基于硅基二極管的新型磁傳感器及制備方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于硅基二極管的新型磁傳感器及制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 目前，人類已經(jīng)步入信息時代，大型工業(yè)化、集成化電路的發(fā)展對于傳感器提出了 更高的要求，而磁傳感器作為其中一個重要分支，不僅可以用來探測磁場，還可以用來探測 方向、位移、壓力、間距以及角速度、加速度等。這使得磁傳感器越來越多地應用于交通運 輸、醫(yī)療儀器、航空航天、電子通信設(shè)備、工業(yè)測試設(shè)備以及軍事國防等諸多領(lǐng)域，受到人們 廣泛的重視。然而，現(xiàn)有磁傳感器的研究，無論在靈敏度還是在磁場的測試范圍都存在一定 的局限性，并且主要以磁性材料為主，因此現(xiàn)有的半導體工藝的存在靈敏度低和磁場探測 范圍小的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種基于硅基二極管的新型磁傳感器及 制備方法，以實現(xiàn)提高靈敏度和磁場測量范圍的優(yōu)點。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種基于娃基二極管的新型磁傳感器的制備方法，包括在60 keV加速電壓下，在η娃 基片的正面注入劑量為IXlO15 atom/cm3的磷離子形成Si η+層，在40 keV加速電壓下，在 η硅基片的反面注入劑量為2X1014atom/cm3的硼離子形成Si p+層，而η型硅基片Si η+ 層和Si ρ+層之間沒有注入磷離子和硼離子為Si η層的步驟； 以及 在Si η+層和Si ρ+層上通過在濺射方法制備Cu極板的步驟。
[0006] 優(yōu)選的，在η型硅基片注入磷離子和硼離子時，離子濃度分布均勻，所述磷離子和 硼離子的注入深度小于1 μ m。
[0007] 優(yōu)選的，所述Cu極板的厚度為50 nm。
[0008] 同時本發(fā)明技術(shù)方案公開一種基于硅基二極管的新型磁傳感器，包括Cu極板、Si η+層、Si η層和Si ρ+層，所述Si η+層和Si ρ+層分別位于Si η層的兩側(cè)，所述Cu極板 為兩個，一個Cu極板位于Si η+層的上側(cè)，另一個Cu極板位于Si ρ+層的下側(cè)。即該基于 硅基二極管的新型磁傳感器采用本發(fā)明技術(shù)方案的制備方法制備。
[0009] 優(yōu)選的，所述Si η+層和Si ρ+層厚度小于1 μ m。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果： 本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在硅基片上注入不同的離子，從而改變硅基片的磁阻變化率， 從而達到提高靈敏度和磁場測量范圍目的。且得到有效、簡單、具有高靈敏度且適合測量任 意范圍磁場大小的基于娃基二極管的新型磁傳感器。
[0011] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實施例所述的基于硅基二極管的新型磁傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2a和圖2b為本發(fā)明實施例所述的基于硅基二極管的新型磁傳感器的工作原理示意 圖； 圖3為本發(fā)明實施例所述的基于硅基二極管的新型磁傳感器在不同磁場下的電信號 的響應曲線圖； 圖4為本發(fā)明實施例所述的基于硅基二極管的新型磁傳感器在固定電流情況下電壓 隨磁場方向改變的響應曲線圖. 結(jié)合附圖，本發(fā)明實施例中附圖標記如下： I- Si η+層；2-Si η 層；3-Si p+層；4-Cu 極板。
【具體實施方式】
[0013] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實 施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014] 一種基于硅基二極管的新型磁傳感器的制備方法，包括在60 keV加速電壓下，在 η娃基片的正面注入劑量為lX1015atom/cm3的磷離子形成Si η+層，在40 keV加速電壓 下，在η硅基片的反面注入劑量為2 X IO14 atom/cm3的硼離子形成Si p+層，而η型硅基片 Si η+層和Si ρ+層之間沒有注入磷離子和硼離子為Si η層的步驟； 以及 在Si η+層和Si ρ+層上通過在濺射方法制備Cu極板的步驟。
[0015] 優(yōu)選的，在η型硅基片注入磷離子和硼離子時，離子濃度分布均勻，磷離子和硼離 子的注入深度小于1 μ m。
[0016] 優(yōu)選的，所述Cu極板的厚度為50 nm。
