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MOS霍尔传感器阵列

作者:admin来源:本网 日期:2017-10-21 10:52:13 人气: 标签:

  MOS霍尔传感器阵列李德胜黄操军藤田博之(哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,哈尔滨150001)(日本国东京大学)述了该传感器的工作原理、制造工艺及测试结果。)Vgs远大于漏极电压VDs时,电流通道如图(d)所示与普通霍尔器件相似。此外,这里考虑到器件能在单电源下工作,将器件设计成了强型。

  MOS霍尔阵列式传感器的构成原理如所示,每个单元由MOS霍尔器件和选址电路组成。当且仅当选址信号XnYm=1时,被选到的第n行第m列的MOS霍尔器件导通工作,其它测磁铁的位置或测量平面磁场分布。每个单元的具体电路这里建议三种,分别如(a),(b),(c)所示。比较这三种电路不难发现它们均具有上述功能,但又略有区别。对图(a)的电路来说,当一个单元工作时其余单元的选址电路都有电流流过,因此它的功耗较大。图(b)的电路其电源和列选信号共用,同一时刻仅一列有电流流过,因此它的功耗较小,我们试制的传感器阵列即采用了该电路。图(c)的电路是笔者建议的自锁式构造,同一时刻仅一个单元有电流流过,它不仅功耗很小,而且可望获得两倍的霍尔电压输出,但尚待,简述如下:首先利用TMAH溶液腐蚀上层硅,形成MOS霍尔器件、MOS管及电阻R的本体部分,然后注入量为2.5X1012/cm2的硼,使用第一枚掩模;干氧化生成厚约100nm的栅极绝缘膜然后用CVD工艺沉淀约300nm厚的复合硅层;利用RIE法腐蚀复合硅形成栅极,然后注入2. 5X115/cm2的磷使用第二枚掩模;采用CVD工艺沉淀二氧化硅绝缘层,热扩散后开贯通孔,使用第三枚掩模;溅射铝膜后腐蚀成连线,使用第四枚掩模。

  3,通过测试得到了以下实测结果。当它看作MOS晶体管时,用自动测试仪测得的转移特性如(a)所示,其域值电压约1. 7伏。另外,它的电压一电流特性如图(b)所示,呈现出典型的MOS晶体管特性,这些表明了我们采用SOI硅片制作的MOS管是基本成功的。当电源电压为10V,磁场强度为0. 35T的磁铁放置在传感器表面时,所得到的一组霍尔电压输出见表1.这里,选址信号X为高电平1时,(b)可知所对应的MOS霍尔器件不导通。用数字电压表实测的结果是,当电压表并一150LQ的电阻情况下该单元的霍尔电压约为0mV,而无并联电阻时电压表的输出不确定,这些说明了该器件处于高阻状态。当选址信号X为低电平0时,所测的几个单元均呈现出明显的霍尔电压输出。

  若平均霍尔电压26.3mV、电流0.18mA((b))、B=0.35T,通过计算可知,试制的MOS霍尔器件的体积灵敏度约为420V/AT,这是普通硅制霍尔器件灵敏度的10倍左右值得一提的是,当漏极电压与栅极电压相同时,如(b)所示MOS管工作在饱和区,这意味着霍尔器件的导电沟道呈楔型,与传统的霍尔器件有些区别。另外,由实验还可知当栅极电压远大于漏极电压时,M0S管工作在线性区,导电沟道近似平行,这与传统的霍尔器件相类似。

  由表1的实验结果可看出,该传感器各单元的霍尔电压输出的零漂很大,使用时必须加以校正,这也是该传感器需改进的重点。另外,实验结果的分散较大,笔者认为这与实验手段较粗糙有关。

  通过实验验证和上述讨论,我们可得到M0S霍尔传感器阵列的一些特点,概括如下:它本质属于非接触型传感器,可用于非接触测量;采用扫描查询工作方式工作,每个单元轮流通过电流,微功耗;分辨率设定容易(很容易达到100微米X 100微米)不管阵列规模多大仅有一对输出端子,可大大降低后续电路的成本;因MOS霍尔器件的工作通道非常薄,其体积灵敏度可达400V/AT以上,这是普通硅霍尔器件的10倍程度;使用硅片即可达到上述很高的灵敏度,不需用特殊半导体可大大降低传感器造价;采用nMOS工艺,不需特殊工艺,制作工艺比较简单。

  表1 MOS霍尔器件的实验结果单元无磁铁N极S极试制的MOS霍尔器件的扩大照片电子测量与仪器学报(a)试制的MOS霍尔器件的转移特性(b)试制的MOS霍尔器件的晶体管特性MOS霍尔器件的晶体管特性4结语为了测量二维磁场分布或检测磁铁的存在位置,笔者提出并试制了一种10X尔阵列式传感器。本文介绍了该传感器的构成原理、制造工艺,给出了一些初步的测试结果。由实验结果可知,该传感器高灵敏度,工艺较简单特别作为逻辑器件检测磁铁的有无或分布是很有前途的。

  今后,我们打算在进一步完善制造工艺、降低零漂的基础上,将它试用于微型超电导搬运系统中以实现反馈控制。另外,笔者还拟探讨将它用作计算机的手写体输入系统。

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