[发明专利]一种高稳定霍尔元件及其制备方法

说明书

本发明提供一种高稳定霍尔元件及其制备方法，该高稳定霍尔元件结构包括硬质基片、引线端、由两层或多层不同材料的薄膜堆栈组合而成的霍尔片及壳体。所述的霍尔片结构设计为对称的“十”字形结构、缺角矩形结构、四叶草结构、十字星形结构等多种不同的结构，并且半导体薄膜层由不同温度霍尔系数的材料组成。所述的引线端位于不同结构的四端，两两对称的两端分别为电流输入端和霍尔电压输出端。本发明的一种高稳定霍尔元件，由于含两层或多层不同温度霍尔系数的薄膜层，不仅具有高系数形状效应、高输出电压的特点，而且可以降低霍尔系数对温度的响应，减小温度对霍尔电压的影响，提升霍尔元件的稳定性。

技术领域

本发明涉及磁传感器和半导体器件应用领域，具体涉及一种高稳定霍尔元件及其制备方法。

背景技术

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，广泛应用于电流检测、电机中测定转子转速等诸多领域，如录像机的磁鼓，电脑中的散热风扇等，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族。霍尔元件可采用多种半导体材料制作,如Ge(锗)、Si(硅)、InSb(锑化铟)、GaAs(砷化镓)、InAs(砷化铟)、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等。当温度改变的时候，半导体材料中的载流子浓度及电阻率都将会发生明显变化。霍尔元件的霍尔系数R_H＝1/ned，其中n为半导体载流子浓度。同时霍尔系数还与载流子迁移率μ和电阻率ρ满足如下关系|R_H|＝μρ。因而，温度对霍尔元件的霍尔系数及器件等效输入输出阻抗有非常大的影响，进而成为影响霍尔传感器输出精度的主要因素。

如何提高霍尔元件的温度稳定性，最大程度降低温度对霍尔传感器输出精度的影响是当今霍尔元件的主要研究方向。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种高稳定霍尔元件及其制备方法，该高稳定霍尔元件不仅具有形状效应系数高、输出电压高的特点，而且可以降低霍尔系数对温度的响应，进而提升霍尔元件电压的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种高稳定霍尔元件，包括硬质硬质基片、设置在硬质基片上的霍尔片、设置在霍尔片端部上的电极以及包覆在霍尔片上起保护作用的壳体；所述的霍尔片为由正温度霍尔系数薄膜与负温度霍尔系数薄膜堆栈组合的两层薄膜层，或者由正温度霍尔系数薄膜与负温度霍尔系数薄膜间隔堆栈组合的多层薄膜层；所述的霍尔片的四个电极上分别引出一条引线，其中，对称的两端a和b为电流输入端，另外对称的两端c和d为霍尔电压输出端；所述的壳体由环氧树脂或非导磁金属制成；所述的电极选用金或银。

所述的霍尔片结构为缺角矩形结构、四叶草结构或十字星形结构，优选为十字星形结构。

所述的正温度霍尔系数薄膜优选为InAs薄膜层，负温度霍尔系数薄膜优选为InSb薄膜。

所述的基片为高平整度的玻璃、半导体Si材料或者陶瓷材料。

一种高稳定霍尔元件的制备方法，包括在基片上依次通过真空蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积或溶胶凝胶方法制备的两层或多层不同霍尔系数的薄膜层，然后通过3D打印或覆盖掩膜版的方法制备霍尔片的形状，再通过刷浆、印刷方式制备电极，在电极处焊接引线，最后制备起保护作用的壳体。

具体包括以下步骤：

1)将硬质基片清洗干净，取出后用氮气烘干；

2)将清洗好的基片转入蒸镀室采用真空蒸镀的方式蒸发正温度霍尔系数的薄膜，完成第一霍尔片薄膜的制备；

3)再将完成第一霍尔片薄膜的基片放入烘干箱烘干；

4)将烘干的霍尔基片再转入蒸镀室采用真空蒸镀的方式蒸发负温度霍尔系数的薄膜，完成第二霍尔片薄膜的制备；

5)再将完成第二霍尔片薄膜的基片放入烘干箱烘干；