單片集成三維磁場傳感器研究.pdf

1、分類號UDC密教壘孤。暑黿≯產(chǎn)篝碩士研究生學位論文單片集成三維磁場傳感器研究申請人：學號：培養(yǎng)單位：學科專業(yè)：研究方向：指導教師：完成日期：楊向紅2141220電子工程學院微電子學與固體電子學傳感器MEMS趙曉鋒教授2017年4月20日11UIIllIIIIlUllIIIIIIIY3215860中文摘要本文基于MEMS技術(shù)和CMOS工藝設(shè)計一種單片集成三維磁場傳感器，該結(jié)構(gòu)由兩個硅磁敏三極管(SMST)差分結(jié)構(gòu)、一個霍爾磁場傳感器和一個

2、高磁導率材料聚磁結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其中，由SMSTl管和SMST3管構(gòu)成的第一差分結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對外加磁場x方向分量瞰的測量；由SMST2管和SMST4管構(gòu)成的第二差分結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對外加磁場Y方向分量B，的測量；基于霍爾效應和導磁材料聚磁原理，霍爾磁場傳感器和聚磁結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對外加磁場z方向分量B：的測量，聚磁結(jié)構(gòu)對磁場的放大，可提高霍爾磁場傳感器磁靈敏度。在此基礎(chǔ)上，采用半導體器件模擬軟件TCADAtlas構(gòu)建單片集成三維磁場傳感器仿真模型，并進行磁敏特性

3、及溫度特性仿真研究；采用有限元分析軟件ANSYS150構(gòu)建高磁導率聚磁結(jié)構(gòu)仿真模型并進行特性仿真分析。采用集成電路版圖設(shè)計軟件LEdit設(shè)計單片集成三維磁場傳感器芯片版圖，基于MEMS技術(shù)和CMOS工藝在晶向高阻單晶硅襯底上完成單片集成三維磁場傳感器芯片制作，并通過內(nèi)引線封裝技術(shù)完成傳感器封裝。在室溫條件下(300K)，本文通過采用半導體參數(shù)測試系統(tǒng)(KEITHLEY4200)、高精度磁場發(fā)生器(CH100)和溫度測試系統(tǒng)分別對單片集成

4、三維磁場傳感器進行走％E特性、磁敏特性和溫度特性研究。實驗結(jié)果表明，當電源電壓％D為50v和基極注入電流如為80mA時，單片集成三維磁場傳感器中x方向和Y方向兩個磁敏三極管差分結(jié)構(gòu)磁靈敏度分別為1077mV／T、1037mV／T，z方向霍爾磁場傳感器在聚磁封裝結(jié)構(gòu)中磁靈敏度為1086mV／T。實驗結(jié)果表明，單片集成三維磁場傳感器能夠同時實現(xiàn)對空間磁場三個分量瞰、鼠和傷的測量，且具有較低的交叉干擾現(xiàn)象和較好的一致性，為集成化傳感器進一步研