CN111398879B - 一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于p‑n结光致磁阻传感器的新方法，属于礠阻传感器的制造技术领域。我们在n型硅基片上正反两面采用离子注入的方法，制备获得了Si(n+)/Si(n)/Si(p+)结构二极管磁传感器。本发明中对铜电极进行溅射处理，不需要设置复杂的结构，能够提高Si(p+)和Si(n+)的离子浓度，使其能够分布均匀，能够提高靶的另一面的磁场强度，保证溅射电压的稳定性。本发明中的传感器可以在无外加电场的情况下，利用光驱动实现较大范围的磁场数值测试，并可以探测外加磁场的方向。本发明中光电效应产生的非对称磁阻不仅无需外加电源，而且还可以识别磁场的方向，更重要的是它可以自然地将传统p‑n结器件的磁电效应和光电效应整合在一起。

Description

一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法

技术领域

本发明属于磁阻传感器的制造技术领域，具体涉及一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法。

背景技术

当前，随着高科技信息化时代的步入，作为现代信息技术基础的微纳电子科学技术地位日益突出，而微纳电子科学技术的基础和核心内容则是器件技术，器件技术的重心则是集成电路技术。p-n结作为集成电路的核心组成部分，随着半导体器件的极高规模化以遵循摩尔定律的预测，将很快达到其物理极限。拓展传统p-n结电子器件新功能是有效克服摩尔定律失效的一种途径。

磁阻效应在半导体材料的发现，成为把磁性功能集成到p-n结中并为绕过摩尔定律开创了新方法。即使在不改变基于CMOS的技术的情况下，通过在磁场下调制空间电荷区，也可以观察到常规p-n结中的显着磁电效应。这使得p-n结不仅可以用作现代电子产品中的基本电气构件，还可以用作磁整流器，磁放大器和磁整流器，逻辑运算。

同时，p-n结的光电效应在光电探测器和太阳能电池的能量转换中也起着举足轻重的作用。受光照影响，p-n结的空间电荷区的内置电场可以有效地分离光生电子空穴对，并驱动电子和空穴移动到相反的区域以形成光电压。由于根据上述情况，光电压也取决于p-n结的空间电荷区，这表明通过在磁场下调制空间电荷区也可以改变常规p-n结中的光伏效应，这将直接结合p-n结的磁电和光伏效应连接在一起。因此把磁阻效应和光伏效应结合成为制作p-n结功能的新突破口。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法,如下步骤：

1)在n型硅基片上正反两面注入p+和n+离子，形成Si(p+)/Si(n+)结构，利用激光束照射到p-n结的p+区域的侧面，形成磁场，使得磁场垂直于光电流；

2)在开路光电压VOC＝1.1V，短路光电流ISC＝50.0μA，施加光照射p-n结，在磁场H＝+2000Oe和H＝－2000Oe，产生不对称的磁阻效应，当短路光电流ISC>50.0μA时，磁阻的不对称性大于当前的磁阻不对称性，最后利用激光照射检测p-n结的磁场修饰IV特性。

进一步地，所述Si(p+)/Si(n+)结构的上下表面为铜电极，所述铜电极的表面含有至少4个靶，在靶的内侧形成磁场回路，并与之前形成的磁场对靶进行喷射得到。

进一步地，所述铜电极的厚度为40-60nm。

进一步地，所述Si(p+)和Si(n+)的注入浓度分别为1014atom/cm³和1015atom/cm³。

本发明的有益效果是：

本发明中对铜电极进行溅射处理，不需要设置复杂的结构，能够提高Si(p+)和Si(n+)的离子浓度，使其能够分布均匀，能够提高靶的另一面的磁场强度，保证溅射电压的稳定性。

本发明中的传感器可以在无外加电场的情况下，利用光驱动实现较大范围的磁场数值测试，并可以探测外加磁场的方向。

3)本发明中光电效应产生的非对称磁阻不仅无需外加电源，而且还可以识别磁场的方向，更重要的是它可以自然地将传统p-n结器件的磁电效应和光电效应整合在一起。

附图说明

图1为本发明的制备的磁传感器件的结构示意图。

图2为本发明中有和没有激光照射及有和没有磁场作用下p-n结的IV特性。

图3为本发明中不带照明和带照明开路光电压区域附近的p-n结的磁阻曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下实施例中涉及的零部件、结构、机构等，如无特殊说明，则均为常规市售产品。

