【摘 要】
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本文基于MEMS技术和隔离工艺设计一种二维磁场/压力传感器,该结构由二维磁场传感器和压阻式压力传感器构成。二维磁场传感器以硅磁敏三极管作为磁敏器件,沿x轴、y轴分别构成
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本文基于MEMS技术和隔离工艺设计一种二维磁场/压力传感器,该结构由二维磁场传感器和压阻式压力传感器构成。二维磁场传感器以硅磁敏三极管作为磁敏器件,沿x轴、y轴分别构成两个差分结构磁敏感单元,第一差分结构磁敏感单元为沿y轴方向放置的磁敏三极管与负载电阻构成的差分结构,可实现x方向磁场分量（Bx）测量,第二差分结构敏感单元为沿x轴方向放置的磁敏三极管与负载电阻构成的差分结构,可实现y方向磁场分量（By）测量;结合弹性元件应力分析和压阻效应,在方形硅膜表面设计四个压敏电阻构成惠斯通结构,可实现垂直于芯片表面外加压力（P）测量。在此基础上,采用模拟半导体器件电学特性软件Silvaco TCAD Atlas对二维磁场传感器进行仿真模型构建,并仿真分析了IC-VCE特性、磁敏特性和温度特性;采用ANSYS Mechanical APDL有限元仿真软件构建了压力传感器结构仿真模型,并仿真分析了压敏特性。通过采用L-Edit软件设计了二维磁场/压力传感器芯片版图,并进行工艺制作和封装。在室温环境下,采用半导体参数测试系统、磁场传感器静态标定系统、全自动压力变送器测试系统和高低温实验箱等对封装集成二维磁场/压力传感器和单片集成二维磁场/压力传感器进行IC-VCE特性、磁敏特性、压敏特性及温度特性研究。当工作电压为5.0 V,IB为3.0 mA时,该传感器x方向磁灵敏度达到308.7 mV/T,y方向磁灵敏度达到181.0 mV/T,在0.0 kPa100.0 kPa压力作用下,压力灵敏度为0.006 mV/kPa,该传感器可以实现xy平面磁场矢量和外加压力测量,为二维磁场和压力同时测量奠定基础。
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