CN208869318U - 一种磁场传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁场传感器，所述传感器包括第一硅片(1)和第二硅片(2)，在所述第一硅片(1)上设置有一个呈立体结构的硅磁敏三极管，在所述第一硅片(1)和第二硅片(2)上分别设置一个聚/导磁微结构(4)，其中，所述聚/导磁微结构(4)使得非磁敏感方向的磁场聚集和传导至硅磁敏三极管的磁敏感方向，以进行测量。本实用新型所述的磁场传感器，结构简单，体积小，集成化程度高，其制作工艺操作方便，易于实现，适合大规模工业应用。

Description

一种磁场传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种测量非磁敏感方向磁场的磁场传感器。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，空间磁场矢量测量的需求显著提升，在地磁导航、电子罗盘、汽车电子、移动通讯等领域具有重要应用。

在现代传感器技术中，用于磁场检测的磁敏感元器件均具有确定的磁敏感方向，可完成沿x轴(或y轴、或z轴)的单一方向磁场测量。若要实现同一种磁敏感元器件对多个方向磁场矢量测量，可通过磁敏感元器件的组合和封装，但存在尺寸大、集成化程度低等问题；若采用不同磁敏感元器件进行组合、封装，则存在磁灵敏度一致性差、磁灵敏度交叉干扰大等问题。

因此，提供一种可以实现非磁敏感方向磁场的准确测量、体积小、集成化程度高的磁场传感器及其制作工艺，是目前亟需解决的问题。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：在单晶硅上设置一个呈立体结构的硅磁敏三极管，并在硅磁敏三极管的两侧分别设置正向和反向聚/导磁微结构，使得聚/导磁微结构的导出磁场接近硅磁敏三极管的磁敏感区，且在聚/导磁微结构表面包裹由非磁性材料对内部磁场进行保磁，实现了对非磁敏感方向的磁场的聚集、高效传导和高精度检测，且该磁场传感器的体积小、集成化程度高，从而完成了本实用新型。

具体来说，本实用新型的目的在于提供以下方面：

第一方面，提供了一种磁场传感器，其中，所述传感器包括第一硅片1和第二硅片2，在所述第一硅片1上设置有一个呈立体结构的硅磁敏三极管，在所述第一硅片1和第二硅片2上分别设置一个聚/导磁微结构4，其中，所述聚/导磁微结构4使得非磁敏感方向的磁场聚集和传导至硅磁敏三极管的磁敏感方向，以进行测量。

