【技术实现步骤摘要】
一种单片集成空间磁矢量传感器及其制作工艺
本专利技术涉及传感器
,尤其涉及空间磁矢量传感器,特别地,涉及一种单片集成空间磁矢量传感器及其制作工艺。
技术介绍
随着磁场传感器技术的快速发展,高灵敏度、高准确度和低交叉干扰的空间磁场传感器在地磁导航、电子罗盘、汽车电子、移动通讯等领域具有重要应用。由于空间三维磁场的多方向性,在现有技术中进行空间三维磁场检测时多采用两种或多种磁敏感元器件结合使用,但是,由于不同磁敏感元器件的磁灵敏度不同、甚至相差较大,从而导致磁场检测的一致性较差。因此,为提高传感器特性,传感器结构设计主要应选择敏感方向单一的磁敏感元器件,同时兼顾各方向均采用同一种磁敏感元器件。但因方向单一的磁敏感元器件仅对一定方向的磁场敏感,存在不能实现空间各方向磁场同时测量的瓶颈。
技术实现思路
为了解决上述问题,本专利技术人进行了锐意研究,采用MEMS技术在高阻单晶硅上设计、制作六个集成化SOI硅磁敏三极管,其中两两结合,分别形成三个磁敏感单元,并且,采用MEMS技术在芯片内嵌入导磁微结构,对z轴方向的磁场进行聚集并导向,实现了空间三维磁场(Bx、By和Bz)的检测,从而完成本专利技术。本专利技术一方面提供了一种单片集成空间磁矢量传感器,具体体现在以下几方面:(1)一种单片集成空间磁矢量传感器,其中,所述传感器包括作为器件层的第一硅片1和作为衬底的第二硅片2,其中,在第一硅片1上设置有六个呈立体结构的硅磁敏三极管和两个导磁微结构4,其中,所述六个硅磁敏三极管两两结合,分别构成三个磁敏感单元,并分别用于x轴、y轴和z轴方向磁场的检测;所述六个呈立体结构的硅 ...
【技术保护点】
1.一种单片集成空间磁矢量传感器,其特征在于,所述传感器包括作为器件层的第一硅片(1)和作为衬底的第二硅片(2),其中,在第一硅片(1)上设置有六个呈立体结构的硅磁敏三极管和两个导磁微结构(4),其中,所述六个硅磁敏三极管两两结合,分别构成三个磁敏感单元,并分别用于x轴、y轴和z轴方向磁场的检测;所述六个呈立体结构的硅磁敏三极管分别为硅磁敏三极管一(SMST1)、硅磁敏三极管二(SMST2)、硅磁敏三极管三(SMST3)、硅磁敏三极管四(SMST4)、硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)。
【技术特征摘要】
1.一种单片集成空间磁矢量传感器,其特征在于,所述传感器包括作为器件层的第一硅片(1)和作为衬底的第二硅片(2),其中,在第一硅片(1)上设置有六个呈立体结构的硅磁敏三极管和两个导磁微结构(4),其中,所述六个硅磁敏三极管两两结合,分别构成三个磁敏感单元,并分别用于x轴、y轴和z轴方向磁场的检测;所述六个呈立体结构的硅磁敏三极管分别为硅磁敏三极管一(SMST1)、硅磁敏三极管二(SMST2)、硅磁敏三极管三(SMST3)、硅磁敏三极管四(SMST4)、硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)。2.根据权利要求1所述的单片集成空间磁矢量传感器,其特征在于,所述硅磁敏三极管一(SMST1)和硅磁敏三极管三(SMST3)沿x轴按相反磁敏感方向并联设置,硅磁敏三极管一(SMST1)和硅磁敏三极管三(SMST3)的集电极分别连接集电极负载电阻一(RL1)和集电极负载电阻三(RL3),构成第一磁敏感单元(MSE1),用于x轴方向磁场(Bx)的检测;和/或所述硅磁敏三极管二(SMST2)和硅磁敏三极管四(SMST4)沿y轴按相反磁敏感方向并联设置,硅磁敏三极管二(SMST2)和硅磁敏三极管四(SMST4)的集电极分别连接集电极负载电阻二(RL2)和集电极负载电阻四(RL4),构成第二磁敏感单元(MSE2),用于y轴方向磁场(By)的检测。3.根据权利要求1或2所述的单片集成空间磁矢量传感器,其特征在于,在所述第一磁敏感单元(MSE1)中,硅磁敏三极管一的基区和硅磁敏三极管三的集电区沿x轴方向共线,硅磁敏三极管一的集电区和硅磁敏三极管三的基区沿x轴方向共线;和/或在所述第二磁敏感单元(MSE2)中,硅磁敏三极管四的基区和硅磁敏三极管二的集电区沿y轴方向共线,硅磁敏三极管四的集电区和硅磁敏三极管二的基区沿y轴方向共线。4.根据权利要求1至3之一所述的单片集成空间磁矢量传感器,其特征在于,所述硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)设置在第一磁敏感单元(MSE1)和第二磁敏感单元(MSE2)的中心;优选地,所述硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)沿x轴或y轴按相同磁敏感方向并联设置;更优选地,所述硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)的集电极分别连接集电极负载电阻五(RL5)和集电极负载电阻六(RL6),构成第三磁敏感单元(MSE3),用于z轴方向磁场(Bz)的检测。5.根据权利要求1至4之一所述的单片集成空间磁矢量传感器,其特征在于,在所述第三磁敏感单元(MSE3)中,硅磁敏三极管五的基区和硅磁敏三极管六的基区沿x轴或y轴方向共线,硅磁敏三极管五的集电区和硅磁敏三极管六的集电区沿x轴或y轴方向共线。6.根据权利要求1至5之一所述的单片集成空间磁矢量传感器,其特征在于,所述导磁微结构(4)呈L型,其包括垂直于第一硅片的导磁材料柱体(41)和平行于第一硅片的梯形台(42);优选地,由梯形台(42)的固定端至梯形台(42)的自由端,所述梯形台(42)的截面积逐渐减小;更优选地,所述导磁微结构(4)由高磁导率材料制成,所述高磁导率材料是指相对磁导率大于2.5E5的材料,例如NiF...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵晓锋,白云佳,温殿忠,张洪泉,
申请(专利权)人:黑龙江大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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