Transcript HALL SENSOR

 홀 효과
- 전류 Ix 가 흐르고 있는 충분히 긴 장방형 반도체 시료에 수직으로
자계 Bz를 가하면, (-)전하인 전자에는 우측으로 자기력 Fm 이 작
용하여 side A로 이동한다. 이에 대응해서 side B에는 (+)전하가
유기된다.
- 따라서, side A, B 사이에는 전압 VH가 발생한다.
 홀 센서의 구조와 동작원리
- 홀 전압 식은 그림 (a)와 같이 무한히 긴 홀 소자에 대한 이상적인
홀 전압이다. 실제의 홀 센서는 그림 (b), (c)에 나타낸 것처럼 유한
의 크기를 가지므로 홀 전압은 식 (3.6)으로 주어지는 값보다 작아진
다. 이것은 전극 접촉부(electrode contact)가 전류의 유선(current
line)을 왜곡시키기 때문에 발생한다(자기저항효과에서 설명한다).
- 형상계수(形狀係數; geometry factor) :
fH
VH  RH
I x Bz
fH
t
- 형상보정계수 fH는 l/w 
와 의 함수이며, l/w >>3 의 범위에서는
거의 1
과 같다. 그러므로, 홀 소자의 길이 은 폭 보다 3배 이상 커야 한다.
- 완전히 다른 기하학적 구조의 홀 소자라도 형상계수 fH의 값을 동
일하게 설계 할 수 있으며, 기술적인 관점에서 이것은 매우 중요
하다.
- 큰 홀 전압을 얻으려면 홀 계수
와 이동도가 크고 두께가 얇은
반도체 박편 이어야 한다.
- 그림 (b)에서, s/l<0.1이 되는 장방형 박편(薄片)을 제작하는 것은 쉽지
않다. 그러나, 제작하기가 훨씬 더 용이한 그림 (c)의 십자형 구조로부
터 동일한 형상계수 값을 얻을 수 있기 때문에 실용의 홀 센서는 십자
형(crossshaped) 구조로 되어 있으며, 홀 전극의 단락효과를 억제하고,
또한 외부회로의 임피던스에 정합된 내부저항을 갖도록 설계된다
•
불평형 전압
-이상적인 홀 소자에서는 외부자계를 가하지 않았을 때 홀 전압이 0
이어야 한다. 그러나, 실제의 홀 소자는 가공 정밀도의 문제, 소자 내
부의 전기적 성질의 불균일, 홀 전극의 비대칭성 등에 의해서 외부자
계가 존재하지 않는 경우에도 약간의 전압이 발생한다. 외부자계를
인가하지 않은 상태에서 홀 소자에 단위입력 전류를 흘릴 때 나타나
는 출력전압을 불평형 전압(offset voltage) 이라고 한다.
 오차 보상
-오차의 원인으로는, 형상효과에 의한 직선성의 차이, 홀 전극의 비대
칭성에 의한 불평형 전압, 배선 리드 때문에 생기는 유도전압, 소자재
료의 온도 의존성에 따른 특성 변동, 온도 불균일에 의한 열기전력 등
이 있다. 다음에 최대의 문제인 불평형 전압의 보상과 온도특성의 보
상에 대해서 설명한다.
• 불평형 전압의 보상
-앞에서 설명한 바와 같이, 실제의 홀 소자는 가공 정밀도의 문제, 소
자 내부의 전기적 성질의 불균일, 홀 전극의 비대칭성 등에 의해서 외
부자계를 인가하지 않는 경우에도 약간의 전압이 발생한다.
-홀 전극 위치의 비대칭에 기인하는 불평형 전압 보상법
• 온도특성 보상
-그림 (a), (b)와 같이 온도계수가 다른 서미스터 등을 센서 회로 내에
조합시켜 온도를 보상하는 방법,
-InSb 홀 소자의 경우 그림 3.14(c)의 정전압 구동방식으로 하면 온도
특성이 약 1 오더 개선된다.