• Nenhum resultado encontrado

Esta sess˜ao detalha algumas caracter´ısticas importantes da placa Hall como a sensibilidade, o ru´ıdo, a resistˆencia el´etrica e o desvio de zero.

5.3.1

Resistˆencia de entrada e de sa´ıda

A ´area ativa do sensor ´e fabricada usando um material com condutividade finita, portanto aparece uma resistˆencia entre os contatos, como ´e ilustrado na Figura 5.4. A resistˆencia entre os contatos-corrente ´e denominada resistˆencia de entrada Rin, enquanto a resistˆencia entre os

contatos-sensor ´e denominada resistˆencia de sa´ıda Rout. Dado que a resistividade em materiais

semicondutores dopados ´e muito maior que em metais, ser´a desconsiderado o valor da resistˆencia dos contatos met´alicos.

Figura 5.4: Representa¸c˜ao esquem´atica da Resistˆencia de entrada e sa´ıda

Para uma placa retangular, como a ilustrada na Figura 3.1, podemos escrever Rin e Rout

como: Rin = ρ0 l wt = l qnµHwt (5.3)

Cap´ıtulo 5. Sensor tipo placa Hall Octogonal 38 Rout = ρ0 w lt = w qnµHlt (5.4) Sendo que: w ´e a largura, l ´e o comprimento e espessura ´e t; assim como q ´e o valor da carga fundamental; n ´e a densidade de portadores; e µH a mobilidade de portadores nas placas Hall.

5.3.2

Tens˜ao Hall

No Cap´ıtulo 3 foi descrita a tens˜ao Hall em semicondutores. Adicionando o Fator GH descrito

na equa¸c˜ao 5.1, podemos reescrever a tens˜ao Hall como: VH = GH

RHIB

t = GH

IB

qnt (5.5)

Sendo que RH ´e o coeficiente Hall, I a corrente e B o campo magn´etico normal `a superf´ıcie

e t a espessura da placa.

A equa¸c˜ao pode ser reescrita em termos da resistˆencia de entrada Rin como:

VH = GH

µHRinw

l IB (5.6)

Podemos observar que a tens˜ao Hall depende de parˆametros do projeto e do material, sendo proporcional ao produto corrente I vezes intensidade de campo Magn´etico B. Observamos a influˆencia do GH e a importˆancia da mobilidade de portadores no material (representado pelo

coeficiente µH), em um projeto que maximiza a tens˜ao Hall.

Relacionando as Equa¸c˜oes 5.5 e 5.6, podemos resumir a sensibilidade ao campo magn´etico relativa a corrente de polariza¸c˜ao SI como:

SI = VH IB = GHµHRin w l = GH 1 qnt (5.7)

Sendo a resistˆencia de entrada Rin =Vin/I, podemos escrever uma rela¸c˜ao da tens˜ao Hall com

a tens˜ao de polariza¸c˜ao entre os contatos-corrente, denominada sensibilidade relativa a tens˜ao de polariza¸c˜ao SV como: SV = SI Rin = VH VinB = GHµH w l (5.8)

5.3.3

Desvio de zero ou Tens˜ao de offset

A tens˜ao de offset ´e a tens˜ao que aparece nos contatos-sensor sem a exposi¸c˜ao a um campo magn´etico. Esta tens˜ao ´e indesej´avel e inevit´avel, limitando a precis˜ao a sinais de pequena magnitude.

Existem trˆes fontes principais de tens˜ao de offset que ser˜ao mencionadas neste trabalho: • Processo de fabrica¸c˜ao, produzidas por deforma¸c˜ao geom´etrica da ´area ativa, desalinha-

mento entre os contatos-sensor ou n˜ao uniformidade do processo;

• Descasamento das propriedades da regi˜ao ativa, como a mudan¸ca da mobilidade associada ao estresse mecˆanico e ao efeito piezo-resistivo apresentado no Cap´ıtulo 4.

