三维磁传感器模型构建与集成化研究微电子学与固体电子学专业论文.docxVIP

分类号 分类号 ． U D c_ 密级 ．公 爰 另毋萨夕擎 硕士研究生学位论文 三维磁传感器模型构建与集成化研究 申请人： 宋宇 学 号： 2121299 培养单位： 电子工程学院 学科专业： 徼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： 2015年5月10日 万方数据 ㈣舢㈣㈣㈣删暑暑暑暑置暑宣暑暑暑iii暑；i暑置iiii；宣暑ii暑i置暑ii暑iii暑暑置嗣iiiiiiiiiiiiiiiii薯___·————一 ㈣舢㈣㈣㈣删 暑暑暑暑置暑宣暑暑暑iii暑；i暑置iiii；宣暑ii暑i置暑ii暑iii暑暑置嗣iiiiiiiiiiiiiiiii薯___·————一 ～ 中文摘要 Y2770088 中文摘要 本文基于霍尔效应和立体结构硅磁敏三极管工作原理，构建三维磁传感器单 片集成化结构模型。该集成化结构由四个立体结构硅磁敏三极管和一个霍尔磁传 感器构成，包括四个发射极、四个基极、四个集电极、两个霍尔电压输出端和两 个控制电流极。理论分析表明，沿工轴和y轴相反磁敏感方向放置的四个硅磁敏三 极管构成两对差分结构，分别实现二维平面内x轴和Y轴方向磁场测量，芯片中心 位置霍尔磁传感器实现z轴方向磁场测量，该结构能够检测空间三维磁场。根据单 片集成化结构模型，采用ATLAS构建三维磁传感器仿真结构模型，研究结构参数 等对磁传感器特性影响。仿真结果给出，该结构可完成空间磁场测量并实现设计 优化。在此基础上，通过L．Edit软件设计单片集成化芯片版图，基于MEMS技术 在P型1 00晶向高阻单晶硅衬底上制作单片集成化三维磁传感器芯片，芯片尺寸 2．3×2．3 mm2，通过集成电路内引线压焊技术实现芯片封装。 在室温条件下，采用CH．Hall磁场校准系统对封装后的三维磁传感器进行静 态特性测试，分别研究x轴、】，轴和z轴方向磁传感器特性。当外加工作电压为6．0 V，基极注入电流为8．0 mA时，石方向差分结构硅磁敏三极管磁灵敏度为231 mV／T， l，方向差分结构硅磁敏三极管磁灵敏度为223 mVrf：当工作电压为5．0 V时，z方 向霍尔磁传感器磁灵敏度为74 mV／T。在此基础上，实验研究单片集成三维磁传感 器在恒定磁场中分别沿z轴、)，轴和z轴等方向旋转时的磁特性。研究结果表明， 单片集成三维磁传感器沿x方向和y方向四个立体结构硅磁敏三极管磁灵敏度较高 且具有较好一致性，该集成化芯片实现空间三维磁场测量。 关键词： 单片集成三维磁传感器；霍尔磁传感器；立体结构硅磁敏三极管； MEMS技术 万方数据 AbstractIn Abstract In this paper，a 3D magnetic sensor monolithic integrated structure model is build， based on Hall Effect and the working principle of the silicon magnetic sensitivity transistor．The integrated structure composes four cubic structure silicon magnetic sensitivity transistors and a Hall magnetic sensor includes four emitters，four bases，four collectors，two Hall voltage output electrodes and two control current electrodes． Theoretical analysis indicates that，four silicon magnetic sensitivity transistors placed along the magnetic sensitive directions of the工axis and the Y axis constitute two differential structures in 2D plane，a Hall magnetic sensor is placed in the center of the chip to realize measurement of axis magnetic field，SO the spatial 3D magnetic field can be detected by this structure．According to the integrated structure model of a single chip，the simulation model of 3D