具有高电气对称性的立式霍尔传感器

摘要

本发明涉及具有高电气对称性的立式霍尔传感器。一种立式霍尔传感器包括霍尔效应区和在霍尔效应区的表面内或表面上形成的多个接触。所述多个接触沿着在霍尔效应区的第一端和第二端之间延伸的路径成序列设置。所述多个接触包括至少四个旋转电流接触和至少两个只供电接触。旋转电流接触被配置成依照旋转电流方案交替地用作供电接触和感测接触。所述至少四个旋转电流接触沿着所述路径的中心部分设置。所述至少两个只供电接触以分布的方式设置在中心部分的两侧并且被配置成依照旋转电流方案的扩展向霍尔效应区供应电能。

说明书

相关申请

本申请与________提交的题为“ELECTRONIC DEVICE WITH RING-CONNECTED HALL EFFECT REGIONS”的美国序列号________（律师案卷号No. SZP188US）有关。

技术领域

本发明的实施例涉及立式霍尔传感器并且涉及使用立式霍尔传感器的磁感测方法。

背景技术

为了感测或测量与例如半导体管芯的表面平行的磁场的强度和方向，可以使用立式霍尔设备。大多数立式霍尔设备遭受以下事实：用来抵消霍尔设备的零点误差的旋转电流方法没有很好地起作用。利用旋转电流方案的已知方法，有可能获得大约1mT的残余零点误差。这种相当差的偏移行为的一个原因可以在立式霍尔设备的非对称性中找到。尽管已知如何连接四个立式霍尔设备以便提高对称性，但是接触电阻可能仍然造成残余非对称性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种立式霍尔传感器，该立式霍尔传感器包括霍尔效应区和在霍尔效应区的表面内或表面上形成的多个接触。这些接触沿着在霍尔效应区的第一端和第二端之间延伸的路径成序列设置。所述多个接触包括至少四个旋转电流接触和至少两个只供电接触。旋转电流接触被配置成依照旋转电流方案交替地用作供电接触和传感器接触。所述至少四个旋转电流接触沿着所述路径的中心部分设置。所述至少两个只供电接触以分布的方式设置在中心部分的两侧并且被配置成依照用于向霍尔效应区供应电能的旋转电流方案的扩展向霍尔效应区供应电能。

本发明的另外的实施例提供了一种立式霍尔传感器，该立式霍尔传感器包括霍尔效应区和在霍尔效应区内或霍尔效应区上沿着在霍尔效应区的第一端和第二端之间延伸的路径成序列形成的多个接触。这些接触依照该序列连续地编号。所述多个接触包括第一类型接触和第二类型接触，其中M个第二类型接触设置在每两个第一类型接触之间，M为正整数。具有序列内的由1 + i*4*(1+M), i=0, 1, 2…给出的序号的第一类型接触连接到第一节点N1。具有序列内的由2 + M + i*4*(1+M), i=0, 1, 2 …给出的序号的第一类型接触连接到第二节点N2。具有序列内的由3 + 2*M + i*4*(1+M), i=0, 1, 2…给出的序号的第一类型接触连接到第三节点N3。最后，具有序列内的由4 + 3*M + i*4*(1+M), i=0, 1, 2…给出的序号的第一类型接触连接到第四节点N4。第一类型接触被认为依照旋转电流方案交替地用作供电接触和感测接触，其中规定在旋转电流方案的第一操作阶段在第一和第三节点N1、N3之间供应电能并且在第二操作阶段在第二和第四节点N2、N4之间供应电能。第一类型接触也被配置成在第一操作阶段感测第二和第四节点N2、N4之间的感测信号并且在第二操作阶段感测第一和第三节点N1、N3之间的另一个感测信号。第二类型接触为悬空接触。

本发明的另外的实施例提供了一种立式霍尔传感器，该立式霍尔传感器包括霍尔效应区和在霍尔效应区的表面内或表面上形成的多个接触。霍尔效应区具有第一端和第二端。霍尔效应区关于对称轴对称，使得第一端和第二端关于对称轴彼此镜像倒置。所述多个接触关于对称轴以对称的方式形成。这些接触沿着在霍尔效应区的第一端和第二端之间延伸的路径成序列设置。所述多个接触包括至少四个旋转电流接触和至少两个只供电接触。旋转电流接触被配置成依照旋转电流方案交替地用作供电接触和传感器接触。所述至少四个旋转电流接触比只供电接触更靠近对称轴。所述至少两个只供电接触被配置成向霍尔效应区供应电能，使得在执行旋转电流方案期间影响霍尔效应区内的电流流动的边界效应被降低，所述边界效应由第一端和第二端中的至少一个造成。

此外，本发明的实施例提供了一种磁感测方法，该方法包括：连接旋转电流接触和只供电接触之间的电源，感测一个感测信号，交换旋转电流接触的功能，感测另一个感测信号，以及确定输出信号。旋转电流接触被配置成依照旋转电流方案交替地用作供电接触和感测接触。旋转电流接触和感测接触属于在立式霍尔传感器的霍尔效应区的表面内或表面上形成的多个接触。所述多个接触包括至少四个旋转电流接触和至少两个只供电接触。这些接触沿着在霍尔效应区的第一端和第二端之间延伸的路径成序列设置，其中所述至少四个旋转电流接触沿着所述路径的中心部分设置。所述至少两个只供电接触以分布的方式设置在中心部分的两侧并且被配置成依照用于向霍尔效应区供应电能的旋转电流方案的扩展向霍尔效应区供应电能。感测一个感测信号的动作在当前用作感测接触的至少两个旋转电流接触之间执行。交换旋转电流接触的功能的动作具有以下效应：电能现在经由先前用作感测接触的旋转电流接触和不同于之前使用的只供电接触的至少一个其他只供电接触而供应给霍尔效应区。所述另一个感测信号在与先前使用的旋转电流接触不同的两个旋转电流接触之间被感测。输出信号基于这些感测信号而被确定。

附图说明

在这里，参照附图描述本发明的实施例。

图1a示出了在旋转电流方案的第一操作阶段（顶部）和第二操作阶段（底部）期间立式霍尔传感器的示意性平面图和相应的示意性截面；

图1b示出了在第一和第二操作阶段使用比图1a中所示立式霍尔传感器多一个供电接触的立式霍尔传感器的示意性平面图；

图1c分别示出了在第一和第二操作阶段的依照本文公开的教导的实施例的立式霍尔效应传感器的示意性平面图；

图1d分别示出了第一和第二操作阶段期间的立式霍尔传感器的示意性平面图以便图解说明差分传感器信号如何可以以嵌套的方式在传感器接触处被分接；

图2图解说明了以嵌套的方式在感测接触处分接差分传感器信号的扩展；

图3分别示出了在第一和第二操作阶段的具有两个霍尔效应区的一种立式霍尔设备的示意性平面图；

图4分别示出了在第一和第二操作阶段的具有两个霍尔效应区的另一种立式霍尔传感器的示意性平面图；

图5分别示出了在第一和第二操作阶段的依照公开教导的实施例的具有两个霍尔效应区的立式霍尔传感器的示意性平面图；

图6分别示出了在第一和第二操作阶段的立式霍尔传感器的示意性平面图；

图7分别示出了第一和第二操作阶段期间的依照公开教导的实施例的立式霍尔传感器的示意性平面图；

图8示出了依照公开教导的实施例的具有L形霍尔效应区的立式霍尔传感器的示意性平面图；

图9示出了依照公开教导的实施例的具有拱形霍尔效应区的立式霍尔传感器的示意性平面图；

图10分别示出了第一和第二操作阶段期间的依照公开教导的实施例的霍尔效应传感器的示意性平面图；

图11示出了与图11中所示霍尔传感器相似的依照公开教导的实施例的立式霍尔传感器的示意性平面图；

图12a示出了具有方形环状霍尔效应区的立式霍尔传感器的示意性平面图；

图12b示出了图12a中所示立式霍尔设备的一个示意性截面；

图12c示出了图12a中所示立式霍尔设备的另一个示意性截面；

图13a、图13b示出了在旋转电流方案的第一操作状态和第二操作状态下具有方形环状霍尔效应区的一种立式霍尔传感器；

图14a、图14b分别示出了在第一操作阶段和第二操作阶段期间具有环状方形霍尔效应区的另一种立式霍尔传感器；以及

图15示出了依照公开教导的实施例的磁感测方法的示意性流程图。

同等或等效的元件或者具有同等或等效功能的元件在以下描述中由同等或相似的附图标记表示。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了多个细节以便提供对本文公开的教导的实施例的更详尽解释。然而，对于本领域技术人员将显然的是，可以在没有这些特定细节的情况下实施本文公开的教导的实施例。除非另有特定说明，下文中描述的不同实施例的特征可以彼此结合。在大多数情况下，术语“霍尔效应区”和“槽区（tub）”在本文中可互换地使用。因此，霍尔效应区可以是嵌入到相反导电类型的衬底或槽区中的第一导电类型的槽区或阱。该结构特别是在得到的PN结反向偏置的情况下可以造成槽区相对于衬底的电气隔离。

