(57)【要約】【目的】超小型、低消費電力、経時変化の極めて少なく、高感度であり、各種回路を集積可能な半導体磁気センサと、これを搭載するコンパクトな磁気計測装置を提供する。【構成】バイポーラ又はＭＯＳ型のトランジスタ構造とし、このベースに対応する領域に再結合領域Ｒを設け、ベースに注入された少数キャリアを外部磁場Ｈによるローレンツ力で、再結合割合を変化させるようにして、コレクタ又はドレインの電流の変化から、外部磁場Ｈの大きさと方向を計測できるようにする。ｐｎ接合を利用した再結合領域Ｒでは、バイアス電圧の印加により少数キャリアの再結合割合も調整できるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の一方の導電型の領域Ｂに、少数キャリアを注入する他方の導電型の領域Ｅと、この領域Ｅと同一の導電型もしくは金属からなり、この注入された少数キャリアを受け取る領域Ｃとを近接して配設し、更に、領域Ｅと領域Ｃとの間の領域Ｂに、前記注入された少数キャリアを再結合させる再結合領域Ｒを具備してあり、外部磁場Ｈが印加されたときに、領域Ｅから領域Ｂに注入された少数キャリアがローレンツ力を受けて偏向して再結合領域Ｒで再結合する割合が変化するように再結合領域Ｒを配設してあり、外部磁場Ｈにより領域Ｃに到達する前記注入された少数キャリアの数が変化し、この少数キャリアの数の変化による領域Ｃを流れる電流の変化から外部磁場Ｈに関する情報を得るようにしたことを特徴とする半導体磁気センサ。
【請求項２】
領域Ｂとして、ＳＯＩ層を使用した請求項１記載の半導体磁気センサ。
【請求項３】
再結合領域Ｒとして、領域Ｂと電気的に導通した領域であり、かつ領域Ｂとは異なる導電型の領域とした請求項１もしくは２に記載の半導体磁気センサ。
【請求項４】
一つの領域Ｅに対して複数の領域Ｃを配設した請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体磁気センサ。
【請求項５】
同一基板に領域Ｅ、領域Ｂ、領域Ｃおよび再結合領域Ｒを持つ半導体磁気センサのユニットを複数個設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体磁気センサ。
【請求項６】
２個のユニットを一対として形成し、これらの一対の出力を差動増幅させるようにした請求項５記載の半導体磁気センサ。
【請求項７】
二次元もしくは三次元的な外部磁場Ｈが計測できるようにユニットを配置した請求項５もしくは６記載の半導体磁気センサ。
【請求項８】
同一の基板に他の回路と共に集積化した請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体磁気センサ。
【請求項９】
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磁場の強さが大きくなるようにした請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体磁気センサ。
【請求項１０】
磁気感応部の位置もしくはヨークの先端から所定の距離だけ離した位置に導線を配設し、この導線に電流を流し、この電流による磁界を利用して外部磁場Ｈを校正するようにした請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体磁気センサ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体磁気センサを用いてあり、電源部と、この半導体磁気センサの駆動回路部、この半導体磁気センサの校正回路部、出力増幅回路部、演算回路部及び表示回路部を含む回路部を具備したことを特徴とする磁気計測装置。
【発明の詳細な説明】
【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の磁気センサと、これを用いた磁気計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、本発明者が発明した半導体磁気センサとしての磁気ダイオード（例えば、特開２００２−１３４７５８）があった。この磁気ダイオードは基本的にはｐｉｎ構造の２端子であり、その動作原理は次のようなものであった。真性半導体領域であるｉ領域には、再結合領域を具備してあり、ｐ型領域とｎ型領域との間に順方向バイアスを印加して、キャリアの二重注入状態で外部磁場Ｈを印加し、二重注入されたキャリアである電子（−）と正孔（＋）が共に再結合領域側にローレンツ力により曲げられたときには、流れる両キャリアが再結合により消滅し少なくなるので、二重注入が抑止される傾向になるので、ダイオード電流が小さくなる。また、逆に二重注入された電子と正孔のキャリアが共に再結合領域とは反対側に曲げられたときには、再結合が起こりにくい非再結合領域としているので、二重注入キャリアが十分流れ、大きなダイオード電流が流れるという原理を用いた半導体ダイオードの磁気センサであった。
【０００３】
また、ＳＯＩ基板の薄いＳＯＩ層に形成してあるので、小さな外部磁界Ｈにおいても注入キャリアは容易にＳＯＩ表面に形成してある再結合領域に到達するので、その分、小型で駆動電圧が小さくて済み、消費電力も小さくて済むものであった。
【０００４】
また、従来、磁気トランジスタが一般に知られている。これは、バイポーラトランジスタのエミッタＥからベースＢに注入されたキャリアは、ベースＢ領域では少数キャリアであり、この注入された少数キャリアはべースＢでの自由な多数キャリアの存在で電気的に中性を保ちながら逆方向バイアスされたコレクタＣに流れて行くが、外部磁場Ｈを流れに対し直角方向に印加すると、ローレンツ力によりホール電圧を発生せずに偏向することを利用し、コレクタＣをコレクタＣ１とコレクタＣ２との二つに分割しておき、ローレンツ力により偏向された注入された少数キャリアが、コレクタＣ１とコレクタＣ２のどちらかに多く流入するので、これらの異なるコレクタ電流の差動増幅により、外部磁場Ｈの大きさと方向を知るものである。
