[发明专利]十字电流型三轴矢量磁传感器

摘要

本发明涉及MEMS磁传感器领域，具体是一种十字电流型三轴矢量磁传感器。本发明为了解决现有磁传感器精度低、灵敏度差的问题。十字电流型三轴矢量磁传感器，包括GaAs衬底、两个基于RTD的竖直型电流霍尔器件以及一个基于HEMT的水平型电流霍尔器件；其是由包括如下步骤的制备方法制得的：制作基片；形成两个梯形RTD台面和HEMT台面；制备两个基于RTD的竖直型电流霍尔器件；制备基于HEMT的水平型电流霍尔器件。本发明所述的磁传感器精度高、灵敏度好，可广泛适用于各种导航系统。

主权项

1.十字电流型三轴矢量磁传感器，其特征在于：包括GaAs衬底(1)、两个基于RTD的竖直型电流霍尔器件(20)以及一个基于HEMT的水平型电流霍尔器件(19)；其是由包括如下步骤的制备方法制得的：(一)在超真空环境下，应用分子束外延技术在GaAs衬底(1)上依次生长如下表1所示参数的HEMT薄膜材料、自停止腐蚀层、以及RTD薄膜材料；得到基片；表1(二)、在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术形成三个梯形RTD台面(2)；对其中两个梯形RTD台面(2)进行保护，采用气体SiCl₄/SF₆为3∶1的干法刻蚀技术对第三个梯形RTD台面(2)进行腐蚀至HEMT薄膜材料，形成HEMT台面(9)；从而实现RTD和HEMT的单片集成，形成十字型电流的器件基础；(三)两个基于RTD的竖直型电流霍尔器件的制备，对两个梯形RTD台面(2)均进行如下操作：步骤1：将RTD薄膜材料的集电极通过引线引到自停止腐蚀层上，在梯形RTD台面上表面的发射极上和自停止腐蚀层上与引自RTD薄膜材料集电极的引线的连接处周围均溅射厚度为350nm的以任意比例混合的金属合金Ni/Au/Ge/Ni/Au，接着对梯形RTD台面上表面的发射极上和自停止腐蚀层上与引自RTD薄膜材料集电极的引线的连接处周围的Ni/Au/Ge/Ni/Au金属合金层均采用淀积和剥离法进行处理，形成RTD欧姆接触层(3)，然后在460℃下且N₂∶H₂为80∶20的氮氢环境中退火30s；步骤2：在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术形成发射极和集电极总台面(4)；步骤3：将浓度为10¹³cm^-3的B⁺注入发射极和集电极总台面(4)使发射极和集电极总台面(4)与自停止腐蚀层隔离；步骤4：在发射极和集电极总台面(4)的两侧利用等离子淀积台淀积一层Si₃N₄钝化层，形成隔离绝缘层(5)；步骤5：霍尔检测电极的制备：在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术在梯形RTD台面结构的前后面上均开一个小窗口，利用溅射技术溅射一层以任意比例混合的Au/Ge/Ni合金覆盖小窗口，形成RTD欧姆接触区(6)；使用引线连接技术将RTD欧姆接触区(6)与自停止腐蚀层连接，使自停止腐蚀层上形成RTD外界引线焊盘区(15)；步骤6：在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术在RTD欧姆接触层(3)、隔离绝缘层(5)上均形成RTD空气桥桥墩(7)，利用磁控溅射台在RTD空气桥桥墩(7)上溅射一层厚度为的金属Au；步骤7：在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术在RTD欧姆接触层(3)、隔离绝缘层(5)上的RTD空气桥桥墩(7)之间形成RTD空气桥桥面(8)；得到基于RTD的竖直型电流霍尔器件；(四)基于HEMT的水平型电流霍尔器件的制备，对HEMT台面(9)进行如下操作：步骤1：在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术在HEMT台面(9)上表面的两端形成两个HEMT欧姆接触层(10)；对HEMT欧姆接触层(10)进行等离子去底膜清洗和去氧化层；接着在HEMT欧姆接触层(10)上蒸发一层厚度为的以任意比例混合的金属合金Au/Ge/Ni，在380～420℃温度下合金化60秒；步骤2：在HEMT台面(9)上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术形成位于两个HEMT欧姆接触层(10)之间的N⁺槽，继续刻蚀形成栅槽，从而得到双凹槽结构(11)；步骤3：在双凹槽结构(11)上利用电子束蒸发一层厚度为的以任意比例混合的金属合金Ti/Pt/Au，形成肖特基势垒栅(12)；步骤4：利用光刻、刻蚀技术在HEMT台面(9)一端的HEMT欧姆接触层(10)上刻蚀深槽(21)，用金属蒸发、引线互联技术把肖特基势垒栅(12)通过引线(23)经深槽(21)与GaAs衬底(1)连接，使GaAs衬底(1)上形成栅极引线焊盘区(22)；步骤5：在双凹槽结构(11)上200～230℃温度下利用PECVD淀积一层厚度为的Si₃N₄钝化层(18)从而将肖特基势垒栅(12)与欧姆接触层(10)隔离；步骤6：在深槽(21)内填满光刻胶，利用光刻、腐蚀技术形成欧姆接触层桥面，在刻有深槽(21)的HEMT欧姆接触层(10)上蒸发一层厚度为2um的金属Au；步骤7：霍尔检测电极的制备：在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术在HEMT台面(9)结构的前后面均开一个霍尔电极小窗口，利用溅射技术溅射一层以任意比例混合的金属合金Au/Ge/Ni覆盖小窗口，形成HEMT欧姆接触区(13)；使用引线连接技术将HEMT欧姆接触区(13)与GaAs衬底(1)连接，使GaAs衬底(1)上形成HEMT外界引线焊盘区(14)；步骤8：在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术在HEMT欧姆接触层(10)的一侧形成两个HEMT空气桥桥墩(16)；在基片上涂一层光刻胶，利用光刻、刻蚀技术在两个HEMT空气桥桥墩(16)与HEMT欧姆接触层(10)之间形成两个HEMT空气桥桥面(17)，在HEMT空气桥桥面(17)上利用磁控溅射台溅射一层厚度为的金属Au，再在HEMT空气桥桥面(17)上电镀一层厚度为2～5μm的金属Au；步骤9：利用腐蚀液去除基片上的光刻胶，形成带具有空气桥结构的基于HEMT的水平型电流霍尔器件；得到十字电流型三轴矢量磁传感器。