納米硅薄膜晶體管磁傳感器研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在宇宙開發(fā)、海洋探測、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷和生物工程等領(lǐng)域，經(jīng)常需要對磁場、位置、間距和角度等參數(shù)進(jìn)行測量，對傳感器的靜態(tài)特性要求越來越高。本文采用CMOS工藝研究設(shè)計、制作具有霍爾輸出端的納米硅薄膜晶體管磁傳感器，以納米硅薄膜作為薄膜晶體管溝道層，利用納米硅薄膜優(yōu)異物理性質(zhì)提高磁傳感器靜態(tài)特性。本文主要研究內(nèi)容包括：
　　 1．納米硅薄膜晶體管磁傳感器基本結(jié)構(gòu)與工作原理
　　 本文在高阻單晶硅

2、襯底上設(shè)計納米硅薄膜晶體管磁傳感器基本結(jié)構(gòu)，在薄膜晶體管溝道兩側(cè)制作歐姆接觸的霍爾輸出端，實(shí)現(xiàn)對外加磁場檢測，基于霍爾效應(yīng)，給出納米硅薄膜晶體管磁傳感器工作原理。
　　 2．納米硅薄膜制備及特性研究
　　 本文采用LPCVD在n型〈100〉晶向高阻單晶硅片表面研究制備不同薄膜厚度納米硅薄膜，并進(jìn)行高溫真空退火，通過XRD、Raman和AFM研究薄膜厚度、真空退火溫度、退火時間對納米硅薄膜特性影響。實(shí)驗結(jié)果表明，納米硅薄膜

3、的結(jié)晶峰為硅衍射峰，結(jié)晶峰取向分別為〈111〉、〈220〉和〈311〉。
　　 3．納米硅薄膜晶體管磁傳感器特性仿真分析
　　 本文基于納米硅薄膜晶體管磁傳感器基本結(jié)構(gòu)，采用ATLAS軟件建立仿真結(jié)構(gòu)模型，仿真分析溝道長寬比、納米硅薄膜厚度等參數(shù)對納米硅薄膜晶體管磁傳感器特性的影響。仿真結(jié)果表明，在相同薄膜厚度、相同土作電壓條件下，溝道長寬比為2∶1的納米硅薄膜晶體管磁傳感器霍爾輸出電壓較大。當(dāng)VDS=5.0V時，溝道薄

4、膜厚度90nm的納米硅薄膜晶體管磁傳感器靈敏度可達(dá)69.88mV/T。
　　 4．納米硅薄膜晶體管磁傳感器芯片制作及特性研究
　　 在仿真分析基礎(chǔ)上，本文采用CMOS工藝在n型〈100〉晶向高阻單晶硅襯底上設(shè)計、制作具有霍爾輸出端的納米硅薄膜晶體管磁傳感器芯片，并實(shí)現(xiàn)傳感器芯片封裝。室溫條件下，采用BJ1790B型精密恒流恒壓源、磁場發(fā)生器和HP34401A萬用表等儀器對溝道薄膜厚度90nm的納米硅薄膜晶體管磁傳感器芯片