其中，在所述第一硅片1的上表面、下表面以及第二硅片2的下表面均设置有二氧化硅层3，

所述二氧化硅层3的厚度为300～600nm。

其中，在所述第一硅片1的上表面制作有集电区6和基区，和/或

在所述第一硅片1的下表面相对于集电区的位置制作有发射区7，

所述集电区为n⁺型掺杂，基区为p⁺型掺杂，和/或

所述发射区为n⁺型掺杂。

其中，在所述第一硅片1的上表面、集电区6远离基区的一侧制作有集电极负载电阻R_L，在第一硅片1的上表面、基区的一侧制作有基极负载电阻R_b，其中，

所述集电极负载电阻R_L和基极负载电阻R_b均为n^-型掺杂。

其中，在所述第一硅片1的上表面制作有正向聚/导磁微结构放置槽，用于正向放置聚/导磁微结构，

在所述第二硅片2的下表面制作有反向聚/导磁微结构放置槽，用于反向放置聚/导磁微结构。

其中，所述聚/导磁微结构4包括矩形台41和类梯形体42，其中，

所述矩形台41的横截面平行于第一硅片1和第二硅片2的上下表面。

其中，所述类梯形体42的长底边对应的底面为聚磁平面，与聚磁平面相交的四个平面均为曲面，两两相对设置，包括第一曲面、第二曲面、第三曲面和第四曲面，其中，

所述第一曲面和第三曲面均与聚磁平面的长边相交，所述第二曲面和第四曲面均与聚磁平面的短边相交，

其中，所述第一曲面和第三曲面的曲率半径为5mm-10mm，和/或

所述第二曲面和第四曲面的曲率半径为5mm-8mm。

其中，所述聚/导磁微结构4包括芯体和包裹膜，其中，所述芯体由高磁导率材料制成，以聚集和传导磁场，和/或

所述包裹膜为非磁性材料，以防止聚集的磁场流失；

其中，所述高磁导率材料的相对磁导率为100-180。

第二方面，提供了第一方面所述磁场传感器的制作工艺，其中，所述制作工艺包括以下步骤：

步骤1，清洗第一硅片1，进行一次氧化，在其双面生长二氧化硅层3；

步骤2，在第一硅片1的下表面进行一次光刻，制作载流子复合区窗口，并进行深能级杂质掺杂，形成载流子高复合区R；

步骤3，在第一硅片1的下表面、高复合区R的一侧进行二次光刻，制作发射区窗口，并注入离子进行n⁺型掺杂，形成高掺杂的发射区7；

步骤4，清洗第二硅片2，采用键合工艺将第一硅片1与第二硅片2进行键合，优选地，将第一硅片1的下表面与第二硅片2的上表面进行键合；

步骤5，在键合后，对第一硅片1的上表面进行工艺减薄、抛光和清洗处理；

步骤6，在减薄后的第一硅片1的上表面进行第三次光刻，分别刻蚀集电区窗口、集电极负载电阻掺杂窗口和基极负载电阻掺杂窗口，然后在集电区窗口进行n⁺型掺杂，在集电极负载电阻掺杂窗口和基极负载电阻掺杂窗口进行n^-型掺杂，形成集电区6、集电极负载电阻R_L和基极负载电阻R_b；

步骤7，在第一硅片1的上表面进行第四次光刻，通过深槽刻蚀制作基区腐蚀坑和正向聚/导磁微结构放置槽，然后在基区腐蚀坑中进行p⁺型掺杂，形成基区；

步骤8，在第一硅片1的上表面进行第五次光刻，刻蚀引线孔，然后进行真空蒸镀金属薄膜，并在金属薄膜的表面进行反向刻蚀，分别形成集电极C、基极B和互连线；

步骤9，在第二硅片2的下表面进行第六次光刻，刻蚀发射区引线结构5和反向聚/导磁微结构放置槽，然后在发射区引线结构5的表面进行真空蒸镀金属薄膜，形成金属引线；

步骤10，进行合金化处理形成欧姆接触，得到所述磁场传感器。

其中，在步骤10之后，还包括以下步骤：

步骤11，采用激光切割及MEMS技术加工高磁导率材料得到聚/导磁微结构4的芯体，然后在芯体的外部设置非磁性材料包裹膜，制备得到聚/导磁微结构4；

步骤12，将上述制备得到的聚/导磁微结构4分别嵌入第一硅片1上表面的正向聚/导磁微结构放置槽和第二硅片2下表面的反向聚/导磁微结构放置槽中；

步骤13，对上述嵌入聚/导磁微结构的磁场传感器进行无磁化封装。

本实用新型所具有的有益效果包括：

(1)本实用新型所提供的磁场传感器，结构简单、体积小、集成化程度高；

(2)本实用新型所提供的磁场传感器，通过分别将两个聚/导磁微结构正向和反向设置在硅片上，能够将z轴非磁敏感方向的磁场进行聚集和传导至磁敏感器件(硅磁敏三极管)的有效磁敏感方向(x轴或y轴)，进而实现测量；

(3)本实用新型所提供的磁场传感器，将聚/导磁微结构镶嵌在距离硅磁敏三极管磁敏感区10～50μm的位置，有利于减少被检测磁场在传导过程中的衰减，进一步提高磁场的检测精度，尤其对磁信号较弱的磁场，能够增大检测灵敏度；

