[发明专利]一种基于磁致伸缩效应的半导体磁场探测器

说明书

本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的半导体磁场探测器，在衬底的凹槽内设置磁致伸缩材料层和压电材料层，凹槽上、衬底上设置半导体层，半导体层上设置源极和漏极。探测磁场时，在磁场作用下，磁致伸缩材料层膨胀导致压电材料层被压缩，在压电材料层上出现电荷，从而改变半导体层中载流子的浓度，引起源极和漏极间的电信号变化，通过测试该电信号的变化实现磁场的探测。由于本发明中，源极和漏极之间的电信号对载流子浓度非常灵敏，所以本发明具有灵敏度高的优点。另外，可以选择不同的磁致伸缩材料以实现不同程度的膨胀，所以本发明具有量程宽的优点。

技术领域

本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种基于磁致伸缩效应的半导体磁场探测器。

背景技术

磁场探测器在人类社会生活的各个方面发挥着越来越重要的作用。随着技术的发展，人类对磁场探测技术的要求越来越高。传统的磁场探测器主要是基于霍尔效应、磁阻效应、磁通门效应及隧道效应的。这些传感器难以解决测量量程和测量精度方面的矛盾

中国发明专利申请201711455904.3“一种半导体磁传感器、其制备方法与使用方法”提出一种场效应晶体管结构，栅极有与半导体基底连接的具有压电效应的第一栅极以及与第一栅极连接的具有磁致伸缩效应的第二栅极组成。工作状态时，外磁场作用到磁致伸缩材料上，不会大幅度改变磁致伸缩材料对压电材料的压力，因为只有磁致伸缩材料置于第一栅极上，无论第一栅极与第二栅极作用如何，只有第二栅极的重力作用在第一栅极上，所以磁场探测灵敏度低。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的半导体磁场探测器，该半导体磁场探测器包括衬底、凹槽、磁致伸缩材料层、压电材料层、半导体层、源极、漏极。衬底具有凹槽，磁致伸缩材料层置于凹槽的底部。压电材料层置于磁致伸缩材料层上，压电材料层的上表面为平面。压电材料层不低于衬底表面。半导体层覆盖凹槽。源极和漏极设置在半导体层上，并且源极和漏极置于凹槽的两侧。探测磁场时，磁场作用于磁致伸缩材料层，磁致伸缩材料层的膨胀导致压电材料层被压缩，在压电材料层上出现电荷，从而改变源极和漏极之间的电信号，通过测试该电信号实现磁场的探测。

更进一步地，磁致伸缩材料层为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。

更进一步地，压电材料层为锆钛酸铅或聚偏二氟乙烯。

更进一步地，源极为铝或金，漏极为铝或金。

更进一步地，半导体层是含氮化镓与铝镓氮外延层的硅衬底。

更进一步地，磁致伸缩材料层的中部具有凸起。

更进一步地，在半导体层上、凹槽的中部设有贵金属块。

更进一步地，贵金属块为金。

更进一步地，贵金属块的宽度大于凹槽的宽度。

更进一步地，在金属块上还设有重物。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的半导体磁场探测器，在衬底的凹槽内设置磁致伸缩材料层和压电材料层。探测磁场时，在磁场作用下，磁致伸缩材料层膨胀导致压电材料层被压缩，在压电材料层上出现电荷，从而改变半导体层中载流子的浓度，引起源极和漏极间的电信号变化，通过测试该电信号的变化实现磁场的探测。由于本发明中，源极和漏极之间的电信号对载流子浓度非常灵敏，所以本发明具有灵敏度高的优点。另外，可以选择不同的磁致伸缩材料以实现不同程度的膨胀，所以本发明具有量程宽的优点。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于磁致伸缩效应的半导体磁场探测器的示意图。

图2是又一种基于磁致伸缩效应的半导体磁场探测器的示意图。

图3是再一种基于磁致伸缩效应的半导体磁场探测器的示意图。