[发明专利]磁场传感器和霍尔器件

说明书

技术领域

本发明涉及测量领域，特别是涉及一种磁场传感器和可用于该磁场传感器的霍尔器件。

背景技术

基于霍尔效应的半导体霍尔电阻具有线性度好，灵敏度高，稳定性好等特点，已广泛应用于传感器领域，用来对磁场、电流、位移、转速等进行检测。与半导体霍尔电阻相比，基于反常霍尔效应的铁磁合金，如CoPt合金[参见G.X.Miao and G.Xiao，Appl.Phys.Lett.85(2004)73]，以及磁性金属多层膜，如CoFe/Pt[参见中国专利申请200610144053.6]等，同样可以用来制备高灵敏度霍尔电阻，且具有制备工艺简单，成本低等优点。但是，由于反常霍尔效应的输出与铁磁材料的磁性相关，即反常霍尔电阻正比于磁化强度沿磁场方向的分量，同时由于霍尔电阻制备工艺上很难做到严格的几何对称，所以，单一霍尔电阻往往存在零场偏移(简称零偏)，即在零磁场时霍尔电压不为零。

目前，对于霍尔器件存在的零偏问题，通常采用外部补偿校准。中国专利申请CN02819427.6和美国专利申请US571599均公开了具有对称的十字型结构的霍尔器件，通过“旋转电流法”对霍尔电压输出端进行补偿。但这两个申请仅提高了测量的准确度，并未从结构上消除零偏，而且后续处理电路复杂不便推广应用。此外，从检测手段上来说，该方法也并未实现真正的四端电桥的差分输出。美国专利申请US52775705A公开了一种半导体霍尔器件。其采用CMOS工艺在具有N-型势阱的半导体材料表面制备了四个直线排列的接触电极，接触电极间可视为霍尔电阻，通过连接四个接触电极来实现四端电桥。在将四个霍尔电阻理想化为等值电阻时，电桥平衡，以此可减小零偏。但其触点的选择会带来随机误差。尽管该申请通过在半导体势阱内部增加一额外电阻来达到桥臂的平衡，但外加电阻阻值不可调，对于零偏的抑制能力有限。同时该发明制备工艺复杂，且半导体霍尔电阻的形成方式无法应用于结构和制备工艺更为简单的基于铁磁薄膜的霍尔电阻。由此可见，针对霍尔器件存在的零偏问题，尚未有较好的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种磁场传感器，解决了铁磁材料应用于线性磁传感器时存在的零场偏移。本发明还提供了一种可用于该磁场传感器的霍尔器件。

按照本发明的一个方面，本发明提供了一种磁场传感器，包括电桥电路，所述电桥电路包括四个桥臂；每一桥臂包括一霍尔电阻元件，至少一个桥臂还包括与对应桥臂上的霍尔电阻元件相串联的可调电阻元件；其中，每一霍尔电阻元件具有一对电阻输出端和一对电流输入端，所述电阻输出端用于接入到所述霍尔电阻元件所在的对应桥臂中，所述电流输入端用于接收工作电流以便在所述电阻输出端产生霍尔电阻。

优选地，每个桥臂均可以包括与对应桥臂上的霍尔电阻元件相串联的可调电阻元件。

在一种实施方式中，还可以包括用于向各所述霍尔电阻元件提供所述工作电流的一个或多个直流电源，所述直流电源与各所述霍尔电阻元件的所述电流输入端连接成使得在感应到相同的磁场变化时，每一对相邻桥臂上的霍尔电阻元件的霍尔电阻具有相反方向的变化。

在一种实施方式中，所述直流电源为直流电流源，用于向各所述霍尔电阻元件提供大小基本相同的所述工作电流。

在一种实施方式中，还可以包括基片，各所述霍尔电阻元件由所述基片的表面上的具有霍尔效应的膜形成。

在一种实施方式中，所述霍尔电阻元件可以具有由交叉的横部和竖部形成的十字形结构，所述横部和竖部中的一个的两个端部形成为所述一对电阻输出端，所述横部和竖部中的另一个的两个端部形成为所述一对电流输入端。

在一种实施方式中，各所述霍尔电阻元件可以具有基本相同的尺寸和形状。

所述霍尔电阻元件的材料可以为铁磁性材料或铁磁/金属多层膜或铁磁/氧化物颗粒膜材料。

按照本发明的另一个方面，本发明提供了一种霍尔器件，包括：

分布在一基本为正方形区域的四个顶点处的四个霍尔电阻元件，包括：处于所述正方形区域右上角的第一霍尔电阻元件、处于所述正方形区域右下角的第二霍尔电阻元件、处于所述正方形区域左上角的第三霍尔电阻元件、和处于所述正方形区域左下角的第四霍尔电阻元件；其中，各所述霍尔电阻元件具有十字形形状，并且具有基本相同的尺寸和朝向；

与第一霍尔电阻元件和第三霍尔电阻元件的上端部连接的第一电极；与第一霍尔电阻元件和第三霍尔电阻元件的下端部连接的第二电极；