(4)本实用新型所提供的磁场传感器，所述聚/导磁微结构的聚磁平面的面积大于磁场导出平面的面积，能够有效聚集磁力线、增强磁场以及提高磁灵敏度，可以减少磁力线损失；

(5)本实用新型所提供的磁场传感器，在聚/导磁微结构的芯体外部设置非磁性材料的包裹膜，能够有效降低漏磁，提高对待检测磁场的传导效率；

(6)本实用新型所提供的磁场传感器的制作工艺，操作方便，易于实现，适合大规模工业应用。

附图说明

图1示出本实用新型所述磁场传感器的整体结构示意图；

图2示出本实用新型所述磁场传感器的等效电路图；

图3a示出本实用新型所述聚/导磁微结构聚集和传导正向磁场的示意图；

图3b示出本实用新型所述聚/导磁微结构聚集和传导反向磁场的示意图；

图4-1～图4-8示出本实用新型所述制作工艺的过程图；

图5-1～5-4示出本实用新型实验例1所述的传感器的I-V特性曲线图。

附图标号说明：

1-第一硅片；

2-第二硅片；

3-二氧化硅层；

4-聚/导磁微结构；

41-矩形台；

42-类梯形体；

5-发射区引线结构；

6-集电区；

7-发射区；

B_+z-z轴正向磁场；

B_-z-z轴反向磁场；

B-基极；

C-集电极；

E-发射极；

R-复合区；

R_b-基极负载电阻；

R_L-集电极负载电阻；

V_DD-电源。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本实用新型提供了一种磁场传感器，如图1所示，所述传感器包括第一硅片1和第二硅片2，在所述第一硅片1上设置有一个呈立体结构的硅磁敏三极管，在所述第一硅片1和第二硅片2上分别设置一个聚/导磁微结构4，其中，所述聚/导磁微结构4使得非磁敏感方向的磁场聚集和传导至磁敏感方向，通过硅磁敏三极管进行测量。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图1所示，在所述第一硅片1的上表面、下表面以及第二硅片2的下表面均设置有二氧化硅层3。

其中，所述第一硅片1的下表面与第二硅片2的上表面键合在一起。

在进一步优选的实施方式中，所述二氧化硅层3的厚度为300～600nm，优选为400～500nm。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述第一硅片1的厚度为20～40μm，和/或

所述第二硅片2的厚度为300～500μm。

在进一步优选的实施方式中，所述第一硅片1的厚度为25～35μm，和/或

所述第二硅片2的厚度为350～450μm，优选为410μm。

在更进一步优选的实施方式中，所述第一硅片1和第二硅片2均为P型<100>晶向单晶硅，其电阻率＞100Ω·cm。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在所述第一硅片1的上表面制作有集电区6和基区，和/或

在所述第一硅片1的下表面相对于集电区的位置制作发射区7。

在进一步优选的实施方式中，所述集电区为n⁺型掺杂，基区为p⁺型掺杂，和/或

所述发射区为n⁺型掺杂。

在更进一步优选的实施方式中，在所述第一硅片1的上表面和下表面真空蒸镀金属薄膜，优选为金属Al薄膜，分别形成集电极C、基极B和发射极E。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在第一硅片1的上表面、集电区6远离基区的一侧制作有集电极负载电阻R_L，在第一硅片1的上表面、基区的一侧制作有基极负载电阻R_b。

在进一步优选的实施方式中，所述集电极负载电阻R_L和基极负载电阻R_b均为n^-型掺杂。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述基区为硅腐蚀坑，优选采用MEMS技术深槽刻蚀制得。

其中，所述MEMS技术是指微电子机械加工系统(MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystem)，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，其特点为小尺寸、多样化，制备的器件体积小、集成化高。

在进一步优选的实施方式中，所述基区的深度为20～40μm，优选为30μm。

在本实用新型中，采用MEMS深槽刻蚀技术形成立体结构的基区，在磁场作用下，可以明显提高基区载流子注入能力，由发射区发射的电子有效与基区注入载流子复合，调制被集电区收集的载流子，集电极电流发生明显改变，有效提高了磁敏三极管对磁场的磁敏感程度，因此，能够有效改善磁敏三极管磁敏感特性。

在更进一步优选的实施方式中，所述基区的内侧面为斜面，其内侧面与z轴的夹角为3～15°，优选为5～10°。

在本实用新型中，以与第一硅片1的上下表面平行的面为x轴和y轴所在平面，以与第一硅片1的上下表面垂直的面为z轴所在平面。

其中，由于在基区内需要引入金属Al，因此，将基区的内侧面设置为与z轴具有一定夹角，以降低引入金属Al的难度。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在第一硅片1的下表面、且在发射区7和基区之间制作有复合区R。

