纵向结构真空磁敏传感器的原理和制造.pdfVIP

第4期 华东师范大学学报(自然科学版) No4 1998年 l2月 JournalofEastChinaNormalUniversity(NaturalScience) Dec l998 (至) 广 纵 向结构真空磁敏传感器的原理和制造 陈春辉，范忠刘新福李琼徐静芳丁尸z／Z _ 。 ’ 。 。 _ 。 _ - - _ 一 。- (华东师范大学电子科学技术系 上海 200062) 杨根庆 (中科院上海冶金所传感技术 国家重点实验室 上海 200050) 提要 该文介绍了用场发射阵列作 为电子源的纵向磁敏感传感器 (VerticalF[aldEmission ArraysMagneticFieldSensor—VFEAMFS)的工作原理 ，分析了这种磁敏传感器的灵敏度， 并阐述了VFEAMFS器件的制造和实验结果以及器件的基本工作参数和提高灵敏度的主要 措施。 关键词 场发射阵列 纵向真写蹩壁堕壁堡， 纵伺 拘 中国分类号 TN389 O 引 言 VFfylf=s 萁要磊辑传字器 磁敏传感器(MagneticFieldSensor—MFS)是把磁敏参量(如磁场大小、磁场相位、极 化方 向等)转化为 电参量的传感器件。19黯 年以来 以场发射 阵列 (FieldEmitterArrays— FEA)为基础的真空微电子学的发展和成熟，为磁敏传感器件开拓了又一新的领域，即场发 射阵列磁敏传感器(FieldEmitterArraysMagneticFieldSensor—FEAMFS)。比起传统的 MFS来说 ，FEAMFS中的电子是在真空中运动 ，因而没有载流子在固体里碰撞输运过程的 能量损耗和迁移率限制等问题，具有高速的特点；同时与固体MFS相 比，FEA的电子发射 受温度的影响很小，井具有 良好 的抗干扰和抗辐射的特性，因此应当具有相应的优点。 FEA可分为横 向(Horizonta1)和纵向(Vertica1)两种类型。以FEA为电子源 FEAMFs也 可分为横向(HFEAMFS)和纵向(VFEAMFS)两种类型。本文将阐述 vFEAMFs的原理 和应用前景 以及我们在这方面的一些工作。 1 纵向场发射阵列磁敏传器(VFEAMFS)工作原理 VFEAMFS器件 由于采用 FEA作为 电子源而具有优 良的特点。FEA 电子发射遵循 高场下的Fowler—Nordheim(简称N—F)场致发射理论，即在外加强电场的作用下，电子 逸出表面的势垒高度降低，宽度变窄，电子通过遂道效应穿透势垒向真空发射，形成场致发 射。在FEAMFS工作时，场致发射的电子在真空中运动时受磁场的洛仑兹力的作用，运动 轨迹发生偏转。若阳极或收集极分为二个 ，其上收集到的电流就会发生偏差 ，通过探测这二 个阳极 电流的差值，就可 以探测外加磁场的太小等参量。 本文于 1997年 l0月收到。 第一作者：男，1973年生，硕士。 第4期 陈舂辉等：纵向结构真空磁敏传感器的原理和制造 57 VFEAMFS采用了纵向的场发射阵列作为电子源，图1为器件的结构及电路示意图。 其中的电子源是用反应离子刻蚀(RIE)方法制备的尖锥状硅场发射阵列，两块分离的不锈 钢片作为阳极A，与阴极C的距离为D，它们之间相互绝缘，并通过各 自的取样 电阻和阳极 电源相连 。在栅极 G和阴极 C之间、阳极 D和阴极C之间分别加上恰当的正偏电压 v 和 v ，尖端上的电子在高电场作用下，通过隧道效应发射到真空中，发射的总电流的强弱受到 栅极极电压v 的控制。在无外加磁场时两个阳极上的电流相等，电压输出为无外加磁场 时的平衡值(