基于MEMS技术低交叉干扰空间磁矢量传感器研究

发布时间：2020-05-13 11:22

【摘要】：为实现空间磁矢量传感器检测空间磁场的准确度,降低三个方向上磁交叉干扰是必要的。本文基于MEMS技术和隔离技术设计一种低交叉干扰空间磁矢量传感器,该传感器以单晶硅片为衬底,在器件层上制作四个立体结构硅磁敏三极管(SMST1、SMST2、SMST3和SMST4)和两个霍尔磁场传感器(HM1和HM2)。采用SMST1、SMST3与两个负载电阻构成第一对差分结构作为第一个磁敏感单元,可实现x方向磁场分量(B_x)检测;由SMST2、SMST4与两个负载电阻构成第二对差分结构作为第二个磁敏感单元,可实现y方向磁场分量(B_y)检测;HM1和HM2的霍尔输出端串联输出作为第三个磁敏感单元,可实现z方向磁场分量(B_z)检测。基于传感器基本结构,采用TCAD-Atlas软件构建了低交叉干扰空间磁矢量传感器结构仿真模型,并进行传感器磁敏感特性、磁灵敏度交叉干扰及其温度特性仿真研究,结合仿真结果利用L-Edit软件设计传感器芯片版图。利用MEMS工艺完成低交叉干扰空间磁矢量传感器芯片制作,并实现芯片无磁化封装。在室温条件下,采用自搭建传感器特性测试系统分别对低交叉干扰空间磁矢量传感器中硅磁敏三极管的I_c-V_(ce)特性、三个方向磁场传感器磁敏特性、磁交叉灵敏度特性和温度特性进行测试和分析。实验结果表明,磁场在-300.0 mT~300.0 mT范围内,当工作电压为5.0 V,基极注入电流为3.0 mA时,三个方向磁场传感器磁灵敏度分别为229.9 mV/T、207.4 mV/T和197.2 mV/T,磁交叉干扰低于6.3%。空间磁矢量传感器利用隔离墙有效降低了三个方向上磁灵敏度交叉干扰。
【图文】：

矢量传感器,交叉灵敏度,磁场传感器,激发电压

场 z 方向分量（Bz）测量，并且磁场传感器输出电压，进而提高互影响，会产生磁交叉灵敏度[敏感单元进行隔离，，降低交叉现状用科学大学在《IEEE Transacti器和磁通导向器（FG，Fluxg量传感器结构。所有元器件集当施加 0.4V 的峰-峰激发电压 V/T，240 .0V/T 和 220 .0V/T度处于 3.0 和 9.0 nT/Hz 之间

磁力计,单桥

a） b）图 1-2 单桥 GMR 磁力计结构[17]) GMR 薄膜和磁导的布局 b) 单桥传感器结构图. 1-2 Structure of a single-bridge GMR magnetometeMR thin film and fluxguide b) single-bridge senso应用科学大学在《Journal of Applied Physi维磁力计由三个 GMR 传感器和圆柱形 FG 1-3 所示。当施加平行表面磁场，无 FG 时V/T、128.0V/T 和 133.0V/T，有 FG 时，三80.0V/T 和 188.0V/T，但施加垂直平面磁场0 V/T、66.0 V/T 和 56.0 V/T。
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212

【参考文献】