【手続補正書】
【提出日】平成17年1月24日(2005.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体を用いた高感度で小型、かつ低消費電力で、磁界の大きさと方向が検出できる磁気センサと、これを用いた磁気計測装置に関するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
従来のｐｉｎダイオードを用いた二重注入キャリアによる半導体磁気センサでは、ｉ領域に注入されたキャリアは、強い電界によるドリフトで走行し、ドリフト速度が大きく、従って、ローレンツ力は大きくなるが、走行するキャリアとの相互作用時間が短いので、結局、キャリアの曲がりが少なくなる。むしろ、本発明の半導体磁気センサのように、ベース領域B中を拡散または低いドリフト電界でゆっくり少数キャリアが動いた方が相互作用時間が長いので、大きく曲げられることになり、再結合領域Rで少数キャリアが再結合して失われる割合が大きくなり、その分、高感度磁気センサとなる。また、ベース領域Bとコレクタ領域Cとの接合は、逆方向バイアスになっているので、外部磁場Ｈの印加により注入された少数キャリアの電子が再結合領域R側に曲げられて、そこでの再結合により失われて、コレクタ領域Cまで到達しないと、ほとんどコレクタ電流が流れないので、大きなコレクタ電流の変化割合となり大きな磁気感度になる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ＭＯＳＦＥＴのｎ型のソースSは上述のバイポーラトランジスタ型半導体磁気センサのｎ型のエミッタ領域Eに対応し、ｎ型のドレインDはコレクタ領域Cに対応する。また、ベース領域Bはゲート酸化膜直下のチャンネル領域及びp型基板に相当する。しかし、ゲート電圧印加などで完全にｎ型チャンネルを形成してしまうと少数キャリアでなくなり、多数キャリア伝導ではホール電界が形成されキャリアが外部磁場により曲がらなくなるので、ＭＯＳＦＥＴをサブシュレショルド領域のようにバイポーラトランジスタとして動作するような適当なゲート電圧印加にして動作させ、まだｐ型であるチャンネル部に少数キャリアの電子を注入して、ドレインDに到達させる必要がある。例えば、チャンネル部とゲート酸化膜との界面に再結合領域Rを形成しておくと、バイポーラトランジスタ型半導体磁気センサと同様な動作原理で、コレクタ電流に対応するドレイン電流の変化から外部磁場Ｈの大きさと方向を検出することができる。なお、この場合、チャンネル部を流れる少数キャリア電流は、拡散電流成分よりもドリフト電流成分が大である。
もちろん、ＭＯＳＦＥＴの代わりにＭＩＳＦＥＴとしても良く、ＭＩＳＦＥＴ型の方が、ゲート直下に再結合領域Rを作成しやすい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明の半導体磁気センサでは、トランジスタ動作でベース領域に注入された少数キャリアの拡散またはドリフト途中での再結合を利用するが、ベース領域ではドリフト電界が弱く、領域Bに再結合領域Ｒとしてのｎ型の領域を作成しても、従来の二重注入型ｐｉｎ磁気ダイオードの強いドリフト電界が発生している場合とは異なり、電界分布が複雑になることは無い。従って、このｎ型の領域は再結合領域Ｒとして、有効に働く。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
本発明の請求項９に係わる半導体磁気センサは、強磁性体膜からなるヨークを半導体磁気センサの形成してある基板に形成して、半導体磁気センサの磁気感応部における外部磁場の強さが大きくなるようにした場合である。強磁性体膜の透磁率は大きい方が良く、保持力は小さい方が良い。強磁性体膜をスパッタリングなどで堆積形成後、パターン化してヨークとして利用しても良く、強磁性体膜を貼り付けるなどした後、パターン化して、適当な形状の強磁性体膜のヨーク対を形成し、それらのギャップの位置に半導体磁気センサの磁気感応部が位置するようにすると良い。強磁性体膜のヨークの長さに対するギャップ長の割合が磁束収束割合に大きく寄与するので、磁気感度を大きくするためには、半導体磁気センサの磁気感応部をできるだけ小さくして、ギャップ長を可能な限り小さくできるように配慮すると良い。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
本実施例の図１に示すこれらの構造はラテラル型のｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを構成してあり、領域Ｅはエミッタ１０１、領域Ｂはベース１０２、領域Ｃはコレクタ１０３にそれぞれ対応している。エミッタ１０１とベース１０２には順方向バイアス電圧Ｖｂを印加すると、ｎ型のエミッタ１０１からｐ型のベース１０２に、ベース１０２に対しては少数キャリアである電子が注入されて、拡散またはドリフトによりコレクタ１０３の方に移動し、エミッタ１０１とコレクタ１０３の印加電圧Ｖｃを通して、ベース１０２に対して逆方向バイアスされているコレクタ１０３が近接配置されているので、ここにスイープアウトされ、コレクタ電流Ｉｃの主体となり、コレクタ１０３の接続してある負荷抵抗ＲＬの両端の出力電圧として観測される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
外部磁場Ｈを印加しない場合は、ベース１０２と再結合領域Ｒのそれぞれの厚みと長さ、および再結合領域Ｒの再結合程度にも大きく依存するが、実際には、注入された少数キャリアの電子は、拡散またはドリフト途中の再結合領域Ｒで多く再結合してしまい、コレクタ１０３に到達できる数が少なくなっている。従って、再結合領域Ｒが無いデバイスに比べコレクタ電流Ｉｃが流れ難い構造である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図２は、上述の実施例１における図１の本発明の半導体磁気センサを磁気ヘッドへの応用を考慮し、基板１のシリコンチップの端部に磁気感応部であるベース１０２の再結合領域Ｒを形成した例で、その鳥瞰図の概略図である。なお、同図は、ベース電極５０２をベース１０２のうち、再結合領域Ｒに対してエミッタ１０１側に形成した例であるが、もちろん、コレクタ１０３側に形成しても良い。同図には、エミッタ端子Ｅ、ベース端子Ｂ，コレクタ端子Ｃを図示し、他の電気回路などは省略した。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
【実施例６】
図９には、本発明の半導体磁気センサの構造を示す他の一実施例の概略図を示したもので、実施例５の図７で示した構造を、もう一つ反対向きに形成して、1個の領域Eとしてのエミッタ１０１に対して2個の領域CとしてのコレクタC1,C2を設けた場合である。この場合、ベース電極５０２も1個で済ませた実施例である。2個の対となる再結合領域Rは、ベース１０２の同一の側に配設してあるので、同一方向からの外部磁場Ｈに対して、一方の半導体磁気センサは、コレクタ電流が大きくなるが、他方のコレクタ電流は小さくなるので、これらの差動出力は、対となる半導体磁気センサの特性のばらつきにも依るが、1個の場合のほぼ2倍の感度となるという利点がある。また、差動増幅とすることにより、両者に共通する雑音がほぼ相殺されること、外部磁場Ｈがゼロにおける出力をゼロにできるので、ＳＮ比の大きな高感度の半導体磁気センサとなり得るという利点がある。なお、２個の場合よりは感度が下がるが、一方の半導体磁気センサのみの１個のコレクタＣを用いて、一般の差動増幅のように出力を打ち消すようにバイアス電圧を加えて差動増幅させても良いことはもちろんのことである。