实施例1：

一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法,如下步骤：

1)在n型硅基片上正反两面注入p+和n+离子，形成Si(p+)/Si(n+)结构，利用激光束照射到p-n结的p+区域的侧面，形成磁场，使得磁场垂直于光电流；

2)在开路光电压VOC＝1.1V，短路光电流ISC＝50.0μA，施加光照射p-n结，在磁场H＝+2000Oe和H＝－2000Oe，产生不对称的磁阻效应，当短路光电流ISC>50.0μA时，磁阻的不对称性大于当前的磁阻不对称性，最后利用激光照射检测p-n结的磁场修饰IV特性。所述Si(p+)/Si(n+)结构的上下表面为铜电极，所述铜电极的表面含有至少4个靶，在靶的内侧形成磁场回路，并与之前形成的磁场对靶进行喷射得到。所述铜电极的厚度为40-60nm，所述Si(p+)和Si(n+)的注入浓度分别为10¹⁴atom/cm³和10¹⁵atom/cm³。。

图1为本发明制备的磁传感器件的结构示意图。我们在n型硅基片上通过离子注入的方法，分别在硅基片的正反面注入Si(p+)和Si(n+)，注入浓度分别为2.0×10¹⁴atom/cm³和10¹⁵atom/cm³。，从而形成Si(p+)/Si(n+)结构。上下表面铜(Cu)电极则是通过溅射方法制备而成，厚度50nm。

图2显示了有和没有激光照射及有和没有磁场作用下p-n结的IV特性。开路光电压VOC＝1.1V，短路光电流ISC＝50.0μA。可以看到在没有光照射p-n结的情况下，在磁场H＝+2000Oe和H＝－2000Oe，磁场调制的I-V特性几乎重合，表明对称的磁阻效应。而有光照射的p-n结光伏效应显著，且在H＝+2000Oe和H＝－2000Oe，磁场调制的I-V特性不重合，表明不对称的磁阻效应。

图3给出的是磁传感器工作在开路光电压区域附近(即无外加电源时)不带照明和带照明p-n结的磁阻曲线。磁阻(MR)定义为MR＝[V(H)-V(0)]/V(0)，其中V(H)和V(0)是具有和不具有磁性的p-n结器件的光电压。当不带照明时，对于所有电流，磁阻曲线是对称的并且近似为平方，这表明电场感应的磁阻效应与磁场对称。当带照明时，磁阻曲线与磁场不对称，负磁场下的磁阻比大于正磁场下的磁阻比。随着电流的进一步增加，磁阻的不对称性逐渐增加。这表明观察到的不对称磁阻既来自光感应磁阻，也来自电场感应磁阻。与图3(a)中的对称电场感应磁阻效应相比，可以得出结论，磁阻的非对称分量应该源自光电效应产生的磁阻效应。不同与一般的磁传感器，我们提出的这种基于光电效应产生的非对称磁阻不仅无需外加电源，而且还可以识别磁场的方向。更重要的是它可以自然地将传统p-n结器件的磁电效应和光电效应整合在一起。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法,其特征在于包括如下步骤：

1)在n型硅基片上正反两面注入p+和n+离子，形成Si(p+)/Si(n+)结构，利用激光束照射到p-n结的p+区域的侧面，形成磁场，使得磁场垂直于光电流；

2)在开路光电压VOC＝1.1V，短路光电流ISC＝50.0μA，施加光照射p-n结，在磁场H＝+2000Oe和H＝－2000Oe，产生不对称的磁阻效应，当短路光电流ISC>50.0μA时，磁阻的不对称性大于当前的磁阻不对称性，最后利用激光照射检测p-n结的磁场修饰IV特性。

2.根据权利要求1所述的一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法,其特征在于所述Si(p+)/Si(n+)结构的上下表面为铜电极，所述铜电极的表面含有至少4个靶，在靶的内侧形成磁场回路，并与之前形成的磁场对靶进行喷射得到。

3.根据权利要求2所述的一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法,其特征在于所述铜电极的厚度为40-60nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于p-n结光致磁阻传感器的新方法,其特征在于所述Si(p+)和Si(n+)的注入浓度分别为10¹⁴atom/cm³和10¹⁵atom/cm³。

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