一种霍尔元件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种霍尔元件，包括磁性基板，石墨烯功能层，电极和磁芯，其中：石墨烯功能层沉积在磁性基板的上方；电极设置在石墨烯功能层上方的电极区域；磁芯设置在石墨烯功能层上方的功能区域。将石墨烯材料直接制备在磁性基板上，使石墨烯霍尔元件的工艺简单化，性能和良率提升；石墨烯霍尔元件采用两层磁性材料进行聚磁，进一步提升灵敏度，而因为石墨烯材料本身厚度非常薄，而整个工艺过程中，只用到一层胶黏剂层，两层磁性材料的间距小，聚磁效果增加一倍以上。

【技术实现步骤摘要】
一种霍尔元件
本技术涉及半导体
，具体涉及一种霍尔元件。
技术介绍
目前市面上的高灵敏度霍尔元件，一般采用InSb材料，因其具有很高的迁移率(最高可达78000cm2/Vs)。在霍尔元件薄膜的上下两侧加装磁性材料作为聚磁装置，进一步提升霍尔元件的灵敏度。考虑到晶格失配的影响，在目前的高灵敏度InSb霍尔元件的制造工艺中，InSb薄膜只能采用蒸发的方式，制备于云母片上，然后再将InSb薄膜，从云母片上转移至磁性基板上。在整个制造过程中，由蒸发方式制备得到的InSb薄膜致密性较差，孔隙、裂纹等缺陷较多，质量不太高。而且在转移过程中，InSb薄膜非常容易受损，从而降低良率，影响器件灵敏度。另外，InSb薄膜一般厚度为1μm，加上转移至磁性基板上所需要的胶黏剂层厚度，以及第二块磁性材料与霍尔元件粘附所用胶黏剂层厚度，两块磁性材料之间有10-20μm的间隔，这会使两块磁性材料的聚磁作用减弱。另外，由于InSb霍尔元件的温度稳定性非常差，其灵敏度受温度影响非常显著。石墨烯作为一种新型的二维材料，具有制备霍尔元件的优势：首先，石墨烯材料具有极高的迁移率，最高可达200000cm2/Vs，是InSb材料的3倍；其次，石墨烯作为单原子层材料，具有最薄的厚度，理论厚度仅为0.335nm，从而具有非常高的霍尔灵敏度；第三，石墨烯材料具有非常优越的温度稳定性。现有技术中也有将石墨烯材料应用于霍尔元件的例子。但是石墨烯材料同样存在制备方式较困难，同时，由于石墨烯材料为单原子层结构，在石墨烯薄膜转移等工艺制程中，非常容易受损，从而使材料和霍尔元件的质量无法得到保障的问题。技术内容有鉴于此，本技术实施例提供了一种霍尔元件，以解决现有技术的霍尔元件薄膜转移等工艺制程中，薄膜容易受损，从而影响到霍尔元件质量的问题。本技术实施例提供了一种霍尔元件，包括磁性基板，石墨烯功能层，电极和磁芯，其中：石墨烯功能层沉积在磁性基板的上方；电极设置在石墨烯功能层上方的电极区域；磁芯设置在石墨烯功能层上方的功能区域。可选地，还包括设置在磁性基板与石墨烯功能层之间的绝缘层。可选地，磁性基板的材料为MnZn合金或NiZn合金。本技术实施例技术方案，具有以下优点：1.本技术实施例提供的一种霍尔元件，包括：磁性基板，石墨烯功能层，电极和磁芯，其中，石墨烯功能层沉积在磁性基板的上方；电极设置在石墨烯功能层上方的电极区域；磁芯设置在石墨烯功能层上方的功能区域。将石墨烯材料直接制备在磁性基板上，使石墨烯霍尔元件的工艺简单化，性能和良率提升；石墨烯霍尔元件采用两层磁性材料进行聚磁，进一步提升灵敏度，而因为石墨烯材料本身厚度非常薄，而整个工艺过程中，只用到一层胶黏剂层，两层磁性材料的间距相比InSb霍尔元件小，聚磁效果增加一倍以上。2.本技术实施例提供的一种霍尔元件，还包括：设置在磁性基板与石墨烯功能层之间的绝缘层。当磁性基板具有导电性质时，需要在石墨烯功能层与磁性基板中间设置绝缘层，使石墨烯功能层与磁性导电基板不存在电连接关系，保证霍尔元件功能层的工作性能。3.本技术实施例提供的一种霍尔元件，还包括：磁性基板的材料为MnZn合金或NiZn合金。采用MnZn合金或NiZn合金作为磁性基板，一方面MnZn合金或NiZn合金可以用作霍尔元件的基板，另一方面它们也可以作为石墨烯的生长基体，可以省去石墨烯工艺过程中的转移操作，石墨烯材料的质量不会受到损伤。