具有偏移抵消并且使用绝缘体上技术实现的的差分横向磁场传感器系统

摘要

提供了一种差分磁场传感器系统(10)，其中实现了对在彼此相邻布置的磁场传感器中的差分半导体结构的偏移抵消。所述系统(10)包括第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)，其中每个磁场传感器都布置为实质相同，并包括优选性的绝缘体上硅(SOI)表面层部分(102)，提供作为在优选性的SOI晶片上的表面部分；以及表面(104)。在表面(104)上布置有：中央发射极结构(110，210，310)，形成为与基本垂直于所述表面(104，204，304)的对称平面(106，206，306)基本镜面对称；第一和第二集电极结构(116，216，316；118，218，318)，其中每个都布置为远离发射极结构(110，210，310)，并布置在对称平面(106，206，306)的相对侧上，以便基本上成为彼此的镜像。

权利要求

1.一种差分磁场传感器系统(10)，包括：

第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)，每个磁场传感器都布置为实质上相同，并且包括优选性的绝缘体上硅表面层部分(102)，所述绝缘体上硅表面层部分被提供作为在优选性的绝缘体上硅晶片上的表面部分并且具有表面(104)，在所述表面上和/或在所述表面镍布置有：中央发射极结构(110，210，310)，形成为相对于与实质垂直于所述表面(104，204，304)的对称平面(106，206，306)实质镜面对称；

第一和第二集电极结构(116，216，316；118，218，318)，每个均布置为远离发射极结构(110，210，310)，并布置在对称平面(106，206，306)的相对侧上，以便实质上成为彼此的镜像，其中：所述第一磁场传感器(100)是双侧操作的，其中所述第一磁场传感器的第一集电极结构(116)和发射极结构(110)经由第一读出电路外部相连，并且所述第一磁场传感器的第二集电极结构(118)和发射极结构(110)经由第二读出电路外部相连；

所述第二磁场传感器(200)是单侧操作的，其中所述第二磁场传感器的第一集电极结构(216)和发射极结构(210)经由第三读出电路外部相连；以及所述第三磁场传感器(300)是单侧操作的，其中所述第三磁场传感器的第二集电极结构(318)和发射极结构(310)经由第四读出电路外部相连。

2.根据权利要求1所述的差分磁场传感器系统，其中所述第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)中的每个具有横向尺寸，并且其中所述第一和第二磁场传感器之间的距离以及所述第一和第三磁场传感器之间的距离小于横向尺寸的10倍，优选地小于横向尺寸的

5倍，更优选地小于横向尺寸的2倍。

3.根据权利要求1或2所述的差分磁场传感器系统，其中在所述第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)中的每个中，通过第一部分发射极结构(112，212，312)和第二部分发射极结构(114，214，314)来形成发射极结构(110，210，310)，其中将第一部分发射极结构和第二部分发射极结构(112，212，312；114，214，314)布置为在对称平面(106，206，306)的相对侧上彼此相邻，以便实质成为彼此的镜像。

4.根据权利要求1或2所述的差分磁场传感器系统，其中所述第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)中的每个实现为横向磁敏电阻器LMR(400)，其中发射极结构(110；112，

114)以及第一和第二集电极结构(116，118)形成为在n型阱(406)的表面(104)上和/或该表面(104)内的n+型结构(402)。

5.根据权利要求4所述的传感器系统，其中所述第一、第二、第三和第四读出电路是电阻(124，126，224，226，324，326)读出电路、电压读出电路或电流读出电路之一。

6.根据权利要求1或2所述的差分磁场传感器系统，其中所述第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)中的每个实现为横向磁敏晶体管LMT(500)，其中发射极结构(110；112，

114)以及第一和第二集电极结构(116，118)形成为在p型阱(508)的表面(104)上和/或该表面(104)内的n+型结构(502)。

7.根据权利要求6所述的差分磁场传感器系统，其中所述第一、第二、第三和第四读出电路是电流读出电路。

8.根据权利要求1或2所述的差分磁场传感器系统，其中所述第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)中的每个实现为横向磁敏二极管LMD(600)，在所述横向磁敏二极管LMD(600)中实现以下结构之一：(1)将发射极结构(110；112，114)形成为n+型结构(602)，将第一和第二集电极结构(116，118)形成为p+型结构(603)，所述发射极结构(110；112，114)和所述第一和第二集电极结构(116，118)全部都在n型阱(606)的表面(104)上和/或表面(104)内；

(2)将发射极结构(110；112，114)形成为p+型结构(603)，将第一和第二集电极结构(116，118)形成为n+型结构(602)，所述发射极结构(110；112，114)和所述第一和第二集电极结构(116，118)全部都在n型阱(606)的表面(104)上和/或该表面(104)内；

(3)将发射极结构(110；112，114)形成为n+型结构(602)，将第一和第二集电极结构(116，118)形成为p+型结构(603)，所述发射极结构(110；112，114)和所述第一和第二集电极结构(116，118)全部都在p型阱(608)的表面(104)上和/或表面(104)内；或(4)将发射极结构(110；112，114)形成为p+型结构(603)，将第一和第二集电极结构(116，118)形成为n+型结构(602)，所述发射极结构(110；112，114)和所述第一和第二集电极结构(116，118)全部都在p型阱(608)的表面(104)上和/或表面(104)内。

9.根据权利要求8所述的差分磁场传感器系统，其中所述第一、第二、第三和第四读出电路是电阻读出电路、电压读出电路或电流读出电路之一。

10.根据权利要求1或2所述的差分磁场传感器系统，其中所述第一、第二和第三磁场传感器(100，200，300)外部相连以便形成惠斯通电桥型电路(20)，其中第一和第二分压器(22，24)耦连在例如正电源电压电平(36)和公共接地电压电平(38)之间，其中：第一分压器(22)包括包含第二磁场传感器(200)的第一集电极结构(216)和发射极结构(210)在内的结构以及包含第一磁场传感器(100)的第一集电极结构(116)和发射极结构(110)在内的结构；以及第二分压器(24)包括包含第三磁场传感器(300)的第二集电极结构(318)和发射极结构(310)在内的结构以及包含第一磁场传感器(100)的第二集电极结构(118)和发射极结构(110)在内的结构。

11.根据权利要求10所述的差分磁场传感器系统，

其中在第一分压器(22)中，

第二磁场传感器(200)的第一集电极结构(216)耦接到电源电压电平(36)，第二磁场传感器(200)的发射极结构(210)耦接到第一磁场传感器(100)的第一集电极结构(116)，并且第一磁场传感器(100)的发射极结构(110)耦接到公共接地电压电平(38)，其中在第二分压器(24)中，

第三磁场传感器(300)的第二集电极结构(318)耦接到电源电压电平(36)，第三磁场传感器(300)的发射极结构(310)耦接到第一磁场传感器(100)的第二集电极结构(118)，其中所述传感器系统(10)还包括差分电压输出端子，所述差分电压输出端子包括第一和第二电压输出端子(28，30)，其中所述第一电压输出端子(28)耦接到在第二磁场传感器(200)的发射极结构(210)以及第一磁场传感器(100)的第一集电极结构(116)之间的连接中的第一节点(32)，且所述第二电压输出端子(30)耦接到在第三磁场传感器(300)的发射极结构(310)和第一磁场传感器(100)的第二集电极结构(118)之间的连接中的第二节点(34)。

12.根据权利要求11所述的差分磁场传感器系统，还包括第一1分2复用器(40)和第二1分2复用器(60)，其中：第一1分2复用器(40)具有第一和第二输入端子(42，44)以及第一至第四输出端子(46，

48，50，52)，并且用于切换到“a”状态或切换到“b”状态，其中

在“a”状态中，第一输出端子(46)连接到第一输入端子(42)，并且第三输出端子(50)连接到第二输入端子(44)；以及在“b”状态中，第二输出端子(48)连接到第一输入端子(42)，并且第四输出端子(52)连接到第二输入端子(44)，此外，第一输出端子(42)耦接到第二输入端子(44)以及电源电压电平(36)；

第一输出端子(46)耦接到第三磁场传感器(300)的第二集电极结构(318)；

第二输出端子(48)连接到第三磁场传感器(300)的第一集电极结构(316)；

第三输出端子(50)连接到第二磁场传感器(200)的第一集电极结构(216)；且第四输出端子(52)连接到第二磁场传感器(200)的第二集电极结构(218)，且其中第二1分2复用器(60)具有第一和第二输入端子(62，64)以及第一至第四输出端子(66，

68，70，72)，适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态，其中

在“a”状态中，第二输出端子(68)连接到第一输入端子(62)，并且第四输出端子(72)连接到第二输入端子(64)；以及在“b”状态中，第一输出端子(66)连接到第一输入端子(62)，并且第三输出端子(70)连接到第二输入端子(64)，此外第一输入端子(62)耦接到第一磁场传感器(100)的第二集电极结构(118)以及惠斯通电桥型电路(20)的第二电压输出端子(30)；

第二输入端子(64)耦接到第一磁场传感器(100)的第一集电极结构(116)以及惠斯通电桥型电路(20)的第一电压输出端子(28)；

第一输出端子(66)与第四输出端子(72)相连并耦接到第二磁场传感器(200)的发射极结构(210)；

第二输出端子(68)与第三输出端子(70)相连并耦接到第三磁场传感器(300)的发射极结构(310)。

13.根据权利要求10所述的差分磁场传感器系统，还包括外部切换电路，适用于循环式地将磁场传感器系统从第一状态(74)切换到第二状态(76)、从第二状态切换(76)到第三状态(78)、从第三状态(78)切换到第一状态(74)，等等，其中：在第一状态(74)中，第一磁场传感器(100)经由它的第一集电极结构(116)到它的发射极结构(110)并经由它的第二集电极结构(118)到它的发射极结构(110)进行双侧操作，第二磁场传感器(200)经由它的第一集电极结构(216)到它的发射极结构(210)进行单侧操作，并且第三磁场传感器(300)经由它的第二集电极结构(318)到它的发射极结构(310)进行单侧操作，在第二状态(76)中，第一状态的第一磁场传感器(100)变为第三磁场传感器，第一状态的第二磁场传感器(200)变为第一磁场传感器，并且第一状态的第三磁场传感器(300)变为第二磁场传感器；

在第三状态(78)中，第一状态的第一磁场传感器(100)变为第二磁场传感器，第一状态的第二磁场传感器(200)变为第三磁场传感器，并且第一状态的第三磁场传感器(300)变为第一磁场传感器。

14.根据权利要求1或2所述的差分磁场传感器系统，还包括斩波差分磁场传感器读出电路，包括：可切换的1分2复用器(670)、第一差分放大器(680)、可切换的2合1复用器(684)、第二差分放大器(691)、第三差分放大器(695)以及时钟电路，所述斩波差分磁场传感器读出电路适用于提供传感器输出信号(699)，其中可切换的1分2复用器(670)具有第一和第二输入端子(671，672)以及第一至第四输出端子(673，674，675，676)，并且适用于可切换到“a”状态或切换到“b”状态，其中第一和第二输入端子(671，672)连接到电流源(I)；

第一输出端子(673)连接到第二磁场传感器(200)的第一集电极结构(216)；

第二输出端子(674)连接到第二磁场传感器(200)的第二集电极结构(218)；

第三输出端子(675)连接到第三磁场传感器(300)的第二集电极结构(318)；以及第四输出端子(676)连接到第三磁场传感器(300)的第一集电极结构(316)，且其中在“a”状态中，第一输入端子(671)连接到第二输出端子(674)，并且第二输入端子(672)连接到第四输出端子(676)；且在“b”状态中，第一输入端子(671)连接到第一输出端子(673)，并且第二输入端子(672)连接到第三输出端子(675)，第一差分放大器(680)具有“+”型输入端子(681)、“-”型输入端子(682)以及输出端子(683)，其中“+”型输入端子(681)耦接到第一磁场传感器(100)的第一和第二集电极结构(116，118)之一，并且“-”型输入端子(682)耦接到第一磁场传感器(100)的第一和第二集电极结构(116，118)中的另一个，可切换的2合1复用器(684)具有第一至第四输入端子(685，686，687，688)以及第一和第二输出端子(689，690)，并且适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态，其中在“a”状态中，第一输入端子(685)连接到第一输出端子(689)，并且第三输入端子(687)连接到第二输出端子(690)；以及在“b”状态中，第二输入端子(686)连接到第一输出端子(689)，并且第四输入端子(688)连接到第二输出端子(690)，且其中第一输入端子(685)耦接到第二磁场传感器(200)的第二集电极结构(218)；

第二输入端子(686)耦接到第三磁场传感器(300)的第二集电极结构(318)；

第三输入端子(687)耦接到第三磁场传感器(300)的第一集电极结构(316)；

第四输入端子(688)耦接到第二磁场传感器(200)的第一集电极结构(216)，时钟电路适用于将2合1复用器(684)依次地从它的“a”状态切换到它的“b”状态，并且从它的“b状态”切换到它的“a”状态，如此往复，第二差分放大器(691)具有“+”型输入端子(692)、“-”型输入端子(693)以及输出端子(694)，其中“-”型输入端子(693)耦接到2合1复用器(684)的第一输出端子(689)，并且“+”型输入端子(692)耦接到2合1复用器(684)的第二输出端子(690)；以及第三差分放大器(695)具有“+”型输入端子(696)、“-”型输入端子(697)以及输出端子(698)，其中“+”型输入端子(696)耦接到第一差分放大器(680)的输出端子(683)，“-”型输入端子(697)耦接到第二差分放大器(691)的输出端子(694)，并且输出端子(698)提供传感器输出信号(699)。

15.一种包括磁场传感器(802)的M×N阵列的二维磁场传感器阵列装置(800)，所述阵列(800)具有M列(804)和N行(806)，其中通过整数索引i来对M列(804)进行编号，整数索引i是从1到M的任意值，通过整数索引j来对N行(806)进行编号，整数索引j是从1到N的任意值，其中M和N是大于或等于3的整数，其中每个磁场传感器(802)包括：优选性的绝缘体上硅表面层部分(102)，并且具有表面(104)，在所述表面上和/或在所述表面中布置有：中央发射极结构(110；112，114)，形成为相对于与实质垂直于所述表面(104)的对称平面(106)实质镜面对称；

第一和第二集电极结构(116，118)，每个均布置为远离发射极结构(110；112，114)，并布置在所述对称平面(106)的相对侧上，以便实质上成为彼此的镜像，其中通过对磁场传感器(802)所属列(804)加以指示的整数索引i以及对磁场传感器(802)所属行(806)加以指示的整数索引j来表示每一个磁场传感器(i，j)，所述磁场传感器阵列装置(800)还包括外部连接电路，配置为使得根据以下三元组结构(810，812，814，816)之一来形成所述磁场传感器(802；100，200，300)的三元组(810，812，