当立式霍尔传感器包括两个或更多霍尔效应区时，这些霍尔效应区可以彼此隔离。两个霍尔效应区相对于彼此的电气隔离可以采取若干形式。依照第一隔离形式，所述两个或更多霍尔效应区彼此分开，即两个邻近霍尔效应区不在一个或多个位置处合并，而是由不同于霍尔效应区材料的材料分离。作为一个可能的选项，槽区可以在横向方向上借助于典型地用（薄）氧化物作衬里和/或填充有（薄）氧化物的沟道隔离。作为另一个选项，槽区可以借助于SOI（绝缘体上硅）结构朝底部隔离。尽管槽区典型地具有单一导电类型，但是可能有利的是以不均匀的方式（即可空间变化）配置掺杂浓度。按照这种方式，像例如CMOS技术中的深槽区接触通常的那样，掺杂剂的高浓度可能出现在接触区域中。可替换地，像例如埋层的情况那样，可以寻求不同强烈掺杂层的分层。这样的分层在某种程度上可能由关于衬底内形成的其他电子结构的技术原因而产生。即使所述分层可能事实上对于立式霍尔传感器是不利的，立式霍尔传感器的设计也可能需要与这些情况协调。

另一种隔离形式可以通过降低或者充分地防止电流在槽区或阱的一个或多个子区内流动的措施来实现。例如，可以向电流提供可替换的电流路径，该电流路径具有比经过槽区的基本上平行的电流路径更低的欧姆电阻（可能地低几个数量级）。具有更低欧姆电阻的电流路径可以是在槽区的表面内或表面上形成的导体。

优选地，霍尔效应区可以是n掺杂半导体，因为这与p掺杂半导体相比提供了近似三倍的迁移率以及因而更高的霍尔因子。霍尔效应区的功能部分中的掺杂浓度典型地处于10¹⁵ cm^-3 to 10¹⁷ cm^-3的范围内。

用于霍尔效应区的另一种可能的材料是坡莫合金或者与坡莫合金相似的材料，所述坡莫合金是镍铁磁性合金。坡莫合金表现出低矫顽性、近零磁致伸缩、高磁导率和显著的各向异性磁阻。取决于施加的磁场的强度和方向，典型地可以观察到近似5%的范围内的坡莫合金电阻的变化。该效应可以以与半导体中出现的霍尔效应类似的方式用于感测和/或测量磁场，并且其在文献中称为异常霍尔效应。

本文公开的教导涉及使用旋转电流原理，其中供电端子和感测端子在连续时钟相位/操作阶段中调换。立式霍尔传感器中的感测端子响应其下通过的电流。磁场（平行于管芯表面并且垂直于电流流线）可以有效地提升或下拉接触（其典型地在管芯表面处）处的电位。槽区（或者霍尔效应区）的末端处的接触典型地不经受或者仅仅可忽略地经受其下通过的电流流线的影响。因此，槽区的末端处的接触典型地不常用作感测接触。

当将旋转电流原理用于立式霍尔设备时，一个挑战在于以下事实：就供电接触和感测接触的可互换性而言，典型的立式霍尔设备不是对称的。然而，旋转电流原理典型地需要高度对称的设备。典型的立式霍尔设备可能具有带有若干接触的砖形物形状。一些接触比其他（更中心的）接触更靠近砖形物的末端之一。出于这个原因，外部接触在用作供电接触时在砖形物内产生与内部接触不同的电位分布。因此，如果旋转电流原理周期性地将输入端子和输出端子调换，那么电位分布的对称性将是差的。

依照本文公开的教导的一个方面，砖形物可以被拉伸并且仅仅内部接触可以被使用，使得外部接触较远并且不用于输出信号而内部接触几乎是完美对称的。

除了感测主要在霍尔效应区的中心部分（即典型地关于纵向方向相对远离霍尔效应区的第一端和第二端）中的与霍尔效应有关的感测信号之外，以下措施也可以有利于立式霍尔传感器的更加对称的行为：使用只供电接触和/或在每两个（邻近）旋转电流接触之间提供悬空接触。典型地，存在偶数个只供电接触，其中这些只供电接触的一半设置在旋转电流接触所在的中心区的一侧，并且另一半设置在中心区的另一侧，以便维持立式霍尔传感器的对称性。具有四个只供电接触的立式霍尔传感器看起来在提高立式霍尔传感器的对称性以及因而降低残余零点误差方面执行得相当好。然而，也可以设想具有仅仅两个只供电接触的实施例。同样地，也可以设计具有六个或者更多只供电接触的立式霍尔传感器。在每个只供电接触的附近，电流密度分布可能经受由霍尔效应区的第一端或第二端造成的影响，而不论哪一端更靠近近处的只供电接触。然而，当接近中心区并且处于中心区内时，电流密度分布变得越来越均匀。换言之，由霍尔效应区的第一端或第二端造成的局部不规则性对于霍尔效应区的中心区中的电流密度分布只有相对小的影响。霍尔效应区内的不均匀电流密度分布的另一个可能的原因可以在需要电流在流经霍尔效应区的同时两次改变其电流流动方向中找到。该现象据信不仅影响相对靠近霍尔效应区的第一端或第二端的那些供电接触或者只供电接触，而且基本上影响所有供电接触和只供电接触。相对远离霍尔效应区的中心区的只供电接触平均而言可以在一定程度上消除中心区内的电流密度分布的不规则性。特别地，除了至少在霍尔效应区的一些部分中，电流流动方向在第二操作阶段与第一操作阶段相比可能相反这一事实之外，第一操作阶段期间中心区中的电流密度分布典型地更加类似于第二操作阶段期间中心区内的电流密度分布。然而，电流流动的这种反向是有意的并且可以在确定立式霍尔传感器的输出信号时加以考虑。总的说来，设备的对称性可以以稍微提高电流消耗为代价借助于只供电接触而提高。

依照本文公开的教导，也有可能在每两个邻近旋转电流接触之间提供一个或多个悬空接触。在本公开的其他部分中，这些悬空接触也称为第二类型接触。悬空接触是霍尔效应区的表面（即可访问侧面）处的低欧姆紧凑区，其既不用于供应电能的目的也不用于分接感测信号。类似于CMOS晶体管的栅极，悬空接触可以用来影响阱中的电位。可替换地，悬空接触可以是不必接触到金属区的高掺杂阱。又一种可替换方案是，悬空接触可以是借助于接触塞而接触到一个或多个金属点的具有高掺杂浓度的阱。悬空接触具有以下效应：电流流动以基本上与这样的路径平行或重合的方式被牵拉成更靠近在第一端和第二端之间延伸的霍尔效应区的中间线，沿着所述路径设置旋转电流接触（第一类型接触）和悬空接触（第二类型接触）。比旋转电流接触和/或只供电接触更小的悬空接触在围绕霍尔效应区的中间线聚集电流流动方面特别有效。指出的是，电流流动的希望的均匀性主要在纵向方向（即平行于沿着其设置接触的路径）上是重要的。当由于工艺技术原因，第一类型接触不可能在霍尔效应区的整个宽度上延伸时，朝着中间线牵拉电流流动可能是重要的：在这种情况下，由于在平行于要感测的磁场分量的方向（即依照大多数图中使用的坐标系统的y方向）上流动的电流的部分，磁灵敏度降低。为了防止/避免电流的这些部分，悬空接触设置在中间线附近，所述悬空接触将电流牵拉至中间。

图1a在上半部分示出了旋转电流方案或周期的第一操作阶段或时钟相位期间的立式霍尔传感器的示意性平面图以及相同立式霍尔传感器的相应截面。在下半部分，图1a示出了旋转电流方案的第二操作阶段期间的相同立式霍尔传感器的示意性平面图和示意性截面。立式霍尔传感器包括霍尔效应区11，该霍尔效应区可以在半导体衬底中通过对半导体衬底进行局部掺杂以获得例如n型半导体材料（n型半导体具有比空穴更多的电子）而形成。通过对半导体衬底进行局部掺杂，在半导体衬底中形成阱或槽区。然后，该阱或槽区可以用作霍尔效应区11。多个接触在霍尔效应区11的表面内或表面上形成。在一个实施例中，所述多个接触包括四个旋转电流接触21、22、23和24。在立式霍尔传感器的第一操作阶段期间，旋转电流接触21和22用作供电接触。为此目的，将旋转电流接触21和22连接到电压电源81。作为电压电源81的替代物，也可以使用电流源。另外两个旋转电流接触23和24被配置成在第一操作阶段期间用作感测接触，使得将它们连接到电压感测元件91。在操作期间，电压电源81使得电流流至旋转电流接触21（在操作阶段1中供应电压），经过霍尔效应区11的部分，从而通过旋转电流接触24（感测接触），到达旋转电流接触22（供电接触），并且回到电压电源81。y方向（即平行于霍尔效应区11的表面并且垂直于霍尔效应区11的纵向延伸）上的磁场By对于构成在供电接触22和21之间延伸的霍尔效应区部分内的电流的电荷载流子具有影响。该影响的结果是感测接触24处的电位的变化，其中该变化是y方向上的磁场By的函数。感测接触24处的电位的变化参考至感测接触23，并且相应的差分电压可以由感测元件91感测。

在霍尔效应区11的表面内或表面上形成的接触可以通过其附图标记或者通过其序号进行引用。只要可能，就基于第一操作阶段期间特定接触的功能，将附图标记分配（按照定义）给各个接触。例如，旋转电流接触21至24具有二十几的附图标记，而只供电接触具有三十几的附图标记。形成对照的是，序号反映了接触的空间设置。接触可以被认为沿着霍尔效应区11的第一端和第二端之间延伸的路径成序列设置。在图中，序号是直接邻近或者在相应接触内图解说明的数字。序号典型地从左到右具有升序。举例而言：旋转电流接触21具有序号6。作为序号的简化符号，将使用散列键符号#，例如“接触#6”用于刚才提到的旋转电流接触21，其从左边起处于第六个位置。

