采用MEMS技术制作硅磁敏三极管研究
|
摘要
本课题主要研究采用MEMS技术在硅片上制作矩形板状立体结构硅磁敏三极管，并对制作的硅磁敏三极管样品基本特性进行实验研究。
实验结果表明本课题采用MEMS技术设计、制作的矩形板状立体结构的硅磁敏三极管样品具有较理想的伏安特性曲线、具有较高的磁灵敏度(样品集电极电流磁灵敏度可达227％/T)、具有负温度系数且温度系数较小、在磁场一定时I_c～I_b线性关系较好等优点。本文根据实验结果，确认了该硅磁敏三极管设计、制作方案完全可行。尤其在硅磁敏三极管的制作工艺中采用了硅各向异性腐蚀技术，为实现在硅片上制造具有矩形板状立体结构的硅磁敏三极管提供了可靠的技术方案。制作工艺不但能与IC工艺相兼容，而且便于集成化，将有广泛的应用领域。
本文同时对实验结果中所出现的硅磁敏三极管样品负阻特性曲线进行简单分析、讨论，为进一步提高硅磁敏三极管磁灵敏度等性能提出了优化的设计方案。
本文共分6章。第1章 综述了磁敏感元器件发展概况。
第2章 论述了本世纪中最重要技术之一——MEMS技术及其基本概况
第3章 磁敏三极管的基本结构、工作原理和基本特性
第4章 采用MEMS技术制作硅磁敏三极管的基本结构、工作原理和制作工艺。
第5章 实验结果
第6章 讨论与结论。
This subject is a research about manufacturing silicon magnetic-transistor with rectangle-plank cubic construction on silicon surface by MEMS technology, meanwhile it also makes a experiment-research on characteristic of silicon magnetic-transistor manufactured
Experiment expresses that silicon magnetic-transistor with rectangle plank cubic construction which is made by MEMS technology owns many virtues, which are as follows: First, stronger V-I characteristic curves and higher magnetic sensitivity (collector current magnetic sensitivity of sample can achieve to 227%/T), Second, lower negative-temperature coefficient that is small. Third, characteristic of Ic-Ib is very well.
The result of experiment proves that the design and manufacture project for silicon magnetic- transistor is feasible completely, Specially, in the course of manufacturing magnetic-transistor technique, anisotropic etching is applied and reliable technique project is provided in order to manufacturing silicon magnetic-transistor with rectangle-plank cubic construction, These technologies can be compatible to IC technology, integrated easily and there is a wide application field. In the thesis, negative resistance character curves of magnetic-transistor has been analyzed simply and discussed so that ideal design project has been presented to further enhance magnetic-transistor magnetic sensitivity.
The thesis consists of six chapters.
The first chapter: Generalizing the development situation of magnetic devices
The second chapter: Discussing MEMS and its basic situation, which is one of the most techniques in this century.
The third chapter: Discussing basic construction, operating fundamental and basic character.
The forth chapter: Design of basic construction, operating fundamental and manufacture technology for silicon magnetic-transistor by MEMS. The fifth chapter: The result of experiment The sixth chapter: Discussion and conclusion
实验结果表明本课题采用MEMS技术设计、制作的矩形板状立体结构的硅磁敏三极管样品具有较理想的伏安特性曲线、具有较高的磁灵敏度(样品集电极电流磁灵敏度可达227％/T)、具有负温度系数且温度系数较小、在磁场一定时I_c～I_b线性关系较好等优点。本文根据实验结果，确认了该硅磁敏三极管设计、制作方案完全可行。尤其在硅磁敏三极管的制作工艺中采用了硅各向异性腐蚀技术，为实现在硅片上制造具有矩形板状立体结构的硅磁敏三极管提供了可靠的技术方案。制作工艺不但能与IC工艺相兼容，而且便于集成化，将有广泛的应用领域。
本文同时对实验结果中所出现的硅磁敏三极管样品负阻特性曲线进行简单分析、讨论，为进一步提高硅磁敏三极管磁灵敏度等性能提出了优化的设计方案。
本文共分6章。第1章 综述了磁敏感元器件发展概况。
第2章 论述了本世纪中最重要技术之一——MEMS技术及其基本概况
第3章 磁敏三极管的基本结构、工作原理和基本特性
第4章 采用MEMS技术制作硅磁敏三极管的基本结构、工作原理和制作工艺。
第5章 实验结果
第6章 讨论与结论。
This subject is a research about manufacturing silicon magnetic-transistor with rectangle-plank cubic construction on silicon surface by MEMS technology, meanwhile it also makes a experiment-research on characteristic of silicon magnetic-transistor manufactured
Experiment expresses that silicon magnetic-transistor with rectangle plank cubic construction which is made by MEMS technology owns many virtues, which are as follows: First, stronger V-I characteristic curves and higher magnetic sensitivity (collector current magnetic sensitivity of sample can achieve to 227%/T), Second, lower negative-temperature coefficient that is small. Third, characteristic of Ic-Ib is very well.
