磁敏传感器介绍.ppt

磁敏传感器介绍 内容介绍: 一;磁传感器发展历史(引言) 二;磁敏传感器工作原理 三;半导体传感器特点 四;简述美国Crossbow公司 CXCOMPASS传感器 一:引言 ??? 磁场传感器是可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的装置。 ??? 自然界和人类社会生活的许多地方都存在磁场或与磁场相关的信息。利用人工设置的永久磁体产生的磁场，可作为许多种信息的载体。因此，探测、采集、存储、转换、复现和监控各种磁场和磁场中承载的各种信息的任务，自然就落在磁场传感器身上。在当今的信息社会中，磁场传感器已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件。目前，人们已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁传感器，并已在科研、生产和社会生活的各个方面得到广泛应用，承担起探究种种信息的任务。 二、半导体磁传感器的基本结构与工作原理 ??? 半导体的导磁率低，它们的μr≈1，磁场不会使它发生磁化。那么，它靠什么来实现磁电转换呢? ??? 我们知道，半导体片中的电流是其中的载流子(电子和空穴)在电场作用下作漂移运动所形成的。运动的载流子周围感生磁场，外磁场和载流子产生的磁场相互作用会产生力，即洛仑兹力。这个力使载流子的运动路径发生变化，使电流发生了偏转，这是一切半导体磁场传感器的物理基础。 ??? 各种半导体磁场传感器的性能，都决定于它们使用的材料性质，几何因数(形状、尺寸、结构安排)和工作条件(工作电流、电压、外加磁场的磁感应强度、方向等) 。 ??? 下面，对各种半导体磁场传感器的基本结构和工作原理作简要介绍。 ? 霍尔片也可作成MOS管结构，利用它的导电沟道来作敏感作用区。 ??? 一般的霍尔片的工作电流，都在芯片中平行于芯片表面流动，被测磁场垂直于芯片表面，这类霍尔片称作横向霍尔片。随着半导体集成技术和微电子机械加工（MEMS）技术的日趋成熟，又出现了用MEMS技术进行机械开槽或用深层掩埋方法，使工作电流垂直于芯片表面流动，对平行于芯片表面的磁场敏感的新型霍尔片，称为“垂直霍尔元件”. 2、磁致电阻器 ??? 宏观的看，洛仑兹力使电流发生偏转，使其路径增长，因此电阻增大，这就是磁致电阻效应(magneto-resistance effect)，利用这种效应制成磁致电阻器。 ??? 在BB0时，ΔR/ΔB很小，即灵敏度低，大于这个值后，ΔR/ΔB迅速增大。对于InSb磁致电阻，B0值约为30mT。单个小磁致电阻的阻值和变化值都太小，实际使用中是将许多小片串联起来，使其总的电阻和随磁场变化的电阻都增高，以符合实际使用的要求， 3、磁敏二极管 ??磁敏二极管的结构及其伏安特性。如图所示，这是一个PIN管，i区的上下两面具有不同的复合速度。我们假定Sl=0，即没有复合速度，而 S2→∞，即非常有效的复合。若令管子正偏，空穴自p区注入i区，并将管子放在磁场中，这样其中的载流子在洛仑兹力的作用下，会朝Sl或S2偏转（方向由磁场方向来决定），磁场垂直于纸面向里，载流子偏向Sl，在这里不复合，载流子浓度增高，由于电导调制效应，磁敏二 极管的总压降会减小，反之，若磁场方向向外，载流子偏向S2，在这里很快复合， 载流子浓度降低，使管压降增大。这样，磁场的作用使二级管伏安特性发生了变化。 ??? 上文所述电导调制效应，实质上就是在磁场作用下使载流子偏向不同复合速度的表面从而改变二极管电流（也可看作改变电导）的一种作用，这种作用也称磁敏二极管效应。 4、磁敏场效应管 ??? 将MOS场效应管的漏极做成对称分离的Dl和D2(当然也可多于两个漏极)。未加磁场时，漏极电流ID1=ID2=ID/2，加上垂直于芯片表面的磁场后，由于洛仑兹力的偏转作用，使ID1≠ID2，ID1增大多少，ID2就减小多少，ID1-ID和外加磁场成比例，可作为磁场的量度。 5、磁敏晶体管 ??? 将晶体管作成对称的双集电极结构，未加磁场时IC1=IC2，加上和芯片表面垂直的磁场后， IC1-IC2和磁场成比例，可作为磁场的量度。 ??? 已有的多种样式的磁敏晶体管，同时垂直磁敏晶体管也已研究成功 三、半导体磁传感器的特点 ??? 半导体磁传感器的优势在于，它们的制造技术和微电子集成电路技术兼容，可以量产，大幅降低了生产成本；输出信号可供计算机和各种仪器设备直接使用，非常方便；抗蚀性强，磁场对器件的作用不受使用环境中的光线、尘埃、油污、盐雾及其它化学气氛的影响；结构牢固、耐震动、耐冲击和寿命长。 ??? 霍尔器件结构简单，性能优良，能检测从10-7T~25T的磁场，有效工作容积小（可达1mm′1mm′1mm），空间分辨率和时间分辩率极高。它们的工作频率高，可达1MHz，频带很宽，可检测从恒定磁场到1MHz的交变