[发明专利]一种基于霍尔效应的磁场传感器和其制作方法

说明书

公开了一种基于霍尔效应的磁场传感器，其包括：衬底；由拓扑绝缘材料制成的至少一条霍尔条带，所述至少一条霍尔条带附着在所述衬底上；以及至少两个接触电极，分别位于所述至少一条霍尔条带的两端，所述接触电极通过导线与外接电路连接。该磁场传感器具有空间分辨率高、噪声水平低以及适应温度范围大等特点。还公开了相关的制作方法。

技术领域

本申请总体上涉及纳米材料制造以及传感器(探测器)领域，并且具体 地涉及一种基于霍尔效应的磁场传感器和其制作方法。

背景技术

随着市场需求的不断提高和工艺技术的不断发展，器件的微型化具有相 当广阔的应用前景和市场。基于霍尔效应的传感器，简称霍尔传感器，在磁 场传感器中占据大部分份额。然而，霍尔传感器的小型化却遇到挑战。通常 的基于半导体的霍尔传感器尺寸过大，难于进行微小尺度的传感，当传统传 感器尺寸过小时，各种介观效应会使得霍尔传感器的霍尔效应变得非线性， 甚至一些量子效应将会抑制霍尔效应，从而可能使得霍尔传感器失效；此外， 小型化也会迅速增大噪声而导致无法工作。

期望一种新型材料的霍尔传感器，其尺寸可以到达纳米级，同时，性能 不会恶化，甚至还能进一步提高。

发明内容

一方面，公开了一种霍尔传感器，其包括：衬底；由拓扑绝缘材料制成 的至少一条霍尔条带，所述至少一条霍尔条带附着在该衬底上；以及至少两 个接触电极，分别位于上述至少一条霍尔条带的两端，该接触电极通过导线 与外接电路连接。

在一些实施例中，采用的拓扑绝缘材料为(Bi,Sb)₂(Te,Se)₃。

在一些实施例中，接触电极包括钯层和金层。

在一些实施例中，其中，至少一条霍尔条带的宽度和厚度，以及所述接 触电极的厚度均小于1微米。

另一方面，还公开了一种制作霍尔传感器的方法，其包括：通过机械解 理，获得拓扑绝缘材料层；将所述拓扑绝缘材料层附着在绝缘材料制成的衬 底上；通过微加工对所述拓扑绝缘材料薄层进行处理，获得至少一条霍尔条 带；在所述至少一条霍尔条带的两端，通过微加工形成附着于其上的接触电 极，这些接触电极通过导线与外接电路连接。

在一些实施例中，其中，拓扑绝缘材料为(Bi,Sb)₂(Te,Se)₃，通过电子束曝 光和反应离子刻蚀，对该拓扑绝缘材料薄层进行处理，以获得至少一条霍尔 条带。

在一些实施例中，其中，通过蒸镀将钯层和金层叠加制成接触电极并附 着在霍尔条带的两端。

在一些实施例中，其中，至少一条霍尔条带的宽度和厚度，以及所述接 触电极的厚度均小于1微米。

附图说明

图1为根据本申请实施例的霍尔传感器的俯视示意图；

图2为根据本申请实施例的霍尔传感器的垂直面剖视示意图；

图3为根据本申请实施例的一个应用场景的示例；

图4为根据本申请实施例的一个霍尔传感器的噪音测量电路原理图；

图5为根据本申请实施例的霍尔传感器实测噪声谱；

图6为根据本申请实施例的霍尔传感器的电子扫描显微镜下的图像。

具体实施方式