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基于MEMS工艺的微型磁通门传感器研究

作　者: 张晓强
导　师: 李新
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: MEMS磁通门螺线管 Ni/Fe磁芯
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

采用MEMS工艺制作的微型磁通门传感器体现出诸多优点,包括低功耗、高灵敏度、高分辨率、设计结构简单和低成本等。正因如此,它在地磁研究、地质勘探、空间磁场测量、小卫星定位等领域都有广泛的应用。结合目前国内外磁通门传感器的研究现状,首先从磁通门传感器的工作原理入手,依据现有的实验条件,将磁通门设计成螺线管形状。这种形状不仅可以有效降低传感器的漏磁,还能提高其电感量和品质因数。利用ANSYS有限元分析软件建立磁通门传感器的螺线管式有限元模型,综合分析各种参数,直观表示出磁通门传感器内外各部分的磁场分布情况,同时进行了传感器数值模拟研究,具体从磁芯、线圈、绝缘材料和衬底四个部分出发,分析其相互影响,得出传感器的优化设计方案。采用Ni/Fe合金材料制作磁芯,形状为长条状,线圈凸显在基体之上。磁芯是传感器关键结构,磁芯的质量直接影响到传感器的灵敏度、分辨率及尺寸大小。试验中发现通过溅射和电镀工艺可以有效提高磁芯的质量。对Ni/Fe磁芯的电镀工艺进行了深入的研究,通过反复实验优化电镀配方,确定最佳方案。论文详细介绍了磁通门传感器的制作工艺,涉及溅射、光刻、电镀、干法刻蚀和湿法刻蚀等MEMS工艺,以及双面套刻、深度光刻、精密机械抛光等关键技术。最终制备出的微型磁通门传感器尺寸为2.5 mm×1.7 mm,测试结果表明,磁灵敏度为117 V/T。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 微型磁通门传感器的应用背景  9-10
  1.2 微型磁通门传感器的发展现状  10-13
  1.3 本论文主要工作  13-14
第二章微型磁通门传感器的工作原理  14-19
  2.1 磁通门传感器的工作原理  14-16
  2.2 磁通门传感器的结构  16-18
  2.3 本章小结  18-19
第三章磁通门传感器的有限元模拟  19-40
  3.1 有限元电场、磁场分析  19-20
    3.1.1 第一阶段处理模块  19-20
    3.1.2 求解模块  20
  3.2 典型线圈的分析模型  20-23
  3.3 磁通门传感器的二维磁场有限元分析  23-25
  3.4 有限元分析步骤  25-30
    3.4.1 定义材料属性  25-26
    3.4.2 网格化  26-27
    3.4.3 后处理阶段的模型尺寸化  27-28
    3.4.4 后处理  28
    3.4.5 查看结果  28-30
  3.5 数值模拟  30-39
    3.5.1 磁芯的影响  31-37
    3.5.2 线圈匝数  37-38
    3.5.3 绝缘材料  38-39
    3.5.4 分析结论  39
  3.6 本章小结  39-40
第四章 Ni/Fe 磁性薄膜的电镀工艺研究  40-46
  4.1 磁性材料的选择  40-42
    4.1.1 坡莫合金  40-41
    4.1.2 铁氧体  41
    4.1.3 非晶、纳米晶软磁材料  41
    4.1.4 结论分析  41-42
  4.2 Ni／Fe 磁性薄膜电镀工艺的研究与分析  42-45
    4.2.1 Ni／Fe 合金电镀原理  42-43
    4.2.2 Ni／Fe 合金电镀装置及电镀液配制方法  43-44
    4.2.3 影响电镀质量的因素  44-45
  4.3 本章小结  45-46
第五章微型磁通门传感器的制作工艺  46-51
  5.1 磁通门传感器整体工艺流程  46-50
    5.1.1 基片的处理  47-48
    5.1.2 底层导线和第一层绝缘层的制作  48-49
    5.1.3 Ni／Fe 合金磁芯和第二层绝缘层的制作  49
    5.1.4 制作顶层导线  49-50
  5.2 本章小结  50-51
第六章结论  51-52
参考文献  52-54
在学研究成果  54-55
致谢  55

基于MEMS工艺的微型磁通门传感器研究

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