【０００５】
また、従来、バイポーラトランジスタの磁気トランジスタの代わりにＭＯＳＦＥＴを形成し、２個のコレクタに対応する２個のドレインを設けて、ゲート電圧の印加調整でバイポーラトランジスタ的動作領域で、注入された少数キャリアのチャンネル領域におけるローレンツ力による偏向により、二つのドレイン間の電流の差を検出するという、磁気トランジスタとほぼ同様な動作原理の基づく磁気センサとしてのＭＡＧＦＥＴが報告されている。
【０００６】
従来の磁気を計測する装置では、完全にＣＭＯＳ工程に適合する地磁気程度の弱い磁場を計測できる程度の高感度のセンサが存在していなかったために、数百ＭＨｚ程度の高周波発生させて、インピーダンスを測定する磁気センサもあるが、この場合、特殊な磁性体などの組み合わせや製作工程を必要とするので、磁気センサ部と周辺回路部との集積化が困難で、どうしても大型化と共に高価な磁場計測装置にならざるを得なかった。ＧＭＲやＴＭＲなどの高感度磁気センサでも、弱い磁場の領域に磁気感度のピークを有しているので、弱い磁場が存在しているかどうかのオン、オフ信号のようなデジタル信号を得るには適するが、広範囲の磁場の計測には適しないので、広範囲の磁場計測装置としては適しないものであった。
【０００７】
また、従来の二重注入型ｐｉｎ磁気ダイオード（特開２００２−１３４７５８）では、ドリフト電界が発生している領域にｐｎ接合による再結合領域Ｒを形成しても、ｉ層中で電界集中している中にｐｎ接合を形成しても、その領域の存在のためにｉ層の長さ方向が短絡状態となり、電界分布が複雑になり、実質的に再結合領域Ｒとしての効果が無いものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのタイプの磁気センサは、この半導体磁気センサはシリコンなどの半導体で形成できるので、ＣＭＯＳ工程に適合し、集積化しやすいという特長があるものの、従来の磁気トランジスタやＭＡＧＦＥＴは、極めて感度が低く、本発明者の発明による磁気ダイオードである半導体磁気センサで、ようやく地磁気の大きさが検出できる程度で、磁気感度が更に大きい半導体磁気センサが望まれていた。
【０００９】
また、磁気ダイオードでは、二重注入された電子と正孔は、再結合しても再結合電流が流れるので、それほど大きな外部磁場による電流変化が得られないので、磁気感度がそれほど大きくなれないという問題もあった。
【００１０】
また、再結合領域Ｒとして、再現性があり、経時変化が極めて少なく、設計しやすい領域の形成が望まれていた。
【００１１】
本発明は、従来の半導体ダイオードの二重注入キャリアの磁場による偏向と再結合に基づく磁気抵抗変化を利用するという上述した半導体磁気センサとは基本原理が同一であるが、ベースに注入されたベースにおける少数キャリアの再結合割合を外部磁場Ｈにより変化させるトランジスタとして動作させる半導体磁気センサで、半導体の最新の集積化技術が利用でき、超小型、低消費電力、安定な再結合領域の採用により経時変化の極めて少なく、高感度であり、駆動回路、増幅回路や各種補償回路などを集積化できる半導体磁気センサを提供すると共に、安価で、低消費電力で、かつコンパクトな磁気計測装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる半導体磁気センサは、半導体の一方の導電型（例えば、ｐ型）の領域Ｂに、少数キャリアを注入する他方の導電型（例えば、ｎ型）の領域Ｅと、この領域Ｅと同一の導電型もしくは金属からなり、この注入された少数キャリアを受け取る領域Ｃとを近接して配設し、更に、領域Ｅと領域Ｃとの間の領域Ｂに、前記注入された少数キャリアを再結合させる再結合領域Ｒを具備してあり、外部磁場Ｈが印加されたときに、領域Ｅから領域Ｂに注入された少数キャリアがローレンツ力を受けて偏向して再結合領域Ｒで再結合する割合が変化するように再結合領域Ｒを配設してあり、外部磁場Ｈにより領域Ｃに到達する前記注入された少数キャリアの数が変化し、この少数キャリアの数による領域Ｃを流れる電流の変化から外部磁場Ｈに関する大きさと方向などの情報を得るようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
もう少し詳しく説明すると、本発明の半導体磁気センサは、大きく分けてバイポーラトランジスタ型半導体磁気センサおよびＭＯＳＦＥＴ型（またはＭＩＳＦＥＴ型）半導体磁気センサに分けることができる。
【００１４】
先ず、バイポーラトランジスタ型半導体磁気センサについて説明すると次のようである。
【００１５】
領域Ｂとしてｐ型Ｓｉ基板のｐ型領域を例にする。この領域にエミッタとしてのｎ型の領域Ｅとコレクタとしてのｎ型の領域Ｃとを、エミッタからベース領域であるｐ型の領域Ｂに注入された少数キャリアである電子がコレクタ領域Ｃに到達できる程度の近接した間隔（エミッタ領域Ｅとコレクタ領域Ｃとの間隔であるベース長は、少数キャリアである電子の拡散距離よりも充分小さくする）で形成する。ベース領域Ｂのうちエミッタ領域Ｅとコレクタ領域Ｃとの間で、エミッタ領域Ｅとコレクタ領域Ｃとを結ぶ軸から少しずれた所にキャリアの再結合領域Ｒを形成しておく。エミッタ領域Ｅとベース領域Ｂとのｐｎ接合に順方向バイアス電圧を印加して、エミッタ領域Ｅからベース領域Ｂに、ｐ型のベース領域Ｂにおける少数キャリアである電子を注入させて、ベース領域Ｂとコレクタ領域Ｃに印加した逆方向バイアス電圧により注入された少数キャリアである電子がコレクタ領域Ｃにスイープアウトされるようにする。このとき、ベース領域Ｂに注入された電子のうち再結合領域Ｒに拡散した分は、再結合により失われるが、残りの分はコレクタ領域Ｃに到達し、スイープアウトされてコレクタ電流となる。ベース領域Ｂに注入された少数キャリアの電子は、コレクタ領域Ｃに主に拡散により流れてゆく途中で、印加された外部磁場Ｈのローレンツ力によりに再結合領域Ｒに平均して曲げられると、コレクタ領域Ｃに到達する数が少なくなるので、コレクタ電流が小さくなる。また、逆に印加された外部磁場Ｈのローレンツ力によりに平均して再結合領域Ｒから離れる方向に曲げられると再結合領域Ｒで失われる少数キャリアの電子が少なくなり、コレクタ領域Ｃに到達する数が増えるので、その分、コレクタ電流が大きくなる。このようにして、コレクタ電流の大きさと、この半導体磁気センサに対する外部磁場Ｈとの空間的配位から外部磁場Ｈの大きさと方向などの情報を得ることができる。
