量和的直線上。

發(fā)明的效果

通過使用上述單元，在驅(qū)動霍爾元件的電路中具有作為發(fā)熱源的元件的霍爾傳感器中，即使由于發(fā)熱的影響而在霍爾元件內(nèi)產(chǎn)生溫度分布，也能夠通過旋轉(zhuǎn)電流去除偏移電壓。

另外，由于不使用復(fù)雜的電路、并且不用拉開所述發(fā)熱源與霍爾元件之間的距離，因而能夠去除偏移電壓、并且能夠減小芯片尺寸、抑制成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一實施方式的霍爾傳感器的俯視圖。

圖2是本發(fā)明第二實施方式的霍爾傳感器的俯視圖。

圖3是本發(fā)明第三實施方式的霍爾傳感器的俯視圖。

圖4是本發(fā)明第四實施方式的霍爾傳感器的俯視圖。

圖5是針對霍爾元件與發(fā)熱源的位置關(guān)系示出了基于旋轉(zhuǎn)電流的偏移電壓與溫度分布的關(guān)系的圖表。

圖6是用于說明理想的霍爾效應(yīng)的原理的圖。

圖7是用于說明通過旋轉(zhuǎn)電流去除偏移電壓的方法的圖。

圖8是用于說明霍爾元件的偏移電壓的等效電路的圖。

具體實施方式

下面參照附圖對用于實施本發(fā)明的方式進行詳細說明。

實施例1

圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的霍爾傳感器的俯視圖。霍爾傳感器由感應(yīng)磁場的霍爾元件、以及驅(qū)動或控制霍爾元件的電路構(gòu)成。

首先對霍爾元件的形狀進行說明。如圖1所示，霍爾元件120在半導(dǎo)體襯底上，具有正方形的由N型雜質(zhì)區(qū)域121構(gòu)成的磁感應(yīng)部、以及配置在正方形的磁感應(yīng)部的各頂點處的同一形狀的由N型高濃度雜質(zhì)區(qū)域構(gòu)成的控制電流輸入端子和霍爾電壓輸出端子110A、110B、110C、110D。通過制成上述形態(tài)的霍爾元件120，成為具有對稱性的霍爾元件。

接著對霍爾元件與發(fā)熱源的位置關(guān)系進行說明。在形成了霍爾元件120的襯底上，具有驅(qū)動霍爾元件120的電路。在該電路中大多具有作為發(fā)熱源130的元件。例如，在半導(dǎo)體霍爾傳感器的內(nèi)部電路使用的不是電源電壓、而是電壓調(diào)節(jié)器將電源電壓降壓而生成的內(nèi)部電源電壓的情況下，電壓調(diào)節(jié)器或流過大電流的電阻元件等可能成為發(fā)熱源。因此，如圖1所示，使發(fā)熱源130的中心對準到在霍爾元件120中沿著基于旋轉(zhuǎn)電流法的兩個方向的霍爾元件控制電流JS1和JS2的矢量和VC1的直線上。由此，能夠排除來自發(fā)熱源130的熱對霍爾元件的偏移的影響。

此處，發(fā)熱源的中心是指，從上部觀察發(fā)熱源而繪出體現(xiàn)溫度梯度的等溫線時，處于等溫線的頂峰的溫度的最高點或區(qū)域。

霍爾元件優(yōu)選具有關(guān)于沿著基于旋轉(zhuǎn)電流法的兩個方向的霍爾元件控制電流JS1和JS2的矢量和的直線為線對稱的形狀。

下面對利用上述方式去除霍爾元件的偏移的原理進行說明。

圖1的霍爾元件120的N型高濃度雜質(zhì)區(qū)域的控制電流端子和霍爾電壓輸出端子110A、110B、110C、110D分別與圖7的T1、T3、T2、T4連接。在使用圖8的等效電路時，在此，在室溫下無溫度梯度的情況下，R2＝R4成立。因此，能夠通過旋轉(zhuǎn)電流消除偏移。其次，若各電阻的溫度不同或有溫度梯度，則各電阻值不同。即，R2變成R2′、R4變成R4′。若有溫度梯度，則通常R2′≠R4′。需要說明的是，此處，R1≠R3，即使產(chǎn)生溫度梯度，也是R1′≠R3′。

若再次使用前面所用的計算式進行說明，則在室溫下無溫度梯度的情況下，在對一方的一對端子T1、T2施加電壓Vin時，流過霍爾元件控制電流JS1，在另一方的一對端子T3、T4間輸出如下的霍爾電壓。

Vouta＝(R2*R4-R1*R3)/(R1+R4)/(R2+R3)*Vin

另一方面，若對端子T3、T4施加電壓Vin，則流過電流JS2，在T1、T2輸出如下的霍爾電壓。

Voutb＝(R1*R3-R2*R4)/(R3+R4)/(R1+R2)*Vin

在此，若直接取基于旋轉(zhuǎn)電流的兩個方向的輸出電壓之差，則在無溫度梯度的狀態(tài)下，根據(jù)上述假設(shè)，R2＝R4，因而在下式中，偏移電壓可以為零。

Vouta-Voutb＝(R1-R3)*(R2-R4)*(R2*R4-R1*R3)/(R1+R4)/(R2+R3)/(R3+R4)/(R1+R2)*Vin

但是，在產(chǎn)生溫度梯度時，電阻值會不同，R2變成R2′，R4變成R4′。因此，輸出電壓之差變成下式表示的值，無法為零。

Vouta′-Voutb′＝(R1′-R3′)*(R2′-R4′)*(R2′*R4′-R1′*R3′)/(R1′+R4′)/(R2′+R3′)/(R3′+R4′)/(R1′+R2′)*Vin