The result of experiment proves that the design and manufacture project for silicon magnetic- transistor is feasible completely, Specially, in the course of manufacturing magnetic-transistor technique, anisotropic etching is applied and reliable technique project is provided in order to manufacturing silicon magnetic-transistor with rectangle-plank cubic construction, These technologies can be compatible to IC technology, integrated easily and there is a wide application field. In the thesis, negative resistance character curves of magnetic-transistor has been analyzed simply and discussed so that ideal design project has been presented to further enhance magnetic-transistor magnetic sensitivity.
The thesis consists of six chapters.
The first chapter: Generalizing the development situation of magnetic devices
The second chapter: Discussing MEMS and its basic situation, which is one of the most techniques in this century.
The third chapter: Discussing basic construction, operating fundamental and basic character.
The forth chapter: Design of basic construction, operating fundamental and manufacture technology for silicon magnetic-transistor by MEMS. The fifth chapter: The result of experiment The sixth chapter: Discussion and conclusion
引文
1温殿忠，穆长生，赵晓峰．采用MEMS技术制造磁敏三极管．传感器技术，2001：49-52．
2苏步霄，周士钟．敏感器件及其应用．中国铁道出版社，1987：157-160．
3黄得星等．磁敏感器件及其应用．科学出版社，1987：1-23：146-159．
4黄贤武，郑莜霞．传感器原理与应用．电子科学技术出版社，1999：74-182．
5吴兴惠．敏感元器件及材料．电子工业出版社，1992：466-469．
6张福学．传感器电子学及其应用．国防工业出版社，1990：102-109．
7[日]自动化编辑部．传感器应用，1992：227-229．
8王家祯，王俊杰等．《自动化技术丛书》传感器与变送器．清华大学出版社，1996：292-296．
9陈小华．《现代电工电子实用技术丛书》现代敏感元器件实用技术手册．人民邮电出版社，1998：207-210．
10王化祥，张淑英．传感器原理及应用．天津大学出版社，1988：240-258．
11方佩敏．新编传感器原理·应用·电路祥解．电子工业出版社，1994：188-192．
12余瑞芬．传感器原理．航空出版社，1995：293-297．
13赵晓峰，温殿忠．MEMS研究与发展前景．黑龙江大学自然科学学报，2002：64-69．
14温殿忠，李国栋，赵晓峰．纳米电子学研究与展望．黑龙江大学自然科学学报，2001：59-64．
15刘光辉，亢春梅．MEMS技术的现状和发展趋势．传感器技术，2001：52-56．
16王跃林，王渭源．集成微光机电系统前沿(A)．中国科学院2000高技术发展报告，2000：157-160．
17陈德英，茅盘松等，微机械加工中的图形硅片键合技术，固体电子学研究与进展，1999：321-328
18黄得星 双注入型磁敏二极管的设计，电子科学学刊，1986：104-109
19黄得星 长基区晶体管的磁敏感效应，半导体学报，1982：319-327
20刘仲娥，张维新，宋文洋．敏感元器件与应用．青岛海洋大学出版社，1993：153-212．
21张维新，朱秀文，毛赣如．半导体传感器．天津大学出版社，1990：35-43．
22黄继昌，徐巧鱼等．传感器工作原理及应用实例．人民邮电出版社，1998：241-245．
23何伟仁，王恒，宋增福．传感器技术．中国计量出版社，1989：147-148．
24刘迎春 叶湘滨．现代新型传感器原理与应用．国防工业出版社，1998．
25[苏]奥西波维奇．物理量传感器．国防工业出版社，1984：47-73．
26黄得星，温殿忠 硅磁敏三极管研制，物理，1979：456
27孙慧明，于泉等．半导体敏感元器件工艺原理．东北林业大学出版社，2000：68-145．
28厦门大学半导体物理教研室编．半导体器件工艺原理．人民教育出版社，1977：20-294
29温殿忠．力学量传感器原理及其应用．黑龙江科技出版社，1994：236-264
30温殿忠，方华军．利用MEMS研制微型气流传感器的特性研究．传感器技术学报，1998：51-55．
31温殿忠，庄玉光，邱成军．硅在KOH溶液中各向异性腐蚀机理的研究．黑龙江大学自然科学学报，1996：55-58．
32K．A．杰克逊．半导体工艺．科学出版社，1999：241-245．
33 哈尔滨船舶工程学院电工教研室．电工基础上册．国防工业出版社，1979：267-270．
34 何伟仁 王恒 宋增福编译．传感器新技术．中国计量出版社，1989：147-148．
35 王建民．机电工程测试技术．中国计量出版社，1995：68-69．
36 吴训一．自动检测技术．机械工业出版社，1981：222-231．
37 张福学．实用传感器手册．电子工业出版社，1988：351-369．
38 张福学．《电子工程手册系列丛书》传感器敏感元器件实用指南．电子工业出版社，1993：629．
39 Dianzhong Wen. An IC chip of magneto-sensitive silicon transistors sensor{c}.Bing-zhong Li, Solid State and Integrated Circuit Technology, Institute of Electrical and Electronics Engineers,Inc.2001:831～834.