814，816)：

(a)(i，j)、(i，j+1)和(i，j+2)，其中i是从1到M的范围内的任意值，以及j是从1到N-2的范围内的任意值；

(b)(i，j)、(i+1，j)和(i+2，j)，其中i是从1到M-2的范围内的任意值，以及j是从1到N的范围内的任意值；

(c)(i，j)、(i+1，j+1)和(i+2，j+2)，其中i是从1到M-2的范围内的任意值，以及j是从1到N-2的范围内的任意值；

(d)(i，j)、(i-1，j+1)和(i-2，j+2)，其中i是从3到M范围内的任意值，以及j是从1到N-2的范围内的任意值；以及(e)从所有可用磁场传感器(i，j)随机选择出三个磁场传感器，其中i从1到M的范围内的任意值，j是从1到N的范围内的任意值；

并且其中所述三元组结构(a)至(e)的每一个配置为形成根据权利要求1至14中任一项所述的差分磁场传感器系统。

16.根据权利要求15所述的包括磁场传感器(802)的M×N阵列的二维磁场传感器阵列装置(800)，还包括外部连接电路以及时钟电路，所述时钟电路定义了在t、t+Δt、t+2Δt等时刻开始的时钟周期，使得根据以下位置方案之一，在阵列装置(800)中依次步进地设置每个磁场传感器(802；100，200，300)的三元组结构(810，812，814，816)：(1)在时刻t的位置：(i，j)；

在时刻t+Δt的位置：(i+1，j)或(i-1，j)；以及

在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j)或(i-2，j)；

(2)在时刻t的位置：(i，j)，

在时刻t+Δt的位置：(i，j+1)或(i，j-1)；以及

在时刻t+2Δt的位置：(i，j+2)或(i，j-2)；

(3)在时刻t的位置：(i，j)；

在时刻t+Δt的位置：(i+1，j+1)或(i-1，j-1)；以及

在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j+2)或(i-2，j-2)；且

(4)在时刻t的位置：(i，j)；

在时刻t+Δt的位置：(i+1，j-1)或(i-1，j+1)；以及

在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j-2)或(i-2，j+2)；

顺序位置(i，j)表示三元组结构(810，812，814，816)中的第一磁场传感器(100)在阵列装置(800)中的位置，而三元组结构(810，812，814，816)中的第二和第三磁场传感器(200，

300)位于相对于第一磁场传感器(100)的相应固定相对位置。

说明书

具有偏移抵消并且使用绝缘体上技术实现的的差分横向磁场

传感器系统

技术领域

[0001] 本发明涉及差分横向磁场传感器系统(differential lateral magnetic field sensor systems)，使用绝缘体上硅(silicon-on-insulator)技术实现该系统，并且该系统实现了对在布置为彼此接近的磁场传感器中的差分半导体结构的偏移抵消。

背景技术

[0002] 磁场传感器系统在多种产业中越来越重要。例如，在汽车产业中，现代车辆中存在多种传感器系统(诸如，泊车传感器、角度传感器(例如，在节流阀中)、ABS(自动制动系统)传感器和胎压传感器)，以便改善舒适性和安全性。磁敏传感器系统在汽车应用中是特别重要的，这是由于磁场容易穿透大多数材料。此外，与例如光学传感器不同，磁敏传感器对于灰尘非常不敏感。

[0003] 当前提供了若干不同磁敏传感器技术，例如基于霍尔效应的传感器；基于硅并且以双极性的横向磁敏电阻器(LMR)、横向磁敏晶体管(LMT)和横向磁敏二极管(LMD)为基础构建的横向磁场传感器；以及基于磁敏电阻器效应的传感器，例如各向异性磁敏电阻器 (AMR)和巨磁敏电阻器(GMR)传感器。基于霍尔效应的传感器和双极性横向磁敏电阻器、晶体管和二极管(即，LMR、LMT和LMD) 依赖于由作用在移动电荷载流子上的磁通量而产生的洛伦兹力。AMR 和GMR传感器系统的感测原理是基于以下物理现象：铁磁材料的电阻取决于在磁化和AMR或GMR感测元件中的电流方向之间的角度。

[0004] 可以以多种方式构建对芯片平面内的磁场(H)或磁通密度(B) 敏感的硅基磁敏传感器，例如作为双极性磁敏电阻器(MR)、磁敏晶体管(MT)和磁敏二极管(MD)，其中每个都包括两个或多个电流收集触点(集电极)和布置在集电极之间的至少一个电流发射的发射触点(发射极)。除了发射极和集电极触点之外，MT具有基极触点，并在发射极和集电极之间具有至少一个pn结。与MT相似，MD也在发射极和集电极之间具有至少一个pn结，但是与MT不同的是它不具有基极触点。MR在发射极和集电极之间不具有pn结。

[0005] 在SOI(氧化物上的硅)衬底上，将触点结构制作为垂直或横向的磁敏晶体管(分别为VMT或LMT)、横向磁敏二极管(LMD)或横向磁敏电阻器(LMR)。使用SOI衬底具有以下优点：当用体材料 CMOS(互补对称金属氧化物半导体)工艺技术制造时防止在这种传感器中存在的泄漏电流。

[0006] 横向磁敏(晶体管、电阻器和二极管)传感器的操作依赖于实质对称形状的发射极-集电极-触点结构，以及在集电极之间的空间中发射极电流分为具有两个相反方向的分量的事实，并且横向磁敏传感器的操作受到由于在在两个相反方向内的两个划分电流部分上作用的洛伦兹力而产生的磁通量密度(B)的影响。因此，差分的集电极电流是针对磁通量密度(B)的测量值。对发射极电流的划分受到在所得到的集电极电流内的不平衡的影响，即使当磁通量密度B等于零时。将集电极电流的差值称作传感器的“偏移”。甚至具有实质完美几何对称设计的发射极-集电极-触点结构仍会受到偏移(和偏移传播)的影响。

[0007] 这种偏移的一个可能原因可以是由于在用于集电极和发射极触点结构(或用于与这些功能相关联的触点区域)的p+和n+区域之间存在表面(浅)沟槽隔离区域(称作STI)。与这些STI区域相关的应变和应力(且充电)界面态(interface states)可能是由于通过STI加工引起的不完美的统计特性而造成集电极电流之间的不平衡的来源，从而这些不完美性并非总是相同的并且不会同样地或对称地分布在 STI区域中。

[0008] 偏移的其他原因可能与掩模失配、非均匀掺杂分布、机械应力和热梯度相关。由于非常难以制造对所有这些因素不敏感的器件，必须设法使器件在布局、掺杂分布等方面上对称。标准工艺中的掺杂分布并非总是理想化的。例如，通常在有倾角的衬底上执行实现方案。可以通过将这种实现方案执行4次(四分之一象限)、其中每次将衬底旋转90度，来改善掺杂对称性。然而，如果没有可能进行这样的操作，则仍然存在系统偏移。

发明内容

[0009] 本发明的目的在于提供一种硅基(优选地，基于SOI的)横向磁场传感器系统，其具有实质对称布置的发射极-集电极结构，并且包含将发射极电流划分为方向彼此相反的集电极相关分量，并且最终减小了差分电流传播的偏移，或甚至将其抵消为零。

[0010] 根据第一方面，通过根据独立权利要求1的差分磁场传感器系统、以及根据第二方面，通过根据独立权利要求15所述的磁场传感器的二维阵列装置，来实现该目的。优选实施例是从属权利要求的主题。

[0011] 根据本发明的第一方面，提供了一种差分磁场传感器系统，包括第一、第二和第三磁场传感器，每个磁场传感器都布置为实质实质上相同，并且包括优选性的绝缘体上硅(SOI)表面层部分，提供作为在优选性的SOI晶片上的表面部分。第一、第二和第三磁场传感器中的每个都具有表面，在所述表面上和/或在所述表面中布置有以下部件：中央发射极结构，形成为相对于与实质垂直于所述表面的对称平面实质镜面对称，以及第一和第二集电极结构，其中每个均布置为远离发射极结构，并布置在对称平面的相对侧上，以便实质上成为彼此的镜像。所述第一磁场传感器是双侧操作的，其中它的第一集电极结构和它的发射极结构经由第一读出电路外部相连，它的第二集电极结构和它的发射极结构经由第二读出电路外部相连。第二磁场传感器是单侧操作的，其中它的第一集电极结构和它的发射极结构经由第三读出电路外部相连。第三磁场传感器是单侧操作的，其中它的第二集电极结构和它的发射极结构经由第四读出电路外部相连。

[0012] 在根据第一方面的传感器系统中，由于存在三个实质相同布局的结构，除了双侧操作的第一磁场传感器之外，通过提供第二和第三磁场传感器，有效地相互抵消了对偏移的系统贡献(诸如，掩模失配和掺杂梯度)，其中所述第二和第三磁场传感器中的每个都是单侧操作的。

[0013] 根据本发明的第二方面，提供了一种包括磁场传感器的M×N阵列的二维磁场传感器阵列装置，所述阵列具有M列和N行，其中通过整数索引i来对M列进行编号，整数索引i是从1到M的任意值，其中M和N是大于或等于3的整数。每个磁场传感器包括优选性的绝缘体上硅(SOI)表面层部分，具有在所述表面上和/或在所述表面中布置以下部件的表面：中央发射极结构，形成为相对于与实质垂直于所述表面的对称平面实质镜面对称，以及第一和第二集电极结构，其中每个都布置为远离发射极结构，并布置在对称平面的相对侧上，以便实质上成为彼此的镜像。通过对每个磁场传感器所属列加以只是的整数索引i以及对每个磁场传感器所属行加以只是的整数索引j来表示所述传感器(i，j)。磁场传感器阵列装置还包括外部连接电路，配置为使得根据以下三元组结构之一来形成所述三元组的磁场传感器：

[0014] (a)(i，j)、(i，j+1)和(i，j+2)，其中i是从1到M的范围内的任意值，以及j是从1到N-2的范围内的任意值；

[0015] (b)(i，j)、(i+1，j)和(i+2，j)，其中i是从1到M-2的范围内的任意值，以及j是从1到N的范围内的任意值；

[0016] (c)(i，j)、(i+1，j+1)和(i+2，j+2)，其中i是从1到M-2的范围内的任意值，以及j是从1到N-2的范围内的任意值；

[0017] (d)(i，j)、(i-1，j+1)和(i-2，j+2)，其中i是从3到M的范围内的任意值，以及j是从1到N-2的范围内的任意值；以及

[0018] (e)从所有可用磁场传感器(i，j)随机选择出三个磁场传感器，其中i是从1到M的范围内的任意值，j是从1到N的范围内的任意值。

[0019] 所述三元组结构(a)到(e)中的每一个配置为形成根据本发明第一方面的差分磁场传感器系统。

[0020] 在根据第二方面的二维阵列装置中，形成三元组结构产生与根据第一方面的传感器系统相同的优点，即相互抵消系统偏移。提供许多三元组结构呈现出针对偏移的随机因子的平均效果，这样还导致额外减小了随机偏移。

[0021] 其他优点

[0022] 第一、第二和第三磁场传感器中的每个都具有横向尺寸。在传感器系统中，第一和第二磁场传感器之间的距离以及第一和第三磁场传感器之间的距离可以小于横向尺寸的10倍，优选地小于横向尺寸的5 倍，更优选地小于横向尺寸的2倍。换言之，第一、第二和第三磁场传感器可以是靠近彼此的。这样甚至导致更好地相互抵消系统偏移的所述原因。

[0023] 在第一、第二和第三磁场传感器中的每个中，通过第一部分发射极结构和第二部分发射极结构来形成发射极结构，其中将第一部分和第二部分发射极结构布置为在对称平面的相对侧上彼此相邻，以便实质成为彼此的镜像。相较于单发射极结构，这种布置的双发射极结构涉及更好的对称度，因此偏移较小。

[0024] 第一、第二和第三磁场传感器中的每个可以实现为横向磁敏电阻器(LMR)，其中发射极结构以及第一和第二集电极结构形成为在n 型阱表面上和/或表面内的n+型结构。在LMR中，第一、第二、第三和第四读出电路可以是电阻读出电路、电压读出电路或电流读出电路之一。

[0025] 备选地，第一、第二和第三磁场传感器中的每个可以实现为横向磁敏晶体管(LMT)，其中发射极结构以及第一和第二集电极结构形成为在p型阱表面上和/或表面内的n+型结构。在LMT中，第一、第二、第三和第四读出电路可以是电流读出电路。

[0026] 依然备选地，第一、第二和第三磁场传感器中的每个可以实现为横向磁敏二极管(LMD)，在所述横向磁敏二极管LMD(600)中实现以下结构之一。

[0027] (1)将发射极结构形成为n+型结构，第一和第二集电极结构形成为p+型结构，所述发射极结构和所述第一和第二集电极结构全部都在n型阱的表面上和/或表面内；

[0028] (2)将发射极结构形成为p+型结构，将第一和第二集电极结构形成为n+型结构，所述发射极结构和所述第一和第二集电极结构全部都在n型阱的表面上和/或表面内；

[0029] (3)将发射极结构形成为n+型结构，将第一和第二集电极结构形成为p+型结构，所述发射极结构和所述第一和第二集电极结构全部都在p型阱的表面上和/或表面内；或[0030] (4)将发射极结构形成为p+型结构，将第一和第二集电极结构形成为n+型结构，所述发射极结构和所述第一和第二集电极结构全部都在p型阱的表面上和/或表面内。

[0031] 在LMD中，第一、第二、第三和第四读出电路可以是电阻读出电路、电压读出电路或电流读出电路之一。

[0032] 在LMR和在LMD中，第一、第二和第三磁场传感器可以进行外部连接以便形成惠斯通电桥型电路，其中提供有第一和第二分压器，并将其耦连在例如正电源电压电平和公共接地电压电平之间。第一分压器可以包括：包含第二磁场传感器的第一集电极结构和发射极结构在内的结构，以及包含第一磁场传感器的第一集电极结构和发射极结构在内的结构。第二分压器可以包括：包含第三磁场传感器的第二集电极结构和发射极结构在内的结构，以及包含第一磁场传感器的第二集电极结构和发射极结构在内的结构。这种惠斯通电桥型电路还提供对在第一集电极和发射极之间的空间以及在第二集电极和发射极之间的空间的可能电阻失衡的本征补偿。