【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、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。
【００１７】
次にＭＯＳＦＥＴ型半導体磁気センサについて、バイポーラトランジスタ型半導体磁気センサに対応して説明すると次のようである。
【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。
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。
【００１９】
また、再結合領域Ｒは、ゲート直下ばかりでなく、そこからずれた所に形成しても良い。
【００２０】
また、上述のバイポーラトランジスタ型半導体磁気センサとＭＯＳＦＥＴ型やＭＩＳＦＥＴ型の半導体磁気センサでは、領域Ｃとしてのコレクタ領域ＣとドレインＤとを領域Ｂとしてのベース領域Ｂとは異なる導電型のｎ型半導体を使用した例であったが、これを金属としてベース領域Ｂに対するショットキー接合を形成して、これを逆方向バイアスにして、注入された少数キャリアをスイ−プアウトするようにしても、上述と同等の原理で動作する。
【００２１】
再結合領域Ｒとして、アルゴンガスと少量の酸素ガスを流しながらこれらのガスのイオンでスパッタリングして表面に欠陥を形成したり、溶液などを利用して化学的に表面を荒らしたり、または、物理的なスパッタリング欠陥と化学的な反応の組み合わせなど利用して形成しても良い。結晶中の欠陥は熱処理により修復されて結晶化するので、結晶化を阻害する意味で、スッパッタリング時に少量の酸素を導入し、欠陥に酸化物を形成してその後の熱処理などによる結晶化の促進を防止すると共に、経時変化を防止することができる。もちろん、アルゴンガスのみでスパッタリングして表面に欠陥を形成しのち、熱酸化して、欠陥付近を部分酸化したり、薬品処理をしたりして、結晶化による経時変化を防止することができる。
【００２２】
また、金や白金などをイオン注入法や拡散技術で添加してキラーセンターとして作用させ、キャリアの再結合を促進させるようにした再結合領域Ｒを形成してもよい。
【００２３】
また、シリコンやゲルマニウムなどを表面に堆積させて、界面でのひずみや欠陥などを利用する再結合領域Ｒを形成しても良い。
【００２４】
上述の再結合領域Ｒは、パッシブな再結合領域Ｒについてであったが、ｐｎ接合やショットキー接合を利用したアクティブな再結合領域Ｒにしても良い。例えば、ｐ型ベース領域Ｂにコレクタ領域Ｃと同様に、ｎ型の再結合領域Ｒを形成しておき、ベース領域Ｂに形成されたオーム性電極に対して逆方向バイアス電圧を印加すると、この再結合領域Ｒに流入する少数キャリアの電子はベース領域Ｂの多数キャリアの正孔と再結合する。このとき、逆方向バイアス電圧の大きさで再結合領域Ｒに流入する少数キャリアの量の制御、すなわち少数キャリアの再結合割合の制御をすることができるという利点がある。もちろん、印加電圧はゼロでもよい。
【００２５】
上述の例では、半導体としてシリコンを例にしたが、ＧａＡｓなどの化合物半導体を利用しても良く、単結晶ＧａＡｓを用いると、電子の移動度が大きいので、大きな磁気感度にすることができる。
【００２６】
本発明の請求項２に係わる半導体磁気センサは、領域Ｂとして、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層を用いた場合であり、特に絶縁体上に形成したシリコン単結晶薄膜層を用いた場合は、現在の成熟した半導体の集積化技術（ＩＣ化技術）が使用できるので、安価で、画一的で、大量生産性のある高精度の超小型の半導体磁気センサが形成できるばかりでなく、同一基板上にセンサの駆動回路、増幅回路や各種補償回路などの周辺回路を集積化できるという利点を持つ。
【００２７】
ＳＯＩ基板として、シリコン単結晶基板上に形成してあるシリコンの酸化膜とその上に形成してあるシリコンの単結晶半導体薄膜層から成る基板を用いてもよく、シリコンと格子定数の合う絶縁基板であるサファイア基板上にエピタキシャルシリコンの単結晶半導体薄膜層を成長させた基板を用いてもよい。
【００２８】
また、単結晶半導体薄膜層のうち、トランジスタを形成部分以外の一部または全部をエッチ除去して、領域Ｅから領域Ｂを経由して領域Ｃに流入する領域Ｂ（ベース領域Ｂ）に対する少数キャリアが、磁気感度を有する領域だけを通るようにすることにより、磁気感度を有しない領域を経由する電流がほとんどなくなるから高感度の磁気センサが提供できる。
【００２９】
本発明の請求項３に係わる半導体磁気センサは、再結合領域Ｒとして、領域Ｂと電気的に導通してあり、領域Ｂとは異なる導電型の領域とした場合である。領域Ｂがｐ型の場合は、不純物添加によるｎ型の領域を形成して、領域Ｂとの間でｐｎ接合とするか、または、ＭＯＳＦＥＴ型の場合には、ゲートに電圧を印加するなどして、ＭＯＳ界面にｎ型の領域となる反転層を形成して、これらのｃ領域とｐ型の領域Ｂとの間を電気的に短絡するか、電圧を印加して再結合を促進するようにしても良い。電圧を印加した場合は、注入された少数キャリアである電子の再結合割合を調節することもできる。
