[发明专利]一种基于柔性基板的高稳定霍尔元件及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于柔性基板的高稳定霍尔元件及其制备方法，该柔性的霍尔元件结构为对称的四叶草结构、缺角矩阵结构、十字星形结构等各种不同的结构。所述霍尔元件结构包括柔性基底、以真空蒸镀方式堆栈而成的两层或多层不同温度霍尔系数的薄膜层、电极以及起保护作用的壳体。所述的柔性基底为塑料或超薄铝片。本发明的一种柔性、高稳定的霍尔元件可减小温度对霍尔电压的影响，提升霍尔元件稳定性，并且它的柔性使其具有广泛的应用前景，比如可以嵌入智能纺织物，用这种纺织物制成的服装可以随时监控人体的各种功能；也可将其作为机器人的控制单元传感元件。

技术领域

本发明涉及磁传感器和半导体器件应用领域，具体涉及一种基于柔性基板的高稳定霍尔元件及其制备方法。

背景技术

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，广泛应用于机器人及各种智能设备上、电流检测、电机中测定转子转速等诸多领域，如录像机的磁鼓，电脑中的散热风扇等，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族。霍尔元件可采用多种半导体材料制作，如Ge(锗)、Si(硅)、InSb(锑化铟)、GaAs(砷化镓)、InAs(砷化铟)、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等。当温度改变的时候，半导体材料中的载流子浓度及电阻率都将会发生明显变化。霍尔元件的霍尔系数R_H＝1/ned，其中n为半导体载流子浓度。同时霍尔系数还与载流子迁移率μ和电阻率ρ满足如下关系|R_H|＝μρ。因而，温度对霍尔元件的霍尔系数及器件等输入输出阻抗有非常大的影响，进而成为影响霍尔传感器输出精度的主要因素。另外，传统的传感器为刚性材料制成，在不小心弯折或碰撞时都可能令其损坏，影响其使用寿命。因此，如何使霍尔器件具有很强的柔韧性，反复弯折时不至损坏；如何提高霍尔元件的温度稳定性，最大程度降低温度对霍尔传感器输出精度的影响是当今霍尔元件的主要研究方向。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于柔性基板的高稳定的霍尔元件及其制备方法，该柔性、高稳定的霍尔元件不仅具有形状效应系数高、输出电压高，可以降低霍尔系数对温度的响应，进而提升霍尔元件电压的稳定性的特点，更为重要的是该元件轻、薄、结构灵活、具有很强的柔韧性，反复弯折时不至损坏，可立体组装，能取代很多转接部件，这种元件具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种基于柔性基板的高稳定霍尔元件，包括柔性基板、设置在柔性基板上的半导体导电膜、设置在半导体导电膜端部上的电极以及包覆在半导体导电膜上起保护作用的壳体；所述的半导体导电膜由正温度霍尔系数薄膜与负温度霍尔系数薄膜堆栈组合的两层薄膜层，或者由正温度霍尔系数薄膜与负温度霍尔系数薄膜间隔堆栈组合的多层薄膜层；所述的半导体导电膜为具有四个端部的中心对称图形。

所述的基板为由柔性材料制成，如塑料、超薄铝片、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯等。

所述的半导体导电膜形状为十字形、缺角矩形、四叶草形或十字星形等。

所述的正温度霍尔系数薄膜为InAs薄膜层，负温度霍尔系数薄膜为GaAs薄膜。

所述的电极通过蒸镀金、铅、铟电极点或压铟、导电银胶粘的方法制得。

所述的壳体为超薄非导磁性金属。

一种基于柔性基板的高稳定霍尔元件的制备方法，包括在柔性基板上依次通过真空蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积或溶胶凝胶方法制备两层或多层不同霍尔系数的薄膜层，然后通过3D打印或覆盖掩膜版的方法制备需要的半导体导电膜形状，再通过刷浆、印刷方式制备电极，最后制备起保护作用的壳体。

作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：

1)将柔性基板清洗干净，取出后用氮气烘干；

2)将烘干的柔性基板转入蒸镀室采用真空蒸镀的方式蒸发正温度霍尔系数的薄膜，完成第一半导体导电薄膜的制备；