[0033] 在惠斯通电桥型电路中，在第一分压器中，第二磁场传感器的第一集电极结构可以耦接到电源电压电平，第二磁场传感器的发射极结构可以耦接到第一磁场传感器的第一集电极结构，第一磁场传感器的发射极结构可以耦接到公共接地电压电平。在第二分压器中，第三磁场传感器的第二集电极结构可以耦接到电源电压电平，第三磁场传感器的发射极结构可以耦接到第一磁场传感器的第二集电极结构。传感器系统还可以包括差分电压输出端子，包括第一和第二电压输出端子，其中所述第一电压输出端子可以耦接到在第二磁场传感器的发射极结构以及第一磁场传感器的第一集电极结构之间的连接中的第一节点，第二电压输出端子可以耦接到在第三磁场传感器的发射极结构和第一磁场传感器的第二集电极结构之间的连接中的第二节点。这种惠斯通电桥型电路提供对系统偏移的有效减小。

[0034] 当包含惠斯通电桥型电路的传感器系统还包括第一1分2复用器和第二1分2复用器(用于在惠斯通电桥的连接状态之间交替切换) 时，实现了更好地偏移减小。

[0035] 第一1分2复用器可以具有第一和第二输入端子以及第一至第四输出端子，可以适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态。在“a”状态中，第一输出端子可以连接到第一输入端子，第三输出端子可以连接到第二输入端子；在“b”状态中，第二输出端子可以连接到第一输入端子，第四输出端子可以连接到第二输入端子。此外，第一输出端子可以耦接到第二输入端子以及电源电压电平，第一输出端子可以耦接到第三磁场传感器的第二集电极结构，第二输出端子可以连接到第三磁场传感器的第一集电极结构，第三输出端子可以连接到第二磁场传感器的第一集电极结构，并且第四输出端子可以连接到第二磁场传感器的第二集电极结构。

[0036] 此外，第二1分2复用器可以具有第一和第二输入端子以及第一至第四输出端子，可以适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态。在“a”状态中，第二输出端子可以连接到第一输入端子，并且第四输出端子可以连接到第二输入端子；而在“b”状态中，第一输出端子可以连接到第一输入端子，第三输出端子可以连接到第二输入端子。此外，第一输入端子可以耦接到第一磁场传感器的第二发射极结构以及惠斯通电桥型电路的第二电压输出端子，第二输入端子可以耦接到第一磁场传感器的第一发射极结构以及惠斯通电桥型电路的第一电压输出端子，第一输出端子可以与第四输出端子相连并耦接到第二磁场传感器的发射极结构，第二输出端子可以与第三输出端子相连并耦接到第三磁场传感器的发射极结构。

[0037] 备选地或除了上述测量之外，当涉及惠斯通电桥型电路的传感器系统还可以包括用于将磁场传感器系统循环地从第一状态切换到第二状态、从第二状态切换到第三状态、从第三状态切换到第一状态的外部切换电路等等时，实现了对偏移的进一步减小。在第一状态中，第一磁场传感器可以经由它的第一集电极结构到它的发射极结构并经由它的第二集电极结构到它的发射极结构进行双侧操作，第二磁场传感器可以经由它的第一集电极结构到它的发射极结构进行单侧操作，并且第三磁场传感器可以经由它的第二集电极结构到它的发射极结构进行单侧操作。在第二状态中，第一状态的第一磁场传感器变为第三磁场传感器，第一状态的第二磁场传感器变为第一磁场传感器，并且第一状态的第三磁场传感器变为第二磁场传感器。在第三状态中，第一状态的第一磁场传感器变为第二磁场传感器，第一状态的第二磁场传感器变为磁场传感器，并且第一状态的第三磁场传感器变为第一磁场传感器。总之，当从第一状态经过第二状态到达第三状态时，所述三个磁场传感器改变它的角色，即以循环的方式成为传感器系统的第一至第三磁场传感器之一。

[0038] 包含惠斯通电桥型电路的偏移补偿电路可用于与LMR和LMD连接，但不与LMT连接。因此，需要一种可以用于连接LMT的补偿电路。

[0039] 为了支持用于连接LMT以及LMR和LMD，根据本发明的第一方面的传感器系统还可以包括斩波(chopped)差分磁场传感器读出电路，包括：可切换的1分2复用器；第一差分放大器；可切换的2合 1复用器；第二差分放大器；第三差分放大器以及时钟电路，所述斩波差分磁场传感器读出电路适用于提供传感器输出信号。

[0040] 可切换的1分2复用器具有第一和第二输入端子以及第一至第四输出端子，适用于可切换到“a”状态，备选地，切换到“b”状态。第一和第二输入端子连接到电流源。第一输出端子连接到第二磁场传感器的第一集电极结构。第二输出端子连接到第二磁场传感器的第二集电极结构。第三输出端子连接到第三磁场传感器的第二集电极结构。第四输出端子连接到第三磁场传感器的第一集电极结构。此外，在“a”状态中，第一输入端子连接到第二输出端子，第二输入端子连接到第四输出端子；而在“b”状态中，第一输入端子连接到第一输出端子，第二输入端子连接到第三输出端子。

[0041] 第一差分放大器具有“+”型输入端子、“-”型输入端子以及输出端子，其中“+”型输入端子可以耦接到第一磁场传感器的第一和第二集电极结构之一，“-”型输入端子可以耦接到第一磁场传感器的第一和第二集电极结构中的另一个。可切换的2合1复用器具有第一至第四输入端子以及第一和第二输出端子，可以适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态。在“a”状态中，第一输入端子可以连接到第一输出端子，第三输入端子可以连接到第二输出端子；在“b”状态中，第二输入端子可以连接到第一输出端子，第四输入端子可以连接到第二输出端子。第一输入端子可以耦接到第二磁场传感器的第二集电极结构，第二输入端子可以耦接到第三磁场传感器的第二集电极结构，第三输入端子可以耦接到第三磁场传感器的第一集电极结构，第四输入端子可以耦接到第二磁场传感器的第一集电极结构。时钟电路可以适用于将2合1的复用器依次地从它的“a”状态切换到它的“b”状态，从它的“b状态”切换到它的“a”状态等。

[0042] 第二差分放大器具有“+”型输入端子，“-”型输入端子以及输出端子，其中“-”型输入端子可以耦接到2合1复用器的第一输出端子，“+，，型输入端子可以适用于耦接到2合1复用器的第二输出端子。第三差分放大器具有“+”型输入端子、“-”型输入端子以及输出端子，其中“+”型输入端子可以耦接到第一差分放大器的输出端子，“-，，型输入端子可以耦接到第二差分放大器的输出端子，输出端子可以提供传感器输出信号。

[0043] 考虑到本发明的第二方面，所述二维磁场传感器阵列装置还可以包括：外部连接电路；以及时钟电路，定义在t、t+Δt、t+2Δt等等的时刻开始的时钟周期，使得根据以下位置方案之一，在阵列装置中依次步进地设置每个磁场传感器的三元组结构：

[0044] (1)在时刻t的位置：(i，j)；

[0045] 在时刻t+Δt的位置：(i+1，j)或(i-1，j)；以及

[0046] 在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j)或(i-2，j)；

[0047] (2)在时刻t的位置：(i，j)，

[0048] 在时刻t+Δt的位置：(i，j+1)或(i，j-1)；以及

[0049] 在时刻t+2Δt的位置：(i，j+2)或(i，j-2)；

[0050] (3)在时刻t的位置：(i，j)；

[0051] 在时刻t+Δt的位置：(i+1，j+1)或(i-1，j-1)；以及

[0052] 在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j+2)或(i-2，j-2)；且

[0053] (4)在时刻t的位置：(i，j)；

[0054] 在时刻t+Δt的位置：(i+1，j-1)或(i-1，j+1)；以及

[0055] 在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j-2)或(i-2，j+2)；

[0056] 所述的顺序位置(i，j)表示三元组结构中的第一磁场传感器在阵列装置中的位置，而三元组结构中的第二和第三磁场传感器位于相对于第一磁场传感器的相应固定相对位置。

[0057] 此外，下文描述了多个实施例，本领域技术人员根据对以下详细描述和附图的理解，将清楚所述实施例。

附图说明

[0058] 将根据以下说明书、附图和所附权利要求清楚本发明的不同实施例的多种方面、特征和优点。

[0059] 图1a示出了实现为横向磁敏电阻器形式的差分横向磁场传感器的第一实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移偏移抵消。

[0060] 图1b示出了图1a的磁场传感器的示意顶视图。

[0061] 图2a示出了实现为横向磁敏电阻器形式的差分横向磁场传感器的第二实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0062] 图2b示出了图2a的磁场传感器的示意顶视图。

[0063] 图3a示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的第一实施例，由三个图1a和1b所述横向磁敏电阻器的实施例形成所述差分横向磁场传感器系统，其中示出了每个横向磁敏电阻器的横截面视图。

[0064] 图3b示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的第二实施例，由三个图1a和1b所述横向磁敏电阻器的实施例形成所述差分横向磁场传感器系统，其中示出了每个横向磁敏电阻器的横截面视图。

[0065] 图4a示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的实施例的示意电路图，实现为使用三个图1a和1b所示横向磁敏电阻器的实施例的惠斯通电桥型偏移补偿电路的形式。

[0066] 图4b示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的另一实施例的示意电路图，实现为使用三个图1a和1b所示横向磁敏电阻器的实施例的惠斯通电桥型偏移补偿电路的形式。

[0067] 图5a示出了图4a的差分横向磁场传感器系统的示意顶视图。

[0068] 图5b示出了图4b的差分横向磁场传感器系统的示意顶视图。

[0069] 图6示出了基于图3a、4a和5a之一或图3b、4b和5b之一的差分横向磁场传感器系统的示意顶视图，还包括用于在系统的两个结构之间进行交替切换的切换电路。

[0070] 图7示出了基于图3a、4a和5a之一或图3b、4b和5b之一的差分横向磁场传感器系统的示意顶视图，适用于在系统的三个结构之间进行循环式地切换。

[0071] 图8示出了根据本发明的差分横向磁场传感器的二维阵列装置的示意顶视图，适用于在根据本发明的磁场传感器系统的多个结构之间进行切换，每个结构的磁场传感器系统由磁场传感器的三元组结构形成。

[0072] 图9示出了根据本发明的差分横向磁场传感器的二维阵列装置的示意顶视图，适用于在根据本发明的磁场传感器系统的多个结构之间进行切换，每个结构的磁场传感器系统由磁场传感器的三元组结构形成，其中可以在该阵列装置中步进地移动三元组结构。

[0073] 图10示出了展示出所计算的图4a或5a之一以及图4b或5b之一的惠斯通电桥型偏移补偿电路的相对电压输出Vout/Vs随所施加的横向磁通密度B改变的示意图，展示出了偏移补偿。

[0074] 图11a示出了实现为横向磁敏晶体管形式的差分横向磁场传感器的第一实施例的示意横截面，该差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0075] 图11b示出了图11a的磁场传感器的示意顶视图。

[0076] 图12a示出了实现为横向磁敏晶体管形式的差分横向磁场传感器的第二实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0077] 图12b示出了图12a的磁场传感器的示意顶视图。

[0078] 图13a示出了实现为横向磁敏晶体管形式的差分横向磁场传感器的第三实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0079] 图13b示出了图13a的磁场传感器的示意顶视图。

[0080] 图14a示出了实现为横向磁敏晶体管形式的差分横向磁场传感器的第四实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0081] 图14b示出了图14a的磁场传感器的示意顶视图。

[0082] 图15a示出了实现为横向磁敏晶体管形式的差分横向磁场传感器的第五实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0083] 图15b示出了图15a的磁场传感器的示意顶视图。

[0084] 图16a示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的第一实施例，由三个图15a和15b所述横向磁敏晶体管的实施例形成所述差分横向磁场传感器系统，其中示出了每个磁敏晶体管的横截面视图。

[0085] 图16b示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的第二实施例，由三个图15a和15b所述横向磁敏晶体管的实施例形成所述差分横向磁场传感器系统，其中示出了每个横向磁敏晶体管的横截面视图。

[0086] 图17示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的实施例的示意电路图，该差分横向磁场传感器系统实现为涉及三个图11a和11b 所示的横向磁敏晶体管的斩波偏移补偿差分读出电路的形式。

[0087] 图18a示出了实现为横向磁敏二极管形式的差分横向磁场传感器的第一实施例的示意横截面，该差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0088] 图18b示出了图18a的磁场传感器的示意电路图。

[0089] 图18c示出了图18a的磁场传感器的示意顶视图。

[0090] 图19a示出了实现为横向磁敏二极管形式的差分横向磁场传感器的第二实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0091] 图19b示出了图19a的磁场传感器的示意电路图。

[0092] 图19c示出了图19a的磁场传感器的示意顶视图。

[0093] 图20a示出了实现为横向磁敏二极管形式的差分横向磁场传感器的第三实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0094] 图20b示出了图20a的磁场传感器的示意电路图。

[0095] 图20c示出了图20a的磁场传感器的示意顶视图。

[0096] 图21a示出了实现为横向磁敏二极管形式的差分横向磁场传感器的第四实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0097] 图21b示出了图21a的磁场传感器的示意电路图。

[0098] 图21c示出了图21a的磁场传感器的示意顶视图。

[0099] 图22a示出了实现为横向磁敏二极管形式的差分横向磁场传感器的第五实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0100] 图22b示出了图22a的磁场传感器的示意电路图。

[0101] 图22c示出了图2a的磁场传感器的示意顶视图。

[0102] 图23a示出了实现为横向磁敏二极管形式的差分横向磁场传感器的第六实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0103] 图23b示出了图23a的磁场传感器的示意电路图。

[0104] 图23c示出了图23a的磁场传感器的示意顶视图。

[0105] 图24a示出了实现为横向磁敏二极管形式的差分横向磁场传感器的第七实施例的示意横截面，所述差分横向磁场传感器用于通过提供多个根据本发明的磁场传感器来在差分磁场传感器系统中实现偏移抵消。

[0106] 图24b示出了图24a的磁场传感器的示意电路图。

[0107] 图24c示出了图24a的磁场传感器的示意顶视图。

[0108] 图25a示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的第一实施例，由三个图24a到24c所述横向磁敏二极管的实施例形成所述差分横向磁场传感器系统，其中示出了每个磁敏二极管的横截面视图。

[0109] 图25b示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的第二实施例，由三个图24a到24c所述横向磁敏二极管的实施例形成所述差分横向磁场传感器系统，其中示出了每个横向磁敏二极管的横截面视图。

[0110] 图26示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的实施例的示意电路图，该差分横向磁场传感器系统实现为使用三个图19a到19c 所示的横向磁敏二极管的实施例的惠斯通电桥型偏移补偿电路的形式。

[0111] 图27示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的另一实施例的示意电路图，该差分横向磁场传感器系统实现为使用三个图21a 到21c所示的横向磁敏二极管的实施例的惠斯通电桥型偏移补偿电路的形式。

