磁敏传感器介绍说明

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1、磁敏传感器介绍内容介绍:一;磁传感器发展历史(引言)二;磁敏传感器工作原理三;半导体传感器特点四;简述美国Crossbow公司CXCOMPASS传感器一:引言磁场传感器是可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的装置。自然界和人类社会生活的许多地方都存在磁场或与磁场相关的信息。利用人工设置的永久磁体产生的磁场，可作为许多种信息的载体。因此，探测、采集、存储、转换、复现和监控各种磁场和磁场中承载的各种信息的任务，自然就落在磁场传感器身上。在当今的信息社会中，磁场传感器已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件。目前，人们已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁传感器，并已

2、在科研、生产和社会生活的各个方面得到广泛应用，承担起探究种种信息的任务。目前已经出现的半导体磁传感器，主要有霍尔效应传感器（Halleffectsensor）、半导体磁致电阻器（Semiconductivemagneto-resistor）、磁敏二极管（Magneto-diode）、载流子畴磁强计（Carrierdomainmagnetometer）、Z-元件以及以这些元器件为磁—电转换器（或称敏感头）的各种半导体磁敏功能器件，例如磁敏开关集成电路、直流无刷电机专用电路、磁敏运算放大器、磁罗盘和三维磁强计等等，并形成了一个庞大的产品群落，其中发展最早、最成熟、应用最广泛、产

3、量最大的，首推霍尔效应器件(以下简称霍尔器件)。除了上述以半导体磁敏器件作为敏感头的各种全半导体磁敏传感器之外，目前，其他各种磁传感器，例如超导量子干涉器件（SQUID）、核磁共振磁强计（Nuclearmagneticresonancemagnetometer）、铁磁金属膜磁致电阻器（Ferromagneticmetalthinfilmresistor）、巨磁致电阻（Giantmagneto-resistance）器件、巨磁致阻抗（Giantmagneto-impedance）器件、磁通门磁强计(Fluxgatemagnetometer)和磁感应传感器（Magneto-in

4、ductivesensor）等等，都在不断的改进中，逐步使其敏感头结构和工艺以及信号处理电路等和半导体集成技术兼容，并利用半导体材料和技术，向微型化、集成化、系统化、智能化的方向稳步前进。本文以半导体磁电转换器为敏感头的磁传感器为讨论重点。二、半导体磁传感器的基本结构与工作原理半导体的导磁率低，它们的μr≈1，磁场不会使它发生磁化。那么，它靠什么来实现磁电转换呢?我们知道，半导体片中的电流是其中的载流子(电子和空穴)在电场作用下作漂移运动所形成的。运动的载流子周围感生磁场，外磁场和载流子产生的磁场相互作用会产生力，即洛仑兹力。这个力使载流子的运动路径发生变化，使电流发生了偏

5、转，这是一切半导体磁场传感器的物理基础。各种半导体磁场传感器的性能，都决定于它们使用的材料性质，几何因数(形状、尺寸、结构安排)和工作条件(工作电流、电压、外加磁场的磁感应强度、方向等)。下面，对各种半导体磁场传感器的基本结构和工作原理作简要介绍。1、霍尔效应器件对于一个有足够长度的半导体片来说，洛仑兹力使载流子路径发生弯曲并会产生一个电场力，这个电场力会拒斥继续偏转过来的载流子，直到电场力和洛仑兹力相等，建立一种动态平衡。这时，在半导体片两侧会产生电位差，这便是霍尔效应。霍尔器件即是根据霍尔效应原理设计的磁场敏感元件，其中CCl和CC2为电流电极，Sl和S2叫敏感电极，在

6、CCl和CC2间通入工作电流I，在与芯片表面垂直的方向加上磁感应强度为B的磁场，则在Sl和S2间可得到霍尔电压VH。若令I恒定，则称为电流驱动工作方式，有：VH= GBI（1）式中，q—电子电荷；G—几何修正因子；B—外加磁场磁感应强度；t—霍尔片厚度；n—载流子（电子）浓度。可以看出，VH正比于B，因而可用来传感和测量磁场。若令工作电压V恒定，则为电压驱动工作方式，有：VH=mnGBV（2）式中：mn—在磁场作用下的载流子迁移率，又称霍尔迁移率。在n型材料中，mn为磁场作用下的电子迁移率。W—霍尔片宽度；L—霍尔片长度；式（1）和式（2）说明，为了得到高的霍尔电压，采用霍

7、尔迁移率高的半导体材料，并将霍尔片做的尽可能薄，让作用区中的电子浓度尽可能低。霍尔片也可作成MOS管结构，利用它的导电沟道来作敏感作用区。一般的霍尔片的工作电流，都在芯片中平行于芯片表面流动，被测磁场垂直于芯片表面，这类霍尔片称作横向霍尔片。随着半导体集成技术和微电子机械加工（MEMS）技术的日趋成熟，又出现了用MEMS技术进行机械开槽或用深层掩埋方法，使工作电流垂直于芯片表面流动，对平行于芯片表面的磁场敏感的新型霍尔片，称为“垂直霍尔元件”.2、磁致电阻器宏观的看，洛仑兹力使电流发生偏转，使其路径增长，因此电阻增