其中，所述复合区用于调制载流子寿命，调整载流子扩散长度，从而改善磁灵敏度。

在进一步优选的实施方式中，在所述复合区R中引入深能级杂质，以形成载流子高复合中心。

在更进一步优选的实施方式中，所述深能级杂质为金，所述深能级杂质的浓度为1E13cm^-3～1E14cm^-3。

在本实用新型中，在载流子复合中心中引入深能级杂质，不会产生任何噪声，也不会影响较弱磁场的检测信号。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在所述第二硅片2的下表面制作有发射区引线结构5，其通过MEMS技术刻蚀制得。

在进一步优选的实施方式中，所述发射区引线结构的刻蚀深度为300～500μm，优选为350～450μm，更优选为410μm。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图1和图2所示，所述集电极C与集电极负载电阻R_L的一端连接，所述基极B与基极负载电阻R_b的一端连接，

所述集电极负载电阻R_L的另一端、基极负载电阻R_b的另一端分别与电源V_DD连接，

所述发射极E接地。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在所述第一硅片1的上表面制作有正向聚/导磁微结构放置槽，用于正向放置聚/导磁微结构，

在所述第二硅片2的下表面制作有反向聚/导磁微结构放置槽，用于反向放置聚/导磁微结构。

其中，所述聚/导磁微结构优选镶嵌在正向聚/导磁微结构放置槽和反向聚/导磁微结构放置槽中。

在本实用新型中，硅磁敏三极管的磁敏感方向为x轴和y轴方向，即与第一硅片和第二硅片上下表面平行的方向，所述聚/导磁微结构包括聚磁和导磁两部分功能，用于将硅磁敏三极管非磁敏感方向(z轴)的磁场聚集和传导至x轴和y轴。

其中，所述正向放置的聚/导磁微结构用于聚集和传导z轴正向(B_+z)的磁场，所述反向放置的聚/导磁微结构用于聚集和传导z轴反向(B_-z)的磁场。

在进一步优选的实施方式中，所述正向聚/导磁微结构放置槽在第一硅片1上表面的刻蚀深度为30μm，和/或

所述反向聚/导磁微结构放置槽在第二硅片1下表面的刻蚀深度为350～550μm，优选为400～500μm，更优选为440μm。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述正向放置的聚/导磁微结构和反向放置的聚/导磁微结构，对称设置在硅磁敏三极管磁敏感层的两侧，以便于传导非磁敏感方向的磁场至磁敏感层。

在进一步优选的实施方式中，所述正向放置的聚/导磁微结构和反向放置的聚/导磁微结构距离磁敏感层的距离为10～50μm，优选为15～40μm，更优选为20～30μm。

在本实用新型中，将聚/导磁微结构设置在距离磁敏感层10～50μm的距离处，能有效减少传导的磁场的信号衰减，使得硅磁敏三极管对非敏感区磁场的检测更加精准、检测质量更高。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图3a所示，所述聚/导磁微结构4包括矩形台41和类梯形体42，其中，

所述矩形台41的横截面平行于第一硅片1和第二硅片2的上下表面。

其中，所述类梯形体42用于实现z轴方向磁场(B_+z和B_-z)聚集，所述矩形台41用于实现将z轴方向磁场(B_+z和B_-z)转换为x轴或y轴方向(磁敏感区)的磁场。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图3a所示，所述类梯形体42的长底边对应的底面为聚磁平面，与聚磁平面相交的四个平面均为曲面，两两相对设置，包括第一曲面、第二曲面、第三曲面和第四曲面，其中，

所述第一曲面和第三曲面均与聚磁平面的长边相交，所述第二曲面和第四曲面均与聚磁平面的短边相交，

优选地，所述第一曲面和第三曲面的曲率半径为5mm-8mm，和/或

所述第二曲面和第四曲面的曲率半径为5mm-8mm。

在进一步优选的实施方式中，所述正向放置的聚/导磁微结构的聚磁平面和反向放置的聚/导磁微结构的聚磁平面，分别与第一硅片1的上表面和第二硅片2的下表面平行且与z轴垂直。

