三維磁傳感器模型構(gòu)建與集成化研究.pdf

1、本文基于霍爾效應(yīng)和立體結(jié)構(gòu)硅磁敏三極管工作原理，構(gòu)建三維磁傳感器單片集成化結(jié)構(gòu)模型。該集成化結(jié)構(gòu)由四個(gè)立體結(jié)構(gòu)硅磁敏三極管和一個(gè)霍爾磁傳感器構(gòu)成，包括四個(gè)發(fā)射極、四個(gè)基極、四個(gè)集電極、兩個(gè)霍爾電壓輸出端和兩個(gè)控制電流極。理論分析表明，沿x軸和y軸相反磁敏感方向放置的四個(gè)硅磁敏三極管構(gòu)成兩對(duì)差分結(jié)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)二維平面內(nèi)x軸和y軸方向磁場(chǎng)測(cè)量，芯片中心位置霍爾磁傳感器實(shí)現(xiàn)z軸方向磁場(chǎng)測(cè)量，該結(jié)構(gòu)能夠檢測(cè)空間三維磁場(chǎng)。根據(jù)單片集成化結(jié)構(gòu)模型，

2、采用ATLAS構(gòu)建三維磁傳感器仿真結(jié)構(gòu)模型，研究結(jié)構(gòu)參數(shù)等對(duì)磁傳感器特性影響。仿真結(jié)果給出，該結(jié)構(gòu)可完成空間磁場(chǎng)測(cè)量并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)L-Edit軟件設(shè)計(jì)單片集成化芯片版圖，基于MEMS技術(shù)在P型<100>晶向高阻單晶硅襯底上制作單片集成化三維磁傳感器芯片，芯片尺寸2.3×2.3 mm2，通過(guò)集成電路內(nèi)引線壓焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片封裝。
　　在室溫條件下，采用CH-Hall磁場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)封裝后的三維磁傳感器進(jìn)行靜態(tài)特性測(cè)試，

3、分別研究x軸、y軸和z軸方向磁傳感器特性。當(dāng)外加工作電壓為6.0V，基極注入電流為8.0 mA時(shí)，x方向差分結(jié)構(gòu)硅磁敏三極管磁靈敏度為231 mV/T，y方向差分結(jié)構(gòu)硅磁敏三極管磁靈敏度為223 mV/T;當(dāng)工作電壓為5.0 V時(shí)，z方向霍爾磁傳感器磁靈敏度為74 mV/T。在此基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)研究單片集成三維磁傳感器在恒定磁場(chǎng)中分別沿x軸、y軸和z軸等方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁特性。研究結(jié)果表明，單片集成三維磁傳感器沿x方向和y方向四個(gè)立體結(jié)構(gòu)硅磁敏