Die Hall-Sensoren der Zukunft

Der Hall-Sensor ist auch als Hall-Sonde oder Hall-Geber bekannt. Zuständig ist er für die Messung von Magnetfeldern und dies geschieht mit Hilfe des so genannten Hall-Effekts. Der Hall-Sensor wird zuerst von Strom durchflossen, anschließend in ein senkrecht dazu verlaufendes Magnetfeld gebracht und sorgt dann dafür, dass Ausgangsspannung geliefert wird, die proportional zum Produkt aus magnetischer Feldstärke und Strom verläuft. Anwendung findet der Hall-Sensor beispielsweise auf dem Gebiet der Magnetfeldmessung, als Schichtdickenmessgerät oder bei der potentialfreien Strommessung. Im alltäglichen Leben entspricht seine Funktion unter anderem der im Pkw. Hier wird er im Gurtschloss oder im Schließsystem der Tür verwendet. Mehr Informationen dazu gibt es auf http://de.wikipedia.org/wiki/Hall-Sensor. Drei deutsche Forscher haben es kürzlich geschafft, im Bereich der Hall-Sensoren ein 3D Format zu entwickeln, mit dem eine exakte Positionsmessung mit den Vorteilen von Magnetfeldsensoren möglich gemacht wird.

Drei Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) wollten sich mit den bisherigen Funktionen des Hall-Sektors nicht zufriedengeben. Michael Hackner, Markus Stahl-Offergeld und Hans-Peter Hohe gelang kürzlich der Durchbruch im Bereich der so genannten 3D Hall-Sensoren. Bisher war es so, dass herkömmliche Sensoren nur die Feldstärke des senkrecht zur Chipoberfläche gelegenen Magnetfelds erfassen konnten. Dieser Charakterzug war in den meisten Fällen ausreichend, oftmals aber auch als störanfällig und ungenau bekannt. Die drei Ingenieure dachten sich, dass diese Mängel nur dann behoben werden können, wenn man den Sensor zu einem 3D Hall-Sensor umfunktioniert.

Um dies in die Tat umzusetzen, wurden mehrere Sensoren auf einem Chip miteinander verschaltet. Damit konnte gewährleistet werden, dass die Messgenauigkeit der einzelnen Sensoren sich erhöht. Man ordnete anschließend die Sensoren so an, dass sie das dreidimensionale Magnetfeld in einem Punkt messen konnten, woraus Pixelzellen entstanden. Dies war der Anfang einer neuen Generation von 3D Hall-Sensoren. Diese können unter anderem die exakte Position eines Objekts berechnen, aber natürlich auch alle drei Raumachsen eines Magnetfelds erfassen. Ein eigener Sensor für jede der drei magnetischen Achsen gehört natürlich zu dem Sensorchip dazu. Die Sensoren wurden in der Pixelzelle zusammengelegt. So können sie, je nach Messgeschwindigkeit, eine Auflösung von wenigen Mikrotesla erreichen. Der neue Hall-Sensor in 3D ist komplex, kann jedoch mit Standardprozessen der Halbleitertechnik hergestellt werden, weshalb das Produkt an sich relativ kostengünstig ist. Mehr Informationen über die Erfindung gibt es auf: www.iis.fraunhofer.de.

Doch damit nicht genug, denn die drei Forscher legen nach diesem Coup noch lange nicht die Hände in den Schoß. Als nächstes soll ein Sensor für die fünfachsige Positionsmessung entwickelt werden. Damit könnten dann mehrere mechanische Freiheitsgrade gleichzeitig erfasst werden, zum Beispiel Verschiebungen und Drehbewegungen des Magneten in verschiedene Richtungen. Da es sich hierbei um eine bemerkenswerte Erfindung handelt, wurden die drei Forscher mit einem der diesjährigen Joseph-von-Fraunhofer Preise ausgezeichnet und damit für ihre Innovation gelobt. Sensoren werden für uns Normalsterbliche, die sich nicht viel mit Technik auskennen, wohl immer ein Rätsel bleiben. Sie sorgen halt im Inneren der Geräte, die wir benutzen, dafür, dass diese funktionieren und wir besondere Dinge mit ihnen machen können. Ein solcher Durchbruch in der Technik wird uns also allen zu Gute kommen, auch wenn wir es in dem Moment gar nicht merken werden.