在图中，努力指明了旋转电流方案的操作阶段期间每个接触的功能。当前用作供电接触的旋转电流接触是实心白色或者实心黑色，这取决于它们连接的电压电源81的极（正极：黑色；负极：白色）。当前用作感测接触的旋转电流接触具有相对暗的向上阴影（例如旋转电流接触23）或者相对亮的向下阴影（例如旋转电流接触24），这取决于特定感测接触所连接的感测元件91的极。将在下面更详细地解释的只供电接触也是实心白色或者实心黑色，这取决于它们如何连接到电压电源81。在第一操作阶段期间悬空的接触可以具有以下四种图案之一：小棋盘图案（例如具有序号2的接触），交叉阴影（例如具有序号8的接触），密集竖直阴影（例如具有序号3的接触）以及水平阴影（例如具有序号1和9的接触）；这些分配对于图1a有效并且不一定对于其他图有效。

图1a中所示的立式霍尔传感器包括多个悬空接触64-1、61、63、62和64-2。悬空接触64-1、61和63设置在所述四个旋转电流接触21至24的一侧。另外两个悬空接触62和64-2设置在所述四个旋转电流接触21至24的另一侧。由于悬空接触61、62、63、64-1和64-2，在霍尔效应区11的表面内或表面上形成的规则接触结构不在两个外部旋转电流接触22和23处突然结束，而是继续（或者外推）几个接触。因此，两个外部旋转电流接触22、23到霍尔效应区11的第一端或第二端之间的距离可以在不引入其中设置了四个旋转电流接触21至24的霍尔效应区11的中心部分的边缘处的不均匀性的另一来源的情况下而提高。

图1a的下半部分示出了旋转电流方案的第二操作阶段期间的立式霍尔传感器。旋转电流接触21至24的功能被交换，使得电压电源81现在连接到旋转电流接触23、24，而感测元件91连接到旋转电流接触21、22。遵循接触的填充图案典型地图解说明其当前功能的原理，旋转电流接触23被图解说明为实心黑色，旋转电流接触24被图解说明为实心白色，旋转电流接触21以暗的向上阴影被图解说明，并且旋转电流接触22以亮的暗编号阴影被图解说明。尽管它们在图1a中未连接到任何其他电路系统，但是悬空接触61、62、63、64-1和64-2的填充图案在图1a的下半部分相对于其上半部分也被改变。

图1a中所示的立式霍尔传感器的操作可以描述如下：在第一时钟相位（操作阶段），电压源81连接到具有序号4和6的两个输入。感测元件或伏特计91连接到具有序号5和7的两个输出。在第二操作阶段，输入和输出被调换：电压源81连接到具有序号5和7的两个输入，并且伏特计91（或者另一个伏特计）连接到具有序号4和6的两个输出。在可选的第三操作阶段，电压源81和伏特计91连接到与第一操作阶段中相同的接触，但是极性相反。在可选的第四操作阶段，电压源81和伏特计91（或者其他的伏特计）连接到与第二操作阶段中相同的接触，但是极性相反。所有其他的接触（即具有序号1、2、8和9的接触）保持悬空。代替在第一操作阶段测量具有序号5和7的接触之间的差分输出电压的是，可以仅仅测量具有序号5的接触处的电位（称为地电位）。类似地，代替在第二操作阶段测量具有序号4和6的接触之间的差分输出电压的是，可以仅仅测量具有序号6的接触处的电位。

指出的是，霍尔效应区11延伸超出最外面的接触64-1和64-2。这样做是为了在与内部接触相比时降低外部接触64-1、64-2的非对称性。还指出的是，若干外部接触没有使用，这意味着它们未被供电，并且不存在连接它们的仪表（伏特计）：它们简单是悬空的。它们仅仅用于最小化外部接触的非对称性的目的。事实上，只有四个旋转电流接触21至24在使用，并且输入和输出的作用在两个操作阶段中被调换。这些接触典型地在尺寸上相同并且设置在规则网格上且以关于霍尔效应区11对称的方式放置，以便最大化其对称性。两个最外面的接触64-1和64-2在一个实施例中可以短路（即通过导体连接）以便提高对称性（图1a中未示出短路）。

图1b示出了在第一操作阶段（顶部）和第二操作阶段（底部）的依照本文公开的教导的实施例的立式霍尔传感器的两个示意性平面图。与图1a中所示立式霍尔传感器相比，图1b中所示立式霍尔传感器更加对称。在图1b中所示立式霍尔传感器的配置中，一些外部接触用来将电能施加到设备，以便提高电位分布的对称性。图1b中所示的改进的竖直霍尔条带包括霍尔效应区11中的沿着x轴设置在规则网格上的九个相同接触以便测量y方向上的磁场By。立式霍尔传感器与图1a中的相同，但是供电电压连接到更多一个接触：在第一操作阶段，接触32（序号8）附加地接地，并且在第二操作阶段，接触31（序号3）附加地系接（tie）到正供电电压，因为这在操作阶段1给出接触24和23（分别为#5和#7）之间以及接触22和21（分别为#4和#6）之间的更好对称性。因此，在零磁场By处，操作阶段1和操作阶段2中的输出电压远比图1a中更靠近零。

接触31和32为只供电接触，因为它们在整个旋转电流方案中仅仅用作供电接触，而不用作感测接触（旋转电流方案的扩展或者其推广）。这两个只供电接触31、32设置在所述多个接触的中心部分的两侧。所述四个旋转电流接触22、24、21和23位于中心部分。两个只供电接触31和32以分布的方式设置在中心部分的两侧，即在中心部分的第一侧存在与在其第二侧基本上一样多的只供电接触。霍尔效应区11的长度可以是中心部分的相应长度的一定倍数，该倍数包含在1.2和20之间的范围内或者包含在诸如1.5和15之间、2和10之间或者3和8之间的更窄范围内。只供电接触用来在旋转电流方案的至少一个操作阶段供应电能，但是它们不用来在（一个或多个）其他操作阶段期间感测一个感测信号。例如，它们可能在（一个或多个）其他操作阶段期间是悬空的。

立式霍尔传感器包括第二电压电源82，该第二电压电源在第一操作阶段期间连接到旋转电流接触21和22并且在旋转电流方案的第二操作阶段期间连接到旋转电流接触23和24。

指出的是，所述接触在操作阶段2而不是在操作阶段1对于霍尔效应区11是对称的：可能通过使得霍尔效应区11在左侧稍微更短而考虑进这点。

也有可能在操作阶段1附加地向接触61（#2）供应正供电电压并且在操作阶段2向接触64-1、64-2（分别为#1和#9）供应地电位，以便使得电位分布在这两个操作阶段甚至更加对称。当在操作阶段1从输出接触23和24（分别为#5和#7）的角度以及在操作阶段2从接触21和22（分别为#4和#6）的角度查看立式霍尔传感器时，这点变得明显。

依照图1b中所示的实施例，最外面的接触64-1和64-2不用作电能的输入。相反地，最外面的接触64-1、64-2是悬空接触。另一个悬空接触是接触61（#2）。特别地，所述至少两个悬空接触61、64-1、64-2中的第一悬空接触64-1可以在霍尔效应区11的表面内或表面上形成于第一端和所述至少两个只供电接触31、32中的一个只供电接触31之间，所述一个只供电接触比所述至少两个只供电接触中的（一个或多个）其他只供电接触更靠近第一端。所述至少两个悬空接触中的第二悬空接触64-2在霍尔效应区11的表面内或表面上形成于第二端和所述至少两个只供电接触中的一个只供电接触32之间，所述一个只供电接触比所述至少两个只供电接触中的（一个或多个）其他只供电接触更靠近第二端。

在其中最外面的接触和/或不是最外面的接触但是相对远离的接触用作供电接触的情况下，也许有可能在提高零磁场下电位分布的对称性的努力中将不同的输入电压或电流用于这些供电接触。

两个操作阶段中的感测接触，即第一操作阶段中的接触23和24以及第二操作阶段中的接触21和22，由具有不同极性的供电接触“加框”。例如，第一操作阶段期间的感测接触24邻近具有负极性的供电接触22并且在另一侧邻近具有正极性的供电接触21。而且，在第一操作阶段期间经过感测接触23、24的电流的方向彼此相反。y方向上的磁场以相反的方式作用于在相反的方向上在霍尔效应区的不同部分中流动的电流：在感测接触24附近将电流流线推向霍尔效应区11的表面，并且在感测接触23附近将电流流线牵离霍尔效应区11的表面，或者反之亦然。这导致感测接触23、24处测量的电位的相对显著的差异，并且因而导致可以由感测元件91感测或测量的相对高的差分电压。在第二操作阶段期间，关于在第二操作阶段期间用作感测接触的接触21和22的情形是相似的。

图1c示出了依照公开教导的另一个实施例的立式霍尔传感器的平面图。在该实施例中，使用了更“内部的”接触，使得外部接触的百分比降低。图1c中所示的立式霍尔传感器包括霍尔效应区11，在该霍尔效应区的表面内或表面上21个从左到右从1至21编号的相同接触沿着x轴设置在规则网格上以便测量y方向上的磁场By。图1c的上半部分示出了在其用于旋转电流方案的第一操作阶段的配置中的立式霍尔传感器，并且图1c的下半部分示出了在其用于第二操作阶段的配置中的相同立式霍尔效应传感器。

