[发明专利]一种基于平面工艺的异质结三维磁场测量霍尔传感器

说明书

一种基于平面工艺的异质结三维磁场测量霍尔传感器，属于磁测量领域。所述霍尔传感器包括衬底，以及形成于衬底之上、位于中心的正方体结构的中心电极，形成于衬底之上、与中心电极的四个侧面紧密接触的四个相同的十字形磁感应区域，所述十字形磁感应区域包括自下而上依次设置的沟道层、隔离层、帽层和钝化层，隔离层中设置δ掺杂层；十字形磁感应区域中，远离中心电极的末端设置接地电极，接地电极完全覆盖末端表面，两臂的末端设置测量电极，测量电极完全覆盖末端表面。本发明霍尔传感器在不添加其他有源层、仅采用异质结形成一层磁感应区域的前提下，成功实现了X、Y、Z三个方向的磁场感应，并且具有较高的灵敏度。

技术领域

本发明涉及磁测量领域，具体涉及一种基于平面工艺的异质结三维磁场测量霍尔传感器。

背景技术

霍尔传感器广泛应用于汽车、生物医学、电子产品等领域，已成为现代产业不可或缺的一部分。随着工业的不断发展，人们对霍尔传感器提出了进一步的要求，不仅需要精确地探测一维磁场，更要实现对三维磁场的精准测量。与一维霍尔传感器相比，三维传感器拥有多维的探测能力以及更高的可靠性，即使探测过程中磁场发生偏转也不影响探测精度，为相关产业提供更加丰富多元的数据，因此得以应用在更广阔的领域中。

目前，三维霍尔传感器多以Si材料和GaAs材料为主，Si的半导体工艺发展成熟，Si材料制备的传感器能与Si工艺良好地兼容，但受限于Si的灵敏度和较低的温度稳定性，其并不是适用于霍尔传感器的完美材料。GaAs材料相较Si材料具有更高的灵敏度和更好的温度稳定性，采用GaAs制备的传感器具备更加良好的性能。现有的GaAs传感器有两种形式：一是只采用GaAs制备，二是采用包括GaAs在内的多种材料形成异质结来制备，后者制备的传感器在灵敏度方面具有极大的优势，但存在无法采用平面工艺制备的问题。目前，必须存在三个相互正交的一维霍尔传感器来实现三维传感，与芯片的集成较为困难，且制备工艺较复杂、工艺要求较高，三个一维传感器必须极为精确地相互垂直才能保证传感器的测量准确性，来自外界的微小冲击也会导致传感器的测量出现误差。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种基于平面工艺的、易与芯片集成的高灵敏度异质结三维磁场测量霍尔传感器

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于平面工艺的异质结三维磁场测量霍尔传感器，其特征在于，所述霍尔传感器包括衬底10，以及形成于衬底之上、位于中心的正方体结构的中心电极c1，形成于衬底之上、与中心电极的四个侧面紧密接触的四个相同的十字形磁感应区域s1、s2、s3、s4，所述十字形磁感应区域包括自下而上依次设置的沟道层20、隔离层30、帽层50和钝化层60，其中，隔离层30中设置δ掺杂层40；所述十字形磁感应区域中，远离中心电极c1的末端设置接地电极c2、c3、c4、c5，接地电极完全覆盖末端表面，两臂的末端设置测量电极h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8，测量电极完全覆盖末端表面。

进一步地，所述衬底10、沟道层20、隔离层30、帽层50和钝化层60均采用未掺杂的本征材料，所述钝化层为Si₃N₄、SiO₂等不易与外界发生反应的材料。

进一步地，所述沟道层的厚度为0.2微米，隔离层的厚度为0.3微米，帽层的厚度为0.5微米，钝化层的厚度为0.5微米，δ掺杂层与隔离层下表面之间的距离为5纳米。

本发明三维霍尔传感器的工作方式包括以下四种：