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(dǎo)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(shí)代，大型工業(yè)化、集成化電路的發(fā)展對(duì)于傳感器提出了 更高的要求，而磁傳感器作為其中一個(gè)重要分支，不僅可以用來探測(cè)磁場(chǎng)，還可以用來探測(cè) 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(yīng)用于交通運(yùn) 輸、醫(yī)療儀器、航空航天、電子通信設(shè)備、工業(yè)測(cè)試設(shè)備以及軍事國(guó)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(chǎng)的測(cè)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(dǎo)體工藝的存在靈敏度低和磁場(chǎng)探測(cè) 范圍小的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)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(shí)現(xiàn)提高靈敏度和磁場(chǎng)測(cè)量范圍的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為實(shí)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(shí)，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(shí)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(gè)，一個(gè)Cu極板位于Si η+層的上側(cè)，另一個(gè)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(dá)到提高靈敏度和磁場(chǎng)測(cè)量范圍目的。且得到有效、簡(jiǎn)單、具有高靈敏度且適合測(cè)量任 意范圍磁場(chǎng)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(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)施例所述的基于硅基二極管的新型磁傳感器在不同磁場(chǎng)下的電信號(hào) 的響應(yīng)曲線圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)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(chǎng)方向改變的響應(yīng)曲線圖. 結(jié)合附圖，本發(fā)明實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下： I- Si η+層；2-Si η 層；3-Si p+層；4-Cu 極板。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí) 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(shí)，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(gè)，一個(gè)Cu極板位于Si η+層的上側(cè)，另一個(gè)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(dǎo)通，電阻近似為零；當(dāng)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(dāng)外加電場(chǎng)時(shí)，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(chǎng)調(diào)制，當(dāng)二極管在磁場(chǎng)作用下時(shí)，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(yùn)動(dòng)過程中均會(huì)受到洛倫茲力的影 響。這將會(huì)直接改變載流子的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(duì)不同磁場(chǎng)下， 二極管電阻的測(cè)量，可以推斷出磁場(chǎng)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(dǎo)致傳感器的電阻值呈數(shù)量級(jí)的變化，這將可以大大提高傳感器的靈敏度。實(shí)驗(yàn)表明，在磁 場(chǎng)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(dá)到2000%，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǎng)范圍，同時(shí) 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(chǎng)作用下空間是均勻的，載流子空穴和 電子均沿直線運(yùn)動(dòng)，傳感器電阻值恒定。而當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，如圖2b所示，磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪?器件P-η結(jié)平面向下，這時(shí)在Si (p+)層的載流子空穴受磁場(chǎng)的洛倫茲力作用，會(huì)向右下方 移動(dòng)；對(duì)于Si η+層載流子電子，運(yùn)動(dòng)方向是沿電流的反方向移動(dòng)，同時(shí)由于受到洛倫茲力 的作用，則偏轉(zhuǎn)為向左下方運(yùn)動(dòng)。兩種載流子的運(yùn)動(dòng)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(shí)線為實(shí)際測(cè)量值，空心點(diǎn)是根據(jù)二極管肖克萊理論
【主權(quán)項(xiàng)】
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(cè)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(cè)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(cè)離子 時(shí)，離子濃度分布均勻，所述磯離子和測(cè)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(gè)，一個(gè)化極板位于Si n+層的上側(cè)，另一個(gè)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(jiǎn)單并且具有高靈敏度的而且適合測(cè)量任意范圍磁場(chǎng)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(hào)】CN104681714
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510016078
【發(fā)明人】隋文波, 楊德政, 薛德勝, 司明蘇
【申請(qǐng)人】蘭州大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月13日