40 Dianzhong Wen. Sensitivity analysis of junction Fild-Pressure-Halltron[J]. Review of Scientific Instrument. 1995: 250～255.
41 温殿忠 P~+-I-N~+器件压磁电效应的研究，传感器技术学报，1996：10-15
42 2003:372-377.
43 2003:117-120.
44 2002:593-597.
45
2000: 45-49.
46 2000:1130-1134.
47 1997:39-41.
48 2002: 244-247.
49 Dianzhong Wen. Study on At-ion laser enhanced anisotropic etching rate of Si.Chinese Journal of Laser. 1995: 202～204.
50 吴东平，黄宜平，竺士炀 晶片键合技术及其在微电子学中的应用，微电子学，1999：44-49．
51 何进，王新，陈星弼 基于SDB技术的新结构PT型IGBT器件研制，半导体学报，2000：877-881．
52 姚雅红，吕苗，赵彦军，崔战东 微传感器制造中的硅．玻璃静电键合技术，半导体技术，1999：19-23．
53 印燕，吴冲若 玻璃与玻璃的静电键合，微细加工技术，1998：47-51．
54 何德湛，郑宜波，张敏 原子力显微镜探针制造及阳极键合技术，半导体技术，1997：53-55．
55 钱钢，张利春等，一种新的硅深槽刻蚀技术研究，半导体学报，1994：29-34．
56 赵伟，李勇，深槽隔离技术中硅的反应离子刻蚀，微电子学，1994：36-40．
57 陈德勇，崔大付，王利等．微型硅谐振式压力传感器的研制．传感器技术，2001：49-51．
58 Bryzek J. Impact of MEMS technology on society. Sensors and Actuators A. 1996: 1-9.
59 Lang W.Reflexions on the future Microsystems. Sensors and Actuators A. 1999: 1-15.
60 王清平，郭林等，1μm宽硅深槽刻蚀技术，微电子学，1996：35-39．
2苏步霄，周士钟．敏感器件及其应用．中国铁道出版社，1987：157-160．
3黄得星等．磁敏感器件及其应用．科学出版社，1987：1-23：146-159．
4黄贤武，郑莜霞．传感器原理与应用．电子科学技术出版社，1999：74-182．
5吴兴惠．敏感元器件及材料．电子工业出版社，1992：466-469．
6张福学．传感器电子学及其应用．国防工业出版社，1990：102-109．
7[日]自动化编辑部．传感器应用，1992：227-229．
8王家祯，王俊杰等．《自动化技术丛书》传感器与变送器．清华大学出版社，1996：292-296．
9陈小华．《现代电工电子实用技术丛书》现代敏感元器件实用技术手册．人民邮电出版社，1998：207-210．
10王化祥，张淑英．传感器原理及应用．天津大学出版社，1988：240-258．
11方佩敏．新编传感器原理·应用·电路祥解．电子工业出版社，1994：188-192．
12余瑞芬．传感器原理．航空出版社，1995：293-297．
13赵晓峰，温殿忠．MEMS研究与发展前景．黑龙江大学自然科学学报，2002：64-69．
14温殿忠，李国栋，赵晓峰．纳米电子学研究与展望．黑龙江大学自然科学学报，2001：59-64．
15刘光辉，亢春梅．MEMS技术的现状和发展趋势．传感器技术，2001：52-56．
16王跃林，王渭源．集成微光机电系统前沿(A)．中国科学院2000高技术发展报告，2000：157-160．
17陈德英，茅盘松等，微机械加工中的图形硅片键合技术，固体电子学研究与进展，1999：321-328
18黄得星 双注入型磁敏二极管的设计，电子科学学刊，1986：104-109
19黄得星 长基区晶体管的磁敏感效应，半导体学报，1982：319-327
20刘仲娥，张维新，宋文洋．敏感元器件与应用．青岛海洋大学出版社，1993：153-212．
21张维新，朱秀文，毛赣如．半导体传感器．天津大学出版社，1990：35-43．
22黄继昌，徐巧鱼等．传感器工作原理及应用实例．人民邮电出版社，1998：241-245．