【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途中での再結合を利用するので、ベース領域にはドリフト電界はほとんど無く、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。
【００３１】
本発明の請求項４に係わる半導体磁気センサは一つの領域Ｅに対して複数の領域Ｃを配設した場合である。二次元や三次元的な外部磁場Ｈの検出や対となる半導体磁気センサの形成では、一つの領域Ｅに対して複数の領域Ｃを配設することにより、小型で、かつ、電極数が少なくて済むという利点がある。
【００３２】
本発明の請求項５に係わる半導体磁気センサは、同一基板に領域Ｅ、領域Ｂ、領域Ｃおよび再結合領域Ｒを持つ半導体磁気センサのユニットを複数個設けた場合である。磁場の分布の計測や二次元や三次元的な外部磁場Ｈの検出では、小型化できるので有利となる。
【００３３】
本発明の請求項６に係わる半導体磁気センサは、２個のユニットを一対として形成し、これらの一対の出力を差動増幅させるようにした場合である。温度補正や２個のユニットを逆向きに接続して出力の増大化を図る場合などに好適である。
【００３４】
本発明の請求項７に係わる半導体磁気センサは、二次元もしくは三次元的な外部磁場Ｈが計測できるようにユニットを配置した場合である。外部磁場Ｈの二次元計測では、同一半導体基板にユニットを平面上で直交配置することにより達成されるが、三次元的な外部磁場Ｈが計測では、二次元の平面上での直交配置に対し、更に直交配置させるか、または、３個のユニットが互いに直交成分があるように配置すると良い。
【００３５】
本発明の請求項８に係わる半導体磁気センサは、同一の基板に他の回路と共に集積化した場合で、この半導体磁気センサの駆動回路、増幅回路、各種補償回路、演算回路、メモリ回路、出力などを表示するための表示回路など、半導体磁気センサの周辺回路や他の目的の集積回路と共に本発明の半導体磁気センサを集積化するものである。
【００３６】
本発明の半導体磁気センサの製作工程は、ＣＭＯＳプロセスに適合するので、１つのチップに他の集積回路と共に集積化することにより、リード線が短くて済むことなどから外部からの誘導雑音が小さくなり、高感度で、高性能の半導体磁気センサが提供できるばかりでなく、たとえば、温度センサ、湿度センサや光センサなどの他のセンサやそれらのセンサに必要な駆動回路などの集積回路と共に集積化して多機能センサの装置を作製する場合、１つのチップに集積化できるので、ばらばらで組み上げるより小型でコンパクトな装置が提供できるという利点がある。
【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。
【００３８】
また、ヨークが磁気感度に大きく寄与している場合には、ヨークを三次元的に基板に直交面などに沿って曲げて磁束をそれに沿って誘導して、同一平面上に形成された半導体磁気センサの磁気感応部であっても二次元や三次元の外部磁場Ｈの計測ができるようにすることができる。また、一対のヨークが形成できないときには、一方のヨークだけを形成し、その先端に半導体磁気センサの磁気感応部を位置するように配置しても良い。
【００３９】
本発明の請求項１０に係わる半導体磁気センサは、磁気感応部の位置もしくはヨークの先端から所定の距離だけ離した位置に導線を配設し、この導線に電流を流し、この電流による磁界を利用して外部磁場Ｈを校正するようにした場合である。
【００４０】
半導体磁気センサは、温度依存性や経時変化が存在し、これを測定器として用いる場合は、これらの変化を補正する必要があり、測定する後毎に校正するか、時々、校正する必要がある。導線に電流を流すとその回りに磁界が発生し、本半導体磁気センサの磁気感応部から所定の距離にある導線に流れる電流による磁場は計算できるので、パルス電流や交流電流、もしくは直流電流などを導線に流して、半導体磁気センサの校正を行うものである。
【００４１】
導線は、直線状でも良く、コイル状でも良いし、半導体磁気センサの磁気感応部を覆うようにして、薄膜導体で導線を形成して、磁気感応部に一様磁界が働くようにすることもできる。
【００４２】
また、ヨークがある場合は、絶縁層を介してこのヨークの周囲を一周または数周だけコイルで取り巻くように薄膜導線で密着形成しても良い。漏れ磁束もあるので、ヨークの一端からの距離の所定の値として、再現性が良く、計算にも合い易くしておいた方が良い。
【００４３】
本発明の請求項１１に係わる本発明の半導体磁気センサを用いた磁気計測装置は、電源部と、この半導体磁気センサの駆動回路部、この半導体磁気センサの校正回路部、出力増幅回路部、演算回路部及び表示回路部を含む回路部を具備している磁気計測装置であり、地磁気の計測、磁束の計測、電流の計測、方位の計測、磁気探傷とその画像表示、磁気ヘッドとしての磁気記録と磁界の計測などの計測やその結果の表示などを行う装置で、完全にＩＣ化が可能な磁気センサを搭載できるので、安価で、低消費電力で、かつコンパクトなものである。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体磁気センサの実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
【実施例１】
図１は、本発明の半導体磁気センサの一実施例を示し、そのセンサ主要部の断面概略図で、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ型の半導体磁気センサとして実施し、そのベース１０２としての領域Ｂに再結合領域Ｒを設けた場合である。なお、同図には、エミッタ端子Ｅ、ベース端子Ｂ，コレクタ端子Ｃを図示してあり、簡単のために表面の酸化膜や電極などを省略してある。
【００４６】
この実施例の半導体磁気センサとしての動作を説明すると、次のようである。
