基于永磁薄膜的MEMS磁传感器设计与制作.pdf

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1、2014年第33卷第5期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)59＼设计与制造、基于永磁薄膜的MEMS磁传感器设计与制作龙亮，钟少龙，吴亚明(1．中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室，上海200050；2．中国科学院大学微系统与信息技术学院，上海200050)摘要：提出了一种基于永磁薄膜的新型MEMS磁传感器，磁传感器由MEMS扭摆、CoNiMnP永磁薄膜和差分检测电容等部分组成。分析了磁传感器的磁敏感原理和电容检测原理，提出了器件的结构参数并对器件进行了模态仿真。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS磁传感

2、器样品，并进行了测试。测试结果表明：得到的MEMS磁传感器的电容灵敏度可达到27．7fF／mT，且具有良好的线性度。根据现有的微小电容检测技术，传感器的磁场分辨率可达到36nT。关键词：磁传感器；CoNiMnP永磁薄膜；电容检测；微机电系统中图分类号：Tm936．1文献标识码：A文章编号：1000--9787(2014)05-0059-03DesignandfabricatUi~onoI“MEMSmaag：ne；tilcCsSensor1basedlOn1)ermanent·magnet¨lChi'mL0NGLiang。ZHONGShao．1ong．WUYa．ming(1．Stat

3、eKeyLaboratoryofTransducerTechnology，ShanghaiInstituteofMicrosystemandInformationTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shanghai2O0o50，China；2．SchoolofMicrosystemandInformationTechnology，UniversityofChineseAcademy0fSciences，Shanghai200050，China)Abstract：AnovelMEMSmagneticsensorbasedonpermanentmag

4、neticfilmisproposed，includingaMEMStorsionalpendulum，aCoNiMnPpermanentmagneticfilmanddifferentialdetectioncapacitances．Theoriesofmagneticsensingandcapacitivedetectionareanalyzedandstructureparametersarepresentedandmodelsimulationofthedeviceiscarriedout．MEMSmagneticsensorsamplearefabricatedsucce

5、ssfullybyMEMSprocesstechnologyanditistested．ThetestresultsshowthattheMEMSmagneticsensorhasgoodlinearity，itscapacitancesensitivityis27．7fF／mT．Magneticfieldresolutionofsensorcanreach36nT，accordingtoexistingmicrocapacitancedetectiontechnology．Keywords：magneticsensor；CoNiMnPpermanentmagneticfilm；c

6、apacitancedetection；micro—electro-mechanicalsystem(MEMS)0引言．该类MEMS磁传感器中，产生磁力的磁体与微机械结构结磁传感器是指能将磁信号转换为电信号、光信号等便合在一起，工作时无需将其激励到谐振状态，因此，也无需于检测的物理量的装置。磁传感器应用广泛，可用于智能对探头进行真空封装，可大幅降低磁传感器的制作成本。交通、医疗、探矿、电子罗盘等多种场合”J。与传统磁传用于制作MEMS磁传感器的磁性薄膜，常使用软磁薄感器相比，MEMS磁传感器具有体积小、成本低、功耗低、可膜。软磁薄膜的矫顽力低，剩磁小，在受到较强外磁场的干批量化生产

7、等特点，其研究已引起了广泛的关注。扰时，容易改变其磁化方向，造成MEMS磁传感器的性能在种类众多的MEMS磁传感器中，基于磁性薄膜的下降甚至失效。永磁薄膜矫顽力大，剩磁高，用于制作MEMS磁传感器由于其工作时探头不需要激励，可以降低MEMS磁传感器，可提高磁传感器的灵敏度和分辨率，并且MEMS磁传感器的功耗，因此，发展成为一类重要的MEMS薄膜性能不易受外界磁场干扰，所以，磁传感器性能更加稳磁传感器。文献[5]中研制的磁传感器分辨率达到0．2。定。但永磁薄膜的制作工艺