Galfenol/金刚石MEMS磁传感器的制备及性能研究
发布时间：2021-04-27 04:58
磁传感器在人类生活中发挥着越来越重要的作用。尤其在极端高温环境下,例如矿产/石油勘探、空间勘探、飞机发动机转速控制等领域,都急需高灵敏度、高可靠性的磁传感器。目前,现有的高温磁传感器存在严重的物理局限性和材料缺陷,导致磁灵敏度低和可靠性差。一般情况下,高温会导致材料性能的弱化,从而使其制备的器件功能失效。金刚石材料具有优异的机械、物理、电学和化学惰性,使其成为制备高可靠性功能器件的首选材料。Galfenol（FeGa）薄膜具有高的磁致伸缩系数和居里温度,使其成为制备高温磁传感器件极具潜力材料。鉴于此,为了克服高温磁传感的挑战,本工作在单晶金刚石（SCD）衬底上制备FeGa薄膜,并以此为基础提出了一种新型磁传感器件结构,即采用具有高磁致伸缩系数FeGa薄膜与SCD MEMS简谐振子相耦合的结构,从而实现从常温到高温的磁探测功能。本文研究了FeGa薄膜最佳生长工艺及性能影响机制。阐述了界面调控FeGa薄膜的组织取向和性能特征机理。分析了FeGa薄膜组织和磁学性能热稳定性行为。开展了高稳定性的SCD MEMS简谐振子器件制备研究。实现了多层结构SCD基MEMS磁传感器从常温到高温的磁探测。论...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：188 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 材料概述
1.2.1 金刚石结构和性能
1.2.2 FeGa组织结构和性能
1.3 课题研究进展
1.3.1 金刚石MEMS器件研究进展
1.3.2 MEMS磁传感器研究进展
1.4 本工作的选题意义及主要研究内容
1.4.1 本工作的选题意义
1.4.2 本工作的主要研究内容
参考文献
第二章 单晶金刚石及FeGa薄膜材料的制备及性能研究
2.1 引言
2.2 单晶金刚石制备
2.2.1 单晶金刚石的生长工艺
2.2.2 单晶金刚石品质和组织表征
2.3 FeGa薄膜在金刚石衬底上的制备
2.3.1 FeGa薄膜在金刚石衬底上的制备工艺
2.3.2 FeGa薄膜性能的研究
2.4 本章小结
参考文献
第三章 FeGa/金刚石基复合结构热稳定性研究
3.1 引言
3.2 FeGa/金刚石基复合结构热稳定性试验方案
3.3 FeGa/金刚石基复合结构组织热稳定性
3.3.1 过渡层调控FeGa薄膜表面形貌和组织结构
3.3.2 不同SCD基复合结构热稳定性
3.3.3 不同SCD基复合结构中FeGa薄膜相结构热稳定性
3.4 FeGa/金刚石基复合结构磁学性能热稳定性
3.4.1 VSM技术测试不同结构中FeGa薄膜磁学性能热稳定性
3.4.2 PPMS技术测试不同结构中FeGa薄膜磁学性能热稳定性
3.5 本章小结
参考文献
第四章 金刚石基MEMS简谐振子机械性能研究
4.1 引言
4.2 金刚石基MEMS简谐振子的制备工艺
4.3 金刚石基MEMS简谐振子振动机理及测试装置
4.3.1 金刚石悬臂梁简谐振子共振频率
4.3.2 金刚石悬臂梁简谐振子品质因子
4.3.3 金刚石悬臂梁简谐振动测试装置
4.4 金刚石MEMS简谐振子稳定性研究
4.4.1 金刚石悬臂梁共振特性
4.4.2 金刚石悬臂梁高温稳定性
4.5 本章小结
参考文献
第五章 FeGa/金刚石MEMS磁传感器的制备及性能研究
5.1 引言
5.2 FeGa/金刚石MEMS简谐振子磁传感器原理
5.3 常温FeGa/金刚石简谐振子磁传感器
5.3.1 FeGa薄膜对SCD简谐振子振动特性影响
5.3.2 FeGa/SCD简谐振子磁传感性能研究
5.4 高温FeGa/金刚石MEMS简谐振子磁传感器
5.4.1 高温FeGa/SCD简谐振子磁传感性能研究
5.4.2 FeGa/SCD简谐振子磁传感器磁噪音研究
5.5 本章小结
参考文献
第六章 多层结构金刚石基MEMS磁传感器性能研究
6.1 引言
6.2 过渡层调控FeGa/金刚石基简谐振子磁传感性能研究
6.2.1 过渡层对FeGa/SCD基简谐振子共振特性影响
6.2.2 不同结构SCD基简谐振子磁传感性能
6.3 多层结构金刚石基简谐振子温度增强ΔE效应的研究
6.3.1 超高温FeGa/Ti/SCD简谐振子磁传感性能
6.3.2 多层结构简谐振子温度增强ΔE效应的研究
6.3.3 多层结构简谐振子ΔE效应与磁场方位关系的研究
6.4 本章小结
参考文献