[0112] 图28示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的再一实施例的示意电路图，该差分横向磁场传感器系统实现为使用三个图24a 到24c所示的横向磁敏二极管的实施例的惠斯通电桥型偏移补偿电路的形式。

[0113] 图29示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的实施例的示意电路图，该差分横向磁场传感器系统实现为使用三个图19a到19c 所示的横向磁敏二极管的斩波偏移补偿差分读出电路的形式。

[0114] 图30示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的另一实施例的示意电路图，该差分横向磁场传感器系统实现为涉及三个图21a 到21c所示的横向磁敏二极管的斩波偏移补偿差分读出电路的形式。

[0115] 图31示出了根据本发明的差分横向磁场传感器系统的再一实施例的示意电路图，该差分横向磁场传感器系统实现为涉及三个图24a 到24c所示的横向磁敏二极管的斩波偏移补偿差分读出电路的形式。

具体实施方式

[0116] 用于制造这里所述的多种组件、元件、设备和系统的制造方法以及方法都包括在本发明的范围内。可以通过使用传统半导体设计和制造技术来提供单个集成电路或专用集成电路(ASIC)，来实现这里所公开的电路、系统和方法中的至少一部分。

[0117] 图1a和1b示出了作为磁场传感器100的示例的横向磁敏电阻器 (LMR)400的第一实施例的一个实例，即，MOS门控LMR在n型阱和p型外延层上。将该传感器100用于根据本发明的磁场传感器系统中，其中所述磁场传感器系统通常涉及三个(100、200、300，参照图3a和3b)的相同磁场传感器。使用在SOI(氧化物上硅)衬底(一般可提供的)上执行的MOS(金属氧化物半导体)技术，来制造图 1a和1b所示的基于LMR 400的磁场传感器100。所述衬底包括：处理晶片硅416，用作基座；氧化物层，沉积在所述硅上，并在沉积下一层之后成为掩埋氧化物层414；以及p型外延层410，沉积在氧化物层上。可以将构成LMR 400的其他结构沉积在该衬底上，即沉积在外延层410上。

[0118] LMR 400还包括：n型阱406，形成在p型外延层410中并形成所附权利要求所述的表面层部分102；以及MTI(金属沟槽隔离)结构405，是从外延层410的上表面向下延伸到掩埋氧化物层414的环形隔离，使得针对在该环内的传感器结构形成隔离岛(isolated island)。LMR 400还包括发射极结构110，发射极结构110由n型阱406中心内的n+型结构402制成并相对于对称平面106对称，对称平面106垂直于层410和406的表面104并垂直于图1a和1b的作图平面。LMR 400还包括第一集电极结构116以及第二集电极结构118，每个都由n 型阱406中的n+型结构402制成，位于对称平面106的相对侧上，使得第一和第二集电极结构116和118彼此是相对于对称平面106的镜像。

[0119] LMR 400还包括：环状的STI(浅沟槽隔离)区域407，形成为大体矩形以便围绕发射极结构110以及第一和第二集电极结构116和 118；以及P触点，在STI区域407中形成为p+型结构403，作为环状触点。此外，LMR 400包括栅极结构120，由多晶硅401形成的并沉积在位于发射极结构110和第一集电极结构116之间的区域、位于发射极结构110和第二集电极结构118之间的区域、以及围绕在这些结构和周围环状STI区域407之间的发射极和集电极结构110、116 和118的区域内的n型阱406的表面上，如图1b所示。

[0120] 当将磁场传感器100用作LMR 400型磁场传感器时，将通过把电子作为电荷载流子形成的电流经由发射极结构110注入n型阱406中。此时，将电流分为具有相反方向的两个部分，第一电流部分流向第一集电极结构116，第二电流部分流向第二集电极结构118。在集电极结构116和118处分别收集第一和第二电流部分。当沿横向方向并在对称平面106(即，垂直于图1a的绘图平面，如图1a的B所示)中施加磁通量密度B时，第一和第二电流部分受到作用在电子上的洛伦兹力的影响，分别在相对方向中偏移，一个电流部分偏移到更靠近该表面，另一电流部分偏移为远离该表面。这样导致在第一和第二集电极结构116和118处收集到电流差，在集电极结构116和118处引起作为磁通量密度B的测量值的差分电流信号。

[0121] n型阱406形成在p型外延层410中，以便用掩埋氧化物层414 屏蔽在界面处存在的界面缺陷。由多晶硅401制成的栅极结构120可以连接到负向偏压的电势，其中可以调整该电势以便将电荷载流子(即，电子)推动到体内并耗尽表面层。出于上述原因以及以下所述的原因，可以将偏移电流信号叠加于差分电流信号。偏移电流信号幅度较大，用于进行补偿和/或抵消，如以下参考图4到9所述。

[0122] 图2a和2b示出了将横向磁敏电阻器(LMR)400用作磁场传感器100的示例的第二实施例的一个实例，即，具有双门控制性的MOS 门控LMR在n型阱和p型外延层上。此外，这种传感器100用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图2a和2b所示的第二实施例的LMR 400布局为实质与图1a和1b所示的第一实施例的LMR 400 相似，除了发射极结构的布局以及栅极结构的布局及其电学连接之外。代替第一实施例的LMR 400中的一个发射极结构
110，在第二实施例的LMR 400中，发射极结构包括第一部分的发射极结构112和第二部分的发射极结构114，二者布置在对称平面106的相对侧以便实质成为彼此的镜像，并且二者可以进行单独地电学接触。此外，代替在第一实施例的LMR 400中的一个栅极结构120，在第二实施例的LMR 400中，栅极结构包括第一栅极结构120和第二栅极结构122。第二栅极结构
122形成在第一部分的发射极结构112和第二部分的发射极结构114之间，并可以进行单独地电学接触。形成第一栅极结构120以便围绕发射极结构112和114以及集电极结构116和
118，并使第一栅极结构120位于第一部分的发射极结构112和第二集电极结构116 之间，还位于第二部分的发射极结构114和第二集电极结构118之间，并且可以单独地且独立于第二栅极结构122进行电学接触。

[0123] 根据本发明，现在提出的用于偏移抵消的方法在于将一个磁场传感器(下文中称作第一磁场传感器100，其中经由它的第一和第二集电极结构116和118而双侧操作)与两个附加的相同布局的传感器(下文中称作第二磁场传感器200和第三磁场传感器300，其中每个都仅经由它们集电极结构中的对应结构进行单侧操作，并在SOI衬底上布置为靠近第一传感器100)相结合。图3a和3b使用三个图1a和1b 所示的第一实施例的LMR 400作为示例，示出了第一磁场传感器100 (双侧操作的)与两个附加传感器(第二和第三磁场传感器200和300) 的组合。

[0124] 在图3a中，第一磁场传感器100是双侧操作的，其中电流经由 (n+型402)发射极结构110注入，并由于对称布局而分为两个电流部分。在第一电流部分通过n型阱406的一部分之后在第一集电极结构116处为该第一电流部分，该部分归因于第一电阻(等同于第一电阻器)124。在第二电流部分通过n型阱406的另一部分之后在(n+ 型402)第二集电极结构118处登记为该第二电流部分，该部分归因于第二电阻(等同于第二电阻器)126。第二磁场传感器200是单侧操作的，其中电流通过它的发射极结构210注入，并在该电流通过第二磁场传感器的n型阱406的一部分之后在其第一集电极结构216处登记，其中该部分归因于第一电阻(等同于第一电阻器)224，类似于在第一磁场传感器100中的第一电阻124。第三磁场传感器300是单侧操作的，其中电流通过它的发射极结构310注入，并在该电流通过第三磁场传感器的n型阱406的一部分之后在其第二集电极结构318处登记，其中该部分归因于第二电阻(等同于第二电阻器)326，类似于在第一磁场传感器100中的第二电阻126。

[0125] 在图3b中，第一磁场传感器100如图3a所示地进行操作。然而，与图3a的情况相反，第二磁场传感器200是单侧操作的，其中电流通过它的发射极结构210注入，并在该电流通过第二磁场传感器的n型阱406的一部分之后在其第二集电极结构218处登记，其中该部分归因于第二电阻(等同于第二电阻器)226，类似于在第一磁场传感器 100中的第二电阻126。与图3a的情况相反，第三磁场传感器300是单侧操作的，其中电流通过它的发射极结构
310注入，并在该电流通过第三磁场传感器的n型阱406的一部分之后在其第一集电极结构 
316处登记，其中该部分归因于第一电阻(等同于第一电阻器)324，类似于在第一磁场传感器100中的第一电阻124。

[0126] 在图3a和3b二者中，由于差分电流，即第一和第二电流部分之间的差值，第一次磁场传感器对磁通量密度B敏感。由于单侧操作，第二和第三磁场传感器200和300对磁通量密度B不敏感，因此，可以称作虚拟结构。

[0127] 图4a和4b分别示出了由两个虚拟结构磁场传感器200和300与图3a和3b所示的第一磁场传感器100以惠斯通电桥型电路20的形式进行电学连接而形成的磁场传感器结构10。具体地，基于LMR 400 的第一、第二和第三磁场传感器100、200和300外部连接为惠斯通电桥型电路20的形式，其中将第一分压器22和第二分压器24耦接在例如正向电源电压电平
36和公共接地电压电平38之间。

[0128] 在图4a中，第一分压器22包括包含第二磁场传感器200的第一集电极结构216和发射极结构210在内的结构，以及包含第一磁场传感器100的第一集电极结构116和发射极结构110在内的结构。在第一分压器22中，第二磁场传感器200的第一集电极结构216耦接到电源电压电平36，第二磁场传感器200的发射极结构210耦接到第一磁场传感器100的第一集电极结构116，第一磁场传感器100的发射极结构110耦接到公共接地电压电平38。第二分压器24包括包含第三磁场传感器300的第二发射极结构318和发射极结构310在内的结构，以及包括第一磁场传感器100的第二集电极结构118和发射极结构 110在内的结构。在第二分压器24中，第三磁场传感器300的第二集电极结构318耦接到电源电压电平36，第三磁场传感器300的发射极结构310耦接到第一磁场传感器100的第二集电极结构118。

[0129] 图4的传感器系统10还包括差分电压输出端子，该差分电压输出端子进而包括第一电压输出端子28和第二电压输出端子30。第一电压输出端子28耦接到位于第二磁场传感器200的发射极结构210 与第一磁场传感器100的第一集电极结构116之间的连接中的第一节点32。第二电压输出端子30耦接到位于第三磁场传感器300的发射极结构310与第一磁场传感器100的第二集电极结构118之间的连接中的第二节点34。

[0130] 在第一磁场传感器100以及图3a所示的第二和第三磁场传感器 200和300之间的惠斯通电桥20型电学连接中，通过第二磁场传感器 200的模拟第一电阻224来补偿第一磁场传感器100的第一电阻124，通过第三磁场传感器300的模拟第二电阻326来补偿第一磁场传感器 100的第二电阻126。在差分输出处的差分信号Vout(也就是，图4a 所示的在输出28处的信号和在输出30处的信号的差值)是针对磁通量密度B的测量值，从而通过图4a所示的电学耦接以及第二磁场传感器200中的第一电阻224和第三磁场传感器300中的第二电阻326，实现对第一磁场传感器100中的第一和第二电阻124和126的系统偏移的补偿。

[0131] 在图3b中，第二和第三磁场传感器200和300的角色是可相互交换的。或者，将图3b中的磁场传感器系统10形成为与图3a中的磁场传感器系统相似。图4b示出了以针对图3b的磁场传感器系统10的惠斯通电桥型电路的形式电学连接第二和第三磁场传感器200和300 与第一磁场传感器100，该惠斯通电桥型电路类似于针对图3a的磁场传感器系统10的图4a的惠斯通电桥型电路。

[0132] 图5a示出了针对图3a的磁场传感器系统的图4a的惠斯通电桥型电路，不是图4a所示的电路图的形式，而是在三元组结构的第一磁场传感器100上的上平面视图的形式，其中该第一磁场传感器100与图 3a所示的第一虚拟的第二磁场传感器200和第二虚拟的第三磁场传感器300电学耦接。类似地，图5b示出了针对图3b的磁场传感器系统 10的图4b的惠斯通电桥型电路，不是图4b所示的电路图的形式，而是在三元组结构的第一磁场传感器100上的上平面视图的形式，其中该第一磁场传感器100与图3b所示的第一虚拟的第二磁场传感器200 和第二虚拟的第三磁场传感器300电学耦接。

[0133] 还可以通过时间上顺序地将图4a和5a(以及在图3a中)所示的磁场传感器系统10切换到图4b和5b(以及在图3b中)所示的磁场传感器系统10并返回到图4a和5a所示的系统10等，来改善根据图 4a和5a所示的基于图3a的磁场传感器系统10的方案的偏移补偿以及相似的根据图4b和5b所示的基于图3b的磁场传感器系统10的方案的偏移补偿。这种顺序切换用于在图3a(4a，5a)和3b(4b，5b) 两个磁场传感器系统10之间进行平均。需要附加外部电学连接和切换电路来实现这种切换，如图6所示。

[0134] 除了图4a和5a以及图4b和5b所示的传感器系统之外，图6所示的磁场传感器系统10包括包含有第一1分2复用器40和第二1分 2复用器60的切换电路。

[0135] 图6中的第一1分2复用器40包括第一和第二输入端子42和44 以及第一至第四输出端子46、48、50和52，适用于时间上顺序地切换到“a”状态或切换到“b”状态。在“a”状态中，第一输出端子46连接到第一输入端子42，第三输出端子40连接到第二输入端子44。在“b”状态中，第二输出端子48连接到第一输入端子42，第四输出端子52 连接到第二输入端子44。此外，第一输出端子42耦接到第二输入端子44以及电源电压电平36，第一输出端子46耦接到第三磁场传感器 300的第二集电极结构318。第二输出端子48连接到第三磁场传感器 300的第一集电极结构316。第三输出端子50连接到第二磁场传感器 200的第一集电极结构216。第四输出端子52连接到第二磁场传感器 200的第二集电极结构218。

[0136] 图6中的第二1分2复用器60包括第一输入端子62和第二输入端子64以及第一至第四输出端子66、68、70和72，适用于时间上顺序地并与图6中的第二1分2复用器40同步地切换到“a”状态或切换到“b”状态。在“a”状态中，第二输出端子68连接到第一输入端子62，第四输出端子72连接到第二输入端子64。在“b”状态中，第一输出端子66连接到第一输入端子62，第三输出端子70连接到第二输入端子 64。此外，第一输入端子62耦接到第一磁场传感器100的第二发射极结构118以及惠斯通电桥型电路20的第二电压输出端子30。第二输入端子64耦接到第一磁场传感器100的第一发射极结构116以及惠斯通电桥型电路20的第一电压输出端子28。第一输出端子66与第四输出端子72相连并耦接到第二磁场传感器200的发射极结构210。第二输出端子68与第三输出端子70相连并耦接到第三磁场传感器300的发射极结构310。

