基于二维电子气沟道结构的GaN基磁传感器芯片技术研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maoht1980
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基于霍尔效应的霍尔传感器因其价格低廉,易于集成,同时在较大的磁场范围内具有良好的线性度而被广泛应用在核探测、生物医学传感、汽车电子以及电力电子设备中。传统的霍尔传感器多采用Si、GaAs、InSb等材料制作,但是这几种半导体材料禁带宽度较窄,内部载流子在大于250℃的高温情况下会发生明显的本征导电,导致器件性能下降或出现失效等可靠性问题。作为成熟宽禁带半导体材料之一的GaN具有明显的自身优势,较大的禁带宽度(>3.0 eV)确保优良的高温可靠性以及更高的击穿电压。其次,GaN异质结结构中无需掺杂即可产生的二维电子气具有较高的电子迁移率(典型值为2000 cm2/V·s),确保传感器的高灵敏度。另外,与同为第三代半导体材料的SiC相比,较低的GaN本征载流子浓度确保传感器具有较小的噪声。本文对AlGaN/GaN异质结水平型和垂直型霍尔传感器进行针对性的研究,主要研究内容包括:(1)利用L-edit集成电路版图设计软件实现GaN异质结水平型和垂直型霍尔传感器版图设计。采用成熟的GaN微纳加工工艺实现6英寸AlGaN/GaN异质结霍尔传感器制作,并进行切片、引线键合实现传感器PCB板级封装。(2)利用仿真软件对AlGaN/GaN异质结水平型霍尔传感器进行器件三维结构仿真,重点讨论300~650 K环境中器件性能变化。同时对AlGaN/GaN异质结垂直型霍尔传感器进行二维器件仿真,重点分析几何参数以及温度对传感器电学特性的影响。(3)本文对封装完成的AlGaN/GaN异质结水平型霍尔传感器进行实验测试。重点分析传感器失调电压、输出特性、灵敏度特性、温度特性以及角度特性。同时研究了4种不同几何参数对传感器器件性能的影响。结果证明本文制作的水平型霍尔传感器具有良好的电学性能以及温度稳定性。(4)本文首次制作了AlGaN/GaN异质结垂直型霍尔传感器,共设计了6种不同几何参数的器件结构,重点讨论不同几何参数对传感器器件性能的影响。实验测试分析了AlGaN/GaN异质结垂直型霍尔传感器失调电压、输出特性、灵敏度特性、温度特性以及角度特性。结果证明本文制作的垂直型霍尔传感器具有良好的电学性能以及温度稳定性。
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