基于MEMS磁传感器设计及制作“nb88新博官方网站”

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本文摘要:由于磁传感技术受到灰尘、污垢、油脂、振动和湿度的影响,磁传感器被广泛应用于工业设备和电子仪器中,如磁共振光学、生产自动控制、过程工业、煤矿勘探、电流测量、铁磁材料的缺失定位和残余变形检测等。

由于磁传感技术受到灰尘、污垢、油脂、振动和湿度的影响,磁传感器被广泛应用于工业设备和电子仪器中,如磁共振光学、生产自动控制、过程工业、煤矿勘探、电流测量、铁磁材料的缺失定位和残余变形检测等。为了满足不同场合的应用,根据不同的传感原理制作了合适的磁传感器,如超导量子干涉器件(SQUID)、磁通门磁力仪、霍尔效应传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器和微机电系统(MEMS)磁传感器。在这些传感器中,SQUID虽然能观察到超过磁感应强度(fT)的情况,但器件必须在低温下加热,易受电磁干扰,所以必须是简单的外围设备;磁通门磁力仪具有体积大、功耗大、工作范围小、不能检测静磁场的特点,这使得它可以应用于;霍尔效应传感器表明,降低灵敏度取决于降低功耗。而AMR传感器拒绝沉积磁性材料和自动校正系统,在几mT时容易出现饱和状态;由于微机电系统技术可以使传统的磁传感器小型化,基于微机电系统的磁传感器具有体积小、性能低、成本低、功耗低、灵敏度高、可批量生产等优点。

并且其制造材料大多是硅,这避免了需要使用类似的磁性材料来制造磁传感器及其对测量磁场的影响。本文综述了基于微机电系统的磁传感器的主要设计、制造、传感技术和器件特性,并对其未来发展进行了展望。1.微机电系统磁传感器的设计与制作1.1微机电系统磁传感器的设计为了获得高性能的微机电系统磁传感器,首先要根据其应用对象来设计器件,然后确定器件的结构、材料、工作原理和传感器技术。微机电系统设计人员可以根据仿真和建模工具自由选择生产传感器的最佳工艺和材料,并预测微机电系统磁传感器的性能。

同时,设计人员必须考虑器件制作过程中不应该观察到的材料生长、器件制作、信号调制和传感器技术的规律,以防止影响传感器性能的错误再次发生。开发者在使用MEMS传感器时,必须考虑以下几点:(1)优化器件结构设计;纸箱设计;可靠的材料性能和标准的生产工艺;合适的设计和建模工具;增加电子噪声和寄生电容;可信信号处理系统;可信的测试。目前常用的MEMS设计工具有MEMSCAP、CoventorWare、IntelliSuite、Sandia超平面多级技术(Summit)。

这些设计工具有创建传感器布局和检查设计规则的模块,可以模拟微加工过程的步骤,不利于增加获得高性能MEMS磁传感器的时间。1.2微机电系统磁传感器的制造一般来说,微机电系统磁传感器的制造可以通过体或表面微加工技术来构造。硅因其优异的机械和电气性能而被用作其主要加工材料。

例如,硅具有更大的机械延迟和类似的1GPa的脱落变形。此外,掺杂磷或硼的硅的电性能可以显著改善。体微加工技术通过各向同性和各向异性材料,利用湿法和干法延伸技术转移和印刷必要的材料结构。

表面微加工技术是通过在衬底上沉积、构图和转移不同的材料层来生产微机电系统器件。一般来说,这些层用于建筑和英雄牺牲层。

图1显示了通过体加工和表面微加工制造的磁传感器的扫描电镜。


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