[发明专利]一种磁传感器、其制备方法与使用方法

说明书

本发明提供了一种磁传感器，具有场效应晶体管结构，包括半导体衬底、源极、漏极与栅极；其中，半导体衬底具有压电效应，半导体衬底上设置具有磁致伸缩性能的磁体；工作状态时，外界磁场作用于磁体，场效应晶体管的电信号发生改变，通过测试该电信号的变化实现该外界磁场的探测。该磁传感器结构简单易行，结合了场效应晶体管的信号放大作用，实现了高灵敏度的磁场探测，在磁传感器技术领域中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及磁场探测技术，具体涉及一种磁传感器、其制备方法与使用方法。

背景技术

磁传感器是传感器中的一个重要组成部分，是把磁学信号变换成为电信号等其他所需形式的信息输出的传感器。经过近一个世纪的发展，磁传感器在人类社会生活的各个方面发挥着越来越来重要的作用，每年全世界有数以十亿计的磁传感器投入使用。伴随着磁传感器的日臻完善，各行各业对其提出了越来越高的要求，尤其是要求其探测精度越来越高，同时要求其使用量程越来越宽，进一步拓宽应用领域，以满足实际应用的需求。因此，具有高的探测精度同时具有宽的使用量程是磁传感器新的发展方向之一，也越来越受到了研究学者的广泛关注。

目前，较为常见的磁传感器主要有以下几类：霍尔(Hall)传感器、磁通门和电流感应磁传感器、磁电阻型传感器等。从目前的研究现状来看，室温下磁传感器的探测精度与量程通常是顾此失彼。因此，制备即满足高的探测精度又能实现宽的探测量程的磁场传感器仍然是一大挑战，寻求新型的磁传感器是目前努力的方向之一。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种磁传感器，具有场效应晶体管结构，包括半导体衬底，以及与半导体衬底相电连接的源极、漏极与栅极；其中，半导体衬底具有压电效应，半导体衬底上设置具有磁致伸缩性能的磁体；

工作状态时，外界磁场作用于磁体，由于磁致伸缩材料效应，磁体产生应力或应变传递在半导体衬底，半导体衬底由于压电效应而产生电荷，从而改变了场效应晶体管沟道中载流子的浓度，引起场效应晶体管的电信号改变，通过测试该电信号实现外界磁场的探测。

所述的半导体衬底即为场效应晶体管中的半导体衬底。

所述的半导体衬底具有压电效应，即，所述的半导体材料包括压电材料，其种类不限，例如氧化锌、氮化镓等。

所述的源极即为场效应晶体管中的源极，具有导电性，其材料不限，包括金属材料等；作为优选，所述的源极材料为铝(Al)、金(Au)或者钛(Ti)。所述的源极形态不限，优选为薄膜状。

所述的漏极即为场效应晶体管中的漏极，具有导电性，其材料不限，包括金属材料等；作为优选，所述的漏极材料为铝(Al)、金(Au)或者钛(Ti)。所述的漏极形态不限，优选为薄膜状。

所述的栅极即为场效应晶体管中的栅极，具有导电性，其材料不限，包括金属材料等；作为优选，所述的栅极材料为铝(Al)、金(Au)或者钛(Ti)。所述的栅极形态不限，优选为薄膜状。

所述的磁体材料为具有磁致伸缩性能的磁性材料，其种类不限；作为优选，所述的磁体材料具有大的磁致伸缩系数，以提高探测灵敏度。作为进一步优选，所述的磁体材料是具有高饱和场、大磁致伸缩系数的材料与强制磁致伸缩系数大的非晶软磁材料构成的复合材料，以同时实现宽量程的磁场探测。所述的具有大磁致伸缩系数的磁致伸缩材料包括但不限铁镓(FeGa)或者铽镝铁(TeDyFe)等；所述的强制磁致伸缩系数大的非晶软磁材料包括但不限于铁硅硼(FeSiB)等。

所述磁体形态不限，优选为薄膜状，其厚度优选为10纳米～1000纳米。

所述的场效应晶体管的电信号包括但不限于场效应晶体管的源漏极电流、沟道电子迁移率等。