[实用新型]一种场效应晶体管式磁传感器

说明书

本实用新型提供了一种场效应晶体管式磁传感器，具有场效应晶体管结构，包括半导体基底，源极、漏极与栅极；其中，半导体基底由具有磁致伸缩效应的基底层与具有压电效应的半导体层组成，并且半导体层位于该基底层表面，基底层与半导体层之间电绝缘。该磁传感器结构简单，工作状态时，外界磁场作用于基底层时场效应晶体管的电信号发生改变，通过测试该电信号实现磁场的探测，并且由于结合了场效应晶体管的信号放大作用，能够实现高灵敏度的磁场探测。

技术领域

本实用新型涉及磁场探测技术，具体涉及一种场效应晶体管式磁传感器。

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。

实用新型内容

针对上述技术现状，本实用新型提供一种磁传感器，具有场效应晶体管结构，包括半导体基底，以及与半导体基底相电连接的源极、漏极与栅极；其中，半导体基底由基底层与位于该基底层表面的半导体层组成，并且基底层与半导体层之间电绝缘，基底层具有磁致伸缩效应，半导体层具有压电效应。

工作状态时，外界磁场作用于基底层，由于磁致伸缩材料与压电材料存在着磁电耦合效应，磁致伸缩材料产生应力或应变传递到半导体层，半导体层的压电材料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该外界磁场的探测。

所述的半导体基底即为场效应晶体管中的半导体基底。

所述的基底层具有磁致伸缩效应，即基底层材料是磁致伸缩材料，其种类不限；作为优选，所述的基底层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，所述的基底层材料采用具有高饱和场、大磁致伸缩系数的磁致伸缩材料与强制磁致伸缩系数大的非晶软磁材料复合，以同时实现宽量程的磁场探测。所述的具有高饱和场、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)或者钴铁硅(CoFeSi)等。

作为进一步优选，所述的基底层材料为柔性磁致伸缩材料，例如柔性镍箔等，所述的半导体层为该柔性磁致伸缩材料上的低厚度的薄膜层，所述的源极、漏极与栅极均为低厚度的薄膜材料，因而基底层材料能够进行拉伸、扭转、折叠等变形，从而能够满足柔性应用领域的需要，例如应用于可穿戴设备等。

所述的半导体层具有压电效应，即，所述的半导体材料是压电材料，其种类不限，包括氧化锌、氮化镓等。

所述的基底层与半导体层之间电绝缘，作为一种实现方式，在基底层与半导体层之间设置绝缘层，例如氧化铝薄膜层等。

所述的源极即为场效应晶体管中的源极，其材料不限，包括金属材料等；作为优选，所述的源极采用金(Au)薄膜材料或者钛(Ti)薄膜材料。

所述的漏极即为场效应晶体管中的漏极，其材料不限，包括金属材料等；作为优选，所述的漏极采用金(Au)薄膜材料或者钛(Ti)薄膜材料。

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。