悬臂梁MOSFET霍尔磁传感器研究

论文摘要

霍尔传感器是目前使用最广泛的磁传感器之一。它不仅可以用来测量磁场,还可用来测量电流、速度、位置、角度和转速等物理量,在精密测量、工业自动化控制、汽车电子、家用电器等领域获得广泛应用。本课题的主要研究内容是在悬臂梁根部制作MOSFET霍尔磁传感器,MOSFET的源、漏两端相当于霍尔传感器的电流控制极,在栅区两旁稍靠近漏极的部分加有两个霍尔电压输出极,这样在垂直磁场的作用下,霍尔输出极上将产生霍尔输出电压VH,当改变磁感应强度时,霍尔输出电压也会发生变化。本文在了解国内外霍尔磁传感器发展现状的基础上,介绍了霍尔效应的基本原理,阐述了MOSFET霍尔磁传感器的工作原理,设计了悬臂梁MOSFET霍尔磁传感器的结构及制作工艺过程,并进行工艺模拟,为器件的实际工艺流程提供可靠的技术保证。采用Multisim软件对放大电路进行仿真并成功调试实际电路。对实验研制的传感器样品进行特性测试和分析,完成了线性度、迟滞、重复性、灵敏度和精度的计算,计算后得到的线性度为±0.0384%F·S,迟滞为±0.0092%F·S,重复性为±0.072%F·S,灵敏度为1.212 mV T,精度为0.0821%F·S。实验证明,本文研制的悬臂梁MOSFET霍尔磁传感器的设计方案符合要求,测试装置简单,信号处理方便,制作工艺可与集成电路工艺兼容,可实现霍尔传感器的集成化。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磁传感器
• 1.1.1 磁传感器的概念及应用
• 1.1.2 磁传感器的种类和发展方向
• 1.2 霍尔传感器的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 矩形霍尔元件
• 1.2.2 双极型霍尔元件
• 1.2.3 MOS 型霍尔元件
• 1.2.4 CMOS 垂直霍尔元件
• 1.2.5 结型场效应管霍尔元件
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的工作原理
• 2.1 霍尔元件
• 2.2 P 沟道 MOSFET 的工作原理
• 2.3 悬臂梁 MOSFET 霍尔磁传感器的结构和工作原理
• 2.4 MOSFET 霍尔磁传感器的不等位电势及补偿
• 2.5 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的电磁特性
• H-B 关系'>2.5.1 V_H-B 关系
• H-I 关系'>2.5.2 V_H-I 关系
• 2.6 MOSFET 霍尔传感器霍尔输出电压的温度特性
• 2.6.1 温度分析
• 2.6.2 温度补偿
• 2.7 MOSFET 霍尔传感器霍尔输出电压的灵敏度特性
• 2.7.1 绝对灵敏度
• 2.7.2 相对灵敏度
• 2.8 本章小结
• 第3章 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的结构设计
• 3.1 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的结构
• 3.2 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的设计要点
• 3.2.1 霍尔输出极位置
• 3.2.2 霍尔元件长宽比的确定
• 3.2.3 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器光刻版图的设计
• 3.3 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的工艺模拟
• 3.3.1 IntelliSuite 模拟软件体系介绍
• 3.3.2 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的工艺模拟
• 3.4 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的接口放大电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的制作工艺
• 4.1 研制悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的关键工艺
• 4.1.1 硅片清洗
• 4.1.2 氧化工艺
• 4.1.3 光刻工艺
• 4.1.4 离子注入工艺
• 4.1.5 低压化学气相淀积工艺
• 4.1.6 感应耦合等离子体（ICP）刻蚀技术
• 4.2 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的制作工艺流程
• 4.3 制作过程中存在的问题
• 4.4 本章小结
• 第5章 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器特性测试
• 5.1 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的特性测试与讨论
• 5.2 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的实验结果
• 5.3 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的静态特性及计算
• 5.3.1 线性度
• 5.3.2 迟滞
• 5.3.3 重复性
• 5.3.4 灵敏度
• 5.3.5 传感器的综合精度
• 5.4 悬臂梁MOSFET 霍尔磁传感器的温度特性
• 5.5 悬臂梁的振动频率与霍尔输出电压的关系
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