Разработка и исследование однокристальных пороговых магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов

• Автор: Эннс, Всеволод Викторович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
Общая характеристика работы
Глава I. Тенденции и проблемы развития магниточувствительных микросхем
1.1. Виды датчиков магнитного поля, преимущества анизотропных магниторезистивных датчиков
1.2. Физические принципы и конструкция магниторезистивных датчиков
1.3. Выводы и постановка задачи
Глава II. Разработка и исследование однокристальных магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов
2.1. Моделирование магниторезистивного элемента
2.1.1. Конструкция и технология изготовления моделируемого магниторезистивного элемента
2.1.2. Модель магниторезистивного элемента, учитывающая нелинейные эффекты
2.1.3. Результаты моделирования
2.1.4. Экспериментальные характеристики
магниторезистивного моста
2.2. Разработка однокристального магниторезистивного датчика
2.2.1. Модель магниторезистивного элемента для системы автоматического проектирования
2.2.2. Разработка схемы датчика
2.2.3. Температурная компенсации микросхемы
2.2.4. Однокристальный магниторезистивный датчик
2.3. Выводы
Глава III. Оценка количества выхода годных кристаллов интегральных магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов

Глава IV. Разработка и исследование микросхемы управления бесконтактным двигателем
4.1. Проектирование микросхемы управления бесконтактным двигателем на основе магниторезистивного моста
4.2. Проектирование микросхемы управления бесконтактным двигателем на основе интегрированного МР моста и
датчика Холла
Заключение
Список используемой литературы

К ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В' современном информационном обществе цифровая обработка сигналов проникает практически во все аспекты жизнедеятельности человека. Такая обработка неразрывно связана приборами, регистрирующими наличие или изменение сигнала — с датчиками. Среди многообразия различных датчиков важную роль играют датчики магнитного поля. Для- решения- многих бытовых, промышленных или научных задач необходимы датчики магнитного поля, регистрирующие его наличие - пороговые магниточувствительные схемы.
Массовое внедрение магниточувствительных схем, требует их удешевления и возможности внедрения в системы-на-кристалле, для-построения комплексов цифровой обработки- сигналов. Для этого они, должны выполнятся в. виде одного кристалла, быть стойкими к технологическим и эксплуатационным разбросам и обладать малыми-размерами.
Существует несколько типов датчиков магнитного поля, различающихся по принципу функционирования. В' силу относительной, простоты изготовления.по интегральной технологии широко распространены датчики Холла, которые имеют небольшую стоимость и высокую надежность. Однако они. имеют ряд недостатков, главным из которых является относительно низкая чувствительность. Среди датчиков, которые могут производиться по интегральной технологии, существенно более высокую чувствительность имеют датчики на основе анизотропного магниторезистивного эффекта.
В связи с этим перспективным-является разработка методов и решений, позволяющих спроектировать и внедрить в массовое производство однокристальные магниточувствительные микросхемы на основе магниторезистивных элементов, обладающих малыми размерами и, энергопотреблением, и стойких к технологическим и эксплуатационным разбросам.

Неравномерность напыления пленки из магниторезистивного материала и неравномерность последующего травления структуры приводят к разбалансу плеч моста. Чем больше разбаланс, тем сильнее проявляется вырождение четырехлистника в двухлистник. Это показано на Рис. 2.4(6),(в). Моделирование показало, что полное вырождение четырехлистника (Рис. 2.4(в)) происходит при отклонении величин сопротивлений магниторезисторов в плечах моста на 3% от номинала, т.е. при соответствующих отклонениях толщины МР слоя и эффективной ширины полосок.
Другим фактором, который вызывает отклонение формы круговой диаграммы от идеальной, служит неточность формирования оси легкого намагничивания датчика в процессе производства. Это может быть вызвано неаккуратной загрузкой пластины в установку магнитного напыления и отжига или неоднородностью магнитного поля, прикладываемого в процессе напыления МР пленки. Эти факторы приводят к повороту круговой диаграммы на угол, равный углу отклонения оси легкого намагничивания от оси соответствующих МР полосок.

Рис. 2.4. Угловая диаграмма смещений МР моста при отсутствии разбаланса (а), 1% разбалансе (б), 3% разбалансе (в).