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)由四個立體結(jié)構(gòu)硅磁敏三極管和一個霍爾磁傳感器構(gòu)成，包括四個發(fā)射極、四個基極、四個集電極、兩個霍爾電壓輸出端和兩個控制電流極。理論分析表明，沿x軸和y軸相反磁敏感方向放置的四個硅磁敏三極管構(gòu)成兩對差分結(jié)構(gòu)，分別實現(xiàn)二維平面內(nèi)x軸和y軸方向磁場測量，芯片中心位置霍爾磁傳感器實現(xiàn)z軸方向磁場測量，該結(jié)構(gòu)能夠檢測空間三維磁場。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)可完成空間磁場測量并實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，通過L-Edit軟件設(shè)計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，通過集成電路內(nèi)引線壓焊技術(shù)實現(xiàn)芯片封裝。
　　在室溫條件下，采用CH-Hall磁場校準(zhǔn)系統(tǒng)對封裝后的三維磁傳感器進(jìn)行靜態(tài)特性測試，

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，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，z方向霍爾磁傳感器磁靈敏度為74 mV/T。在此基礎(chǔ)上，實驗研究單片集成三維磁傳感器在恒定磁場中分別沿x軸、y軸和z軸等方向旋轉(zhuǎn)時的磁特性。研究結(jié)果表明，單片集成三維磁傳感器沿x方向和y方向四個立體結(jié)構(gòu)硅磁敏