基板１としてＳＯＩ基板（たとえば、ｐ型シリコン（Ｓｉ）の下地基板１１上にシリコン酸化膜からなる電気絶縁体５０の１μｍ厚の絶縁層が形成されてあり、その上に更に単結晶半導体薄膜層であるＳＯＩ層１０が５μｍ厚に形成されたもの）を用い、領域Ｂとしての一方の導電型であるｐ型半導体（以下、本明細書ではｐ型として表示する）と、他方の導電型であるｎ型半導体（以下、本明細書ではｎ型として表示する）の領域Ｅおよび領域Ｃを、ＳＯＩ層１０に近接して形成し、その周りのＳＯＩ層１０をエッチング除去してエッチング除去部６０を形成してある。これは、領域Ｅから領域Ｂに注入された少数キャリアが磁気感応部である再結合領域Ｇの付近のみ流れて、領域Ｃに到達することにより、磁気感度を大きくさせるためである。
【００４７】
また、領域Ｂの表面（一方の面）には、たとえば、アルゴンガスと少量の酸素ガスを流しながらこれらのガスのイオンでスパッタリングして表面に欠陥を形成して再結合領域Ｒを形成したり、溶液などを利用して化学的に表面を荒らしたり、または、物理的なスパッタリング欠陥と薬品処理による化学的な反応の組み合わせなどして表面安定化した再結合領域Ｒを形成してもよい。また、金や白金などをイオン注入法や拡散技術で添加してキラーセンターとして作用させ、キャリアの再結合を促進させる再結合領域Ｒを形成してもよい。ＳＯＩ層はシリコンなので、酸化膜は極めて安定なＳｉＯ２膜となり、極めて経時変化の少ない安定な再結合領域Ｒが形成できる。
【００４８】
また、本実施例では、基板１としてＳＯＩ基板が用いられており、ＳＯＩ層１０の領域Ｂに形成してある再結合領域Ｒの裏面側はシリコンの熱酸化膜が安定に形成されてあり、非再結合領域５となっている。
【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。
【００５０】
図１に示すように、エミッタ１０１からベース１０２に注入された少数キャリアの電子が外部磁場Ｈによるローレンツ力により、再結合領域Ｒ側に曲げられると、ベース１０２の多数キャリアである正孔も電気的中性を維持するために集まり、これらの電子と正孔が再結合領域Ｒで再結合する。このとき失われた正孔は、ベース１０２に設けたベース電極５０２を通して補給され、ベース電流となる。
このとき注入された電子は、再結合により激しく失われ、コレクタ１０３に到達する数が極めて小さくなると、逆バイアスされているコレクタ１０３を流れるコレクタ電流Ｉｃは極めて小さくなる。
【００５１】
従来の二重注入型ダイオードを用いた半導体磁気センサにおいては、二重注入された電子と正孔が再結合しても、ダイオードには再結合電流が流れ、この電流値に飽和する傾向があるのに対して、本発明のトランジスタ型の半導体磁気センサでは、少数キャリアの流れのみを利用しているので、注入された少数キャリアが再結合により失われると、ほとんどコレクタ電流Ｉｃが流れなくなるので、大きな外部磁場Ｈによるコレクタ電流Ｉｃの変化が得られるので、大きな磁気感度が得られるという特徴がある。
【００５２】
また、エミッタ１０１から注入された少数キャリアの電子が図１に示す外部磁場Ｈの向きとは逆向きに印加された場合、非再結合領域５側に曲げられるので、再結合が極めて少なく、多くの注入された少数キャリアの電子がコレクタ１０３に到達し、大きなコレクタ電流Ｉｃとなる。
【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。
【００５４】
本発明の半導体磁気センサでは、ベース１０２に注入された少数キャリアが外部磁場Ｈの印加の向きにより、再結合領域Ｒ側に曲げられるとコレクタ電流Ｉｃが外部磁場Ｈが無いときに比べて小さくなり、非再結合領域５側に曲げられるとコレクタ電流Ｉｃが外部磁場Ｈが無いときに比べて大きくなり、その程度も外部磁場Ｈの大きさに依存するので、外部磁場Ｈの大きさと方向が判別できる磁気センサとなる。
【００５５】
本発明の半導体磁気センサの素子部分における製作工程の一例の概略を説明する。先ず、基板１として、ｐ型シリコン（Ｓｉ）の約５００μｍ厚の下地基板１１上にシリコン酸化膜からなる電気絶縁体５０の１μｍ厚の薄膜層が形成されてあり、その上に更に１Ωｃｍ程度のｐ型のＳＯＩ層１０が５μｍ厚に形成されたＳＯＩ基板を用いる。このＳＯＩ基板を熱酸化して全面にＳｉＯ２から成る絶縁薄膜５１を０．５μｍ厚に形成し、不純物拡散のマスクとして用いる。その後、領域Ｅ，領域Ｂおよび領域Ｃを形成する領域確保したｐ型のＳＯＩ層１０の領域を島状に残し、その周囲を一周して、公知のフォトリソグラフィにより表面の絶縁薄膜５１およびＳＯＩ層１０をエッチング除去して、エッチ除去部６０を形成する。
【００５６】
一般に電子の移動度が正孔の移動度の３倍程度大きく、領域Ｂとしてのベース１０２での少数キャリアが電子の方がコレクタ１０３に到達しやすいので、領域Ｂとしてｐ型のＳＯＩ層１０を用いた方がよい。
【００５７】
ｎ型の領域Ｅとしてのエミッタ１０１と領域Ｃとしてのコレクタ１０３とを５μｍ程度離してｎ型の不純物であるリン（Ｐ）を熱拡散またはイオン注入技術により形成する。次に、領域Ｂとしてのベース１０２のうち、エミッタ１０１とコレクタ１０３とのそれぞれのｐｎ接合部から１μｍ程度離して、ベース１０２領域の残り３μｍ程度の領域を再結合領域Ｒとするために、その再結合再結合領域Ｒ上の熱酸化膜の全部をエッチング除去した後、スパッタリング装置を用いてアルゴンと少量の酸素ガス中で適当なガス流量、電力と時間の調整でスッパタリングして、この領域の表面層部分に欠陥を形成させて再結合領域Ｒを形成する。その後、更に、アモルファスシリコンの堆積して表面の歪を形成させると共に表面の保護膜として利用する。その後、通常のフォトリソグラフィにより、コンタクトホール４１１，４１２，４１３，４１４の形成、たとえばアルミニウム薄膜によるオーム性のエミッタ電極５０１，ベース電極５０２およびコレクタ電極５０３の形成などを行う。