[0017] 一種基于硅基二極管的新型磁傳感器如圖1所示，包括Cu極板4、Si η+層1、Si η層2和Si ρ+層3，Si η+層1和Si ρ+層3分別位于Si η層2的兩側(cè)，Cu極板4為兩 個，一個Cu極板位于Si η+層的上側(cè)，另一個Cu極板位于Si ρ+層的下側(cè)。即該基于娃基 二極管的新型磁傳感器采用本發(fā)明技術(shù)方案的制備方法制備。Si η+層1和Si ρ+層3厚 度小于1 μ m。
[0018] 由電極和二極管組成的器件。根據(jù)二極管的工作原理，在施加正向電壓后，空間 電荷區(qū)變窄，因此二極管導通，電阻近似為零；當外加反向電壓后，空間電荷區(qū)變寬，因此 二極管截止，電阻近似為無窮大。這說明當外加電場時，二極管空間電荷區(qū)的改變可以大 范圍的調(diào)節(jié)二極管的電阻值。類似于空間電荷區(qū)的電場調(diào)制，當二極管在磁場作用下時，P 型二極管的載流子空穴，和η型二極管的載流子電子在運動過程中均會受到洛倫茲力的影 響。這將會直接改變載流子的運動軌跡和分布，從而改變二極管的空間電荷區(qū)。在一定的 磁場下這種空間電荷區(qū)的改變也可以直接調(diào)節(jié)二極管的電阻值。因此通過對不同磁場下， 二極管電阻的測量，可以推斷出磁場的相關(guān)數(shù)值和具體方向。由于空間電荷區(qū)的變化可以 導致傳感器的電阻值呈數(shù)量級的變化，這將可以大大提高傳感器的靈敏度。實驗表明，在磁 場2T，工作電壓7 V，二極管磁傳感器室溫磁電阻變化率可以達到2000%，這遠遠大于目前 傳統(tǒng)磁性材料的磁電阻室溫變化率（~10%-600%)。另外與目前傳統(tǒng)磁性材料的磁電阻相 t匕，該二極管磁傳感器不僅顯示高的磁阻變化率，而且可以適用于更廣泛的磁場范圍，同時 具有小的尺寸（150 Mm)和低的工作電壓（7 V)。
[0019] 如圖2a所示，傳感器的空間電荷區(qū)在外電場作用下空間是均勻的，載流子空穴和 電子均沿直線運動，傳感器電阻值恒定。而當施加外磁場時，如圖2b所示，磁場方向為垂直 器件P-η結(jié)平面向下，這時在Si (p+)層的載流子空穴受磁場的洛倫茲力作用，會向右下方 移動；對于Si η+層載流子電子，運動方向是沿電流的反方向移動，同時由于受到洛倫茲力 的作用，則偏轉(zhuǎn)為向左下方運動。兩種載流子的運動最終使得載流子在空間電荷區(qū)同一側(cè) 形成堆積，使得二極管空間電荷區(qū)發(fā)生改變，呈梯形分布，因此極大的增加了傳感器的電阻 值。
[0020] 如圖3所示，實線為實際測量值，空心點是根據(jù)二極管肖克萊理論
【主權(quán)項】
1. 一種基于娃基二極管的新型磁傳感器的制備方法，其特征在于，包括在60 keV加速 電壓下，在n娃基片的正面注入劑量為lXl〇i5atom/cm3的磯離子形成Si n+層，在40 keV 加速電壓下，在n娃基片的反面注入劑量為2X l〇M atom/cm3的測離子形成Si P+層，而n 型娃基片Si n+層和Si P+層之間沒有注入磯離子和測離子為Si n層的步驟； W及 在Si n+層和Si P+層上通過在姍射方法制備化極板的步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在n型娃基片注入磯離子和測離子 時，離子濃度分布均勻，所述磯離子和測離子的注入深度小于lym。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述化極板的厚度為50 nm。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法制備的基于娃基二極管的新型磁傳感器， 其特征在于，包括化極板、Si n+層、Si n層和Si P+層，所述Si n+層和Si P+層分別位 于Si n層的兩側(cè)，所述化極板為兩個，一個化極板位于Si n+層的上側(cè)，另一個化極板 位于Si P+層的下側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于娃基二極管的新型磁傳感器，其特征在于，所述Si n+層 和Si P+層厚度小于1 ji m。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于硅基二極管的新型磁傳感器及制備方法，其中基于硅基二極管的新型磁傳感器的制備方法，包括在60keV加速電壓下，在n硅基片的正面注入劑量為1×1015 atom/cm3的磷離子形成Si n+層，在40keV加速電壓下，在n硅基片的反面注入劑量為2×1014atom/cm3的硼離子形成Si p+層，而n型硅基片Si n+層和Si p+層之間沒有注入磷離子和硼離子為Si n層的步驟； 在Si n+層和Si p+層上通過在濺射方法制備Cu極板的步驟。提供一種有效、簡單并且具有高靈敏度的而且適合測量任意范圍磁場大小的基于硅基二極管的新型磁傳感器。
【IPC分類】H01L43-10, H01L43-14, H01L43-06
【公開號】CN104681714
【申請?zhí)枴緾N201510016078
【發(fā)明人】隋文波, 楊德政, 薛德勝, 司明蘇
【申請人】蘭州大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月13日