在本实用新型中，所述非磁敏感方向的磁场由聚磁平面进入聚/导磁微结构，经转换后由矩形台41面向磁敏感层的平面导出。

在更进一步优选的实施方式中，所述类梯形体42的聚磁平面的面积大于矩形台41磁场导出平面的面积。

在本实用新型中，如图3a和3b所示，将聚磁平面的面积设置为大于磁场导出平面的面积，使得磁场由大面积进入、由小面积导出，进而实现聚集磁力线、增强磁场以及增大磁灵敏度，可以对非磁敏感方向的磁场实现保磁，减小磁力损失，且能够对磁信号较弱的磁场进行有效的高精度检测。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述聚/导磁微结构4包括芯体和包裹膜，其中，所述芯体由高磁导率材料制成。

在进一步优选的实施方式中，所述芯体的高磁导率材料的相对磁导率为100-180。

在更进一步优选的实施方式中，所述芯体由低矫顽力的材料制成，优选由坡莫合金制成。

其中，所述矫顽力是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强度B并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零，该磁场称为矫顽磁场，又称矫顽力。

在本实用新型中，采用低矫顽力的材料制备聚/导磁微结构的芯体，有利于聚集磁场，且磁损耗较低。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述聚/导磁微结构4的包裹膜为非磁性材料，以防止聚集的磁场流失。

本发明人经过研究发现，所述聚/导磁微结构的芯体能够有效聚集非磁敏感方向的磁场，为防止聚集的磁场由芯体周围流失，优选用非磁性材料对芯体进行包裹，以进一步提高导磁的效率。

优选地，所述包裹膜的厚度为80～180nm，优选为90～160nm，更优选为100-150nm。

在进一步优选的实施方式中，所述非磁性材料为铬、铝或铜中的一种或多种，优选为铜。

在更进一步优选的实施方式中，所述芯体外表面的粗糙度为小于5微米，优选小于3微米，更优选小于1微米，以减少磁场流失增强与包裹膜的结合度。

在本实用新型中，由于聚/导磁微结构为不规则形状，在芯体外部包裹非磁性材料时，需要将芯体外部的粗糙度降低至小于5微米，优选小于3微米，更优选小于1微米，以减少内部聚集磁场的流失，同时能够保证外部包裹膜均一性，使传导的磁场均匀稳定。

其中，所述非磁性材料在其生长方向上与芯体的高磁导率材料的晶格常数相匹配，以确保非磁性材料在不规则高磁导率材料上能够均匀成膜。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在所述硅磁敏三极管的相同磁敏感方向并联设置一个相同的硅磁敏三极管，以消除z轴垂直方向磁场(B_x或B_y)引起的信号干扰。

在本实用新型中，在将z轴非磁敏感方向的磁场转导至x轴或y轴方向进行测量时，会受到原本x轴或y轴方向磁场的信号干扰，通过按相同磁敏感方向并联设置两个硅磁敏三极管，能够将x轴或y轴方向的磁场消除掉，从而有效提高检测精度。

本实用新型还提供了一种磁场传感器的制作工艺，如图4所示，所述工艺包括以下步骤：

步骤1，清洗第一硅片1，进行一次氧化，在其双面生长二氧化硅层3(如图4-1所示)。

在本实用新型中，采用热氧化法在单晶硅表面生长二氧化硅层，其中，所述二氧化硅层3的厚度为300～600nm，优选为400～500nm。

步骤2，在第一硅片1的下表面进行一次光刻，制作载流子复合区窗口，并进行深能级杂质掺杂，形成载流子高复合区R(如图4-2所示)。

在本实用新型中，优选采用MEMS技术制作载流子复合区窗口，所述掺杂的深能级杂质优选为金(Au)，所述掺杂浓度为1E13cm^-3～1E14cm^-3。

其中，光刻后腐蚀二氧化硅层，清洗，再进行二次氧化，生长二氧化硅层。

步骤3，在第一硅片1的下表面、高复合区R的一侧进行二次光刻，制作发射区窗口，并注入离子进行n⁺型掺杂，形成高掺杂的发射区7(如图4-3所示)。

其中，光刻后腐蚀二氧化硅层，清洗，再次进行氧化、生长二氧化硅层。

步骤4，清洗第二硅片2，采用键合工艺将第一硅片1与第二硅片2进行键合，优选地，将第一硅片1的下表面与第二硅片2的上表面进行键合(如图4-4所示)。

步骤5，在键合后，对第一硅片1的上表面进行工艺减薄、抛光和清洗处理，

优选地，所述第一硅片1减薄后的厚度为30μm。

在本实用新型中，在对第一硅片1的上表面进行抛光处理后，再次生长二氧化硅层。

步骤6，在减薄后的第一硅片1的上表面进行第三次光刻，分别刻蚀集电区窗口、集电极负载电阻掺杂窗口和基极负载电阻掺杂窗口，然后在集电区窗口进行n⁺型掺杂，在集电极负载电阻和基极负载电阻掺杂窗口进行n^-型掺杂，形成集电区6、集电极负载电阻R_L和基极负载电阻R_b(如图4-5所示)。

