[发明专利]基于磁集聚器和磁纳米颗粒复合材料的微型磁电容传感器

说明书

本发明公开了一种基于磁集聚器和纳米磁颗粒复合材料的微型磁电容传感器件，包括SOI基底、两个磁场集聚器、磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元、左金属电极板和右金属电极板；两个磁场集聚器和磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元位于将SOI基底的顶层低阻Si图形化刻蚀后的SiO₂表面上；两个磁场集聚器呈左右对称状布置；磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元位于两个磁场集聚器之间的间隙处，该磁纳米颗粒复合材料由超顺磁纳米颗粒和高分子聚合物组成；每个磁场集聚器和磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元之间间隔着左金属电极板和右金属电极板。本发明适用于各种场合的磁场测量，尤其适用于深空、深海、深地等高动态磁场应用环境的磁场测量。

技术领域

本发明涉及微型磁传感器，具体是一种基于磁集聚器和磁纳米颗粒复合材料的微型磁电容传感器及其制造方法。

背景技术

深空、深海、深地等广泛存在的磁场直接或间接反映着空间环境的资源分布变化规律，磁场矢量信息的准确测量是探测和认知深空、深海、深地等环境的重要手段。目前，磁场矢量信息的测量通过磁传感器来实现。然而，深空、深海、深地等测量环境磁场微弱、磁场分量变化快、温度范围广且测量载体体积往小型化发展，因此要求磁传感器同时具备微体积、低功耗、矢量性、高灵敏度、无磁滞以及宽测量范围等特点。现有的微型磁传感器主要包括霍尔磁传感器和磁阻传感器。其中，霍尔磁传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行磁场检测，受其检测机理所限，存在灵敏度低、功耗大、受温度影响大的问题，因此其不适用于深空、深海、深地等环境的磁场矢量信息测量。磁阻类传感器是利用材料在磁场作用下阻值变化进行磁场检测，但磁敏材料的电阻值易受温度变化影响，且所应用的磁敏材料具有宽磁滞特性，导致传感器在高动态磁场中零点和灵敏度参数产生漂移，另外，磁阻类传感器多采用惠斯通电桥进行阻值变化量检测，功耗较大。

综上，目前没有同时具备微体积、低功耗、矢量性、高灵敏度、无磁滞以及宽测量范围的磁传感器能适用于深空、深海、深地等环境的磁场测量，因此有必要发明一种新型的磁传感器以解决上述问题。

发明内容

本发明为了解决现有磁传感器不适用于深空、深海、深地等环境的磁矢量测量的问题，提供了一种基于磁集聚器和磁纳米颗粒复合材料的微型磁电容传感器件的设计及制造方法。

本发明是采用如下技术方案实现：

一种基于磁集聚器和磁纳米颗粒复合材料的微型磁电容传感器件，包括SOI基底（SOI包含顶层低阻Si、中间掩埋层SiO₂和底层Si）、两个磁场集聚器、磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元、左金属电极板和右金属电极板。

两个磁场集聚器和磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元位于将SOI基底的顶层低阻Si图形化刻蚀后的SiO₂表面；两个磁场集聚器呈左右对称状布置；磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元位于两个磁场集聚器之间的间隙处，该磁纳米颗粒复合材料由超顺磁纳米颗粒和高分子聚合物组成；每个磁场集聚器和磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元之间间隔着左金属电极板和右金属电极板。磁纳米颗粒复合材料磁电容敏感单元及两侧的左金属电极板和右金属电极板其周围刻蚀出中间掩埋层SiO₂。

针对上述基于磁集聚器和磁纳米颗粒复合材料的磁电容传感器件的制造方法，该制造方法是采用如下步骤实现的：

S1、选取SOI基底，在SOI基底的顶层低阻Si上溅射沉积金属焊点层，用金属焊点掩膜版光刻固胶，湿法腐蚀，得到左金属电极板和右金属电极板；

S2、用两个磁场集聚器和纳米复合材料磁电容敏感单元掩膜版光刻固胶，通过Si刻蚀工艺将图形化后的磁场集聚器和磁电容敏感单元位置处的顶层低阻Si刻蚀掉，露出SOI基底的中间掩埋层SiO₂，然后去除光刻胶，得到磁场集聚器和磁电容敏感单元的图形化沟槽，其中，将磁场集聚器位置处的顶层低阻Si刻蚀掉是用于后续溅射沉积磁场集聚器薄膜，将磁电容敏感单元位置处的顶层低阻Si刻蚀掉是用于后续注入磁纳米颗粒复合材料；