在第一操作阶段期间，接触31、21-1、21-2、21-3和21-4用作正供电接触（由实心黑色填充指明），并且连接到电压电源81的正端子。接触22-1、22-2、22-3、22-4和32被配置成在第一操作阶段期间用作负供电接触（由实心白色填充指明），并且连接到电压电源81的负端子。第一组感测接触包括接触23-1至23-4（暗的向上阴影）。每个感测接触23-1至23-4由左边的负供电接触22-i和右边的正供电接触21-i加框。感测接触23-1至23-4连接到多个感测元件V1至V8中的两个感测元件。例如，感测接触23-1连接到感测元件V1的第二输入和感测元件V2的第一输入。第二组感测接触包括接触24-1至24-5（亮的向下阴影），其中每一个连接到八个感测元件V1至V8中的一个或两个。感测接触24-1至24-5中的每一个由左边的正供电接触31或24-(i-1)和右边的负供电接触22-i或32加框。

立式霍尔传感器也包括两个悬空接触63-1和63-5作为最外面的接触，即分别具有序号1和21。

具有从#3至#19的序号的接触是旋转电流接触，这意味着这些旋转电流接触中的每一个在第一操作阶段期间用作供电接触并且在第二操作阶段期间用作感测接触，或者反之亦然。此外，旋转电流接触沿着霍尔效应区的中心部分设置。更精确地说，编号为1到21的整个所述多个接触沿着霍尔效应区11的第一端（例如左端）和第二端（例如右端）之间延伸的路径成序列设置。在图1b和图1c所示的配置中，路径未在这些图中显式地绘出，但是可以从接触的设置中导出该路径在这两种情况下是笔直或直线的。通常，路径也可以具有其他形式，诸如弯曲的、有角度的、多边形的或者分段笔直的。在示为图1c中的示意性平面图的立式霍尔传感器中，中心部分从具有序号#2和#3的接触之间延伸到具有序号#19和#20的接触之间的某处。

在第二操作阶段期间，旋转电流接触改变其各自的功能，使得以前的供电接触21-i、22-i现在用作感测接触并且以前的感测接触23-i、24-i用作供电接触。

接触31和32为只供电接触，其在第一操作阶段期间用作供电接触，但是在第二操作阶段期间保持悬空。旋转电流方案在第一操作阶段期间应用或扩展到只供电接触31、32，但是在第二操作阶段期间不应用到这些接触。如果旋转电流方案在第二操作阶段期间将应用到只供电接触31、32，那么只供电接触31将不得不充当第一组的感测接触并且只供电接触32将不得不用作上面提到的第二组的感测接触。由于只供电接触31、32分别相对靠近霍尔效应区11的第一端和第二端，因而电流分布在只供电接触31、32附近可能尤其不对称，这很可能在尽可能多地降低零点误差方面降低立式霍尔传感器的性能。

在第二操作阶段期间，使用了七个感测元件V9至V15以便感测在感测接触配对之间的七个差分电压。基于第一操作阶段期间由感测元件V1至V8感测或测量以及第二操作阶段期间感测元件V9至V15的差分电压，立式霍尔传感器的输出信号可以例如借助于各个差分电压的线性组合而确定。

作为一个选项，悬空接触63-1和63-5可以如图1c的下半部分中虚线所示的那样在第二操作阶段期间用作只供电接触，以便进一步提高第二操作阶段期间电流分布的对称性。在这种情况下，立式霍尔传感器将包括四个只供电接触63-1、31、32和63-5（分别具有序号#1、#2、#20和#21）。这四个只供电接触包括两个最外面的只供电接触，其可以与第一端和第二端隔开大于所述至少四个旋转电流接触的最大间距的距离。

图1c中所示的立式霍尔传感器的操作可以总结如下（接触将借助于其序号来引用）。在第一操作阶段，电流从接触#2流至#4，从#6流至#4，从#6流至#8，从#10流至#8，从#10流至#12，从#14流至#12，从#14流至#16，从#18流至#16，从#18流至#20。电压在供电接触之间的接触处被分接，由此接触#5、#9、#13、#17处的电位上升（在特定By场的作用下），其中接触#3、#7、#11、#15和#19处的电位下降。八个感测元件或伏特计V1…V8可以用来差分测量这些信号。

在第二操作阶段，电流从接触#3流至#5，从#7流至#5，从#7流至#9，从#11流至#9，从#11流至#13，从#15流至#13，从#15流至#17，从#19流至#17。电压再次在这些供电接触之间的接触处被分接。只要在第一操作阶段中接触#5、#9、#13、#17处的电位由于By场而提高，那么在第二操作阶段中接触#6、#10、#14、#18处的电位也提高而在操作阶段2中接触#4、#8、#12、#16处的电位减小。可以利用七个感测元件或伏特计V9…V15测量这些电位。

指出的是，可以将在第二操作阶段中从接触#3到达接触#5的设备看作基本构建块，其镜像配对物置于其右边，接着再次在右边缘处取镜像且置于右边，接着再次在右边缘处取镜像，等等。因此，作为霍尔效应区的长条带的电流消耗提高，因为若干电流路径并联连接。作为对策，可以将宽度（即接触和霍尔效应区11在y方向上的延伸）保持为小。无论如何，若干设备典型地并联连接以便降低电阻和输出信号的噪声。可以考虑三个选项：（i）在若干霍尔效应区中使用若干设备并且通过导线并联连接它们，（ii）使用更宽的霍尔效应区11和更宽的接触条带以便降低内部电阻，以及（iii）将具有更多接触的更长条带与窄霍尔效应区和窄接触一起使用。根据这三个选项，在一个实施例中编号（iii）典型地是所希望的，因为左右边缘处的非对称性的影响比利用其他解决方案更强烈地被降低。通常，接触的间距随着霍尔效应区的深度（即图1c中到绘图平面中的延伸）缩放。在现代CMOS工艺中，该深度约为5μm，诸如2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm或9μm。因此，接触的间距是相似的（+/-1μm或者+/-2μm）。因此，具有21个接触的设备在一个实施例中可以为大约130μm长（或者更一般而言介于50μm和250μm之间，这取决于接触间距），这对于大多数应用而言是可接受的。

在图1c中，绘出了单独的伏特计V1至V15，其用来测量相邻单元或者基本构建块的输出电压。可以将两个相邻电压相减并且可以将所有这些项相加以得到每操作阶段的总信号。通常，可以使用伏特计V1至V8的读数和伏特计V9至V15的读数的线性组合。作为另一个选项，也有可能计算伏特计V1至V8的输出的平均以及还有伏特计V9至V15的输出的平均。当在第一操作阶段中将接触#3、#7、#11、#15、#19系接在一起并且将接触#5、#9、#13、#17系接在一起时，这可以通过硬件来完成。然后，可以在这两个节点之间测量电位。然而，这样做可能导致性能降低（意味着更大的残余零点误差），因为由于失配，典型地将存在输出端口之间流动的电流，并且这导致更大的零点误差。一种以隔离的方式计算所有输出电压的平均的优雅方式是分裂前置放大器（即连接到霍尔设备的输出的第一放大器）的差分输入配对的大MOSFET并且将伏特计V1连接到其第一部分、将伏特计V2连接到第二部分、将伏特计V3连接到第三部分，等等。该方法降低了噪声，但是不提高信号。

图1d示出了在霍尔效应区11中具有编号为1至7的、沿着x轴设置在规则网格上以便测量By场的七个相同接触的立式霍尔传感器的示意性顶视图。在第一操作阶段期间，接触21-1和21-2（分别为#1和#5）被配置成用作正供电接触。在第一操作阶段期间，接触22-1和22-2（分别为#2和#7）被配置成用作负供电接触。感测接触23（#4）基本上位于霍尔效应区11的中间并且连接到第一感测元件V1的正输入和第二感测元件V2的负输入。两个其他的感测接触24-1和24-2也连接到第一和第二感测元件V1、V2。供电接触21-1、21-2、22-1和22-2连接到电压电源81、82、83中的一个或两个电压电源。

在第二操作阶段中，只有两个电压电源81、82用来向立式霍尔传感器供应电能。立式霍尔传感器的所有七个接触都是旋转电流接触，使得以前的供电接触21-1、22-1、21-2和22-2在第二操作阶段期间用作感测接触。接触23、24-1和24-2用作供电接触并且因而以图1d中绘出的方式连接到电压电源81、82。第一差分电压可以借助于感测元件或伏特计V1在接触22-1和21-2之间被分接。第二差分电压可以借助于感测元件或伏特计V2在感测接触21-1和22-2之间被分接为第二感测信号。指出的是，两个感测元件V1和V2相对于七个接触的序列以嵌套的方式分接它们各自的差分电压。