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 工作展望
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文与专利
作者在攻读博士学位期间参与的项目及获得的奖项
致谢
【参考文献】：
博士论文
[1]Fe-Ga合金弹性模量温度特性与磁弹性应用研究[D]. 李明明.北京科技大学 2018
[2]新型Fe-Ga磁致伸缩合金物性研究[D]. 徐世峰.吉林大学 2008
本文编号：3162813
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：188 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 材料概述
1.2.1 金刚石结构和性能
1.2.2 FeGa组织结构和性能
1.3 课题研究进展
1.3.1 金刚石MEMS器件研究进展
1.3.2 MEMS磁传感器研究进展
1.4 本工作的选题意义及主要研究内容
1.4.1 本工作的选题意义
1.4.2 本工作的主要研究内容
参考文献
第二章 单晶金刚石及FeGa薄膜材料的制备及性能研究
2.1 引言
2.2 单晶金刚石制备
2.2.1 单晶金刚石的生长工艺
2.2.2 单晶金刚石品质和组织表征
2.3 FeGa薄膜在金刚石衬底上的制备
2.3.1 FeGa薄膜在金刚石衬底上的制备工艺
2.3.2 FeGa薄膜性能的研究
2.4 本章小结
参考文献
第三章 FeGa/金刚石基复合结构热稳定性研究
3.1 引言
3.2 FeGa/金刚石基复合结构热稳定性试验方案
3.3 FeGa/金刚石基复合结构组织热稳定性
3.3.1 过渡层调控FeGa薄膜表面形貌和组织结构
3.3.2 不同SCD基复合结构热稳定性
3.3.3 不同SCD基复合结构中FeGa薄膜相结构热稳定性
3.4 FeGa/金刚石基复合结构磁学性能热稳定性
3.4.1 VSM技术测试不同结构中FeGa薄膜磁学性能热稳定性
3.4.2 PPMS技术测试不同结构中FeGa薄膜磁学性能热稳定性
3.5 本章小结
参考文献
第四章 金刚石基MEMS简谐振子机械性能研究
4.1 引言
4.2 金刚石基MEMS简谐振子的制备工艺
4.3 金刚石基MEMS简谐振子振动机理及测试装置
4.3.1 金刚石悬臂梁简谐振子共振频率
4.3.2 金刚石悬臂梁简谐振子品质因子
4.3.3 金刚石悬臂梁简谐振动测试装置
4.4 金刚石MEMS简谐振子稳定性研究
4.4.1 金刚石悬臂梁共振特性
4.4.2 金刚石悬臂梁高温稳定性
4.5 本章小结
参考文献
第五章 FeGa/金刚石MEMS磁传感器的制备及性能研究
5.1 引言
5.2 FeGa/金刚石MEMS简谐振子磁传感器原理
5.3 常温FeGa/金刚石简谐振子磁传感器
5.3.1 FeGa薄膜对SCD简谐振子振动特性影响
5.3.2 FeGa/SCD简谐振子磁传感性能研究
5.4 高温FeGa/金刚石MEMS简谐振子磁传感器
5.4.1 高温FeGa/SCD简谐振子磁传感性能研究
5.4.2 FeGa/SCD简谐振子磁传感器磁噪音研究
5.5 本章小结
参考文献
第六章 多层结构金刚石基MEMS磁传感器性能研究
6.1 引言
6.2 过渡层调控FeGa/金刚石基简谐振子磁传感性能研究
6.2.1 过渡层对FeGa/SCD基简谐振子共振特性影响
6.2.2 不同结构SCD基简谐振子磁传感性能
6.3 多层结构金刚石基简谐振子温度增强ΔE效应的研究
6.3.1 超高温FeGa/Ti/SCD简谐振子磁传感性能
6.3.2 多层结构简谐振子温度增强ΔE效应的研究
6.3.3 多层结构简谐振子ΔE效应与磁场方位关系的研究
6.4 本章小结
参考文献
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 工作展望
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文与专利
作者在攻读博士学位期间参与的项目及获得的奖项
致谢
【参考文献】：
博士论文
[1]Fe-Ga合金弹性模量温度特性与磁弹性应用研究[D]. 李明明.北京科技大学 2018
[2]新型Fe-Ga磁致伸缩合金物性研究[D]. 徐世峰.吉林大学 2008
本文编号：3162813
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3162813.html