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本技术进行任何限制，在附图中：图1为本技术实施例中一种霍尔元件的结构正视图；图2为本技术实施例中一种霍尔元件的结构俯视图；图3为本技术实施例中另一种霍尔元件的结构正视图；图4为本技术实施例中一种霍尔元件制备方法的流程图；图中附图标记表示为：1-磁性基板，2-石墨烯功能层，3-电极，4-磁芯，5-绝缘层。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术实施例提供了一种霍尔元件，如图1和图2所示，包括磁性基板1，石墨烯功能层2，电极3和磁芯4，其中：石墨烯功能层2沉积在磁性基板1的上方；电极设置在石墨烯功能层2上方的电极区域；磁芯4设置在石墨烯功能层2上方的功能区域。在本实施例中，石墨烯直接生长在磁性基板1上方，形成霍尔元件的功能层；磁芯通过胶黏剂层设置在石墨烯功能层2上方的功能区域，磁芯4与磁性基板1形成聚磁装置；电极3设置在石墨烯功能层2上方的电极区域。由于石墨烯功能层2是直接生长在磁性基板1上的，石墨烯功能层2与磁性基板1之间没有胶黏剂层增加厚度。此外，石墨烯功能层2的材料厚度小于1nm，与磁性基板1紧密接触，磁性基板1和相对的磁性材料之间，只有一层胶黏剂层的厚度，相比现有InSb霍尔元件中的双层胶黏剂层，磁性材料的间距减小了一半以上，聚磁能力提升一倍以上。同时，石墨烯霍尔元件也具有非常优越的温度稳定特性，适合在严苛的环境下使用。综上，目前市面上所用的高灵敏度InSb霍尔元件，其灵敏度为1250V/(A·T)，本实施例的石墨烯霍尔元件灵敏度为12000V/(A·T)，远远高于目前工业所用的InSb霍尔元件灵敏度。将石墨烯材料直接制备在磁性基板上，使石墨烯霍尔元件的工艺简单化，性能和良率提升；石墨烯霍尔元件采用两层磁性材料进行聚磁，进一步提升灵敏度，而因为石墨烯材料本身厚度非常薄，而整个工艺过程中，只用到一层胶黏剂层，聚磁效果增加一倍以上。作为可选的实施方式，如图3所示，还包括设置在磁性基板1与石墨烯功能层2之间的绝缘层5。霍尔效应的原理是：当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差。因此，在本实施例中，当磁性基板1具有导电性质时，需要在石墨烯功能层2与磁性基板1中间设置绝缘层5，使石墨烯功能层2与导电的磁性基板1不存在电连接关系，保证霍尔元件功能层的工作性能。作为可选的实施方式，磁性基板1的材料为MnZn合金或NiZn合金。在本实施例中，由于石墨烯的制备条件比较严苛，采用化学气相沉积(CVD)制备石墨烯时，选择的生长基体主要包括金属箔或特定基体上的金属薄膜。具体地，使用MnZn合金作为磁性基板材料时，由于MnZn合金同时也是导电基体，由前述实施方式可知，需要在MnZn合金和石墨烯功能层2之间设置绝缘层5；而NiZn合金为绝缘的磁性基体，可直接在NiZn合金上方形成石墨烯功能层2。采用MnZn合金或NiZn合金作为磁性基板，一方面MnZn合金或NiZn合金可以用作霍尔元件的基板，另一方面它们也可以作为石墨烯的生长基体，可以省去石墨烯工艺过程中的转移操作，石墨烯材料的质量不会受到损伤。本技术实施例还提供了一种霍尔元件的制备方法，如图4所示，包括：步骤S1，选取磁性基板。在本实施例中，选取磁性基板的材料为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种霍尔元件，其特征在于，包括：磁性基板(1)；石墨烯功能层(2)，沉积在所述磁性基板(1)的上方；电极(3)，设置在所述石墨烯功能层(2)上方的电极区域；磁芯(4)，设置在所述石墨烯功能层(2)上方的功能区域。

【技术特征摘要】
1.一种霍尔元件，其特征在于，包括：磁性基板(1)；石墨烯功能层(2)，沉积在所述磁性基板(1)的上方；电极(3)，设置在所述石墨烯功能层(2)上方的电极区域；磁芯(4)，设置在所述石墨烯功能层(2)上方的功能区...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡双元，朱忻，
申请(专利权)人：苏州矩阵光电有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32