[發(fā)明專利]磁電傳感器和其制造方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201380052370.3 | 申請日： | 2013-10-07 |
| 公開（公告）號： | CN104737316A | 公開（公告）日： | 2015-06-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | A·皮奧拉;E·匡特 | 申請（專利權(quán)）人： | 克里斯蒂安-阿爾伯特基爾大學(xué) |
| 主分類號： | H01L41/00 | 分類號： | H01L41/00;H01L41/047 |
| 代理公司： | 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所 11038 | 代理人： | 鄧斐 |
| 地址： | 德國*** | 國省代碼： | 德國;DE |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 磁電 傳感器 制造 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于測量磁場的磁電(ME)傳感器，該磁電傳感器包括由磁致伸縮層、鐵電層和不導(dǎo)電的(即介電的)載體層構(gòu)成的層堆疊。
背景技術(shù)
磁電復(fù)合體數(shù)年以來是傳感機構(gòu)的研究領(lǐng)域中的重心，其目的是測量非常小的、通常與時間相關(guān)的磁場。磁電復(fù)合體包括磁致伸縮的和壓電的相。鐵電體也視為壓電材料。
磁場H引起磁致伸縮的相的長度變化，該長度變化通過機械耦合傳遞到壓電體上并且在那里產(chǎn)生機械的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力。通過壓電電壓常數(shù)g在壓電材料中引起介電的極化，該極化宏觀地產(chǎn)生可測量的磁電電壓UME。在這里可獲得的電壓UME(即也是ME電壓)直接與壓磁系數(shù)dm、壓電電壓常數(shù)g、兩個相k的耦合和壓電材料的層厚z成正比(方程1)。
通常磁電復(fù)合體以簡單的平板電容器的型式設(shè)計構(gòu)造。在這里，壓電材料(例如氮化鋁、AlN，鋯鈦酸鉛、PZT)作為介電體處于兩個作為電極起作用的導(dǎo)電層之間。通常磁致伸縮的相構(gòu)造為至少其中一個電極，如果本來應(yīng)該使用金屬的磁致伸縮的材料的話。金屬材料的優(yōu)點在于磁致伸縮效果的特性。最高的壓磁系數(shù)在金屬的、非結(jié)晶的材料，如(FeCoSiB)中可見。
此外已知的是，將磁電復(fù)合體設(shè)計構(gòu)造為薄層復(fù)合體，所述薄層復(fù)合體通常作為其他構(gòu)件具有用于功能層的載體。這樣的復(fù)合體的使用在要求的結(jié)構(gòu)尺寸小時并且用于制造傳感器陣列是有利的。在此，另一個優(yōu)點在于放棄在其他情況下在緊湊材料中通常的連接技術(shù)的膠粘技術(shù)。借助膠粘層取消所述相之間的分界面上的層，該層可能部分吸收磁致伸縮的長度變化。由此，此外也改進薄層ME傳感器的可重復(fù)性。
薄層ME傳感器經(jīng)常構(gòu)造為一側(cè)夾緊的彎曲梁。在此示出，以諧振運行的彎曲梁由于高性能具有非常高的磁電電壓(H.Greve,E.Woltermann,H.-J.Quenzer,B.Wagner,and?E.Quandt,Giant?magnetoelectric?coefficients?in(Fe90Co10)78Si12B10-AlN?thin?film?composites,Applied?Physics?Letters,vol.96,2010,p.182501)。
在圖1中勾畫按照現(xiàn)有技術(shù)的ME彎曲梁傳感器。在一側(cè)固定的基底條14上首先設(shè)置有下電極16，在該下電極上設(shè)置有壓電層10并且又在該壓電層上設(shè)置有金屬的磁致伸縮層12。ME電壓UME正如畫出的那樣在下電極16和磁致伸縮層12之間獲取。
按照圖1的彎曲梁傳感器的制造以微觀系統(tǒng)工程學(xué)的方法進行。典型的基底14是硅晶片，各個層以已知的方法如陰極濺射(噴鍍)或氣相沉積(physical?vapour?deposition、PVD)或溶膠-凝膠(Sol-Gel)方法施加到所述硅晶片上。涂敷的晶片通常平版印刷地結(jié)構(gòu)化，然后緊接著分離真正的彎曲梁。
在薄層ME傳感器中，基底14構(gòu)成前序部分中提及的層堆疊的集成的組成部分，因為功能層(鐵電、磁致伸縮)10、12由于它們的小厚度不能自承載。前序部分中提及的載體層可以以基底14標識。
正如已經(jīng)解釋的那樣，可測量的ME電壓與激勵的磁場強度的比例與壓電體的層厚或壓電相上的電極的間距成比例。因此，通過預(yù)先確定的磁場強度度引起的ME電壓可以簡單地通過增大壓電體的層厚來增大。
但關(guān)于薄層ME傳感器，在利用微觀系統(tǒng)技術(shù)的通常方法時，該方式受限制。此外，由內(nèi)應(yīng)力和小的沉積速率產(chǎn)生限制。
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