【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。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。
【００５９】
【実施例２】
図３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断面概略図を示したもので、実施例１の図１と図２で示した構造とほぼ同様であるが、大きな違いはベース１０２の上にゲート酸化膜である絶縁薄膜５１を形成し、ゲート電極５１２を形成してあり、ｐ型のベース１０２のＭＯＳ界面にｎ型反転までにはならない程度にゲート電圧Ｖｇをソース１１１に対して印加していること、更にバイポーラトランジスタ型と本質的には同等であるが、ＭＯＳ構造のゲート１１２を設けているので、ＭＯＳＦＥＴ型として名付けている点である。従って、実施例１の図１における領域Ｅとしてソース１１１と称し、領域Ｃとして領域Ｃとしてドレイン１１３と称することにしている。
【００６０】
ソース１１１とベース１０２間に印加した順方向電圧Ｖｂにより、ベース１１２に少数キャリアである電子が注入される。この注入された少数キャリアは、ゲート電極５１２直下のチャンネル１１４部に相当するＭＯＳ界面側で起こりやすい。実際には、ゲート電圧Ｖｇはベース１０２のＭＯＳ界面にｎ型の反転層３が形成されない程度の適当な電圧の印加なので、チャンネル１１４は形成されていないが、電子はポテンシャル的にＭＯＳ界面に集まりやすくなっている。
【００６１】
ベース１０２に注入された少数キャリアの電子は上述の実施例１の場合と同様に、外部磁場Ｈの向きと大きさによりローレンツ力により、再結合領域Ｒの方向に曲げられ再結合し、領域Ｃとしてのドレイン１１３まで到達できなくなり、ドレイン電流Ｉｄがほとんど流れなくなったり、逆の外部磁場の向きや大きさによっては、非再結合領域５側に曲げられ、ドレイン１１３に到達する電子が多くなり、比較的大きなドレイン電流Ｉｄが流れるようになったりする。この場合の出力も容易にドレイン端子Ｄに接続してある負荷抵抗ＲＬの電圧降下として取り出すことができる。
【００６２】
ベース端子Ｂを開放にすることも可能で、このときは純粋なＭＯＳＦＥＴとして動作するが、ソース１１１からベース１０２への少数キャリアの電子の注入が少なくなるので、ベース・ソース間のｐｎ接合に順方向電圧Ｖｂを印加して少数キャリアの注入を促進した方が良い。
【００６３】
【実施例３】
図４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断面概略図を示したもので、実施例２における図３で示した構造とほぼ同様であるが、大きな違いは、ベース１０２の上にゲート酸化膜である絶縁薄膜５１を形成してあるが、ゲート電極５１２をソース１１１とドレイン１１３との間の途中で部分的に形成してあり、ゲート電極５１２に比較的大きな電圧Ｖｇを印加して、ｐ型のベース１０２のＭＯＳ界面にｎ型の反転層３が形成されるようにＶｇをソース１１１に対して適当に印加していること、更に、ベース１０２に形成したｎ型層２０を介して、この反転層３と導通する再結合用端子Ｒを形成して、この再結合用端子Ｒとベース端子Ｂとの間に再結合促進電圧Ｖｒが印加できるようにしており、この反転層３を再結合領域Ｒとしている点、更に、ソース１１１とドレイン１１３の厚みが領域Ｂとしてのベース１０２となるＳＯＩ層１０の底まで到達していない場合であること、更に、このセンサの構成主要部であるソース１１１、ベース１０２、ドレイン１１３、ゲート電極５１２の下部のベース１０２領域及びｎ型層２０の領域を島状に残して、その周囲を絶縁分離領域６１としてＳＯＩ層１０に形成してあり、ＳＯＩ層１０を平坦なまま使用できるようにした場合であり、ソース１１１からベースに注入された少数キャリアである電子をセンサのこれらの島状の構成主要部内に閉じ込めるようにして、注入された電子がこの領域から流れ出さないようにしている点が主な相違点である。なお、絶縁分離領域６１は、酸素などのイオン注入や部分熱酸化などによる電気的な絶縁層にしたり、高濃度のｐ型層にして、注入少数キャリアである電子を寄せ付けないようにした層でも良い。
【００６４】
図５には、図４に示した本発明の半導体磁気センサの平面図の概略図を示してある。なお、この図５では、電源部などは省略しているが、図４において省略した表面の絶縁薄膜５２は図示している。
【００６５】
【実施例４】
図６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平面概略図を示したもので、実施例１の図１と図２で示した構造とほぼ同様で、バイポーラトランジスタ型であるが、大きな違いは、第１に、再結合領域Ｒとして、ベース１０２の表面付近に形成したｎ型層２０とした点である。再結合領域Ｒを有効にするには、このｎ型層２０の導通する再結合用端子Ｒとベース端子Ｂとを短絡するか、もしくは、図４と図５における実施例で説明したように、再結合促進電圧Ｖｒを印加するようにしても良い。第２に、この再結合領域Ｒとしてのｎ型層２０を、エミッタ１０１からコレクタ１０３に流入する注入された少数キャリアの電子が通るベース１０２の通路を再結合領域Ｒが完全に塞がないように、片側にずらして形成してあり、外部磁場Ｈの印加方向もこれを繁栄して、ベース１０２の層を持つＳＯＩ層１０面に垂直に印加するようにしている点、更に、図４でも説明した絶縁分離領域６１としてＳＯＩ層１０に形成してあり、ＳＯＩ層１０を平坦なまま使用できるようにしている点である。
【００６６】
ｎ型層２０は、ベース１０２の表面付近ばかりでなく、完全にＳＯＩ層１０面の下部の絶縁薄膜５１まで到達していても良い。
【００６７】
【実施例５】
