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 218〇
[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親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（未不出）来实现将在图4a和5a(或图4b和5b)中所不的磁场传感器系统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，S卩，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Μ列804和N行的磁场传感器802,其中Μ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la和lb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Μ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ΜXN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LMR400、LMT500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+l)和 (i，j+2)，其中i是从1到Μ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+l，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+Ι)和（i+2,j+2)，其中i是从1到Μ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-Ι)和（i-2,j_2)，其中i是从1到Μ的范围 内的任意值，j是从1到Ν-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 ⑷（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⑷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+2 △t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+At的位置：（i+l，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_l);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_l);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 输出电压的结果。为了计算，每个LMR400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]札⑶=Rbal* (1-S(B_Beq))且
[0163]私⑶=Rbal*(l+S(B_Beq))，
[0164] 其中Rbal是电流平衡时（即，当B=BJ寸）的电阻值，S是传感器的灵敏度，定义 为S= (AR/R)/AB。B敏感电阻R1'和R2'（如图3a所示）或补偿对R/'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。预期的是札⑹和私⑹之间的对称差值已拷贝到R/和R2'以及R1"和R2"中。 这意味着：
[0165]R!，，=R!，=R! (0) =Rbal* (1+SBeq))且
[0166]R2" =R2' =R2 (0) =Rbal* (1_SBeq))·
[0167] 惠斯通电桥20的输出电压相对于电源电SVs归一化，归一化形式等于：
[0168]Vout/Vs=R2/(R2+R2).
[0169] 插入电阻的表达式，发现：
[0170]Vout/Vs= 2SB/(4-(S(2Beq-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ν_/ν^全线性取决于B，几乎独立于BJ勺值。这样 反映出本发明所包含的重要发现：三个传感器1〇〇、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Β不敏感的本 征电阻R/和第三传感器的R2"或第二传感器的补偿对R/'和R2'的值本征抵消。
[0172] 图11a和lib不出了 一个作为磁场传感器100不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M0S门控NPNLMT。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M0S(金属氧化物半导体）技术，来制造图11a和lib所示的基于 LMT500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LMT500的其他结构沉积在该衬底上，即沉积在外延层510上。
[0173]LMT500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。LMT500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 lib的作图平面。LMT500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]LMT500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。LMT500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，LMT500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lib 所示。
[0175] 当将磁场传感器100用作LMT500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 1〇6(即，垂直于图la的绘图平面，如图la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（S卩，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M0S门控双发射极NPNLMT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LMT500布局为实质与图11a和lib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LMT500中的一个发射极结构110,在第二实施例的LMT500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LMT500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M0S单门控NPNLMT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LMT500布局为实质与图11a和lib所示的第一实施例的LMT500相似，除了栅极 结构的布局之外。代替第二实施例的LMT500中的栅极结构110,在第三实施例的LMT500 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M0S门控NPNLMT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LMT500布局为实质与图13a和13b所示的第三实施例的LMT500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LMT500 中的一个发射极结构110,在第四实施例的LMT500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LMT500中的一 个栅极结构120,在第四实施例的LMT500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M0S门控NPNLMT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LMT500布局为实质与图14a和14b所示的第四实施例的LMT500相似，除了栅极 结构的电学连接之外。代替第四实施例的LMT500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不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LMT500。
[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