【摘 要】
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磁场传感器种类繁多,研究工作者们一直都在追求性能优越的磁场传感器,其中具有高性能、小型化、低功耗、低成本发展潜力的传感器类型更是备受关注。根据工作原理的不同,磁场传感器可以分为基于霍尔效应的磁场传感器和基于磁阻效应的磁场传感器两大类,而本论文针对基于场效应晶体管的磁场传感器展开研究,提出了一种新型磁场传感器即基于Al GaN/GaN异质结垂直结构类CAVET磁场传感器,利用Silvaco TCAD
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磁场传感器种类繁多,研究工作者们一直都在追求性能优越的磁场传感器,其中具有高性能、小型化、低功耗、低成本发展潜力的传感器类型更是备受关注。根据工作原理的不同,磁场传感器可以分为基于霍尔效应的磁场传感器和基于磁阻效应的磁场传感器两大类,而本论文针对基于场效应晶体管的磁场传感器展开研究,提出了一种新型磁场传感器即基于Al GaN/GaN异质结垂直结构类CAVET磁场传感器,利用Silvaco TCAD仿真软件,分别对Si基MOSFET磁场传感器、GaN基HEMT磁场传感器以及基于类CAVET的磁场传感器相关电学特性进行了研究,取得的主要结论如下:对于双漏极Si基MOSFET磁场传感器和GaN基HEMT磁场传感器而言,在无外加磁场情况下,其电学特性与传统FET相同,分裂双漏极的电流差为零;当施加磁场时,由于洛伦兹力作用,分裂漏极电流发生变化。研究结果表明,改变栅极电压、漏极电压、漏极间距可以一定程度上调控器件的相对灵敏度,但其相对灵敏度数值都较低。对于基于AlGaN/GaN异质结垂直结构类CAVET磁场传感器而言,研究结果表明,当栅极电压不变时,即沟道2DEG浓度一定时,磁感应强度增大,漏极电流差变大,相对灵敏度也逐渐增大;当磁感应强度增大为0.05 T时,器件的相对灵敏度高达487.92%/T(VD=10 V,VG=-3 V)。随着栅极电压增大,沟道2DEG浓度增大,分裂漏极的电流差增大,但其相对灵敏度有所降低;随着漏极电压增大,漏极电流差反而逐渐减小,其相对灵敏度也随之降低。当栅极电压较小时,随着电流孔径长度增大,漏极电流差增大;当栅极电压较大时(大于-1 V),随着电流孔径长度增大,漏极电流差减小。随着Al组份增加,由于极化诱导的2DEG浓度提高,漏极电流差显著增大,其相对灵敏度也随之增大。同时,随着温度升高,其相对灵敏度显著降低。本论文为进一步提高基于FET的磁场传感器的相对灵敏度、设计新型磁场传感器以及新型传感器的器件实现打下了前提基础。
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