但是，對于霍爾元件與發(fā)熱源的位置關(guān)系，通過如圖1所示那樣，使發(fā)熱源130的中心對準到在基于旋轉(zhuǎn)電流法的兩個方向的霍爾元件控制電流JS1和JS2的矢量和VC1的延長線上，即使電阻R2、R4受到發(fā)熱的影響而變成R2′、R4′，由于它們相對于沿著兩個方向的霍爾元件控制電流JS1和JS2的矢量和VC1的直線而對稱地配置，因而處于相同的溫度梯度，在維持R2＝R4的關(guān)系的情況下，能夠成為R2′＝R4′。

從而，若取輸出電壓之差，則Vout＝Vouta′-Voutb′＝0，能夠通過旋轉(zhuǎn)電流去除偏移電壓。

另外，圖5是示出霍爾元件內(nèi)的最大與最小的溫度差和基于旋轉(zhuǎn)電流的偏移去除后的偏移的磁場換算值的實驗圖。附注A為取圖1所示的實施例1的配置的情況下的測量結(jié)果，附注B為在相對于霍爾元件控制電流矢量和VC1垂直的方向上配置發(fā)熱源的情況下的測量結(jié)果。由圖5的測量結(jié)果也可知，通過使霍爾元件與發(fā)熱源的位置關(guān)系如圖1所示，能夠去除偏移。

實施例2

作為第一實施方式，使用圖1對發(fā)熱源為一個的情況進行了說明，但控制霍爾元件的電路中的發(fā)熱元件并不限于一個。圖2是示出了在控制霍爾元件120的電路中存在多個發(fā)熱元件(發(fā)熱源)130A、130B的情況下的本發(fā)明的實施方式的霍爾傳感器的俯視圖。

即使在存在多個發(fā)熱源的情況下，通過使各發(fā)熱源130A、130B的中心對準到基于旋轉(zhuǎn)電流法的兩個方向的霍爾元件控制電流JS1和JS2的矢量和VC1的延長線上，也能夠去除偏移。

此處，發(fā)熱源的中心是指，從上部觀察發(fā)熱源而繪出體現(xiàn)溫度梯度的等溫線時，處于等溫線的頂峰的溫度的最高點或區(qū)域。

霍爾元件優(yōu)選具有沿著穿過基于旋轉(zhuǎn)電流法的兩個方向的霍爾元件控制電流JS1和JS2的矢量和的直線呈線對稱的形狀。

實施例3

此外，在如圖3所示需要在與圖1和圖2垂直的方向上配置發(fā)熱源的情況下，可以按照使發(fā)熱源130的中心對準到霍爾元件控制電流JS1、JS2的矢量和VC1的延長線上的方式，對霍爾元件控制電流JS1、JS2的方向進行優(yōu)化，從而能夠去除偏移。

實施例4

此外，霍爾元件120的形狀并不限于圖1所示那樣的正方形。在圖4所示那樣的具有十字形的由N型雜質(zhì)區(qū)域121構(gòu)成的磁感應(yīng)部、和位于其4個端部的由N型高濃度雜質(zhì)區(qū)域構(gòu)成的霍爾電流控制電極和霍爾電壓輸出端子(110A～110D)的霍爾元件120中，通過使發(fā)熱源130的中心對準到霍爾元件控制電流JS1和JS2的矢量和VC1的延長線上，也能夠排除來自發(fā)熱源130的熱對霍爾元件的偏移的影響，能夠去除偏移。

即，只要霍爾元件的形狀為正方形、十字形等具有線對稱性的形狀，通過使發(fā)熱源130的中心對準到霍爾元件控制電流JS1和JS2的矢量和VC1的延長線上，即能夠通過旋轉(zhuǎn)電流去除偏移。

此處，發(fā)熱源的中心是指，從上部觀察發(fā)熱源而繪出體現(xiàn)溫度梯度的等溫線時，處于等溫線的頂峰的溫度的最高點或區(qū)域。

霍爾元件優(yōu)選具有沿著穿過基于旋轉(zhuǎn)電流法的兩個方向的電流JS1和JS2的矢量和的直線呈線對稱的形狀。

如上所述，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)下述的霍爾傳感器：其不使用復(fù)雜的電路，減小了霍爾元件與控制霍爾元件的電路中的發(fā)熱元件的距離，即使霍爾元件內(nèi)的溫度分布增大，也能夠通過旋轉(zhuǎn)電流去除偏移，并且能夠減小芯片面積、抑制成本。

標號說明

10、120：霍爾元件

121：N型雜質(zhì)區(qū)域

130、130A、130B：霍爾元件驅(qū)動電路的發(fā)熱源

110A、110B、110C、110D：由N型高濃度雜質(zhì)區(qū)域構(gòu)成的霍爾電壓輸出端子和控制電流輸入端子

2、12：電源

3、13：電壓表

11：切換信號發(fā)生器

S1、S2、S3、S4：傳感器端子切換單元

T1、T2、T3、T4：端子

R1、R2、R3、R4：電阻

JS1、JS2：霍爾元件控制電流

VC1：霍爾元件控制電流矢量和