單片集成三維磁場(chǎng)傳感器研究.pdf

1、分類號(hào)UDC密教壘孤。暑黿≯產(chǎn)篝碩士研究生學(xué)位論文單片集成三維磁場(chǎng)傳感器研究申請(qǐng)人：學(xué)號(hào)：培養(yǎng)單位：學(xué)科專業(yè)：研究方向：指導(dǎo)教師：完成日期：楊向紅2141220電子工程學(xué)院微電子學(xué)與固體電子學(xué)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(jì)一種單片集成三維磁場(chǎng)傳感器，該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)硅磁敏三極管(SMST)差分結(jié)構(gòu)、一個(gè)霍爾磁場(chǎng)傳感器和一個(gè)

2、高磁導(dǎo)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(shí)現(xiàn)對(duì)外加磁場(chǎng)x方向分量瞰的測(cè)量；由SMST2管和SMST4管構(gòu)成的第二差分結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)外加磁場(chǎng)Y方向分量B，的測(cè)量；基于霍爾效應(yīng)和導(dǎo)磁材料聚磁原理，霍爾磁場(chǎng)傳感器和聚磁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)外加磁場(chǎng)z方向分量B：的測(cè)量，聚磁結(jié)構(gòu)對(duì)磁場(chǎng)的放大，可提高霍爾磁場(chǎng)傳感器磁靈敏度。在此基礎(chǔ)上，采用半導(dǎo)體器件模擬軟件TCADAtlas構(gòu)建單片集成三維磁場(chǎng)傳感器仿真模型，并進(jìn)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(dǎo)率聚磁結(jié)構(gòu)仿真模型并進(jìn)行特性仿真分析。采用集成電路版圖設(shè)計(jì)軟件LEdit設(shè)計(jì)單片集成三維磁場(chǎng)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(chǎng)傳感器芯片制作，并通過(guò)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(guò)采用半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)(KEITHLEY4200)、高精度磁場(chǎng)發(fā)生器(CH100)和溫度測(cè)試系統(tǒng)分別對(duì)單片集成

4、三維磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行走％E特性、磁敏特性和溫度特性研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電源電壓％D為50v和基極注入電流如為80mA時(shí)，單片集成三維磁場(chǎng)傳感器中x方向和Y方向兩個(gè)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(chǎng)傳感器在聚磁封裝結(jié)構(gòu)中磁靈敏度為1086mV／T。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單片集成三維磁場(chǎng)傳感器能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間磁場(chǎng)三個(gè)分量瞰、鼠和傷的測(cè)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(jìn)一步研