[实用新型]一种半导体磁传感器

说明书

本实用新型提供了一种半导体磁传感器，具有场效应晶体管结构，包括半导体基底，以及与半导体基底相连接的源极、漏极与栅极；其中，栅极由压电材料构成的第一栅极与磁致伸缩材料构成的第二栅极组成，并且第一栅极与半导体基底连接，第二栅极与第一栅极连接。该磁传感器结构简单，工作状态时，外界磁场作用于第二栅极时场效应晶体管的电信号发生改变，通过测试该电信号实现磁场的探测，并且由于结合了场效应晶体管的信号放大作用，能够实现高灵敏度的磁场探测。

技术领域

本实用新型涉及磁场探测技术，具体涉及一种半导体磁传感器。

背景技术

磁传感器是传感器中的一个重要组成部分，把磁学量信号或者其他物理量按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。经过近一个世纪的发展，磁场传感器在人类社会生活的各个方面发挥着越来越来重要的作用，每年，全世界有数以十亿计的磁传感器投入使用。伴随着磁传感器的日臻完善，各行各业对其提出了越来越高的要求，尤其是要求其探测精度越来越高，同时要求其使用量程越来越宽，进一步拓宽应用领域，以满足实际应用的需求。因此，具有高的探测精度同时具有宽的使用量程是磁传感器新的发展方向之一，也越来越受到了研究学者的广泛关注。

目前，较为常见的磁传感器主要有以下几类：霍尔(Hall)传感器、磁通门和电流感应磁传感器、磁电阻型传感器等。从目前的研究现状来看，室温下，磁传感器的探测精度与量程通常是顾此失彼。因此，制备即满足高的探测精度又能实现宽的探测量程的磁场传感器仍然是一大挑战，寻求新型的磁传感器是目前努力的方向之一。

实用新型内容

针对上述技术现状，本实用新型提供一种半导体磁传感器，具有场效应晶体管结构，包括半导体基底，以及与半导体基底相连接的源极、漏极与栅极；其中，栅极由与半导体基底连接的第一栅极以及与第一栅极相连接的第二栅极组成，并且第一栅极为压电材料，第二栅极为磁致伸缩材料。

工作状态时，外界磁场作用于第二栅极，由于磁致伸缩才与压电材料存在着磁电耦合效应，磁致伸缩材料产生应力或应变传递到第一栅极，第一栅极的压电材料由于压电效应而产生电荷，从而改变了场效应晶体管沟道中载流子的浓度，引起场效应晶体管的电信号改变，通过测试该电信号实现磁场的探测。

所述的第二栅极材料为磁致伸缩材料，即具有磁致伸缩效应，其种类不限；作为优选，所述的第二栅极材料具有大的磁致伸缩系数，以提高探测灵敏度；作为进一步优选，所述的第二栅极材料采用具有高饱和场、大磁致伸缩系数的磁致伸缩材料与强制磁致伸缩系数大的非晶软磁材料复合，以同时实现宽量程的磁场探测。所述的具有高饱和场、大磁致伸缩系数的磁致伸缩材料包括但不限铁镓(FeGa)或者铽镝铁(TeDyFe)等；所述的强制磁致伸缩系数大的非晶软磁材料包括但不限于铁硅硼(FeSiB)或者钴铁硅(CoFeSi)等。

所述的第一栅极材料为压电材料，即具有压电效应，其种类不限；当所述的第一栅极材料的压电系数大时，由于磁致伸缩效应第二栅极材料产生的机械运动可以使压电材料产生更多的电荷，从而获得更高的灵敏度，因此作为优选，所述的第一栅极材料选用具有大的压电系数的压电材料，进一步优选，采用压电系数大的锆钛酸铅(PZT)或者聚偏二氟乙烯材料(PVDF)等。

所述的源极即为场效应晶体管中的源极，具有导电性，其材料不限，包括金属材料等；作为优选，所述的源极材料为铝(Al)、金(Au)或者钛(Ti)。所述的源极形态不限，优选为薄膜状。

所述的漏极即为场效应晶体管中的漏极，具有导电性，其材料不限，包括金属材料等；作为优选，所述的漏极材料为铝(Al)、金(Au)或者钛(Ti)。所述的漏极形态不限，优选为薄膜状。

所述的半导体基底即为场效应晶体管中的半导体基底，其材料不限，包括硅半导体基底，例如n型硅或者p型硅等；作为优选，所述的半导体基底采用含氮化镓(GaN)与铝镓氮(AlxGa1-xN)外延层的硅衬底。