트랜치 구조를 갖는 3차원 홀 센서의 감도 개선에 관한 연구

Sensitivity Improvement of 3-D Hall Sensor using Anisotropic Etching and Ni/Fe Thin Films

3차원 홀 센서는 두 개의 수평 자계(x, y성분) 검출부와 한 개의 수직 자계(z 성분) 검출부를 갖는다. 종래의 3차원 홀 센서는 일반적으로 Bz에 대한 감도가 Bx, By에 대한 감도의 약 1/10정도에 그친다. 본 연구에서는 새로운 구조를 갖는 3차원 홀 센서를 제안하였다. 이방성 식각을 이용하여 트랜치를 형성함으로써 감도를 약 6배 증가시켰다. 또한 자속을 집속시키기 위하여 웨이퍼 후면에 강자성체 박막을 증가시킴으로써 Bz에 대한 감도를 Bx, By에 대한 감도의 약 80% 정도로 증가시켰다. 전류 3 mA를 인가했을 때, Ni/Fe 박막을 증착하여 제작된 센서의 감도는 Bx, By, Bz 에 대하여 각각 120.1 mV/T, 111.7 mV/T, 그리고 95.3 mV/T로 측정되었다. 센서의 선형성을 오차가 ±3%로 우수하였다.

The 3-D Hall sensor has two horizontal magnetic field sensing parts (x, y components) and one vertical magnetic field sensing part (z component). For conventional, 3-D Hall sensor it is general that the sensitivity for Bz is about 1/10 compared with those for Bx or By. Therefore, in this work, we proposed 3-D Hall sensor with new structure. We have increased the sensitivity about 6 times to form the trench using anisotropic etching. And we have increased the sensitivity for the B_z by 80% compared with those of Bx and By using deposition of the ferromagnetic thin films on the bottom surface of the wafer to concentrate the magnetic fluxes. When the input current was 3 mA, sensitivities of the fabricated sensor with Ni/Fe film for Bx, By and Bz were measured as 120.1 mV/T, 111.7 mV/T, 95.3 mV/T, respectively. The measured linearity of the sensor was within ±3% of error.