図７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、図６に示した半導体磁気センサと同様であるが、大きな違いは、再結合領域Ｒとして、ベース１０２の表面付近に形成したｎ型層２０がベース１０２の幅を横切り、かつ覆うように形成してあり、エミッタ１０１から注入された電子がコレクタ１０３に到達するのに、ベース１０２のうちの再結合領域Ｒの下を通るようにしている点で、外部磁場Ｈの印加方向がベース１０２の層に平行な方向としている場合である。また、この図７には、ベース端子Ｂと再結合用端子Ｒに再結合促進電圧Ｖｒを印加した場合を示している。再結合促進電圧Ｖｒの印加電圧の調整により、ｎ型層２０からなる再結合領域Ｒとｐ型のベース１０２とのｐｎ接合の逆方向バイアスにより、空乏層幅が変化するので、注入された電子の通り道の幅が変化し、再結合割合が調整できることになる。もちろん、再結合促進電圧Ｖｒをゼロとすれば、ベース端子Ｂと再結合用端子Ｒとを短絡したことになる。
【００６８】
図８には、図７に示す実施例で、ベース端子Ｂと再結合用端子Ｒとを外部で短絡する代わりに、設計時点で図７に示す実施例のベース電極５０２と再結合電極５１４とをまとめて、一つの電極にした実施例を示してある。この場合は、当然ながらベース１０２への注入電子の再結合割合は調整できないが、コンパクトな構造になるという利点がる。
【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。
【００７０】
【実施例７】
図１０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平面概略図を示したもので、バイポーラトランジスタ型の半導体磁気センサの再結合領域Ｒに、磁気回路３００としての磁束を収束させる細長い薄膜状の１対の強磁性体からなるヨーク３１０ａ、３１０ｂのギャップ３５０が位置するように配設した場合を示している。このような構造にすることにより、半導体磁気センサの磁気感応部である再結合領域Ｒに、離れた箇所の磁束を有効に導くことができる。
【００７１】
この実施例の図９では、１対のヨーク３１０ａ、３１０ｂを図示してあるが、一方のヨークだけでも、磁束収束の効果がある。これらのヨーク３２０の形状効果が大きく、必要に応じ、その厚み、長さや対の場合のギャップ３５０の間隔、更には先端の先鋭化などによる磁束収束など、適宜、設計すると良い。
【００７２】
【実施例８】
図１１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平面概略図を示したもので、実施例７の場合と同様、バイポーラトランジスタ型の半導体磁気センサの再結合領域Ｒに、磁気回路３００としての磁束を収束させる細長い薄膜状の１対の強磁性体からなる表面のヨーク３１０ａ、３１０ｂのギャップが位置するように配設した場合である。大きな違いは、磁気回路３００として、基板１の裏面にも一方のヨーク３１０ａを延長して、裏面ヨーク３２０を形成し、他方の表面のヨーク３１０ｂとの間に、基板１の厚みにほぼ等しいもう一つのギャップ３５１があり、このギャップ３５１とヨーク３１０ｂの先鋭化した磁気ヘッド先端部３３０とで、極めて微弱で微小の磁区からの磁場を検出するに好適な読み出し用の磁気ヘッド、特に垂直磁気記録の読み出し用に好適なような構造にした点にある。
【００７３】
また、ここでは図示しないが、強磁性体のヨーク３１０を基板１０の磁気感応部である再結合領域Ｒの形成してある側にのみ形成することもできる。
【００７４】
【実施例９】
図１２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平面概略図を示したもので、バイポーラトランジスタ型の半導体磁気センサを例に取った場合で、例えば、領域Ｃとしてのコレクタ１０３の方向から領域Ｅとしてのエミッタ１０１の方向に向かってベース１０２に沿った方向に電流Ｉｔが流れるように、磁気感応部である再結合領域Ｒの上に、絶縁層を介して薄膜状の導線６００を密着形成してパターン化させてあり、導線６００の電極端子Ｔ１，Ｔ２に所定の電流Ｉｔを流し、このとき発生する既知の磁界を利用して、半導体磁気センサを校正するようにした場合である。
【００７５】
この薄膜状の導線６００には、パルス状の電流Ｉｔを流したり、種々の大きさの電流Ｉｔを流したりして校正することができる。更に、電流Ｉｔの向きを変えて校正することもできる。
【００７６】
【実施例１０】
図１３は、本発明の半導体磁気センサを搭載した本発明の磁気計測装置の構成要素となる種々の回路部とその電気信号系の流れに対するブロック図を示したものである。
【００７７】
本発明の半導体磁気センサは、完全にＣＭＯＳ工程に適合するので、破線で示した磁気計測装置のうち、太枠内の構成要素である種々の回路部としての半導体磁気センサの駆動回路部、この半導体磁気センサの校正回路部、出力増幅回路部、演算回路部及び表示回路部の大部分は、半導体磁気センサの磁気検出部である磁気トランジスタ部と同一の基板にモノリシックに形成できる。
【００７８】
このように外部からの電源部とスイッチ、表示部などを除けば、ほとんどの回路部が半導体磁気センサと同一基板に集積化が容易であり、しかも大量生産可能なので、コンパクトで安価な磁気計測装置を提供することができる。
【００７９】
上述の実施例は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の主旨および作用、効果が同一でありながら、本発明の多くの変形があることは明らかである。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００８１】