[0137] 还可以通过循环性地并在时间上顺序地切换第一、第二和第三磁场传感器100、200和300的角色，来进一步改善根据图4a和5a所示的切换方案(或备选地，图4b和5b所示的切换方案)的偏移补偿，如图7所示。本领域普通技术人员应该清楚的是需要附加切换电路(未示出)来实现将在图4a和5a(或图4b和5b)中所示的磁场传感器系统10从第一状态74切换到第二状态76、从第二状态76切换到第三状态78、从第三状态78切换到第一状态74等的这种循环切换，如图 7所示。

[0138] 在图7所示的循环切换方案中，在第一状态74中，第一磁场传感器100经由它的第一集电极结构116到它的发射极结构110并经由它的第二集电极结构118到它的发射极结构110进行双侧操作，第二磁场传感器200经由它的第一集电极结构216到它的发射极结构210 进行单侧操作，第三磁场传感器300经由它的第二集电极结构318到它的发射极结构310进行单侧操作，如图3a所示。在第二状态76中，第一状态的第一磁场传感器100变为第三磁场传感器，第一状态的第二磁场传感器200变为第一磁场传感器，第一状态的第三磁场传感器 
300变为第二磁场传感器。在第三状78态中，第一状态的第一磁场传感器100变为第二磁场传感器，第一状态的第二磁场传感器200变为磁场传感器，第一状态的第三磁场传感器300变为第一磁场传感器。总言之，当从第一状态74经过第二状态76到达第三状态78时，三个磁场传感器100、200和300中的每个都改变它的角色，即，以循环的方式成为传感器系统10的第一至第三磁场传感器之一。图7中未示出用于实现上述循环切换(从第一状态到第二状态，还从第二状态到第三状态，并从第三状态回到第一状态)所需要的附加切换电路；它的结构是不言而喻的并且对本领域技术人员是显而易见的。

[0139] 在半导体制造的现有技术实践中，例如以二维阵列装置的磁场传感器802(例如，MxN矩阵型布置，包括M列804和N行的磁场传感器802，其中M和N是预定整数)的形式在一个晶片衬底上同时制造整体结构，诸如图1a和1b或2a和2b所示的横向磁敏电阻器(LMR) 400、图12a和12b到图16a和16b所示的横向磁敏晶体管(LMT)500，以及图18a到18c到图24a到24c所示的横向磁敏二极管(LMD)600。可以由索引j来标记M列804，j的值从1到M。可以由索引i来标记N行806，i的值从1到N。可以通过(i，j)对来识别每个单独磁场传感器802，其中i是行索引，j是列索引。图8示出了这种M x N 矩阵形式的二维阵列装置的磁场传感器802。磁场传感器802中的每个可以是LMR 400、LMT 500或LMD 600之一。

[0140] 可以按照多种三元组结构方案(a)、(b)、(c)或(d)形成在例如图3a 和3b(涉及三个LMD400)、图16a和16b(涉及三个LMT500)、或图25a和25b(涉及LMD600)中示出的包括三个磁场传感器802(即，第一、第二和第三磁场传感器100、200和300)的三元组结构，分别例示为三元组结构810、812、814和816。每个三元组结构形成方案都实现了一种提供多个三元组结构(分布在晶片的区域上)的三个磁场传感器(即，第一、第二和第三磁场传感器100、200和300)的类型。

[0141] 根据三元组结构方案(a)，三个磁场传感器802(电学连接在一起以便形成磁场传感器10)全部来自一行的传感器，作为三个相邻传感器的集合，即传感器(i，j)，(i，j+1)和(i，j+2)，其中i是从1到M 的范围内的任意值，j是从1到N-2的的范围内任意值，如图8所例示的三元组结构810所示。

[0142] 根据三元组结构方案(b)，三个磁场传感器802(电学连接在一起以便形成磁场传感器10)全部来自一列的传感器，作为三个相邻传感器的集合，即传感器(i，j)，(i+1，j)和(i+2，j)，其中i是从1到 M-2的范围内的任意值，j是从1到N-2的范围内的任意值，如图8 所例示的三元组结构812所示。

[0143] 根据三元组结构方案(c)，三个磁场传感器802(电学连接在一起以便形成磁场传感器10)全部来自一个对角线的传感器(例如，图8 所示的从左上角到右下角)，作为三个相邻传感器的集合，即传感器(i， j)，(i+1，j+1)和(i+2，j+2)，其中i是从1到M的范围内的任意值， j是从1到N-2的范围内的任意值，如图8所例示的三元组结构814 所示。

[0144] 根据三元组结构方案(d)，三个磁场传感器802(电学连接在一起以便形成磁场传感器10)全部来自一个对角线的传感器(例如，图8 所示的从左下角到右上角)，作为三个相邻传感器的集合，即，传感器 (i，j)，(i-1，j-1)和(i-2，j-2)，其中i是从1到M的范围内的任意值，j是从1到N-2的范围内的任意值，如图8所例示的三元组结构 816所示。

[0145] 图8所示的这些三元组结构(a)(例如810)、(b)(例如812)、(c)(例如814)和(d)(例如816)中的每个可以根据图4a(5a)、4b(5b)、6或7所示的方案中的任何一个，电学连接在一起。

[0146] 作为所提供的多个三元组结构的备选，图8所示的三元组结构(a) (例如810)、(b)(例如812)、(c)(例如814)和(d)(例如816)中的每个可以根据以下位置步进方案(1)、(2)、(3)或(4)中的任意一个，在阵列装置800中是“步进式的”，即，时间上顺序移动的，其中图9示出了步进方案(1)和(2)。本领域技术人员应清楚，需要附加外部连接电路以及定义在时刻t、t+Δt、t+2Δt开始的时钟周期的外部时钟电路等来实现这种步进方案。

[0147] 每个磁场传感器802(100、200、300)的三元组结构810、812、 814或816可以根据以下位置方案在阵列装置800中是顺序步进的：

[0148] (1)在时刻t的位置：(i，j)，

[0149] 在时刻t+Δt的位置：(i+1，j)或(i-1，j)；以及

[0150] 在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j)或(i-2，j)；

[0151] (2)在时刻t的位置：(i，j)，

[0152] 在时刻t+Δt的位置：(i，j+1)或(i，j-1)；以及

[0153] 在时刻t+2Δt的位置：(i，j+2)或(i，j-2)；

[0154] (3)在时刻t的位置：(i，j)；

[0155] 在时刻t+Δt的位置：(i+1，j+1)或(i-1，j-1)；以及

[0156] 在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j+2)或(i-2，j-2)；且

[0157] (4)在时刻t的位置：(i，j)；

[0158] 在时刻t+Δt的位置：(i+1，j-1)或(i-1，j+1)；以及

[0159] 在时刻t+2Δt的位置：(i+2，j-2)或(i-2，j+2)；

[0160] 在上述步进方案中的每个方案中，所述的顺序位置指定由三元组结构810、812、814、816的磁场传感器之一(例如，第一磁场传感器 100)采用的在阵列装置800中的顺序位置，而互补的两个传感器(在该实例中，三元组结构810、812、814、816中的第二和第三磁场传感器200和300)根据三元组结构方案(a)、(b)、(c)或(d)中的任何一个，相对于一个磁场传感器位于相应的固定相关位置。

[0161] 图10示出了随着所施加磁通量密度B的改变，计算图3a和3b 所示的涉及三个LMR 400(即，第一、第二和第三LMR型磁场传感器100、200和300)的惠斯通电桥型电路的相对输出电压Vout/Vs的结果。为了计算，每个LMR 400具有内部第一电阻和第二电阻，例如，如图3a所示的第一电阻124(或R1)和第二电阻126(或R2)，这两个电阻依赖于所施加的磁通量密度。假定当B沿图3a所示的方向时，第一电阻124或R1相较于第二电阻126或R2具有较大电流。由于这些电流变化在硅中非常小(由于电荷载流子的移动性是非常小的)，可以写入线性依赖于B的恒压偏移电阻：

[0162] R1(B)＝Rbal*(1-S(B-Beq))且

[0163] R2(B)＝Rbal*(1+S(B-Beq))，

[0164] 其中Rbal是电流平衡时(即，当B＝Beq时)的电阻值，S是传感器的灵敏度，定义为S＝(ΔR/R)/ΔB。B敏感电阻R1’和R2’(如图3a 所示)或补偿对R1”和R2”(如图3b所示)的值等于在零磁通量密度 (B＝0)处的对应LMR电阻，其中它们布置在靠近彼此的晶片上。预期的是R1(0)和R2(0)之间的对称差值已拷贝到R1’和R2’以及R1”和R2”中。这意味着：

[0165] R1”＝R1’＝R1(0)＝Rbal*(1+S Beq))且

[0166] R2”＝R2’＝R2(0)＝Rbal*(1-S Beq)).

[0167] 惠斯通电桥20的输出电压Vout相对于电源电压Vs归一化，归一化形式等于：

[0168] Vout/Vs＝R2/(R2+R“2 )-R1/(R1+R2’).

[0169] 插入电阻的表达式，发现：

[0170] Vout/Vs＝2 S B/(4-(S(2 Beq-B))2).

[0171] 图10中画出Vout/Vs根据磁通量密度B的变化的这种关系，Beq是将S假定为10％/T的参数和值。对于实际S值，输出Vout/Vs完全线性取决于B，几乎独立于Beq的值。这样反映出本发明所包含的重要发现：三个传感器100、200和300的三元组结构(例如以惠斯通电桥型电路的形式电学连接)中的第一传感器100的偏移第二传感器的对B不敏感的本征电阻R1’和第三传感器的R2”或第二传感器的补偿对R1”和R2’的值本征抵消。

[0172] 图11a和11b示出了一个作为磁场传感器100示例的横向磁敏晶体管(LMT)500的第一实施例，即远STI和单个栅极在p型阱和p 型外延层上的MOS门控NPN LMT。传感器100用于在根据本发明的磁场传感器系统中进行使用，该磁场传感器系统通常涉及三个(100、 200、300，参照图16a和16b)的相同磁场传感器。使用在SOI(氧化物上硅)衬底(一般可提供的)上执行的MOS(金属氧化物半导体) 技术，来制造图11a和11b所示的基于LMT 500的磁场传感器100。所述衬底包括：处理晶片硅516，用作基座；氧化物层，沉积在所述硅上，并在沉积下一层之后成为掩埋氧化物层514；以及p型外延层 510，沉积在氧化物层上。可以将构成LMT 
500的其他结构沉积在该衬底上，即沉积在外延层510上。

[0173] LMT 500还包括：p型阱508，形成在p型外延层510中并形成所附权利要求所述的表面层部分102；以及MTI(金属沟槽隔离)结构405，是从外延层510的上表面向下延伸到掩埋氧化物层514的环形隔离，使得针对在该环内的传感器结构形成隔离岛。LMT 500还包括发射极结构110，发射极结构110由p型阱508中心内的n+型结构 502制成并相对于对称平面106对称，对称平面106转而垂直于层510 和508的表面104并垂直于图11a和11b的作图平面。LMT 500还包括第一集电极结构116以及第二集电极结构118，每个都由p型阱508 中的n+型结构502制成，位于对称平面106的相对侧上，使得第一和第二集电极结构116和118彼此是相对于对称平面106的镜像。

[0174] LMT 500还包括：环状的STI(浅沟槽隔离)区域507，形成为大体矩形以便围绕发射极结构110以及第一和第二集电极结构116和 118。LMT 500还包括第一和第二触点B1和B2，每个都由p阱508 中的p+型结构503形成，在对称平面106的相对侧上布置为分别与第一和第二集电极结构16和118相隔一定距离并与之平行，以便实质成为彼此的镜像。此外，LMT 500包括栅极结构120，由多晶硅501形成的并沉积在位于发射极结构110和第一集电极结构
116之间的区域、位于发射极结构110和第二集电极结构118之间的区域、以及围绕在发射极和集电极结构110、116和118的区域内的p型阱508的表面上，如图11b所示。

[0175] 当将磁场传感器100用作LMT 500型磁场传感器时，将通过把电子作为电荷载流子形成的电流经由发射极结构110注入p型阱508中。此时，将电流分为具有相反方向的两个部分，第一电流部分流向第一集电极结构116，第二电流部分流向第二集电极结构118。在集电极结构116和118处分别收集第一和第二电流部分。当沿横向方向并在对称平面106(即，垂直于图1a的绘图平面，如图1a的B所示)中施加磁通量密度B时，第一和第二电流部分受到作用在电子上的洛伦兹力的影响，分别在相对方向中偏移，一个电流部分偏移到更靠近该表面，另一电流部分偏移为远离该表面。这样导致在第一和第二集电极结构116和118处收集到电流差，在集电极结构116和118处引起作为磁通量密度B的测量值的差分电流信号。

[0176] 从(n+型)发射极结构110经过(p型)阱508到第一或第二(n+ 型)集电极结构116或118的电流流动路径可以特征化为NPN，涉及两个pn结。p型阱508形成在p型外延层510中，以便用掩埋氧化物层514屏蔽在界面处存在的界面缺陷。由多晶硅501制成的栅极结构 120可以连接到负向偏压的电势，其中可以调整该电势以便将电荷载流子(即，电子)推动到体内并积累具有空穴的表面，使得将空穴吸引到该表面并将电子推离该表面。出于上述原因以及以下所述的原因，可以将偏移电流信号叠加于差分电流信号。偏移电流信号幅度较大，用于补偿和/或抵消，如以下参考图17所述。

[0177] 图12a和12b示出了将横向磁敏晶体管(LMT)500用作磁场传感器100的示例的第二实施例的一个实例，即，具有远STI和单个栅极的MOS门控双发射极NPN LMT在p型阱和p型外延层上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图12a和12b 所示的第二实施例的LMT 500布局为实质与图11a和11b所示的第一实施例的LMT 500相似，除了发射极结构的布局以及栅极结构的布局及其电学连接之外。代替第一实施例的LMT 500中的一个发射极结构 110，在第二实施例的LMT 500中，发射极结构包括第一部分的发射极结构112和第二部分的发射极结构114，二者布置在对称平面106 的相对侧以便实质成为彼此的镜像，并且二者可以进行单独地电学接触。此外，代替在第一实施例的LMT 500中的一个栅极结构120，在第二实施例的LMT 500中，栅极结构包括第一栅极结构120和第二栅极结构122。第二栅极结构122形成在第一部分的发射极结构112和第二部分的发射极结构114之间，并可以进行单独地电学接触。形成第一栅极结构120以便围绕发射极结构112和114以及集电极结构116 和118，并使第一栅极结构120位于第一部分的发射极结构112和第二集电极结构116之间，还位于第二部分的发射极结构114和第二集电极结构118之间，并且可以单独地且独立于第二栅极结构122进行电学接触。

