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不出了基于图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不出了基于图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不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lib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不出了图15a的磁场传感器的不意顶视图。
[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lib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不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la和lb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，M0S门控LMR在η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（1〇〇、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M0S(金属氧化物半导体）技术，来制造图la和lb所示的基于LMR400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]LMR400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)。LMR400还包括发射极结构110,发射极结构110由η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la和lb的作图平面。LMR400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η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]LMR400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，LMR400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η型阱406的表面上，如图lb所示。
[0120] 当将磁场传感器100用作LMR400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η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 1〇6(即，垂直于图la的绘图平面，如图la的Β所示）中施加磁通量密度Β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] η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M0S门控LMR在η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LMR400布局为实质与图la和lb所示的第一实施例的LMR400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LMR400中的一个发 射极结构110,在第二实施例的LMR400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LMR400中的一个栅极结 构120,在第二实施例的LMR400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la和lb所示的第一实施例的LMR400作 为示例，示出了第一磁场传感器1〇〇(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η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η型阱406的另一部分之后在（η+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η型讲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η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η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η型讲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LMR400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所不的传感器系统之外，图6所不的磁场传感器 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