本発明の半導体磁気センサでは、本発明は、従来の半導体ダイオードの二重注入キャリアの磁場による偏向と再結合に基づく電流変化を利用するという上述した半導体磁気センサとは基本原理が同一であるが、ベースに注入されたベースにおける少数キャリアの再結合割合を外部磁場Ｈにより変化させるトランジスタ動作させる半導体磁気センサであるから、二重注入現象を利用しないから、順方向電圧印加でベースへの少数キャリアが容易に注入でき、しかも拡散が主体で領域Ｃであるコレクタやドレインに向かってゆっくり流れるので、キャリア速度が小さく、その分外部磁場Ｈとの相互作用時間が長く、磁気ダイオードの二重注入時の強電界に依るドリフト速度の場合とは異なり、キャリアの曲がりが大きくなり、高感度の磁気センサが達成されるという利点がある。
【００８２】
また、バイポーラトランジスタ型とＭＯＳＦＥＴ型の半導体磁気センサが提供でき、特にＭＯＳＦＥＴ型では、ゲートを有しているので、ＭＯＳ界面のベース領域を反転させてチャンネル形成させたり、反転まで至らない状態で、バイポーラトランジスタ型と同等な動作をさせたりできるので、外部磁場Ｈの大きさや向きなどに対して、磁気感度の調整や磁気計測のダイナミックレンジ調整など微細な制御が可能である。
【００８３】
また、従来の二重注入型ｐｉｎ磁気ダイオードでは、再結合領域Ｒで二重注入された電子と正孔とが外部磁場Ｈにより曲げられ、完全に再結合しても、再結合電流が流れてしまい、電流の変化率がそれほど大きくなれないのに対して、本発明の半導体磁気センサはトランジスタ型なので、少数キャリアが外部磁場Ｈにより曲げられ、再結合領域Ｒで再結合により消滅すると、コレクタ又はドレイン電流はほぼゼロになり、大きな電流の変化割合になるので、大きな磁気感度が得られるという利点がある。
【００８４】
再結合領域Ｒとして、ｐｎ接合や反転層が利用できるので、設計ができやすく、かつ安定な再結合領域Ｒが形成できる。また、領域Ｂに対する印加電圧の調整により磁気感度を可変型とすることもできるので、大きなダイナミックレンジの磁気センサと磁気計測装置が提供できる。
【００８５】
半導体磁気センサの磁気感応部などの主要部がＳＯＩ層に形成できるので、再結合領域Ｒに対して注入少数キャリアの流路に制限を与えることができる。このことは外部磁場Ｈによるローレンツ力により、有効に注入少数キャリアの大部分を再結合領域Ｒに到達させたり、もしくは、再結合領域Ｒから離したりすることができるので、大きな磁気感度が得られるという利点がある。
【００８６】
ＣＭＯＳ適合の微細加工技術を用いて磁気回路も集積化できるので、磁気センサとして各種の応用が期待できる。
【００８７】
半導体の最新の集積化技術が利用でき、超小型、低消費電力、経時変化の極めて少なく、高感度であり、駆動回路、増幅回路や各種補償回路などを同一基板に集積化できる半導体磁気センサが提供されると共に、安価で、低消費電力で、かつコンパクトな磁気計測装置を提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体磁気センサの一実施例を示し、そのセンサ主要部の断面概略図で、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ型の半導体磁気センサとして実施した場合である。
【図２】図１に示した本発明の半導体磁気センサの一実施例の鳥瞰図で、概略図である。
【図３】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断面概略図を示したもので、ＭＯＳＦＥＴ型の場合である。
【図４】半導体磁気センサの構造を示す他の一実施例の断面概略図を示したもので、ゲート電極５１２を部分的に形成した場合である。
【図５】図４に示した本発明の半導体磁気センサの平面図の概略図を示してある。
【図６】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平面概略図を示したもので、再結合領域Ｒにｐｎ接合を利用した場合である。
【図７】半導体磁気センサの再結合領域Ｒにｐｎ接合を利用した構造を示す他の一実施例の概略図を示したものである。
【図８】半導体磁気センサの再結合領域Ｒにｐｎ接合を利用した構造を示す他の一実施例の概略図を示したものである。
【図９】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、１個の領域Ｅに対して２個の領域Ｃを設けた場合である。
【図１０】半導体磁気センサの構造を示す他の一実施例の平面概略図を示したもので、１対の強磁性体からなるヨークを形成した場合である。
【図１１】半導体磁気センサの構造を示す他の一実施例の平面概略図を示したもので、磁気ヘッドに好適なヨークを形成した場合である。
【図１２】半導体磁気センサの構造を示す他の一実施例の平面概略図を示したもので、導線に電流Ｉｔを流し、磁場の校正ができるようにした場合である。
【図１３】本発明の磁気計測装置に関し、その構成要素となる種々の回路部とその電気信号系の流れに対するブロック図を示したものである。
【符号の説明】
１    基板
３    反転層
４    チャンネル部
５    非再結合領域
１０    ＳＯＩ層
１１    下地基板
２０    ｎ型層
５０    電気絶縁体
５１，５２  絶縁薄膜
６０    エッチ除去領域
６１    絶縁分離領域
１０１    エミッタ
１０２    ベース
１０３    コレクタ
１１１    ソース
１１２    ゲート
１１３    ドレイン
１１４    チャンネル
３００    磁気回路
３１０、３１０ａ、  ３１０ｂ  ヨーク
３２０  裏面ヨーク
３３０  磁気ヘッド先端部
３５０、３５１  ギャップ
４１１，４１２，４１３，４１４    コンタクトホール
５００  電極
５０１  エミッタ電極
５０２  ベース電極
５０３  コレクタ電極
５１１  ソース電極
５１２  ゲート電極
５１３  ドレイン電極
５１４  再結合電極
６００  導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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