Magnetfeldsensorik

Magnetfeldsensor – Hall-Sensoren – Hall-Platte – Winkelsensoren – Resonanter Sensor – Galvanomagnetische Effekte – Kapazitiver Sensor

Kompetenz

In der Magnetfeldsensorik nutzen wir den galvanomagnetischen Transport in Sensorelementen aus Silizium und Galliumarsenid. Hall-Effekt-Sensoren werden zur Messung aller drei Magnetfeldkomponenten auf einem Chip entworfen. Als technologische Basis dienen uns kommerzielle CMOS- und andere Halbleiterprozesse in Kooperation mit unseren Projektpartnern. Das revolutionäre Konzept des sogenannten FSVHS (für fully symmetric vertical Hall sensor) erlaubt eine ca. zehn Mal genauere Messung der In-plane-Komponenten als der bisherige Stand der Technik. Bei der stetigen Verbesserung von Hall-Effekt-Sensoren stehen Fragen der Offsetkompensation, der Sensitivitätsoptimierung, der piezoresistiven Effekte, des Piezo-Hall-Effekts sowie thermischer Querempfindlichkeiten sowie Fragen der Systemintegration im Vordergrund. Desweiteren gehen wir grundlegenden Fragen betreffend den Zusammenhang zwischen Sensorgeometrie, Materialeigenschaften und Betriebsbedingungen einerseits und Sensoreigenschaften wie Sensitivität, Offset und Nichtlinearität nach. Für die effiziente Kompensation unerwünschter Querempfindlichkeiten und Nichtlinearitäten haben wir die Methoden der halbblinden und der bayesschen Sensorkalibrierung entwickelt. In früheren Arbeiten haben wir auch resonante Messprinzipien zur Magnetfeldmessung angewandt. Mikromechanisch gefertigte und kapazitiv angetriebene und ausgelesene Linearschwinger wurden mit Magnetfeldkonzentratoren auf der Basis von amorphen Metallfolien (FeCoB) und Mikrospulen ausgestattet. Die Sensoren erreichten Sub-µT-Auflösung.

Ausgewählte Veröffentlichungen

• A. Fleck et al., “Effective Compensation of the Piezo-Hall Effect in CMOS-integrated 3D Hall Sensors”, IEEE Sensors Conference 2024, Kobe, Japan; doi: 10.1109/SENSORS60989.2024.10784587

• M. Berger, „ Bayesian Sensor Calibration of a CMOS-Integrated Hall Sensor Against Thermomechanical Cross-Sensitivities “, IEEE Sensors J., 2023; doi: 10.1109/JSEN.2023.3243783

• M. Berger, „Half-Blind Calibration for the Efficient Compensation of Parasitic Cross-Sensitivities in Nonlinear Multisensor Systems“, IEEE Sensors J., 2022; doi: 10.1109/JSEN.2019.2913567

• C. Sander et al., „Monolithic Isotropic 3D Silicon Hall Sensor“, Sens. Actuators: A Physical, 2016; doi: 10.1016/j.sna.2016.06.038

• C. Sander et al., „From Three-Contact Vertical Hall Elements to Symmetrized Vertical Hall Sensors with Low Offset“, Sens. Actuators: A Physical, 2016; doi: 10.1016/j.sna.2016.01.040

• T. Kaufmann et al., “Analysis of the offset of semiconductor vertical Hall devices”, Sens. Actuators: A Physical, 2012; doi: 10.1016/j.sna.2011.11.021

• O. Paul et al., „Explicit connection between sample geometry and Hall response“, Appl. Phys. Lett., 2009; doi: 10.1063/1.3272267

• M. Cornils et al., Reverse-magnetic-field reciprocity in conductive samples with extended contacts”, J. Appl. Phys., 2008; doi: 10.1063/1.2951895

Projekte 

Dissertationen

• Moritz Berger, 2023, “Advanced Calibration Methods for Nonlinear Multisensor Systems”

• Christian Sander, 2017, “Multi-axial Hall Devices in Silicon Technology”

• Timo Kaufmann, 2013, “On the Offset and Sensitivity of CMOS-based Five-contact Ver-tical Hall Devices”

• Martin Cornils, 2009, “Sheet Resistance and Hall Mobility Determination Beyond van der Pauw”

• Simon Brugger , 2008, “Field Concentrator Based Resonant Magnetic Sensors”

Industriepartner

Melexis, TDK-Micronas

Kontakt

Prof. Dr. Oliver Paul,
Email: paul(usual symbol)imtek.de