[0178] 图13a和13b示出了将横向磁敏晶体管(LMT)500用作磁场传感器100的示例的第三实施例的一个实例，即，具有单个栅极的MOS 单门控NPN LMT在p型阱和p型外延层上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图13a和13b所示的第二实施例的LMT 500布局为实质与图11a和11b所示的第一实施例的LMT 500相似，除了栅极结构的布局之外。代替第二实施例的LMT 500中的栅极结构110，在第三实施例的LMT 500中，栅极结构120延长以便进一步围绕第一和第二触点B1和B2区域。

[0179] 图14a和14b示出了将横向磁敏晶体管(LMT)500用作磁场传感器100的示例的第四实施例的一个实例，即具有远STI和两个栅极的MOS门控NPN LMT在p型阱和p型外延层上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图14a和14b所示的第四实施例的LMT 500布局为实质与图13a和13b所示的第三实施例的 LMT 500相似，除了发射极结构的布局和栅极结构的布局及其电学连接之外。代替第三实施例的LMT 500中的一个发射极结构110，在第四实施例的LMT 500中，发射极结构包括第一部分的发射极结构112 和第二部分的发射极结构114，二者布置在对称平面106的相对侧以便实质成为彼此的镜像，并且二者可以进行单独地电学接触。此外，代替在第三实施例的LMT 500中的一个栅极结构120，在第四实施例的LMT 500中，栅极结构包括第一栅极结构120和第二栅极结构122。第二栅极结构122形成在第一部分的发射极结构112和第二部分的发射极结构114之间，并可以进行单独地电学接触。形成第一栅极结构 120以便围绕p+区域内的第一和第二(B1和B2)触点128和130、发射极结构112和114以及集电极结构116和118，并使第一栅极结构120位于第一部分的发射极结构112和第二集电极结构116之间，还位于第二部分的发射极结构114和第二集电极结构118之间，并且可以单独地且独立于第二栅极结构122进行电学接触。

[0180] 图15a和15b示出了将横向磁敏晶体管(LMT)500用作磁场传感器100的示例的第五实施例的一个实例，即，具有单个栅极的MOS 门控NPN LMT在p型阱和p型外延层上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图15a和15b所示的第五实施例的LMT 500布局为实质与图14a和14b所示的第四实施例的LMT 500相似，除了栅极结构的电学连接之外。代替第四实施例的LMT 500 中的栅极结构110，在第五实施例的LMT 500中，栅极结构120只包括一个外部可连接的栅极结构120，可以看出该栅极结构包括图14a 和14b的第四实施例的第一和第二栅极结构120和122。

[0181] 根据如上所述的本发明，现在提出的用于偏移抵消的方法在于将一个磁场传感器(下文中称作第一磁场传感器100，其中经由它的第一和第二集电极结构116和118而双侧操作)与两个附加的相同布局的传感器(下文中称作第二磁场传感器200和第三磁场传感器300，其中每个都仅经由它们集电极结构中的对应结构进行单侧操作，并在 SOI衬底上布置为靠近第一传感器100)相结合。图16a和16b示出了第一磁场传感器100(双侧操作的)与两个附加传感器(第二和第三磁场传感器200和300)的组合。在该实例中，组合使用图15a和图
15b所示的第五实施例的三个LMT 500。

[0182] 在图16a中，第一磁场传感器100是双侧操作的，其中电流经由 (n+型502)发射极结构112和114注入，发射极结构112和114电学相连以形成组合式的单个发射极结构。由于布局对称，注入的电流分为两个电流部分。在第一电流部分通过p型阱508的一部分之后在 (n+型，502)第一集电极结构116处登记该第一电流部分，该部分归因于第一电流路径124。在第二电流部分通过p型阱508的另一部分之后在(n+型502)第二集电极结构118处登记该第二电流部分，该部分归因于第二电流路径126。第二磁场传感器200是单侧操作的，其中电流通过它的第二发射极结构214注入，并在该电流通过第二磁场传感器的p型阱508的一部分之后在其第二集电极结构218处登记，其中该部分归因于第二电流路径226，类似于在第一磁场传感器100 中的第二电流路径126。第三磁场传感器300是单侧操作的，其中电流通过它的第一发射极结构312注入，并在该电流通过第三磁场传感器的p型阱508的一部分之后在其第一集电极结构316处登记，其中该部分归因于第一电流路径324，类似于在第一磁场传感器100中的第一电流路径124。

[0183] 在图16b中，第一磁场传感器100如图16a所示地进行操作。然而，与图16a的情况相反，第二磁场传感器200是单侧操作的，其中电流通过它的第一发射极结构212注入，并在该电流通过第二磁场传感器的p型阱508的一部分之后在其第一集电极结构216处登记，其中该部分归因于第一电流路径224，类似于在第一磁场传感器100中的第一电流路径124。同样与图16a的情况相反，第三磁场传感器300 是单侧操作的，其中电流通过它的第二发射极结构314注入，并在该电流通过第三磁场传感器的p型阱508的一部分之后在其第二集电极结构318处登记，其中该部分归因于第二电流路径326，类似于在第一磁场传感器100中的第二电流路径126。

[0184] 在图16a和16b二者中，由于差分电流，即第一和第二电流部分之间的差值，第一次磁场传感器100对磁通量密度B敏感。由于单侧操作，第二和第三磁场传感器200和300对磁通量密度B不敏感，因此，可以称作虚拟结构。由于在形成图16a和16b所示的磁场传感器系统10的三个横向磁敏晶体管500中的每个的第一和第二电流路径中的每个路径上存在两个pn结，这种图16a和16b所示的基于LMT 500 的传感器系统10无法在电阻检测模式下进行操作，其中与图3a和4b 的基于LMR 400的传感器系统10相同，此时特别涉及惠斯通电桥型电路20(参照图4a和4b以及图5a和5b)。相反，基于LMT 500的传感器系统10可以操作在电流检测模式下，检测流过图16a和16b 所示的第一磁场传感器100中的第一和第二电流路径124和126的电流，形成并放大作为对磁通量密度B的测量值的差分信号(电流差值)。为了获得对电流偏移的补偿，将从基于LMT 500的第一磁场传感器 100(双侧操作)获得的差分电流信号与和以下电流相关的信号进行组合，如图17所示：沿着第二磁场传感器200中的电流路径224流动的电流以及沿着第三磁场传感器300中的电流路径326流动的电流，或备选地，分别沿着第二和第三磁场传感器200和300(每个都是单侧操作)中的电流路径226和电流路径324流动的电流。

[0185] 图17示出了包括第一、第二和第三磁场传感器100、200和300 (如在图16a和16b例示出的)的传感器系统10(三元组结构)，其中将这三个磁场传感器电学连接在一起以便形成适合用于获得信号的斩波差分电流读出电路，其中所述信号是针对磁通量密度B的测量值，是来自实现偏移补偿的电路的输出。具体地，图17所示的传感器系统 10包括斩波差分磁场传感器读出电路，该电路除了第一、第二和第三磁场传感器100、200和300之外，还包括：可切换的1分2复用器 670、第一差分放大器680、可切换的2合1复用器684、第二差分放大器691、第三差分放大器695和时钟电路，该电路适用于提供作为磁通量密度B的测量值的第二输出信号99。传感器读出电路的元件 100、200、300、683、684、691和695如下所示地进行互连。

[0186] 可切换的1分2复用器670具有第一和第二输入端子671和672 以及第一至第四输出端子673、674、675和676，可以适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态。第一和第二输入端子671和672连接到电流源 (I)。第一输出端子673连接到第二磁场传感器200的第一集电极结构216。第二输出端子674连接到第二磁场传感器200的第二集电极结构218。第三输出端子675连接到第三磁场传感器300的第二集电极结构318。第四输出端子676连接到第三磁场传感器300的第一集电极结构316。此外，在“a”状态中，第一输入端子671连接到第二输出端子674，第二输入端子672连接到第四输出端子676；而在“b”状态中，第一输入端子671连接到第一输出端子673，第二输入端子672 连接到第三输出端子675。

[0187] 第一差分放大器680包括“+”型输入端子681、“-”型输入端子682 和输出端子683。“+”型输入端子681耦接到第一磁场传感器100的第一和第二集电极结构116、118之一。“-”型输入端子682耦接到第一磁场传感器100的第一和第二集电极结构118、116中的另一个。

[0188] 可切换的2合1复用器684具有第一至第四输入端子685、686、 687、688以及第一和第二输出端子689、690，适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态。在“a”状态中，第一输入端子685连接到第一输出端子689，第三输入端子687连接到第二输出端子690。在“b”状态中，第二输入端子686连接到第一输出端子689，第四输入端子688连接到第二输出端子690。第一输入端子685耦接到第二磁场传感器200 的第二集电极结构218。第二输入端子686耦接到第三磁场传感器300 的第二集电极结构318。第三输入端子687耦接到第三磁场传感器300 的第一集电极结构316。第四输入端子688耦接到第二磁场传感器200 的第一集电极结构216。时钟电路(未示出)可以适用于将2合1复用器684依次地从它的“a”状态切换到它的“b”状态，从它的“b状态”切换到它的“a”状态等。

[0189] 第二差分放大器691包括“+”型输入端子692，“-”型输入端子693 以及输出端子694。“-”型输入端子693耦接到2合1复用器684的第一输出端子689，“+”型输入端子692适用于耦接到2合1复用器684 的第二输出端子690。

[0190] 第三差分放大器695包括“+”型输入端子696、“-”型输入端子697 以及输出端子698。“+”型输入端子696耦接到第一差分放大器680的输出端子683，“-”型输入端子697耦接到第二差分放大器691的输出端子694，输出端子698提供传感器输出信号699。

[0191] 由于如上所述的传感器读出电路的元件100、200、300、683、684、 694和695之间的相互连接，从第一差分放大器680的输出端子683 输出的信号表示来自第一磁场传感器100的输出信号及其偏移(或如图17所述“传感器信号+偏移1”)。从第二差分放大器691的输出端子 694输出的信号表示偏移(或如图17所述“偏移2”)，是来自虚拟的第二和第三磁场传感器200和300的输出信号。根据可切换的2合1复用器684的状态，即，“a”状态或“b”状态，将上述信号假定为具有如下表所示的值：

[0192]

[0193] 在可切换的2合1复用器684的“a”状态下，第一、第二和第三磁场传感器100、200和300相互连接，并操作在图16a所示的模式下，而在复用器684的“b”状态下，第一、第二和第三磁场传感器100、200 和300相互连接，并操作在图16b所示的模式下。斩波分别将可切换的2合1复用器684在“a”状态和“b”状态之间进行交替切换，以便在时间顺序上对图16a和
16b所示的两个偏移补偿模式进行平均。从第三差分放大器695的输出端子698输出的信号表示来自磁场传感器系统10的偏移补偿输出信号，是对磁通量密度B的测量值，即如图17 所示的“传感器信号+偏移1-偏移2”。

[0194] 图17所示的可切换2和1复用器684的斩波操作类似于图6所示的第一和第二的1分2复用器40和60的斩波操作，其中斩波操作用于在时间上顺序地对图3a和3b(涉及基于LMR 
400的传感器100、 200、300)以及图16a和16b(涉及基于LMT 500的传感器100、200、 300)所示的两个虚拟(第二和第三)磁场传感器200和300的操作配置进行平均。

[0195] 作为LMR(横向磁敏电阻器)400或LMT(横向磁敏晶体管) 500形式的第一至第三磁场传感器100至300结构的另一备选，传感器100到300还可以配置为LMD(横向磁敏二极管)600。图18到 24示出了可以在根据本发明的磁场传感器熊10中使用的LMD的多种实施例。图
25a和25b示出了基于LMD 600的第一磁场传感器100、两个基于LMD 600的虚拟(第一和第三)磁场传感器200和300的操作配置，类似于分别在图3a和3b以及图16a和16b中分别示出的第一至第三磁场传感器100到300的基于LMR 400以及基于LMT 500 的操作配置。由于LDM 
600可以在电阻检测模式下进行操作，可以通过以图26到28中的每个所示的惠斯通电桥型电路的形式(类似于针对LMR 400的图4a(5a)和4b(Sb)所示的惠斯通电桥型电路20) 将基于LMD 600的第一至第三磁场传感器100到300电学互连，来实现对基于LMD的磁场传感器系统的偏移补偿。此外，LMD 600可以操作在电流或电压检测模式下，可以通过以例如图29到
31中的每个所示的斩波偏移补偿差分读出电路的形式(类似于针对LMT 500的图 17所示的斩波偏移补偿差分读出电路)，将基于LMD 600的第一至第三磁场传感器100到300电学相连，来对基于LMD的磁场传感器系统的偏移补偿。

[0196] 基本磁敏二极管(LMD 600)结构涉及比磁敏晶体管(LMT 500) 更简单的器件结构。目的在于将相对磁通量密度B的较高灵敏度与较小偏移结合。可以区分诸如图18到22所述的具有中央n型阱结构606 的LMD 600以及诸如图23到24所述的中央p型阱结构608的LMD 600。实际上，另一目的在于提供低掺杂n型或p型(近乎本征的)阱结构体，以便获得n+-i-p+(或倒置n+-i-p+)二极管。

[0197] 图18a到18c示出了横向磁敏二极管(LMD)600用作磁场传感器100的示例的第一实施例的一个实例，即，MOS门控N型主体磁敏二极管在n型阱和n型外延层612上。传感器100用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用，通常涉及三个(100、200、300，参照图 25a和25b)的相同磁场传感器。使用在SOI(氧化物上硅)衬底(一般可提供的)上执行的MOS(金属氧化物半导体)技术，来制造图 18a到18c所示的基于LMD 600的磁场传感器100。所述衬底包括：处理晶片硅616，用作基座；氧化物层，沉积在所述硅上，并在沉积下一层之后成为掩埋氧化物层614；以及n型外延层612，沉积在氧化物层上。可以将构成LMD 600的其他结构沉积在该衬底上，即沉积在外延层612上。

[0198] LMD 600还包括：n型阱606，形成在n型外延层612中并形成所附权利要求所述的表面层部分102；以及MTI(金属沟槽隔离)结构605，是从外延层610的上表面向下延伸到掩埋氧化物层614的环形隔离，使得针对在该环内的传感器结构形成隔离岛。LMD 600还包括发射极结构110，发射极结构110由n型阱606中心内的n+型结构 602制成并相对于对称平面106对称，对称平面106转而垂直于层612 和606的表面104并垂直于图18a和18c的作图平面。LMD 600还包括第一集电极结构116以及第二集电极结构118，每个都由n型阱606 中的p+型结构603制成，位于对称平面106的相对侧上，使得第一和第二集电极结构116和118彼此是相对于对称平面106的镜像。

