新型MEMS磁敏傳感器的研究.pdf

1、磁場(chǎng)測(cè)量、導(dǎo)航、潛艇探測(cè)、轉(zhuǎn)速測(cè)量和電子羅盤等方面都需要微型化、功耗低、成本低的新型高靈敏度磁敏傳感器。MEMS磁敏傳感器因測(cè)量范圍大、分辨率高、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是近年來磁敏傳感器研究的熱點(diǎn)。其中MEMS鐵磁磁敏傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，開展MEMS鐵磁磁敏傳感器的研究具有重要意義。
　　本文基于硅橋開展了兩種新型MEMS磁敏傳感器的研究，第一種利用鐵磁體在磁場(chǎng)中的扭矩效應(yīng)；另一種利用磁流變彈性體(MRE)在磁場(chǎng)中

2、的的磁彈性效應(yīng)。論文的主要工作如下：
　　1.提出了一種基于硅橋和鐵磁體的新型MEMS磁敏傳感器，通過鐵磁體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的扭矩與硅橋的耦合作用來檢測(cè)磁場(chǎng)。該新型磁敏傳感器與IC工藝兼容性好、易于批量生產(chǎn)，并且功耗低、成本低、體積小、穩(wěn)定性好。
　　2.通過對(duì)硅橋的基礎(chǔ)理論、磁化理論和磁-結(jié)構(gòu)耦合效應(yīng)的分析，推導(dǎo)了新型MEMS鐵磁磁敏傳感器的輸出表達(dá)式，分析了影響該磁敏傳感器性能的各項(xiàng)因素，如鐵磁體側(cè)面積、高度、退磁因子等，為

3、傳感器性能的改進(jìn)提供了依據(jù)。
　　3.在理論分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用有限元軟件建立了新型MEMS鐵磁磁敏傳感器的有限元模型，對(duì)新型磁敏傳感器在磁場(chǎng)作用下的輸出進(jìn)行了磁結(jié)構(gòu)耦合仿真。研究了鐵磁體的形狀、尺寸對(duì)磁敏傳感器輸出的影響，并對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　4.制備了新型MEMS鐵磁磁敏傳感器樣品，對(duì)它們的輸出響應(yīng)、磁滯、重復(fù)性、響應(yīng)時(shí)間等特性進(jìn)行了測(cè)試及分析，并重點(diǎn)研究了高徑比對(duì)磁敏傳感器輸出特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鐵磁體

4、的高徑比對(duì)傳感器的性能有明顯的影響。對(duì)提出的改進(jìn)型“T”形鐵磁磁敏傳感器進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，新型MEMS鐵磁磁敏傳感器性能有了很大的改善。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了理論分析和仿真分析。
　　5.提出了一種基于硅橋和MRE的新型MEMS磁敏傳感器，通過MRE在磁場(chǎng)中的磁彈性與硅橋的耦合作用來檢測(cè)磁場(chǎng)，分析了該MEMS磁敏傳感器的工作機(jī)理，并對(duì)制備的MRE磁敏傳感器樣品進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了MRE磁彈性效應(yīng)的原理。該MEMS磁敏傳感器與新型MEMS鐵磁磁敏