图1d中所示的立式霍尔传感器具有奇数个接触（7或11或15个；图1d图解说明了具有七个接触的配置）。对称性可以通过在第一操作阶段中将最外面的接触21-1和22-2用作供电（=输入）接触并且在第二操作阶段中将其用作感测（=输出）接触而提高。而且，它们在两个阶段中可以具有不同的极性，如图1d中所示：在第一操作阶段中，最外面的接触之一处于正电位（图1d中具有序号1的接触21-1），而另一个处于负电位（图1d中具有序号7的接触22-2）。在第二操作阶段中，输出之一随着施加的磁场By而提高，而另一个减小（比较图1d中在第二操作阶段中的接触21-1（#1）和22-2（#7））。指出的是，在第二操作阶段中，接触21-1处的电位（没有施加的磁场）不同于接触22-1处的电位，然而接触21-1和22-2处的（共模）电位相同并且由于对称性，22-1和21-2处的（共模）电位也相同。因此，可以在接触21-1和22-2之间以及在接触22-1和21-2之间测量输出信号并且将它们相减以便得到第二操作阶段期间的立式霍尔传感器的信号。在第一操作阶段中，也将接触24-1和23之间以及接触23和24-2之间的两个测量的电压相减以便得到针对第一操作阶段的立式霍尔传感器的信号。针对第一操作阶段和第二操作阶段对立式霍尔传感器的输出信号进行平均或低通滤波得到磁场在y方向上的具有低零点误差或偏移的相对精确的测量。

图1d中所示的立式霍尔传感器在第一操作阶段中使用了三个电压电源81、82、83并且在第二操作阶段中仅仅使用了两个电压电源81、82。在第一和第二操作阶段二者中使用了两个感测元件或伏特计V1和V2。

图1d中所示的原理可以推广到超过七个接触：只要在至少一个操作阶段中电位分布对于中心是对称的，那么可以如图2中所示的那样以嵌套的方式测量差分电压。图2示出了数量为k的多个伏特计中的三个伏特计V1、V2和Vk，其以嵌套的方式沿着霍尔效应区分接差分电压。最里面的伏特计V1连接到两个最里面的感测接触，而最外面的伏特计Vk连接到两个最外面的感测接触。在图1d下半部分的配置中，电流在两个供电接触24-1和23之间从左到右流动，而电流在两个供电接触24-2和23之间从右到左流动。对于实现图2中所示伏特计配置的立式霍尔传感器，也可以做出这一观察：电流流动方向在连接到k个伏特计V1至Vk之一的两个感测接触附近是相反的。总的说来，所述至少四个旋转电流接触可以包括等于或大于七的奇数个旋转电流接触。在旋转电流方案的至少一个操作阶段期间，等于或大于四的偶数个旋转电流接触可以被配置成用作感测接触。在所述操作阶段期间，差分感测信号可以在用作感测接触的旋转电流接触配对之间被分接，其中所述配对以嵌套的方式沿着所述路径设置。

图3示出了具有两个霍尔效应区11和11’的立式霍尔传感器的示意性平面图或顶视图。整个立式霍尔传感器包括18个基本上相同的接触，其中具有序号1至9的接触设置在第一霍尔效应区11中并且具有序号1’至9’的接触设置在第二霍尔效应区11’中。在每个霍尔效应区11、11’内，接触沿着x轴设置在规则网格上以便测量y方向上的磁场By。因此，所述立式霍尔传感器可以包括在衬底中形成的两个单独的阱，每个阱具有九个接触。在第一操作阶段期间，第一霍尔效应区的输入是接触21和22（分别为#6和#4）。第二霍尔效应区11’处的相应接触，即接触23’和24’（分别为#6’和#4’）用作第二霍尔效应区11’的输出。第一霍尔效应区11的输出是接触23和24（分别为#7和#5），而第二霍尔效应区11’的相应接触23’和24’（分别为#6’和#4’）用作输入。在第一操作阶段中，两个输出信号（介于接触#5和#7之间以及接触#4’和#6’之间）相加以给出总输出信号。在第二操作阶段中，接触#4和#6之间以及#5’和#7’之间的输出信号相加以给出总输出信号。这两个总输出信号的和与y方向上的磁场By成比例，具有大大降低的零点误差。两个霍尔效应区11、11’可以在其最左边和/或最右边的末端或边缘处被连接。

第一霍尔效应区11包括五个悬空接触。三个接触64-1、61和63设置在其中设置了旋转电流接触21至24的区域（中心部分）的左边。两个其他的悬空接触62和64-2设置在旋转电流接触21至24的右侧。第二霍尔效应区11’在旋转电流接触21’至24’的左侧具有三个悬空接触62-1’、63’和61’，并且在旋转电流接触21’至24’的右边具有两个悬空接触64’、62-2’。

图4示出了具有18个基本上相同的接触的另一种立式霍尔传感器的示意性顶视图或平面图。编号从1至9的九个所述基本上相同的接触设置在第一霍尔效应区11上，并且编号1’至9’的其余九个所述基本上相同的接触设置在第二霍尔效应区11’上。设置在相同霍尔效应区11或11’上的九个接触沿着x轴设置在规则的网格上以便测量y方向上的磁场By。图4中所示的立式霍尔传感器如下使用交叉耦合输出：在第一操作阶段中，借助于感测元件或伏特计V11测量第一霍尔效应区11的感测接触23和第二霍尔效应区11’的感测接触24’之间的第一输出电压，使得感测元件V11处的电压等于V11=V5-V4’，其中V5为感测接触23（第一霍尔效应区11的序列中的#5）处的电位并且V4’为感测接触24’（第二霍尔效应区11’的序列中的#4’）处的电位。借助于感测元件或伏特计V12测量感测接触24（霍尔效应区11中的#7）和感测接触23’（霍尔效应区11’的#6’）之间的第二输出电压，使得V12=V7-V6’，其中V7指代第一霍尔效应区11的接触#7处的电位并且V6’指代第二霍尔效应区11’的接触#6’处的电位。将第一操作阶段的总输出电压计算为二者之差：Sig1=V11-V12。类似地，在第二操作阶段中，借助于感测元件或伏特计V21测量接触22（#4）和接触22’（#5’）之间的第一输出电压，其中差分电压V21=V4-V5’，其中V4为第一霍尔效应区11的感测接触22处测量的电位并且V5’为第二霍尔效应区11’的感测接触22’处的电位。借助于感测元件或伏特计V22将感测接触21和21’之间的第二输出电压测量为差分电压V22=V6-V7’，其中V6为感测接触21（霍尔效应区11中的#6）处的电位并且V7’为感测接触21’（第二霍尔效应区11’中的#7’）处的电位。总输出电压计算为二者之差：Sig2=V21-V22。两个总输出电压之差为Sig1-Sig2=V11-V12-V21+V22并且与y方向上的磁场By成比例，具有大大降低的零点误差。

三个悬空接触63-1、61和64在第一霍尔效应区11的表面内或表面上设置在旋转电流接触21至24的左边。两个另外的悬空接触62和63-2设置在旋转电流接触21至24的右边。关于第二霍尔效应区，三个悬空接触62-1’、63’和61’设置在旋转电流接触21’至24’的左边，并且两个悬空接触64’、62-3’设置在其右边。

图5示出了依照本文公开的教导的实施例的立式霍尔传感器的示意性顶视图或平面图。该立式霍尔传感器包括16个基本上相同的接触，其中八个设置在第一霍尔效应区11的表面内或表面上并且其余八个接触设置在第二霍尔效应区11’的表面内或表面上。在第一和第二霍尔效应区11、11’的表面内或表面上，相应的接触沿着x轴设置在规则网格上以便测量y方向上的磁场By。图5中所示立式霍尔传感器的配置使用了第一和第二霍尔效应区11、11’的交叉耦合输出。

对于第一霍尔效应区11而言，旋转电流接触是具有2和7之间的序号的接触，并且对于第二霍尔效应区11’而言，旋转电流接触是具有2’和7’之间的序号的接触。每个霍尔效应区11、11’内或上的最外面的接触是只供电接触。特别地，第一霍尔效应区11具有在旋转电流方案的第一操作阶段期间连接到电压电源的正极的只供电接触31。在第一操作阶段期间，在第一霍尔效应区11内或上形成的第二只供电接触33保持悬空。关于第二霍尔效应区11’，只供电接触32’在第一操作阶段期间连接到电压电源的负极。另一个只供电接触34’在第一操作阶段期间保持悬空。

在第二操作阶段期间，第一霍尔效应区11的只供电接触31保持悬空，而第一霍尔效应区11的另一个只供电接触33现在连接到电压电源的负极并且因而用作供电接触。第二霍尔效应区11’的左边的只供电接触32’在第二操作阶段期间也保持悬空，而第二霍尔效应区11’的右边的只供电接触34’连接到电压电源的正极，即只供电接触34’在第二操作阶段期间用作供电接触。

关于立式霍尔传感器的对称性，具有序号8和8’的接触是悬空的，而具有序号1和1’的最左边的接触在第一操作阶段期间分别处于参考和供电电位。在第二操作阶段期间，具有序号1和1’的接触是悬空的，而最右边的接触分别处于参考和供电电位。在一个实施例中，第一和第二霍尔效应区11、11’之间在y方向上的间距是小的（例如<10μm）。该间距取决于应用：如果应用具有均匀场，那么该间距也可以更大，并且可以在第一和第二霍尔效应区11、11’之间插入例如用于测量垂直于霍尔效应区11、11’表面的磁场分量的常规霍尔板。

在第一操作阶段期间，三个差分电压以跨越霍尔效应区的方式被分接。第一差分电压V11借助于相应的感测元件或伏特计在接触23-1和24-1’之间被分接。第二差分电压V12在接触24和23’之间被分接。第三差分电压V13在感测接触23-2和24-2’之间被分接。在第二操作阶段期间，三个另外的差分电压V21、V22和V23以跨越霍尔效应区的方式被分接。可以以类似于结合图4所解释的方式处理第一和第二操作阶段期间测量的这六个差分电压。特别地，可以确定差分电压V11至V23的线性组合。