[0199] LMD 600还包括：环状的STI(浅沟槽隔离)区域607，形成为大体矩形以便围绕发射极结构110以及第一和第二集电极结构116和 118。LMD 600包括栅极结构120，由多晶硅601形成的并沉积在位于发射极结构110和第一集电极结构116之间的区域、位于发射极结构 110和第二集电极结构118之间的区域、以及围绕在发射极和集电极结构110、116和118的区域内的n型阱606的表面上，如图18c所示。

[0200] 当将磁场传感器100用作LMD 600型磁场传感器时，将通过把电子作为电荷载流子形成的电流经由发射极结构110注入n型阱606 中。此时，将电流分为具有相反方向的两个部分，第一电流部分流向第一集电极结构116，第二电流部分流向第二集电极结构118。在集电极结构116和118处分别收集第一和第二电流部分。当在二极管的前向导通模式下对二极管偏压(通过应用适当外部电压)时，第一和第二集电极结构116和118将空穴注入n型阱606，空穴沿与来自发射极的电子相反的方向行进到发射极结构110。当沿横向方向并在对称平面106(即，垂直于图18a的作图平面，如图18a中的B所示)内应用磁通量密度B时，第一和第二电流部分受到作用在电子上的洛伦兹力的影响，分别在相对方向中偏移，一个电流部分偏移到更靠近该表面，另一电流部分偏移为远离该表面。这样导致在第一和第二集电极结构116和118处收集到电流差，在集电极结构116和118处引起作为磁通量密度B的测量值的差分电流信号。

[0201] 由于空穴的极性与电子相反，作用在两种电荷载流子类型的洛伦兹力是相同的，相较于电子的信号增强了差分信号。从(n+型602) 发射极结构110通过(n型，近似本征)阱606到达第一或第二(p+ 型603)集电极结构116或118的电流流动路径可以特征化为n+-i-p+，涉及二极管跃迁，如图18b中的LMT 600的示意表示(电路图型)所示。n型阱606形成在n型外延层612中，以便用嵌入式氧化物层614 屏蔽在界面处存在的界面缺陷。由多晶硅601制成的栅极结构120可以连接到负向偏压的电势，其中可以调整该电势以便将电荷载流子(即，电子)推动到体内并耗尽表面层以避免来自发射极的表面载流子流动。出于上述原因以及以下所述的原因，可以将偏移电流信号叠加于差分电流信号。偏移电流信号幅度较大，用于补偿和/或抵消，如以下参考图26到28以及图29到31所述。

[0202] 图19a和19b示出了将横向磁敏二极管(LMD)600用作磁场传感器100的示例的第二实施例的一个实例，即，具有双发射极的MOS 门控N型主体磁敏二极管在n型阱和n型外延层612上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图19a到19c所示的第二实施例的LMD 600布局为实质与图18a到18c所示的第一实施例的LMD 600相似，除了发射极结构的布局以及栅极结构的布局及其电学连接之外。代替第一实施例的LMD 600中的一个发射极结构 110，在第二实施例的LMD 600中，发射极结构包括第一部分的发射极结构
112和第二部分的发射极结构114，二者布置在对称平面106 的相对侧以便实质成为彼此的镜像，并且二者可以进行单独地电学接触。此外，代替在第一实施例的LMD 600中的一个栅极结构120，在第二实施例的LMD 600中，栅极结构包括第一栅极结构120和第二栅极结构
122。第二栅极结构122形成在第一部分的发射极结构112和第二部分的发射极结构114之间，并可以进行单独地电学接触。形成第一栅极结构120以便围绕发射极结构112和114以及集电极结构116 和118，并使第一栅极结构120位于第一部分的发射极结构112和第二集电极结构116之间，还位于第二部分的发射极结构114和第二集电极结构118之间，并且可以单独地且独立于第二栅极结构122进行电学接触。第二栅极结构122可以用于进一步控制LMD 
600的偏移和 /或灵敏度。

[0203] 对于具有双栅极(120和122)和双发射极(112和114)结构以及n型阱606的LMD 600，当在第一和第二栅极结构120和122处施加的电压为负值时，耗尽甚至反转在第一和第二发射极结构112和114 之间包括的n型阱606的表面。然后，存在两个单独发射极结构112 和114。当在第二栅极结构122处的电压为正值时，积累在第一和第二发射极结构112和114之间的n型阱606的表面。这种情况下，第一和第二发射极结构112和114实际上变为一个较宽的发射极，因此，灵敏度下降。尽管如此，这种操作支持对偏移补偿的调制方案，据此可以缩小或减小偏移。

[0204] 图20a到20c示出了将横向磁敏二极管(LMD)600用作磁场传感器100的示例的第三实施例的一个实例，即，MOS门控N型主体磁敏二极管在n型阱606和n型外延层612上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图20a到20c所示的第三实施例的LMD 600布局为实质与图18a到18c所示的第一实施例的 LMD 600相似，除了发射极和集电极结构的掺杂类型之外。与图18 所示的发射极结构110相反(其中发射极是n+型602)，图20内的发射极结构是p+型603。与图18中的第一和第二集电极结构116和118 相反(其中集电极是p+型603)，图20内的第一和第二集电极结构116 和118是n+型602。因此，如图18b和图20b所示，二极管跃迁从在图18的第一实施例中的集电极(116，118)-阱(606)跃迁改变为在图20的第三实施例中的发射极(110)-阱(606)跃迁。

[0205] 图21a到21c示出了将横向磁敏二极管(LMD)600用作磁场传感器100的示例的第四实施例的一个实例，即，具有双发射极的MOS 门控N型主体磁敏二极管在n型阱606和n型外延层612上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图21a到21c 所示的第四实施例的LMD 600布局为实质与图19a到19c所示的第二实施例的LMD 600相似，除了发射极和集电极结构的掺杂类型之外。与图19所示的发射极结构110相反(其中发射极是n+型602)，图21 内的发射极结构112和114是p+型603。与图19中的第一和第二集电极结构116和118相反(其中集电极是p+型603)，图21内的第一和第二集电极结构116和118是n+型
602。因此，如图19b和图21b所示，二极管跃迁从在图19的第二实施例中的集电极(116，
118)-阱 (606)跃迁改变为在图21的第四实施例中的发射极(110)-阱(606) 跃迁。

[0206] 图22a到22c示出了将横向磁敏二极管(LMD)600用作磁场传感器100的示例的第五实施例的一个实例，即，具有双发射极的MOS 门控N型主体磁敏二极管在n型阱和p型外延层610上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图22a到22c所示的第五实施例的LMD 600布局为实质与图21a到21c所示的第四实施例的LMD 600相似，除了STI区域607的布局之外。与图21所示的STI区域607相反，图22内的STI区域607分为内部和外部，它们彼此相隔并在它们之间设置有p+型603的P触点结构，参照图22a和 22c。

[0207] 图23a到23c示出了将横向磁敏二极管(LMD)600用作磁场传感器100的示例的第六实施例的一个实例，即，MOS门控P型主体磁敏二极管在p型阱608和p型外延层610上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图23a到23c所示的第六实施例的LMD 600布局为实质与图18a到18c所示的第一实施例的LMD 600相似，除了阱和外延层的掺杂类型之外。与图18所示的阱相反(其中所述阱为n型606)，图23内的阱是p型603。与图18中的外延层相反(其中外延层是n型612)，图23内的外延层是p+型610。因此，如图18b和图23b所示，二极管跃迁从在图18的第一实施例中的集电极(116，118)-阱(606)跃迁改变为在图23的第六实施例中的发射极(110)-阱(606)跃迁。

[0208] 图24a到24c示出了将横向磁敏二极管(LMD)600用作磁场传感器100的示例的第七实施例的一个实例，即，具有双发射极的MOS 门控P型主体磁敏二极管在p型阱和p型外延层610上。此外，这种传感器用于在根据本发明的磁场传感器系统中使用。图24a到24c所示的第七实施例的LMD 600布局为实质与图23a到23c所示的第六实施例的LMD 600相似，除了发射极结构的布局和栅极结构的布局及其电学连接之外。与第六实施例的LMD 600中的一个发射极结构110 相反，在第七实施例的LMD 600中，发射极结构包括第一部分的发射极结构
112以及第二部分的发射极结构114，二者布置在对称平面106 的相对侧以便实质上成为彼此的镜像，并且二者可以进行单独地电学接触。此外，代替在第六实施例的LMD 600中的一个栅极结构120，在第七实施例的LMD 600中，栅极结构包括第一栅极结构120和第二栅极结构122。第二栅极结构122形成在第一部分的发射极结构112 和第二部分的发射极结构114之间，并可以进行单独地电学接触。形成第一栅极结构120以便围绕发射极结构112和114以及集电极结构 116和118，并使第一栅极结构120位于第一部分的发射极结构112 和第二集电极结构116之间，还位于第二部分的发射极结构114和第二集电极结构118之间，并且可以单独地且独立于第二栅极结构122 进行电学接触。可以将第二栅极结构122用于进一步控制LMD 600 的偏移和/或灵敏度。

[0209] 对于具有双栅极(120和122)和双发射极(112和114)结构以及p型阱608的LMD 600，当在第一和第二栅极结构120和122处施加的电压为负值时，积累在图24的第一和第二发射极结构112和114 之间包括的p型阱608的表面。然后，存在两个单独发射极结构112 和
114。当在第二栅极结构122处的电压为正值时，在第一和第二发射极结构112和114之间的p型阱608的表面耗尽甚至反转。这种情况下，当反转时，第一和第二发射极结构112和114实际上变为一个较宽的发射极，因此灵敏度下降。尽管如此，这种操作支持对偏移补偿的调制方案，据此可以缩小或减小偏移，将在下文详述。

[0210] 根据如上所述的本发明，现在提出的用于偏移抵消的方法在于将一个磁场传感器(下文中称作第一磁场传感器100，其中经由它的第一和第二集电极结构116和118而双侧操作)与两个附加的相同布局的传感器(下文中称作第二磁场传感器200和第三磁场传感器300，其中每个都仅经由它们集电极结构中的对应结构进行单侧操作，并在 SOI衬底上布置为靠近第一传感器100)相结合。图25a和25b使用三个图24a到24c所示的第七实施例的LMD 
600作为示例，示出了第一磁场传感器100(双侧操作的)与两个附加传感器(第二和第三磁场传感器200和300)的组合。

[0211] 在图25a中，第一磁场传感器100是双侧操作的，其中电流经由 (n+型602)发射极结构112和114注入，并由于布局对称而分为两个电流部分。在第一电流部分通过p型阱608的一部分之后在(n+型， 602)第一集电极结构116处登记该第一电流部分，该部分归因于第一电流路径124。在第二电流部分通过p型阱608的另一部分之后在(n+ 型602)第二集电极结构118处登记该第二电流部分，该部分归因于第二电流路径126。第二磁场传感器200是单侧操作的，其中电流通过它的第二发射极结构214注入，并在该电流通过第二磁场传感器的 p型阱608的一部分之后在其第二集电极结构218处登记，其中该部分归因于第二电流路径226，类似于在第一磁场传感器100中的第二电流路径126。第三磁场传感器300是单侧操作的，其中电流通过它的第一发射极结构312注入，并在该电流通过第三磁场传感器的p型阱
608的一部分之后在其第一集电极结构316处登记，其中该部分归因于第一电流路径324，类似于在第一磁场传感器100中的第一电流路径124。

[0212] 在图25b中，第一磁场传感器100如图25a所示地进行操作。然而，与图25a的情况相反，第二磁场传感器200是单侧操作的，其中电流通过它的第一发射极结构212注入，并在该电流通过第二磁场传感器的p型阱608的一部分之后在其第一集电极结构216处登记，其中该部分归因于第一电流路径224，类似于在第一磁场传感器100中的第一电流路径124。同样与图25a的情况相反，第三磁场传感器300 是单侧操作的，其中电流通过它的第二发射极结构314注入，并在该电流通过第三磁场传感器的p型阱608的一部分之后在其第二集电极结构318处登记，其中该部分归因于第二电流路径326，类似于在第一磁场传感器100中的第二电流路径126。

[0213] 在图25a和25b二者中，由于差分电流，即第一和第二电流部分之间的差值，第一次磁场传感器100对磁通量密度B敏感。由于单侧操作，第二和第三磁场传感器200和300对磁通量密度B不敏感，因此，可以称作虚拟结构。由于在形成图25a和25b所示的磁场传感器系统10的三个横向磁敏晶体管600中的每个的第一和第二电流路径中的每个路径上存在两个pn结以及存在二极管跃迁，这种图25a和25b 所示的基于LMD 600的传感器系统10可以在电阻检测模式下进行操作，其中与图3a和4b所示的基于LMR 400的传感器系统10相同，此时特别涉及惠斯通电桥型电路20(参照图26到28，类似于图4a 和4b以及图5a和5b)。此外，基于LMD 600的传感器系统10可以操作在电流检测模式下，其中检测流过图25a和25b所示的第一磁场传感器100中的第一和第二电流路径124和126的电流，形成并放大作为对磁通量密度B的测量值的差分信号(电流差值)。为了获得对电流偏移的补偿，将从基于LMD 600的第一磁场传感器100(双侧操作)获得的差分电流信号与和以下电流相关的信号进行组合，如图26 到28所示：沿着第二磁场传感器200中的电流路径224流动的电流以及沿着第三磁场传感器300中的电流路径326流动的电流，或备选地，分别沿着第二和第三磁场传感器200和300(每个都是单侧操作)中的电流路径226和电流路径324流动的电流。

[0214] 图26示出了以惠斯通电桥型电路20的形式电学连接两个虚拟结构的磁场传感器200和300以及图19a到19c的第一磁场传感器100 形成的磁场传感器结构10。具体地，基于LMD 600的第一、第二和第三磁场传感器100、200和300以惠斯通电桥型电路20的形式外部相连，其中第一分压器22和第二分压器24耦接在例如正向电源电压电平36和公共接地电压电平38之间。图26所示的涉及基于LMD 600 的第一至第三磁场传感器100到300的惠斯通电桥型电路20与图4 和5所示的涉及基于LMR 400的第一至第三磁场传感器100到300 的惠斯通电桥型电路20相似。

