[發明專利]十字電流型三軸矢量磁傳感器

有效

• 申請號: 201110434180.0
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102520376A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 唐軍;劉俊;石云波;張曉明;郭浩;毛宏慶
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07;B81C1/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.十字電流型三軸矢量磁傳感器，其特征在于：包括GaAs襯底(1)、兩個基于RTD的豎直型電流霍爾器件(20)以及一個基于HEMT的水平型電流霍爾器件(19)；其是由包括如下步驟的制備方法制得的：

(一)在超真空環境下，應用分子束外延技術在GaAs襯底(1)上依次生長如下表1所示參數的HEMT薄膜材料、自停止腐蝕層、以及RTD薄膜材料；得到基片；

表1

(二)、在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術形成三個梯形RTD臺面(2)；對其中兩個梯形RTD臺面(2)進行保護，采用氣體SiCl₄/SF₆為3∶1的干法刻蝕技術對第三個梯形RTD臺面(2)進行腐蝕至HEMT薄膜材料，形成HEMT臺面(9)；從而實現RTD和HEMT的單片集成，形成十字型電流的器件基礎；

(三)兩個基于RTD的豎直型電流霍爾器件的制備，對兩個梯形RTD臺面(2)均進行如下操作：

步驟1：將RTD薄膜材料的集電極通過引線引到自停止腐蝕層上，在梯形RTD臺面上表面的發射極上和自停止腐蝕層上與引自RTD薄膜材料集電極的引線的連接處周圍均濺射厚度為350nm的以任意比例混合的金屬合金Ni/Au/Ge/Ni/Au，接著對梯形RTD臺面上表面的發射極上和自停止腐蝕層上與引自RTD薄膜材料集電極的引線的連接處周圍的Ni/Au/Ge/Ni/Au金屬合金層均采用淀積和剝離法進行處理，形成RTD歐姆接觸層(3)，然后在460℃下且N₂∶H₂為80∶20的氮氫環境中退火30s；

步驟2：在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術形成發射極和集電極總臺面(4)；

步驟3：將濃度為10¹³cm^-3的B⁺注入發射極和集電極總臺面(4)使發射極和集電極總臺面(4)與自停止腐蝕層隔離；

步驟4：在發射極和集電極總臺面(4)的兩側利用等離子淀積臺淀積一層Si₃N₄鈍化層，形成隔離絕緣層(5)；

步驟5：霍爾檢測電極的制備：在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術在梯形RTD臺面結構的前后面上均開一個小窗口，利用濺射技術濺射一層以任意比例混合的Au/Ge/Ni合金覆蓋小窗口，形成RTD歐姆接觸區(6)；使用引線連接技術將RTD歐姆接觸區(6)與自停止腐蝕層連接，使自停止腐蝕層上形成RTD外界引線焊盤區(15)；

步驟6：在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術在RTD歐姆接觸層(3)、隔離絕緣層(5)上均形成RTD空氣橋橋墩(7)，利用磁控濺射臺在RTD空氣橋橋墩(7)上濺射一層厚度為的金屬Au；

步驟7：在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術在RTD歐姆接觸層(3)、隔離絕緣層(5)上的RTD空氣橋橋墩(7)之間形成RTD空氣橋橋面(8)；得到基于RTD的豎直型電流霍爾器件；

(四)基于HEMT的水平型電流霍爾器件的制備，對HEMT臺面(9)進行如下操作：

步驟1：在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術在HEMT臺面(9)上表面的兩端形成兩個HEMT歐姆接觸層(10)；對HEMT歐姆接觸層(10)進行等離子去底膜清洗和去氧化層；接著在HEMT歐姆接觸層(10)上蒸發一層厚度為的以任意比例混合的金屬合金Au/Ge/Ni，在380～420℃溫度下合金化60秒；

步驟2：在HEMT臺面(9)上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術形成位于兩個HEMT歐姆接觸層(10)之間的N⁺槽，繼續刻蝕形成柵槽，從而得到雙凹槽結構(11)；

步驟3：在雙凹槽結構(11)上利用電子束蒸發一層厚度為的以任意比例混合的金屬合金Ti/Pt/Au，形成肖特基勢壘柵(12)；

步驟4：利用光刻、刻蝕技術在HEMT臺面(9)一端的HEMT歐姆接觸層(10)上刻蝕深槽(21)，用金屬蒸發、引線互聯技術把肖特基勢壘柵(12)通過引線(23)經深槽(21)與GaAs襯底(1)連接，使GaAs襯底(1)上形成柵極引線焊盤區(22)；

步驟5：在雙凹槽結構(11)上200～230℃溫度下利用PECVD淀積一層厚度為的Si₃N₄鈍化層(18)從而將肖特基勢壘柵(12)與歐姆接觸層(10)隔離；

步驟6：在深槽(21)內填滿光刻膠，利用光刻、腐蝕技術形成歐姆接觸層橋面，在刻有深槽(21)的HEMT歐姆接觸層(10)上蒸發一層厚度為2um的金屬Au；

步驟7：霍爾檢測電極的制備：在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術在HEMT臺面(9)結構的前后面均開一個霍爾電極小窗口，利用濺射技術濺射一層以任意比例混合的金屬合金Au/Ge/Ni覆蓋小窗口，形成HEMT歐姆接觸區(13)；使用引線連接技術將HEMT歐姆接觸區(13)與GaAs襯底(1)連接，使GaAs襯底(1)上形成HEMT外界引線焊盤區(14)；

步驟8：在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術在HEMT歐姆接觸層(10)的一側形成兩個HEMT空氣橋橋墩(16)；在基片上涂一層光刻膠，利用光刻、刻蝕技術在兩個HEMT空氣橋橋墩(16)與HEMT歐姆接觸層(10)之間形成兩個HEMT空氣橋橋面(17)，在HEMT空氣橋橋面(17)上利用磁控濺射臺濺射一層厚度為的金屬Au，再在HEMT空氣橋橋面(17)上電鍍一層厚度為2～5μm的金屬Au；

步驟9：利用腐蝕液去除基片上的光刻膠，形成帶具有空氣橋結構的基于HEMT的水平型電流霍爾器件；得到十字電流型三軸矢量磁傳感器。