23何伟仁，王恒，宋增福．传感器技术．中国计量出版社，1989：147-148．
24刘迎春 叶湘滨．现代新型传感器原理与应用．国防工业出版社，1998．
25[苏]奥西波维奇．物理量传感器．国防工业出版社，1984：47-73．
26黄得星，温殿忠 硅磁敏三极管研制，物理，1979：456
27孙慧明，于泉等．半导体敏感元器件工艺原理．东北林业大学出版社，2000：68-145．
28厦门大学半导体物理教研室编．半导体器件工艺原理．人民教育出版社，1977：20-294
29温殿忠．力学量传感器原理及其应用．黑龙江科技出版社，1994：236-264
30温殿忠，方华军．利用MEMS研制微型气流传感器的特性研究．传感器技术学报，1998：51-55．
31温殿忠，庄玉光，邱成军．硅在KOH溶液中各向异性腐蚀机理的研究．黑龙江大学自然科学学报，1996：55-58．
32K．A．杰克逊．半导体工艺．科学出版社，1999：241-245．
33 哈尔滨船舶工程学院电工教研室．电工基础上册．国防工业出版社，1979：267-270．
34 何伟仁 王恒 宋增福编译．传感器新技术．中国计量出版社，1989：147-148．
35 王建民．机电工程测试技术．中国计量出版社，1995：68-69．
36 吴训一．自动检测技术．机械工业出版社，1981：222-231．
37 张福学．实用传感器手册．电子工业出版社，1988：351-369．
38 张福学．《电子工程手册系列丛书》传感器敏感元器件实用指南．电子工业出版社，1993：629．
39 Dianzhong Wen. An IC chip of magneto-sensitive silicon transistors sensor{c}.Bing-zhong Li, Solid State and Integrated Circuit Technology, Institute of Electrical and Electronics Engineers,Inc.2001:831～834.
40 Dianzhong Wen. Sensitivity analysis of junction Fild-Pressure-Halltron[J]. Review of Scientific Instrument. 1995: 250～255.
41 温殿忠 P~+-I-N~+器件压磁电效应的研究，传感器技术学报，1996：10-15
42 2003:372-377.
43 2003:117-120.
44 2002:593-597.
45
2000: 45-49.
46 2000:1130-1134.
47 1997:39-41.
48 2002: 244-247.
49 Dianzhong Wen. Study on At-ion laser enhanced anisotropic etching rate of Si.Chinese Journal of Laser. 1995: 202～204.
50 吴东平，黄宜平，竺士炀 晶片键合技术及其在微电子学中的应用，微电子学，1999：44-49．
51 何进，王新，陈星弼 基于SDB技术的新结构PT型IGBT器件研制，半导体学报，2000：877-881．
52 姚雅红，吕苗，赵彦军，崔战东 微传感器制造中的硅．玻璃静电键合技术，半导体技术，1999：19-23．
53 印燕，吴冲若 玻璃与玻璃的静电键合，微细加工技术，1998：47-51．
54 何德湛，郑宜波，张敏 原子力显微镜探针制造及阳极键合技术，半导体技术，1997：53-55．
55 钱钢，张利春等，一种新的硅深槽刻蚀技术研究，半导体学报，1994：29-34．
56 赵伟，李勇，深槽隔离技术中硅的反应离子刻蚀，微电子学，1994：36-40．
57 陈德勇，崔大付，王利等．微型硅谐振式压力传感器的研制．传感器技术，2001：49-51．
58 Bryzek J. Impact of MEMS technology on society. Sensors and Actuators A. 1996: 1-9.
59 Lang W.Reflexions on the future Microsystems. Sensors and Actuators A. 1999: 1-15.
60 王清平，郭林等，1μm宽硅深槽刻蚀技术，微电子学，1996：35-39．