[0215] 在图26中，第一分压器22包括包含第二磁场传感器200的第一集电极结构216和发射极结构212的结构，以及包含第一磁场传感器 100的第一集电极结构116和发射极结构112的结构。在第一分压器 22中，第二磁场传感器200的第一集电极结构216耦接到电源电压电平36，第二磁场传感器200的发射极结构212耦接到第一磁场传感器 100的第一集电极结构116，第一磁场传感器100的发射极结构112 耦接到公共接地电压电平38。第二分压器
24包括包含第三磁场传感器300的第二集电极结构318和发射极结构314的结构，以及包含第一磁场传感器100的第二集电极结构118和发射极结构114的结构。在第二分压器24中，第三磁场传感器300的第二集电极结构318耦接到电源电压电平36，第三磁场传感器300的发射极结构314耦接到第一磁场传感器100的第二集电极结构118，第一磁场传感器100的发射极结构耦接到公共接地电压电平38，从而还耦接到第一磁场传感器 100的其它发射极结构
112。

[0216] 图26的传感器系统10还包括差分电压输出端子，该差分电压输出端子进而包括第一电压输出端子28和第二电压输出端子30。第一电压输出端子28耦接到位于第二磁场传感器200的发射极结构210 与第一磁场传感器100的第一集电极结构116之间的连接中的第一节点32。第二电压输出端子30耦接到位于第三磁场传感器300的发射极结构314与第一磁场传感器100的第二集电极结构118之间的连接中的第二节点34。

[0217] 在第一磁场传感器100以及图25a所示的第二和第三磁场传感器200和300之间的惠斯通电桥型20电学连接中，通过第二磁场传感器200的模拟第一电流路径224来补偿第一磁场传感器100的第一电流路径124，通过第三磁场传感器300的模拟第二电阻326来补偿第一磁场传感器100的第二电流路径126。在差分输出处的差分信号Vout (也就是，图26所示的在输出28处的信号和在输出30处的信号的差值)是针对磁通量密度B的测量值，从而，通过图26所示的电学耦接以及第二磁场传感器200中的第一电流路径224和第三磁场传感器300中的第二电流路径326，实现对第一磁场传感器100中的第一和第二电流路径124和126的系统偏移的补偿。

[0218] 图27示出了通过以惠斯通电桥型电路20的形式将两个虚拟结构的磁场传感器200和300与图21a到21c第一磁场传感器100电学相连而形成的磁场传感器结构10。图27示出了涉及基于LDM 600的第一至第三磁场传感器100到300的威特尔斯通桥型电路20，它的功能与图26所示的涉及基于LDM 600的第一至第三磁场传感器100到300 的威特尔斯通桥型电路20相似，它的描述与图26所示的电路的描述相同，因此不再进行赘述。

[0219] 图28示出了通过以惠斯通电桥型电路20的形式将两个虚拟结构的磁场传感器200和300与图24a到24c所示的第一磁场传感器100 电学相连而形成的磁场传感器结构10。图28示出了涉及基于LDM 600 的第一至第三磁场传感器100到300的威特尔斯通桥型电路20，它的功能与图26和27所示的涉及基于LDM 600的第一至第三磁场传感器 100到300的威特尔斯通桥型电路20相似，它的描述与图26所示的电路的描述相同，因此不再进行赘述。

[0220] 本领域技术人员应认识到：在包括三元组结构的磁场传感器系统 10中补偿并平均偏移的其他方案也是有可能的，其中所述三元组结构包括双侧操作的第一磁场传感器100以及两个单侧操作的(虚拟)第一和第二磁场传感器200和300，以惠斯通电桥型电路的形式将这些传感器电学相连并将它们实现为如参考图6到9所述的LMR 400，并可以针对包括以惠斯通电桥型电路的形式连接在一起并实现为LMD 600的第一至第三磁场传感器100到300的三元组结构执行所述其他方案。对这种基于LMD 600的三元组结构和偏移补偿平均方案的描述与参考图6到9所述的针对基于LMR 400的三元组结构相同，因此再次不再进行赘述。

[0221] 图29至31示出了传感器系统10(三元组结构)，包括基于LMD 600的第一、第二和第三磁场传感器100、200和300(如图25a和25b 所例示出的)，其中将这些磁场传感器电学连接在一起使得形成适合于获得信号的斩波差分电流读出电路，其中所述信号是针对磁通量密度 B的测量值并且是来自实现偏移补偿的电路的输出，该传感器系统10 类似于参考图17所公开的偏移补偿的基于LMR 400的传感器系统10。具体地，图29到31中的每个所示的传感器系统10包括斩波差分磁场传感器读出电路，除了基于LMD 600的第一、第二和第三磁场传感器 100、200和300之外，还包括可切换的1分2复用器670、第一差分放大器680、可切换的2合1复用器684、第二差分放大器691、第三差分放大器695以及时钟电路，该斩波差分磁场传感器读出电路适用于提供作为磁通量密度B的测量值的传感器输出信号699。在图29 所示的传感器系统10中，第一至第三磁场传感器100到300实现为根据图19a到19c所示的第二实施例的LMD 600的形式。在图30所示的传感器系统10中，将传感器100到300实现为根据图21a到21c 所示的第四实施例的LMD 600的形式。最终，在图31所示的传感器系统10中，将传感器100到300实现为根据图24a到24c所示的第七实施例的LMD 600的形式。如下所示地将传感器读出电路的元件100、 200、300、670、680、684、691和695相互连接。

[0222] 第一差分放大器680包括“+”型输入端子681、“-”型输入端子682 和输出端子683。“+”型输入端子681耦接到第一磁场传感器100的第一和第二集电极结构116、118之一。“-”型输入端子682耦接到第一磁场传感器100的第一和第二集电极结构118、116中的另一个。

[0223] 可切换的1分2复用器670包括第一和第二输入端子671和672 以及第一至第四输出端子673、674、675、676，适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态。第一和第二输入端子671和672二者都通过电流源I连接到电源电压(在图29到31中未示出)。在“a”状态中，第一输入端子671连接到第二输出端子674，第二输入端子672连接到第四输出端子676。在“b”状态中，第一输入端子671连接到第一输出端子673，第二输入端子672连接到第三输出端子
675。第一输出端子 673耦接到第二磁场传感器200的第一发射极结构212。第二输出端子 
674耦接到第二磁场传感器200的第二发射极结构214。第三输出端子 675耦接到第三磁场传感器300的第二发射极结构314。第四输出端子 676耦接到第三磁场传感器300的第一发射极结构312。

[0224] 可切换的2合1复用器684包括第一至第四输入端子685、686、 687、688以及第一和第二输出端子689、690，适用于切换到“a”状态或切换到“b”状态。在“a”状态中，第一输入端子685连接到第一输出端子689，第三输入端子687连接到第二输出端子690。在“b”状态中，第二输入端子686连接到第一输出端子689，第四输入端子688连接到第二输出端子690。第一输入端子685耦接到第二磁场传感器200 的第二集电极结构218。第二输入端子686耦接到第三磁场传感器300 的第二集电极结构318。第三输入端子687耦接到第三磁场传感器300 的第一集电极结构316。第四输入端子688耦接到第二磁场传感器200 的第一集电极结构216。时钟电路(未示出)可以适用于将1分2复用器670以及2合1复用器684依次同时地从它们的“a”状态切换到它们的“b”状态，从它们的“b状态”切换到它们的“a”状态等。

[0225] 第二差分放大器691包括“+”型输入端子692，“-”型输入端子693 以及输出端子694。“-”型输入端子693耦接到2合1复用器684的第一输出端子689，“+”型输入端子692适用于耦接到2合1复用器684 的第二输出端子690。

[0226] 第三差分放大器695包括“+”型输入端子696、“-”型输入端子697 以及输出端子698。“+”型输入端子696耦接到第一差分放大器680的输出端子683，“-”型输入端子697耦接到第二差分放大器691的输出端子694，输出端子698提供传感器输出信号699。

[0227] 由于如上所述的传感器读出电路的元件100、200、300、683、684、 694和695之间的相互连接，从第一差分放大器680的输出端子683 输出的信号表示来自第一磁场传感器100的输出信号及其偏移(或如图29到31所述“传感器信号+偏移1”)。从第二差分放大器691的输出端子694输出的信号表示偏移(或如图29到31所述“偏移2”)，是来自虚拟的第二和第三磁场传感器200和300的输出信号。根据可切换的1分2复用器670以及可切换的2合1复用器684的状态，即，“a”状态或“b”状态，将上述信号假定为具有如下表所示的值：

[0228]

[0229] 在可切换复用器670和684的“a”状态下，第一、第二和第三磁场传感器100、200和300相互连接，并操作在图25a所示的模式下，而在复用器670和684的“b”状态下，第一、第二和第三磁场传感器100、 200和300相互连接，并操作在图25b所示的模式下。斩波分别将可切换的复用器670和684在“a”状态和“b”状态之间进行交替切换，以便在时间顺序上对图
25a和25b所示的两个偏移补偿模式进行平均。从第三差分放大器695的输出端子698输出的信号表示来自磁场传感器系统10的偏移补偿输出信号，是对磁通量密度B的测量值，即如图
29到31所示的“传感器信号+偏移1-偏移2”。

[0230] 图29到31所示的可切换复用器670和684的斩波操作类似于图 6所示的可切换复用器40和60的斩波操作以及图17所示的可切换复用器670和684的斩波操作，其中斩波操作用于在时间上顺序地对图 3a和3b(涉及基于LMR 400的传感器100、200、300)以及图16a 和16b(涉及基于LMT 500的传感器100、200、300)所示的两个虚拟(第二和第三)磁场传感器
200和300的操作配置进行平均。

[0231] 除了上述实施例之外，还考虑了本发明的多种实施例。上述实施例应理解为用于实现本发明的示例。除了上述本发明的实施例之外，说明书的示例、详细描述和附图示出了还存在本发明的其它实施例。因此，对上述本发明实施例的许多组合、排列、变化和修改(即使并未在文中进行描述)都包括在由所附权利要求定义的本发明的范围内。

[0232] 附图标记列表

[0233] 10     差分磁场传感器系统

[0234] 20     惠斯通电桥型电路

[0235] 22     第一分压器

[0236] 24     第二分压器

[0237] 26     差分输出端子

[0238] 28     第一输出端子

[0239] 30     第二输出端子

[0240] 32     第一节点

[0241] 34     第二节点

[0242] 36     电源电压电平例如V+

[0243] 38     公共接地电压电平例如GND

[0244] 40     第一1分2复用器

[0245] 42     第一输入端子

[0246] 44     第二输入端子

[0247] 46    第一输出端子

[0248] 48     第二输出端子

[0249] 50     第三输出端子

[0250] 52     第四输出端子

[0251] 60     第二1分2复用器

[0252] 62     第一输入端子

[0253] 64     第二输入端子

[0254] 66     第一输出端子

[0255] 68       第二输出端子

[0256] 70       第三输出端子

[0257] 72       第四输出端子

[0258] 74       第一状态

[0259] 76       第二状态

[0260] 78       第三状态

[0261] 100      第一磁场传感器

[0262] 102      表面层部分

[0263] 104      表面

[0264] 106      对称平面

[0265] 110，E   发射极结构

[0266] 112，E1     第一部分的发射极结构

[0267] 114，E2     第二部分的发射极结构

[0268] 116，C1     第一集电极结构

[0269] 118，C2     第二集电极结构

[0270] 120，G，     G1第一栅极结构

[0271] 122，G2     第二栅极结构

[0272] 124      第一电流路径

[0273] 126         第二电流路径

[0274] 128，B1      第一基极结构

[0275] 130，B2      第二基极结构

[0276] 132，PP      触点

[0277] 200         第二磁场传感器

[0278] 202         SOI层部分

[0279] 204         表面

[0280] 206         对称平面

[0281] 210         发射极结构

[0282] 212         第一部分的发射极结构

[0283] 214         第二部分的发射极结构

[0284] 216         第一集电极结构

[0285] 218         第二集电极结构

[0286] 220         第一栅极结构

[0287] 222         第二栅极结构

[0288] 224         第一电流路径

[0289] 226         第二电流路径

[0290] 300         第三磁场传感器

[0291] 302         SOI层部分

[0292] 304         表面

[0293] 306         对称平面

[0294] 310         发射极结构

[0295] 312         第一部分的发射极结构

[0296] 314         第二部分的发射极结构

[0297] 316         第一集电极结构

[0298] 318         第二集电极结构

[0299] 320         第一栅极结构

[0300] 322         第二栅极结构

[0301] 324         第一电流路径

[0302] 326         第二电流路径

[0303] 400         横向磁敏电阻器

[0304] 401         多栅极结构

[0305] 402         n+型结构

[0306] 403         p+型结构

[0307] 405         MTI

[0308] 406         n型阱

[0309] 407         STI

[0310] 410         p型外延层

[0311] 414         掩埋氧化物层

[0312] 416         硅处理晶片

[0313] 500         横向磁敏晶体管

[0314] 501         多栅极结构

[0315] 502         n+型结构

[0316] 503         p+型结构

[0317] 504         n-型结构

[0318] 505         MTI

[0319] 507         STI

[0320] 508         p型阱

[0321] 510         p型外延层

[0322] 514         掩埋氧化物层

[0323] 516         硅处理晶片

[0324] 600         横向磁敏二极管

[0325] 601         多栅极结构

[0326] 602         n+型结构

[0327] 303         p+型结构

[0328] 604         n-型结构

[0329] 605         MTI

[0330] 606         n型阱

[0331] 607         STI

[0332] 608         p型阱

[0333] 610        p型外延层

[0334] 612        n型外延层

[0335] 614        掩埋氧化物层

[0336] 616        硅处理晶片

[0337] 670        可切换的2合1复用器

[0338] 671        第一输入端子

[0339] 672        第二输入端子

[0340] 673        第一输出端子

[0341] 674       第二输出端子

[0342] 675        第三输出端子

[0343] 676        第四输出端子

[0344] 680        第一差分放大器

[0345] 681        “+”型输入

[0346] 682        “-”型输入

[0347] 683        输出端子

[0348] 684        可切换的2合1复用器

[0349] 685        第一输入端子

[0350] 686        第二输入端子

[0351] 687        第三输入端子

[0352] 688        第四输入端子

[0353] 689        第一输出端子

[0354] 690        第二输出端子

[0355] 691        第二差分放大器

[0356] 692        “+”型输入

[0357] 693        “-”型输入

[0358] 694        输出端子

[0359] 695        第三差分放大器

[0360] 696        “+”型输入

[0361] 697       “-”型输入

[0362] 698       输出端子

[0363] 699         传感器输出(信号)

[0364] 800         阵列装置

[0365] 802         磁场传感器

[0366] 804         列[1...M]

[0367] 806         行[1...N]

[0368] 810         第一三元组结构

[0369] 812         第二三元组结构

[0370] 814         第三个三元组结构

[0371] 816         第四个三元组结构