在本实用新型中，所述集电区位置与发射区的位置相对应，所述集电极负载电阻位于集电区的一侧。

其中，光刻后腐蚀二氧化硅层，然后清洗和重新生长二氧化硅层。

步骤7，在第一硅片1的上表面进行第四次光刻，通过深槽刻蚀制作基区腐蚀坑和正向聚/导磁微结构放置槽，然后在基区腐蚀坑中进行p⁺型掺杂，形成基区(如图4-6所示)。

其中，所述基区腐蚀坑位于集电区相对于集电极负载电阻的另一侧，优选地，所述基区腐蚀坑和正向聚/导磁微结构放置槽的刻蚀深度均为30μm。

步骤8，在第一硅片1的上表面进行第五次光刻，刻蚀引线孔，然后进行真空蒸镀金属薄膜，并在金属薄膜的表面进行反向刻蚀，分别形成集电极C、基极B和互连线(如图4-7所示)。

其中，所述蒸镀的金属薄膜优选为铝(Al)薄膜。

步骤9，在第二硅片2的下表面进行第六次光刻，刻蚀发射区引线结构5和反向聚/导磁微结构放置槽，然后在发射区引线结构5的表面进行真空蒸镀金属薄膜，形成金属引线(如图4-8所示)。

其中，采用深槽刻蚀技术刻蚀发射区引线结构和反向聚/导磁微结构放置槽。

在本实用新型中，刻蚀形成的发射区引线结构的深度为300～500μm，优选为350～450μm，更优选为410μm，反向聚/导磁微结构放置槽的深度350～550μm，优选为400～500μm，更优选为440μm。

步骤10，进行合金化处理形成欧姆接触，得到所述磁场传感器。

其中，所述合金化处理为在350～550℃下处理10～50min，优选为在400～450℃下处理20～40min，更优选为在420℃下处理30min。

步骤11，采用激光切割及MEMS技术加工高磁导率材料得到聚/导磁微结构4的芯体，然后在芯体的外部设置非磁性材料包裹膜，制备得到聚/导磁微结构4。

其中，所述制备得到的芯体外表面的粗糙度小于5微米，优选小于3微米，更优选小于1微米，其晶格常数与外部的非磁性材料包裹膜生长方向的晶格常数相匹配，以确保包裹膜在芯体外部结合的均一性。

在本实用新型中，优选采用电子束工艺在芯体的外部真空蒸镀非磁性材料包裹膜。

步骤12，将上述制备得到的聚/导磁微结构4分别放置于第一硅片1上表面的正向聚/导磁微结构放置槽和第二硅片2下表面的反向聚/导磁微结构放置槽中(如图1所示)。

在本实用新型中，优选在显微镜下通过微夹钳将聚/导磁微结构分别镶嵌入正向和反向放置槽中。

其中，所述正向放置的聚/导磁微结构和反向放置的聚/导磁微结构嵌入放置槽中后，所述聚/导磁微结构4的矩形台41的横截面与集电区和基区之间的区域共面，使得正、反向设置的矩形台41的磁场导出平面均朝向硅磁敏三极管的磁敏感方向。

优选地，所述正向放置的聚/导磁微结构和反向放置的聚/导磁微结构的磁场导出平面距离硅磁敏三极管的磁敏感区的距离为10～50μm，优选为15～40μm，更优选为20～30μm。

步骤13，对上述嵌入聚/导磁微结构的磁场传感器进行无磁化封装。

实施例

实施例1

采用下述步骤制作磁场传感器:

(1)清洗第一硅片(<100>晶向高阻p型单晶硅，电阻率>100Ω·cm)，进行一次氧化，在其双面生长二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度为450nm；

