基于PZT/FeCoSiB微桥型薄膜磁电传感器的设计与制备

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基于磁电效应的磁电传感器具有灵敏度和分辨率高、室温工作、响应频率范围宽、功耗小、被动探测以及制备工艺简单等特点,是一种极具应用前景的磁场传感器。其中,薄膜磁电传感器因其体积小、易于集成而成为研究热点。然而,衬底的夹持效应极大地影响了薄膜磁电传感器对微弱、低频磁场的探测。本文利用衬底剪薄技术,提出一种微桥型薄膜磁电传感器,旨在降低谐振频率、提高磁电响应系数。本论文提出一种基于PZT/FeCoSiB微桥型薄膜磁电传感器,首先采用仿真软件COMSOL对微桥型薄膜磁电传感器的结构进行仿真。然后采用溶胶-凝胶法和射频磁控溅射分别制备具有优良铁电性PZT薄膜和优异磁性能FeCoSiB薄膜。在上述研究工作基础上,通过光刻和刻蚀等微电子工艺制备了基于PZT/FeCoSiB的微桥型薄膜磁电传感器,同时对该传感器进行了测试。得到以下结论:(1)仿真结果表明,微桥型薄膜磁电传感器的谐振频率与微桥型衬底厚度成线性关系,磁电响应系数与微桥型衬底厚度成负对数关系。随着衬底厚度的降低,传感器谐振频率大幅降至1kHz以下,磁电响应系数增大了2个数量级。(2)改变热处理温度和退火温度能改善PZT薄膜的结晶度、表面粗糙度和铁电性能。其中,在320℃热处理和750℃退火后,PZT薄膜沿(110)择优生长,表面粗糙度小且铁电性能最好。FeCoSiB薄膜经350℃磁场退火后矫顽力最低、磁场灵敏度最好。(3)利用LabVIEW程控磁电测试系统对微桥型薄膜磁电传感器进行性能测试。结果表明微桥型磁电传感器能够提高磁电响应系数,具有广阔的应用前景。
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