当检查第一和第二霍尔效应区11、11’的接触配置时，可以看出，第二霍尔效应区11’的编号为1’至8’的各个电极的功能基本上与第一霍尔效应区11的编号为1至8的相应接触的功能互补。例如，具有第一霍尔效应区11的序列中的序号1的接触在第一操作阶段期间用作正供电接触，而其在第二霍尔效应区11’中具有序号1’的配对物在第一操作阶段期间用作负供电接触。对于其余接触2至8及其相应接触2’至8’，可以做出类似的观察。第一霍尔效应区11的接触和第二霍尔效应区11’的接触在第二操作阶段期间也彼此互补。

为了总结图5中所示立式霍尔传感器的实施例：该立式霍尔传感器可以进一步包括另外的霍尔效应区11’，在该霍尔效应区的表面内或表面上形成了与在霍尔效应区11的表面内或表面上形成的所述多个接触相似的另外的多个接触。另外的多个接触被配置成以与所述多个接触互补的方式起作用。在旋转电流方案的每个操作阶段期间，至少一个第一传感器信号在形成于霍尔效应区的表面内或表面上的所述多个接触的旋转电流接触中的至少两个之间被分接，并且至少一个第二感测信号在形成于所述另外的霍尔效应区的表面内或表面上的所述另外的多个接触的至少两个旋转电流接触之间被分接，并且其中所述至少一个第一感测信号和所述至少一个第二感测信号通过立式霍尔传感器的输出信号确定器相加或者彼此相减。所述另外的霍尔效应区11’基本上平行于霍尔效应区11。感测信号在其间被分接的霍尔效应区11和所述另外的霍尔效应区11’的旋转电流接触分别具有处于所述多个接触和所述另外的多个接触内的相应位置。对于旋转电流方案的特定操作阶段而言，多个用作供电接触的旋转电流接触和只供电接触在霍尔效应区11和所述另外的霍尔效应区11’之间反相（即霍尔效应区11和所述另外的霍尔效应区11’中的相应位置处的接触具有相反的电极性），使得在霍尔效应区和所述另外的霍尔效应区的相应部分中，电流流动方向彼此相反。

图6示出了第一操作阶段和第二操作阶段期间的立式霍尔传感器的示意性平面图。该立式霍尔传感器包括单个霍尔效应区11和数量为20的多个基本上相同的接触。这20个基本上相同的接触以间隔均匀的方式沿着笔直的线或路径（与x轴重合）设置。这些接触按照与本文的其他图的描述内的别处相同的方式以其x坐标的升序编号。这20个基本上相同的接触为旋转电流接触并且它们被配置成依照旋转电流方案交替地用作供电接触和感测接触。每第四个接触短路：因此，接触21-1（#1）短路到接触21-2（#5）、21-3（#9）、21-4（#13）和21-5（#17），得到单个节点N1（图6中的点线）。按照类似的方式，具有序号#3、#7、#11、#15和#19的接触22-1至22-5短路（虚线），得到单个节点N3。将接触23-1至23-5短路（宽点划线）得到单个节点N4。最后，接触24-1至24-5（序号#2、#6、#10、#14和#18）短路（窄点划线），这得到单个节点N2。因此，将各个旋转电流接触短路给出四个节点N1、N2、N3、N4。在第一操作阶段中，在节点N1和N3之间供应电功率并且在N2与N4之间分接信号。在第二操作阶段中，在节点N2和N4之间供应电功率并且在N1与N3之间分接信号。无需开关或其他电子设备将接触21-1至21-5短路到节点N1；这仅仅通过管芯上的像铝导线或条带那样的低欧姆导体完成。通过这种方式，可以避免开关增加在第一和第二操作阶段中不同的电阻，因为这可能在旋转电流技术中产生误差。

如图6中所示立式霍尔传感器之后的思想如下：存在若干并联的霍尔设备：第一霍尔设备包括接触21-1（#1）、24-1（#2）和22-1（#3）。仅仅使用序号来指代接触，第二霍尔设备包括接触#3、#4和#5。第三霍尔设备包括接触#5、#6和#7，等等。最后，第九霍尔设备包括接触#17、#18和#19。每个霍尔设备具有单独的随机偏移（零点误差）。接触的连接实际上是所有这些设备的并联电路。总电流分裂成九个基本上相等的部分，每个部分流经这九个霍尔设备之一。输出也并联连接：这产生所有输出的平均。特别地，它产生总偏移误差的平均：单个设备的偏移是平均总偏移误差的sqrt(9)倍。

而且，奇数个单独的霍尔设备的并联电路使得总设备更加对称：在第一操作阶段中，正供电接触21-1（#1）靠近霍尔效应区11的一端，而感测接触23-5（#20）靠近霍尔效应区11的相对端。在第二操作阶段中，具有类似的条件：正供电接触23-5（#20）靠近霍尔效应区11的一端，而感测接触21-1（#1）靠近霍尔效应区11的另一端。因此，（一个或多个）霍尔效应区的末端处的不可避免的非对称性在这两个操作阶段中基本上相同：因而，如果第一和第二操作阶段的信号相加/相减，那么它们很可能几乎完全相消。

此外，对于内部接触而言，第一和第二操作阶段之间基本上不存在非对称性，正是供电接触与感测接触的（接近完美的）调换给出高度精确的旋转电流技术。

指出的是，与单个设备相比，电流消耗提高到9倍。另一方面，噪声由于完全相同的事实而减小。如果接触为小并且接触和（一个或多个）霍尔效应区在y方向上的宽度为小，那么漏电流可以保持最小。

图7示出了用于第一操作阶段（顶部）的配置和用于第二操作阶段（底部）的配置中的依照本文公开的教导的实施例的立式霍尔传感器的示意性平面图。图7中所示立式霍尔传感器从图6中所示立式霍尔传感器导出。

图7中所示立式霍尔传感器包括24个基本上相同的接触，这些接触设置在霍尔效应区11的表面内或表面上。旋转电流接触设置在这样的路径的中心部分中，该路径在霍尔效应区11的第一端（例如左端）和第二端（例如右端）之间延伸，沿着该路径设置了所述多个接触。中心部分基本上开始于旋转电流接触21-1的左边，并且基本上结束于旋转电流接触23-5的右边。两个只供电接触32、33设置在中心部分的左边，并且两个其他的只供电接触31、34设置在中心部分的右边。中心部分内的每个旋转电流接触连接到四个节点N1、N2、N3和N4之一，这取决于其在接触序列中的位置。关于这个方面，参照图6的描述。每个只供电接触经由四个开关SW1、SW2、SW3和SW4之一连接到节点N1至N4之一。只供电接触32经由开关SW1连接到节点N3。只供电接触33经由开关SW2连接到节点N4。只供电接触31经由开关SW3连接到节点N3。只供电接触34经由开关SW4连接到节点N2。

在第一操作阶段期间，只供电接触32充当负供电接触，因为开关SW1闭合并且连接到电压电源81的负极。只供电接触33保持悬空，因为开关SW2在第一操作阶段期间打开。只供电接触33用作正供电接触，因为开关SW3闭合，使得形成到电压电源81的正接触的连接。只供电接触34保持悬空，因为开关SW4在第一操作阶段期间打开。

当从第一操作阶段传递到第二操作阶段时，开关S1至S4的状态被切换，即开关SW1和SW3打开，而开关SW2和SW4闭合。相应地，只供电接触32和31在第二操作阶段期间是悬空的。只供电接触33用作正供电接触，因为由于闭合开关SW2，只供电接触33连接到节点N4并且因而连接到电压电源81的正极。只供电接触34在第二操作阶段期间用作负供电接触，因为开关SW4闭合，使得只供电接触34连接到节点N2和电压电源81的负极。

图7中所示立式霍尔传感器的实施例具有比图6中所示立式霍尔传感器更高的对称性。然而，该更高的对称性以稍微提高的电流消耗为代价：利用四个开关SW1至SW4，在中心部分的左边和右边增加了一个供电接触（即旋转电流接触）以便延长霍尔效应区11两端处的电位对称性的范围。

图8和图9示出了具有不是笔直的霍尔效应区11的立式霍尔传感器。结果，在霍尔效应区的第一端和第二端之间延伸并且沿着其设置了所述多个接触的路径也不是笔直的。

图8示出了其中霍尔效应区11具有L形的立式霍尔传感器。该立式霍尔传感器包括16个接触，其中八个形成于在x方向上延伸的霍尔效应区11部分的表面内或表面上，并且其余八个接触形成于在y方向上延伸的部分的表面内或表面上。在旋转电流方案的给定操作阶段期间具有同等功能的接触相互连接，因而形成节点。典型地，旋转电流接触可以实现以下四个功能之一：正供电接触，负供电接触，“正”感测接触和“负”感测接触。旋转电流接触22-1至22-4在第一操作阶段期间用作负供电接触并且连接到节点N1。旋转电流接触23-1至23-4在第一操作阶段期间用作正感测接触并且连接到节点N2。旋转电流接触21-2至21-4在第一操作阶段期间用作正供电接触并且连接到节点N3。旋转电流接触24-1至24-4在第一操作阶段期间用作负感测接触并且连接到节点N4。

像本文公开的其他立式霍尔传感器那样，这些接触是基本上相同的。此外，这些接触以等距的方式沿着多边形曲线（在这里为L形）设置。所述多个接触中的两个邻近接触之间的等距间距的一个例外是两个最里面的接触24-2和22-3之间的距离。