(2)在第一硅片的下表面进行一次光刻，制作载流子复合区窗口，并进行深能级杂质金(Au)的掺杂，所述掺杂浓度为5E13cm^-3，形成载流子高复合区R；

(3)在第一硅片的下表面、高复合区R的一侧进行二次光刻，制作发射区窗口，并注入离子进行n⁺型掺杂，形成高掺杂的发射区；

(4)清洗第二硅片(<100>晶向高阻p型单晶硅，电阻率>100Ω·cm)，采用键合工艺将第一硅片的下表面与第二硅片的上表面进行键合，所述第二硅片的厚度为410μm；

(5)在键合后，对第一硅片的上表面进行工艺减薄、抛光和清洗处理，所述第一硅片减薄后的厚度为30μm；

(6)在减薄后的第一硅片的上表面进行第三次光刻，分别刻蚀集电区窗口、集电极负载电阻和基极负载电阻掺杂窗口，然后在集电区窗口进行n⁺型掺杂，在集电极负载电阻和基极负载电阻掺杂窗口进行n^-型掺杂，形成集电区、集电极负载电阻R_L和基极负载电阻R_b；

(7)在第一硅片的上表面进行第四次光刻，通过深槽刻蚀制作深度均为30μm的基区腐蚀坑和正向聚/导磁微结构放置槽，然后在基区腐蚀坑中进行p⁺型掺杂，形成基区；

(8)在第一硅片的上表面进行第五次光刻，刻蚀引线孔，然后进行真空蒸镀金属薄膜，并在金属薄膜的表面进行反向刻蚀，分别形成集电极C、基极B和互连线；

(9)在第二硅片的下表面进行第六次光刻，刻蚀深度为410μm的发射区引线结构和深度为440μm的反向聚/导磁微结构放置槽，然后在发射区引线结构5的表面进行真空蒸镀金属Al薄膜，形成金属引线；

(10)进行合金化处理形成欧姆接触，得到所述磁场传感器，具体为在420℃下处理30min；

(11)采用激光切割及MEMS技术加工坡莫合金得到聚/导磁微结构的芯体，然后采用电子束工艺在芯体的外部蒸镀铜，其中，芯体表面的粗糙度为小于5微米，铜膜的厚度为300nm，制备得到聚/导磁微结构；

(12)将上述制备得到的聚/导磁微结构，在显微镜下通过微夹钳分别镶嵌于第一硅片上表面的正向聚/导磁微结构放置槽和第二硅片下表面的反向聚/导磁微结构放置槽中；

(13)对上述嵌入聚/导磁微结构的磁场传感器进行无磁化封装。

对比例

对比例1

本对比例所用方法与实施例1相似，区别在于，制备的磁场传感器不具有聚/导磁结构。

实验例

实验例1传感器性能测试

将实施例1和对比例1所制备得到的磁场传感器置于磁场发生器(北京翠海佳诚磁电科技有限责任公司，型号：CH Hall-300，其能够产生1Gs～1T的磁场)中，连接半导体I-V参数测试系统(KEITHLEY 4200-SCS)，分别测量上述传感器在磁场环境下的I-V特性曲线，结果如图5-1～5-4所示。

其中，图5-1和图5-2中的曲线a～f分别为基极电流Ib在0mA、2.0mA、4.0mA、6.0mA、8.0mA和10.0mA下的I-V特性曲线。

图5-1为：B＝0mT时，实施例1或对比例1中的SMST(硅磁敏三极管)的I-V特性曲线；

图5-2为：当非磁敏感方向外加磁场B＝450mT且磁场方向垂直于SMST芯片表面时，实施例1制备的传感器的SMST的I-V特性曲线；

图5-3为：使用Origin绘图软件整合实施例1制备的传感器在外加磁场为0mT和450mT下SMST的I-V特性曲线；

图5-4为：基极电流Ib＝10mA时，实施例1和对比例1制备的传感器的SMST在外加磁场为0和450mT下的I-V特性曲线，其中，曲线a为外加磁场为0mT时，实施例1与对比例1制备的传感器的I-V特性曲线，以及外加磁场为450mT时，对比例1制备的传感器的I-V特性曲线；曲线b为外加磁场为450mT时，实施例1制备的传感器的I-V特性曲线。

