基于磁阻效应二维磁场传感器研究

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1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文基于磁阻效应二维磁场传感器研究申请人:邓祁学号:2151254培养单位:电子工程学院学科专业:微电子学与固体电子学研究方向:传感器MEMS指导教师:赵晓锋教授完成日期:2018年5月17日中文摘要中文摘要本文基于磁控溅射方法和剥离工艺给出一种基于磁阻效应的二维磁场传感器，该结构主要由八个巨磁电阻连接形成两个惠斯通电桥。磁敏电阻为利用磁控溅射的方法在SiO2/Si衬底上制作的多层膜结构，每个多层膜结构由4部分组成，由下到上分别为衬底层(SiO2/Si)、底电极Al层、(Co/Cu/Co)n多层膜以及Al顶电极层。基于多层膜材料的磁电阻效应，当外加磁场时，电

2、阻条的阻值随着磁场B的变化而发生改变，导致惠斯通电桥失去平衡，产生一个输出信号，可以实现磁场的检测。在此基础上，通过几何结构及工艺参数优化，采用集成电路版图设计软件L-Edit设计4种二维磁场传感器的芯片版图，利用磁控溅射方法在热氧化的高阻单晶硅衬底上制备(Co/Cu/Co)n多层膜层，采用剥离工艺完成该传感器芯片的制作，并通过内引线超声压焊技术实现芯片无磁化封装。在室温条件下，本文通过采用高精度磁场发生器对基于磁阻效应的二维磁场传感器磁特性进行了测试分析。结果给出，当电源电压V=5.0V时，在0.1Gs~1Gs的磁场范围内二维磁场传感器中x方向和y方向磁灵敏度分别为65μV/Gs和35μV

3、/Gs，实验结果表明磁阻效应磁场传感器能够实现二维磁场的测量。关键词：磁阻效应；二维磁场传感器；Co/Cu/Co多层膜；工艺参数--I黑龙江大学硕士论文AbstractInthispaper,amagneto-resistivetwo-dimensionalmagneticfieldsensorstructurebasedonmagnetronsputteringandstrippingprocessisproposed.ThestructureismainlycomposedofeightgiantmagnetoresistancesconnecttoformtwopairsofWheat

4、stonebridges.ThemagnetoresistiveresistorisamultilayerfilmstructurefabricatedonaSiO2/Sisubstratebymagnetronsputtering.Eachmulti-layerfilmstructureconsistsoffourparts:asubstratelayer(SiO2/Si),abottomelectrodeAllayer,a(Co/Cu/Co)nmultilayerfilmlayer,andanAltopelectrodelayer.Basedonthemagnetoresistancee

5、ffectofthemultilayerfilmmaterial,whenamagneticfieldisapplied,theresistanceoftheresistancestripchangeswiththechangeofthemagneticfieldB,resultingintheWheatstonebridgelosingbalanceandgeneratinganoutputsignaltorealizethedetectionofthemagneticfield.Onthisbasis,throughtheoptimizationofgeometryandprocessp

6、arameters,thechiplayoutoffourkindsoftwo-dimensionalmagneticfieldsensorsisdesignedusingtheintegratedcircuitlayoutdesignsoftwareL-Edit,andthehigh-resistancesingle-crystalsiliconsubstrateisthermallyoxidizedbymagnetronsputtering.The(Co/Cu/Co)nmulti-layerfilmwaspreparedandthesensorchipwascompletedusinga

7、lift-offprocess.Thenon-magnetizedpackageofthechipwasachievedbytheultrasonicweldingofinnerleads.Atroomtemperature,themagneticpropertiesofatwo-dimensionalmagneticfieldsensorbasedonmagnetoresistanceeffectweres