感知“利”器｜单芯片三轴磁场传感器及制备方法_传感器_磁场

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磁场传感器是指对磁旗子暗记或者能转换为磁旗子暗记的旗子暗记敏感的一类传感器。
磁场传感器广泛运用于磁导航、智能交通、智能电网、汽车电子、铁磁性物质检测等各种运用处所。

环球磁传感器市场的紧张驱动力之一是：汽车和电子罗盘的运用增长。
汽车和电子行业是磁传感器的最大终端市场。
例如，磁传感器运用于汽车动力传动系统、安全气囊、气压掌握和燃油系统中；智好手机和平板电脑中也须要大量电子罗盘。
其它紧张驱动力还包括：绿色能源的运用增长；汽车安全方面的严格立法；日益增长的环境问题，匆匆使掌握车辆排放。
估量未来五年环球磁传感器市场的复合年增长率（CAGR）超过7%。

感知“利”器｜单芯片三轴磁场传感器及制备方法_传感器_磁场感知“利”器｜单芯片三轴磁场传感器及制备方法_传感器_磁场科学

美新推出的单芯片三轴AMR磁传感器

（图片来自网络侵删）

三轴矢量磁传感器常日是采取相互垂直的三个单轴矢量磁传感器组合封装而成，个中单轴矢量磁传感器是只能对磁矢量一个方向的分量进行丈量的传感器。
目前商用或正在研究的矢量磁传感器，如霍尔磁传感器、各向异性磁阻传感器（AMR）、磁通门和微机电（MEMS）磁传感器，大多采取多芯片组合封装方法来形成三轴矢量磁传感器。

【推举发明专利】

《单芯片三轴磁场传感器及制备方法》

【技能背景】

目前，矢量磁传感器的紧张技能：

1）霍尔磁传感器是利用半导体材料的霍尔效应制作的一种磁场传感器。
霍尔磁传感器只对与电流方向垂直的磁场或磁场分量敏感，是一种矢量磁传感器。
由于霍尔磁传感器的丈量须要供应电流勉励，故其功耗较高，磁场分辨率也较低；此外，由于单芯片上直接制作三个相互垂直的霍尔传感器技能上很困难，利用霍尔磁传感器制作三轴磁传感器常日采取多芯片的封装集成方法，这会增加三轴霍尔磁传感器的尺寸、功耗和封装本钱。

2）各向异性磁阻传感器（AMR）是根据铁磁材料的各向异性磁阻效应制成的磁传感器。
AMR磁阻传感器一样平常采取四个磁电阻构成检测电桥，在被测磁场B浸染下，个中两个电阻阻值增大，其余两个电阻阻值减小，在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场成正比，实现对外磁场的检测。
不过，AMR磁阻传感器的电桥检测电路的功耗较高，而且须要在传感器芯片中制作复位线圈，复位时须要很大的勉励电流。

3）巨磁阻（GMR）磁传感器是AMR技能的提升，其检测灵敏度有大幅的提高，但在制造三轴磁传感器方面也存在技能困难，常日采取由三个单轴的GMR传感器或一个单轴与一个双轴GMR传感器通过组合封装而成。

矽睿科技推出的AMR与ASIC集成的三轴单芯片磁传感器

4）磁通门传感器由磁芯外绕激磁线圈、感应线圈组成，其磁场分辨率可以达到0.1nT量级。
磁通门传感器的磁芯采取磁导率高、矫顽力小的软磁材料，事情时激磁线圈中的激磁电流将磁芯勉励到饱和，其勉励功耗很高。
为提高丈量精度，磁通门传感器采取双磁芯或跑道形磁芯构造实现差分旗子暗记输出。
三轴磁通门传感器也是通过单轴传感器的组合封装而成，得到的三轴磁通门传感器体历年夜、封装精度哀求高、本钱高昂，仅限于高真个运用处所。

5）MEMS磁场传感器可以知足小型化、低功耗和低本钱的哀求，从上世纪90年代开始得到了快速发展。
目前MEMS磁传感器的研究和开拓事情紧张集中于单轴的MEMS磁传感器，实现三轴磁传感器的方法是三块单轴MEMS磁传感器芯片、或两块磁传感器芯片（个中一块为单轴MEMS磁传感器，另一块为双轴MEMS磁传感器）相互垂直组合封装而成，封装哀求高，同时还增加了器件的体积和封装本钱。
因此，利用MEMS技能的上风，发展单芯片高灵敏度、低功耗、低本钱的三轴磁传感用具有主要的实用代价和市场前景。

【发明内容】

本发明的供应一种灵敏度高、尺寸小、功耗低、低本钱、封装大略的单芯片三轴磁场传感器及其制备方法。

本发明的单芯片三轴磁场传感器，直接在传感器芯片制造阶段将一个双轴磁传感器和一个单轴磁传感器集成在单一芯片上，大大简化了三轴磁场传感器的封装。

上风包括：

1）在单芯片上形成三轴磁场传感器，具有体积小、构造大略、本钱低、封装大略等特点；

2）采取磁性薄膜作为磁敏感构造，事情时不须要施加电流勉励，器件功耗低；

3）采取差分电容检测办法，提高了器件的分辨率，还具有温度漂移小、抗外界振动滋扰能力强等特点；

4）采取MEMS技能制作，有利于器件的批量化生产，降落器件本钱；

5）三轴磁场传感器的电容检测专用集成电路可采取多层封装技能集成在磁场传感器芯片上，或采取半导体工艺直接制作在磁场传感器芯片上，可实现微型化的三轴磁传感器系统。

【其它磁传感器干系专利】

《微机器磁场传感器及其运用》

《一种平面多轴向磁通门传感器》