图9示出了另一种逻辑霍尔传感器，其也包括在霍尔效应区11的表面内或表面上形成的16个基本上相同的接触。霍尔效应区11为弧形。在霍尔效应区11的第一端和第二端之间延伸的路径也是弧形，即平滑曲线。霍尔效应区11和所述路径的其他可能的配置可以包括分段笔直的曲线。尽管图9中没有显式地绘出，但是各个旋转电流接触可以以与图8中所示类似的方式相互彼此连接。这些旋转电流接触沿着路径具有等距的间距。

图10示出了依照本文公开的教导的实施例的立式霍尔传感器的示意性顶视图或平面图。图7中所示立式霍尔传感器可以被认为是图10中所示实施例的前身。旋转电流接触21-i、22-i、23-i和24-i在图10和图11的描述的上下文中被称为第一类型接触。只供电接触31至33也称为第一类型接触。在连接到节点N1至N4的第一类型的这些接触之间，可以插入附加的接触65。第二类型的这些接触典型地以对称的方式位于第一类型的接触之间。第二类型接触65中的一个或几个可以位于第一类型的每两个接触之间。第二类型接触65可以具有另一种与第一类型接触不同的形状或形式：在图10的实施例中，第二类型接触65的宽度只有第一类型接触的一半。第二类型接触65在它们示于图10中时的作用在于，它们朝着霍尔效应区11的中间线68牵拉电流流动。此外，它们朝着霍尔效应区11的表面牵拉电流流动，即它们防止了电流过多地流入深度。这对于其中半导体制造工艺形成高度导电的埋层的情况可能是重要的，所述埋层诸如n⁺掺杂埋层（nBL），其可以朝着深度牵拉电流并且造成短路。当第一类型的接触（即旋转电流接触）不可能在霍尔效应区的整个宽度上延伸时，朝着霍尔效应区的中间线68牵拉电流流动的第一方面可能是重要的：在这种情况下，由于在y方向上流动的电流分量，磁灵敏度降低。为了降低/防止这些电流分量，第二类型接触65设置成靠近中间线68，所述第二类型接触朝着中间牵拉电流。

如图11中所示，第二类型接触或者悬空接触65也可以以与第一类型接触类似的方式彼此连接。图11示出了第一操作阶段期间的依照本文公开的教导的实施例的立式霍尔设备的示意性平面图。处于负供电接触右边的第二类型接触具有附图标记61-1至61-6。处于正感测接触右边的第二类型接触具有附图标记62-1至62-6。处于正供电接触右边的第二类型接触具有附图标记63-1至63-6。处于负感测接触右边的第二类型接触具有附图标记64-1至64-6。具有附图标记61-1至61-6的第二类型接触彼此连接并且因而形成一个悬空节点。其余第二类型接触也成组地彼此连接，因而形成三个其他的悬空节点。通过将一个第二类型接触连接到其他的第二类型接触，各第二类型接触在单个接触的意义上实际上不再是悬空的。然而，连接的第二类型接触作为网络节点是悬空的，因为它们未在外部连接到其他电路元件。为了清楚起见，连接旋转电流接触的节点N1至N4从图11的图解说明中省略掉。

在图10和图11二者中，霍尔效应区11是细长的，并且可以为在衬底内形成的槽区。在霍尔效应区11的表面上，可以放置第一和第二类型的接触，使得在第一类型的每两个接触之间存在M个第二类型的接触（M=1也是可能的）。沿着霍尔效应区11，所有接触以升序编号。接触1, 1+4*(1+M), 1 + 2*4*(1+M), … 1 + N*4*(1+M)与节点N1连接。接触2+M, 2+M + 4*(1+M), 2+M + 2*4*(1+M), … , 2+M + N*4*(1+M)与节点N2连接。接触3+2*M, 3+2*M + 4*(1+M), 3+2*M + 2*4*(1+M), … , 3+2*M + N*4*(1+M)与节点N3连接。最后，接触4+3*M, 4+3*M + 4*(1+M), 4+3*M + 2*4*(1+M), … , 4+3*M + N*4*(1+M)与节点N4连接。

典型地，第一类型接触的数量至少为八。可替换地，该数量可以为12或16，这尤其在降低零点误差方面被期望导致立式霍尔传感器的更好性能。

如图8和图9中所示，霍尔效应区不一定必须是笔直的，即接触不一定必须沿着笔直的线或路径设置。霍尔效应区11只需是细长的，并且其纵向方向可以是平滑的曲线（圆或椭圆的分段）或者它可以具有L形（或多边形部分）。然后，可以沿着该曲线成序列设置接触。

各接触到节点的连接可以是硬接线，这意味着在旋转电流方案的操作阶段中这些连接不必改变（其不一定必须借助于导体而为固定接线，而是它也可以是诸如MOS开关之类的电子元件，然而其不准在一个操作阶段中打开且在另一个操作阶段中闭合）。

典型地，第一类型接触的数量为偶数。

在以下的图12a至图14b中，介绍了若干立式霍尔传感器，其借助于环形霍尔效应区实现了高程度的对称性。特别地，图12a至图14b中所示立式霍尔传感器的接触彼此高度对称，因为环没有起点并且没有终点。因此，无需在所述多个接触内就哪些接触算作“内部”接触以及哪些算作“外部”接触进行区分。例如在霍尔效应区内的电流或电位的分布方面影响接触的功能的边界效应对于所有接触基本上相同。

图12a示出了环状立式霍尔元件100的示意性布局或平面图。环状立式霍尔元件100可以在衬底101内形成，该衬底可以例如是p掺杂半导体或者隔离材料。环状槽区或阱103例如通过在要形成环状槽区103的位置处对衬底101进行n掺杂而在衬底101内形成。环状槽区具有针对环状槽区103的中心105的90°对称性。可替换地，环状槽区103可以具有更高的对称性（例如八边形或圆形形状）。四个接触102a、102b、102c、102d形成于环状槽区103的表面内或表面上。借助于这四个接触102a至102d，可以在其各个位置处形成到槽区103的电气连接。这四个接触102a至102d基本上从环状槽区103的内周界104a延伸到环状槽区103的外周界104b。

衬底101的表面平行于xy平面。环状立式霍尔元件100典型地指示平行于xy平面的磁场分量。平行于z方向的磁场分量不应当对于设备100的输出信号具有显著的影响。

设备100被示为具有两个平行于x轴的环部分和两个平行于y轴的环部分。其他的环状立式霍尔元件可以围绕对称中心105旋转任意角度。例如，另一种环状立式霍尔设备100可以在相对于x轴和y轴的+/-45°处具有环部分。

四个接触102a至102d可以被配置为旋转电流接触，其中例如在旋转电流方案的第一操作阶段期间接触102a和102c为供电接触并且另外两个接触102b和102d为感测接触。

图12b示出了设备沿着x轴且通过接触102b和102c的示意性截面。可以看出，接触102c和102b在槽区103的表面106a内形成并且比槽区103更浅。由于设备100是对称的，因而这对于图12b中不可见的另外两个接触102a和102d同样成立。为了让人明白涉及的尺寸，提供以下信息：在一个实施例中，槽区103在z方向上可以为大约5μm厚，而接触102a至102d典型地小于1μm厚（优选地为0.2μm厚）。其他可能的尺寸是例如：2μm、3μm、4μm、6μm、7μm或8μm的槽区厚度以及0.05μm、0.1μm、0.5μm或0.8μm的接触厚度。槽区103可以为轻n掺杂的，剂量为10¹⁵ cm^-3至10¹⁷ cm^-3，而接触102a至102d可以是重n掺杂的，剂量超过10¹⁷ cm^-3（例如10¹⁹ cm^-3）。槽区103可以与当前CMOS工艺的n外延层相同，其中接触102a至102d可以与浅的n⁺ S/D源极-漏极接触相同。这些接触可以通过附加的n-CMOS阱加强。在槽区103的底部106b，可能像鲁棒BiCMOS/CMOS工艺的情况那样存在埋层107，但是这未必如此。在外延层的情况下，情况经常是沟道将外延层和槽区103与衬底101横向隔离（这些沟道未在图12a至12c中示出）。

图12c示出了设备沿着x轴且通过设备的中心点或对称中心105的示意性截面。可以在该截面中看到在y方向上延伸的槽区103的两个部分。在操作期间，电流在y方向上（即垂直于绘图平面）流经这些部分。每个部分的总截面为该部分的宽度乘以槽区103的深度。该宽度等于环状槽区103的内周界104a和外周界104b之间的距离。然而，当可选的n埋层107存在时，显著的电流部分很可能在n埋层107内流动。

图13a示出了环状立式霍尔设备200的示意性布局或平面图。图13a也示意性地示出了其在电路中是如何连接的。两个对角线相对的接触202b和202d连接到电源220。电源可以是电流或电压源；图13a中示出了电流源220。在另外两个对角线相对的接触202a和202c处，测量输出信号222a。输出信号222a可以是利用高阻抗伏特计221测量的输出电压。可替换地，可以借助于低阻抗安培计测量输出电流。

在其中没有磁场存在的情况下，输出电压理想地将为0：一半的电流在环的包含接触202a的右分支上在接触202b和202d之间流动，而另一半的电流在环的包含接触202c的左分支上在接触202b和202d之间流动。在实践中，输出电压通常由于设备200的几何结构或者连接中的不可避免的非对称性而不同于0。