Cap´ıtulo 5. Sensor tipo placa Hall Octogonal 39 • O efeito Seebeck, que gera uma diferen¸ca de potencial associado `a temperatura.

5.3.4

Ru´ıdo em placas Hall

O n´ıvel de ru´ıdo em placas Hall limita a precis˜ao que pode ser atingida por um dispositivo, visto que estes efeitos estoc´asticos mascaram baixos n´ıveis de tens˜ao de sa´ıda.

Existem duas fontes principais de ru´ıdo: o ru´ıdo t´ermico, que se caracteriza por ser um ru´ıdo branco constante em frequˆencia que ´e explicada pelas varia¸c˜oes aleat´orias no movimento dos portadores; e o ru´ıdo flicker (ou ru´ıdo 1/f ), de baixa frequˆencia, causado principalmente pelo efeito das cargas nas interfaces e defeitos do po¸co que constitui a placa Hall, especialmente se existir uma interface ´oxido-semicondutor.

A densidade espectral do ru´ıdo ´e ilustrada na Figura 5.5 (reeditado de [4]), e descrita na seguinte equa¸c˜ao:

SNV(f) = SVα(f ) + SVT (5.9)

Figura 5.5: Densidade de ru´ıdo espectral em dispositivos Hall.

Onde SNV(f) representa a densidade de ruido em fun¸c˜ao da frequˆencia, SVα(f ) a densidade

de ruido flicker que aparece em baixa frequˆencia e SVTo ruido t´ermico, contribui¸c˜ao constate em todo o espectro. A frequˆencia fcque aparece na Figura 5.5 corresponde ao ponto de intercep¸c˜ao

das contribui¸c˜oes do ruido flicker e t´ermico.

5.3.5

Deriva t´ermica

Podemos observar nas Equa¸c˜oes 5.3 e 5.6, a dependˆencia da resistˆencia e da tens˜ao de sa´ıda com rela¸c˜ao a densidade de portadores e a mobilidade de portadores, propriedades que dependem da temperatura de opera¸c˜ao.

No intervalo de temperatura relevante para este trabalho (entre −40oC e 100oC), podemos

Cap´ıtulo 5. Sensor tipo placa Hall Octogonal 40

dade com a temperatura para diferentes n´ıveis de dopagem, cuja varia¸c˜ao ´e ilustrada na Figura 5.6 [36].

a

Figura 5.6: Mobilidade de portadores em diferentes temperaturas para v´arios n´ıveis de Dopagem de Sil´ıcio tipo n.

Menos representativo, ao ponto de poder ser considerado praticamente constante na tem- peratura, ´e o efeito da varia¸c˜ao na densidade de portadores. Entre 250K e 400K podemos considerar que todos os dopantes se encontram ativos e o n´umero de portadores intr´ınsecos ni

n˜ao ´e significativo, mantendo constante a concentra¸c˜ao de cargas, como pode ser observado na Figura 5.7 [37].

Dado que a sensibilidade `a tens˜ao e `a corrente depende diretamente da mobilidade e da concentra¸c˜ao de portadores ´e esperada uma varia¸c˜ao ao se alterar a temperatura. Esta varia¸c˜ao ´

e denominada deriva t´ermica da sensibilidade. A Figura 5.8 mostra esta varia¸c˜ao tanto para a sensibilidade `a tens˜ao com `a corrente para um sensor Hall comercial[38].

Cap´ıtulo 5. Sensor tipo placa Hall Octogonal 41

Figura 5.7: Densidade de Portadores versus Temperatura para diferentes dopagens em Sil´ıcio

Figura 5.8: Deriva t´ermica da sensibilidade `a tens˜ao Sv e sensibilidade `a corrente SI .

vez que podem sofrer deforma¸c˜oes com a temperatura e a umidade, o que acarretaria mudan¸cas maiores na mobilidade, induzidas agora pelo efeito piezo-resistivo.

Documentos relacionados