由5-1可以看出，在无外加磁场(即外加磁场为0mT)时，基极电流Ib分别为0、2、4、6、8和10mA，对于每一个确定的基极电流，集电极电流都有与之对应的一条曲线。随着集电极电压从0V逐渐增大，集电极电流逐渐增大，当集电极电压增加到一定数值时，集电极电流趋于饱和，曲线近似平行于x轴。可见，SMST具有双极型晶体管的基本I-V特性特点，但集电极电流放大倍数小于1。而且，在无外加磁场时，实施例1和对比例1中制备的传感器的I-V特性曲线一致。

由图5-2～5-3可以看出，当外界磁场垂直作用于SMST芯片表面(磁场强度为450mT)时，实施例1中制备的传感器通过聚/导磁结构将外界垂直方向的磁场聚集并传导到SMST的磁敏感方向，使得SMST的I-V特性曲线发生一定变化；且随着基极电流的增加，集电极电流的变化逐渐增加。

由图5-4可以看出，当基极电流Ib为10mA时，实施例1和对比例1中制备的传感器，随着集电极电压的增加，集电极电流的变化量均逐渐增加，说明通过聚/导磁结构可以实现对SMST非磁敏感方向磁场的聚集，并传导到SMST的敏感方向进行测量；而对比例1制备的未添加聚/导磁结构的传感器在外加磁场为0mT和450mT下，集电极电流的变化量未发生变化，说明其对非磁敏感方向的磁场不敏感。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁场传感器，其特征在于，所述传感器包括第一硅片(1)和第二硅片(2)，在所述第一硅片(1)上设置有一个呈立体结构的硅磁敏三极管，在所述第一硅片(1)和第二硅片(2)上分别设置一个聚/导磁微结构(4)，其中，所述聚/导磁微结构(4)使得非磁敏感方向的磁场聚集和传导至硅磁敏三极管的磁敏感方向，以进行测量。

2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，在所述第一硅片(1)的上表面、下表面以及第二硅片(2)的下表面均设置有二氧化硅层(3)，

所述二氧化硅层(3)的厚度为300～600nm。

3.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，在所述第一硅片(1)的上表面制作有集电区(6)和基区，和/或

在所述第一硅片(1)的下表面相对于集电区的位置制作有发射区(7)，

所述集电区为n⁺型掺杂，基区为p⁺型掺杂，和/或

所述发射区为n⁺型掺杂。

4.根据权利要求3所述的磁场传感器，其特征在于，在所述第一硅片(1)的上表面、集电区(6)远离基区的一侧制作有集电极负载电阻(R_L)，在第一硅片(1)的上表面、基区的一侧制作有基极负载电阻(R_b)，其中，

所述集电极负载电阻(R_L)和基极负载电阻(R_b)均为n^-型掺杂。

5.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，在所述第一硅片(1)的上表面制作有正向聚/导磁微结构放置槽，用于正向放置聚/导磁微结构，

在所述第二硅片(2)的下表面制作有反向聚/导磁微结构放置槽，用于反向放置聚/导磁微结构。

6.根据权利要求5所述的磁场传感器，其特征在于，所述聚/导磁微结构(4)包括矩形台(41)和类梯形体(42)，其中，

所述矩形台(41)的横截面平行于第一硅片(1)和第二硅片(2)的上下表面。

7.根据权利要求6所述的磁场传感器，其特征在于，所述类梯形体(42)的长底边对应的底面为聚磁平面，与聚磁平面相交的四个平面均为曲面，两两相对设置，包括第一曲面、第二曲面、第三曲面和第四曲面，其中，

所述第一曲面和第三曲面均与聚磁平面的长边相交，所述第二曲面和第四曲面均与聚磁平面的短边相交。

8.根据权利要求7所述的磁场传感器，其特征在于，所述第一曲面和第三曲面的曲率半径为5mm-10mm，和/或

所述第二曲面和第四曲面的曲率半径为5mm-8mm。

9.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述聚/导磁微结构(4)包括芯体和包裹膜，其中，所述芯体由高磁导率材料制成，以聚集和传导磁场，和/或

所述包裹膜为非磁性材料，以防止聚集的磁场流失。

10.根据权利要求9所述的磁场传感器，其特征在于，

所述高磁导率材料的相对磁导率为100-180。