如果在By=0的同时存在磁场分量Bx<>0，那么该场作用于流经分支203cd和203ab的电荷载流子。如果在Bx=0的同时存在磁场分量By<>0，那么该场作用于流经分支203ad和203bc的电荷载流子。

假定Bx>0且By=0：如果电流流入接触202d且流出接触202b，那么槽区203ab和203cd中的电子主要在正y方向上流动。严格地讲，电子在半弧形中流动，因为它们在接触202b处进入槽区并且同时流进槽区203ab的深度（=负z方向=流进绘图平面）且流向接触202a。在槽区部分203ab的近似一半长度之后，电子向上流向接触202a所在的表面（=在正z方向上=流出绘图平面）。由于Bx场对电子的洛伦兹力，它们被牵拉到槽区的表面（图12b、图12c中的106a）。这归因于霍尔效应：霍尔效应在更小更浅的半弧形上牵拉电子。这发生在两个槽区203ab和203cd中。因此，接触202a处的电位降低，而接触202c处的电位升高并且因此信号222a由于正Bx场的作用而提高。指出的是，如果用“+”表示的非反相输入处的输入信号大于用“-”表示的反相输入处的输入信号，那么输出信号222a为正。

现在假定y方向上的磁场By>0且Bx=0：流经槽区部分203ad和203bc的电子上的洛伦兹力再次将它们牵拉到槽区的表面，这减小了这些槽区的电阻。在槽区的其他两个分支（即槽区部分203ab和203cd）内流动的电子不受By分量影响，因为它平行于漂移速度。因此，接触202a处的电位升高并且接触202c处的电位降低，使得信号222a减小。

总的说来，输出信号222a与x方向和y方向上的磁场分量Bx和By之差成比例：S_out(222a)=K*(Bx-By)，其中K>0。只要设备至少具有90°对称性（在我们的情况中，槽区部分203ad与槽区部分203ab等长），那么比例因子K对于两个分量Bx和By是相等的。改变电流方向使得输出信号S_out(222a)改变其符号。

调换或交换环状立式霍尔设备的输入和输出导致图13b中所示的情形。如果Bx>0且By=0，那么槽区部分203ab和203cd的电阻减小并且输出信号222b为正。如果By>0且Bx=0，那么槽区部分203bc和203ad的电阻提高并且输出信号222b为正。图13b中所示的第二操作阶段期间的输出信号因此取决于x方向和y方向上的磁场分量Bx和By，因此S_out(222b)=K*(Bx+By)。

两个操作阶段的输出信号可以相减：S_out(222a)-S_out(222b)=K*(Bx-By)-K*(Bx+By)=(-2)*K*By。

同时，如接下来所示，零点误差相消或者显著地降低：假定槽区部分203ab比设备的其他分支稍长。在消失的磁场下，得到S_out(222a)=(-1)*Off并且S_out(222b)=(-1)*Off，其中Off>0。因此，如果两个操作阶段的这两个信号相减：S_out(222a-S_out(222b)=0（对于Bx=By=0而言），那么偏移Off消失。因此，信号之差S_out(222a-S_out(222b)与By场成比例，并且其同时基本上没有设备的零点误差。这是应用到环状立式霍尔设备的旋转电流原理。

在图13a和图13b中，电流方向可以反转以便具有用于所有四个电流方向的总共四个测量点。如果所有四个值相减，那么可以获得甚至更好的旋转电流方法，其中输出信号仍然与y方向上的磁场分量By成比例。

通常，在许多置换中可以改变连接并且还有可能在晶片上旋转所述设备，使得槽区103、203的部分可以与x轴成不同于0°和90°的角度。可以单独地测量x方向上和y方向上的磁场分量Bx和By并且同时可以实现非常低的偏移误差或零点误差。

图14a和图14b示出了另一种环状霍尔设备300a、300b，其与图13a和图13b中所示环状霍尔设备200a、200b相比旋转了45°。缩写nx和ny用来分别指代x方向和y方向上的单位矢量。如果磁场指向方向(nx+ny)/sqrt(2)，那么槽区部分303ad和303bc的电阻减小并且因此输出信号322a为负。

如果磁场指向方向(nx-ny)/syrt(2)，那么槽区部分303ab和303cd的电阻减小并且因此输出信号322a为正。

据此，得出S_out(322a)=-K*(Bx+By)/sqrt(2)+K*(Bx-By)/sqrt(2)=-sqrt(2)*K*By，其中K>0。

调换或交换设备的输入和输出导致例如旋转电流方案的第二操作阶段期间使用的图14b中所示的配置。

如果磁场指向方向(nx+ny)/sqrt(2)，槽区部分303ad和303bc的电阻提高并且因此输出信号322b为正。

如果磁场指向方向(nx-ny)/sqrt(2)，那么槽区部分303ab和303cd的电阻减小并且因此输出信号322b为正。

得出S_out(322b)=K*(Bx+By)/sqrt(2) + K*(Bx-By)/sqrt(2) = sqrt(2)*K*Bx，其中K>0。

像图13a、图13b中所示的环状立式霍尔设备200a、200b那样，零点误差或偏移可以显著地降低，这可以通过类似的计算证明。再次假定槽区部分303ab比其他分支稍长，那么在零磁场下，两个操作阶段的两个输出信号为S_out(322a)=(-1)*Off以及S_out(322b)=(-1)*Off，其中Off>0。

因此，该零点误差可以通过将两个操作阶段的输出信号相减而消除；S_out(322a)-S_out(322b)。这导致以下方程：

S_out(322a)-S_out(322b) = -2*K*By/sqrt(2) – 2*K*Bx/sqrt(2) = -sqrt(2)*K*(Bx+By)。

可以结合图13a、图13b和图14a、图14b中分别示出的环状立式霍尔设备200和300以形成测量系统。包括设备200和300的这种测量系统能够单独地计算磁场分量Bx和By。有可能并排设置这两个设备。然而，也可以将一个设备置于另一个设备的内周界内部以便具有相同的对称中心105。

本文公开的立式霍尔传感器或设备可以借助于一个或多个以下配置、结构和/或措施进行修改或者进一步加以规定。可以在n⁺接触之间（即形成于霍尔效应区或槽区的表面内或表面上的任何两个或更多接触之间）插入一个或多个p隔离槽区。p隔离槽区可以用来例如通过防止电流的大部分在霍尔效应区或槽区的表面附近流动而在霍尔效应区或槽区内实现特定的希望的电流密度分布。

特别是关于图12a至14b中所示的环状立式霍尔设备100、200、300，槽区可以是圆形的或者八边形的。作为另一个选项，可以使用许多环状立式霍尔设备。所述许多环状立式霍尔设备可以例如设置在阵列、网格或者十字形设置中。

立式霍尔传感器或设备可以包括或者不包括n⁺埋层（nBL）。如果n⁺埋层存在，那么可以在槽区的部分或霍尔效应区的不同部分之间中断该n⁺埋层，如果这在技术上利用用于制造特定立式霍尔效应传感器或设备的半导体制造工艺是可行的话。

关于环状立式霍尔设备，接触的数量可以降低至仅仅三个接触。在这种情况下，环状立式霍尔设备将包括两个供电接触和仅仅一个感测接触。代替在两个感测接触之间测量差分感测信号的是，将在参考至参考电位（诸如地电位）的单个感测接触处测量感测信号。

图15示出了依照本文公开的教导的实施例的磁感测方法的示意性流程图。在第一动作152期间，在霍尔效应区的只供电接触和旋转电流接触之间连接电源。该旋转电流接触被配置成依照旋转电流方案交替地用作供电接触和用作感测接触。旋转电流接触和感测接触属于包括至少四个旋转电流接触和至少两个只供电接触的立式霍尔传感器的霍尔效应区的表面内或表面上形成的多个接触。这些接触沿着在霍尔效应区的第一端和第二端之间延伸的路径成序列设置，其中所述至少四个旋转电流接触沿着该路径的中心部分设置，并且其中所述至少两个只供电接触以分布的方式设置在中心部分的两侧。只供电接触被配置成依照用于向霍尔效应区供应电能的旋转电流方案的扩展而向霍尔效应区供应电能。

感测信号在动作154期间在当前用作感测接触的至少两个旋转电流接触之间被感测。

然后，在动作156处，交换旋转电流接触的功能，使得电能现在经由先前用作感测接触的旋转电流接触之一以及与先前（即在动作152和154期间）使用的只供电接触不同的至少一个其他的只供电接触而供应给霍尔效应区。

在动作158期间，另一个感测信号在与先前用作感测接触的接触不同的两个旋转电流接触之间被感测。

在动作159处，基于动作154和158期间获得的感测信号确定输出信号。然后，可以针对旋转电流方案的另一个循环重复所述磁感测方法。

尽管在装置的上下文中描述了一些方面，但是清楚的是，这些方面也代表相应方法的描述，其中块或设备与方法步骤或者方法步骤的特征相应。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也代表相应装置的相应块或项目或者特征的描述。这些方法步骤中的一些或全部可以通过（或者使用）硬件装置来执行，所述硬件装置比如例如微处理器、可编程计算机或者电子电路。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的某个或者更多个可以由这样的装置执行。

上面描述的实施例仅仅说明了本发明的原理。理解的是，本文描述的设置和细节的修改和变化对于本领域其他技术人员将是明显的。因此，意在仅由待决专利权利要求的范围限制而不由通过描述和解释本文的实施例而呈现的特定细节限制。