Приладово-технологічне моделювання магніточутливого сенсора з інтегрованим магнітним концентратором
Анотація
Представлено результати дослідження та оптимізації конструктивних і експлуатаційних характеристик на основі даних приладово-технологічного моделювання магніточутливого сенсора з інтегрованим магнітним концентратором (ІМК) дископодібної форми.
Висока магнітна проникність матеріалу ІМК забезпечує високе значення індукції магнітного поля по його краях, що призводить до значного посилення доданого зовнішнього поля. Тобто ІМК виконує роль магнітного підсилювача, а також впливає на відношення сигнал/шум і сигнал/зсув. При цьому, однак, магнітне посилення залежить не тільки від розмірів ІМК, а й від його форми.
Аналіз впливу геометричних розмірів, крайового кута і використовуваного матеріалу інтегрованого магнітного концентратора на характеристики тривимірного датчика магнітного поля показав, що включення в конструкцію датчика Холла концентратора з феромагнітного матеріалу забезпечує значне (до 10 разів) підвищення коефіцієнта посилення магнітного потоку, що дозволяє застосовувати датчики досліджуваної конструкції для детектування слабких магнітних полів (від 0,01 мкТл до 2 мТл).
Показано, що виконаний з супермендюра магнітний концентратор дископодібної форми діаметром 200 мкм і товщиною 10 мкм з крайовим кутом 60° забезпечує посилення магнітного потоку величиною 120 мТл (максимальне значення, при якому концентратор може виконувати посилення магнітного потоку) з коефіцієнтом 10,81.
Отримані результати свідчать про перспективність застосування пропонованого конструктивного рішення для виготовлення тривимірних датчиків слабких магнітних полів, що мать магнітну чутливість за струмом до 3026 В/(А·Тл) уздовж поверхні датчика. Розглянутий тип сенсорних пристроїв істотно розширює сферу застосування датчиків Холла і може ефективно використовуватися як елементна база для медичної апаратури, обладнання для магнітно-резонансної терапії, а також в приладах для геологічних і геодезичних досліджень.
Посилання
Baranochnikov M. L. Micromagnetoelectronics. Vol. 1. Moscow, DMK press, 2011, 544 p. (Rus)
Buslov I., Bautkin V., Drapezo A., Yarmolovich V. [Sensors of weak magnetic fields on the Hall effect]. Sovremennaya elektronika, 2011, no. 1, pp. 12-17. (Rus)
Palumbo V., Marchesi M., Chiesi V., Paci D., Iuliano P., Toia F., Casoli F., Ranzieri P., Albertini F., Morelli M. Hall current sensor IC with integrated co-based alloy thin film magnetic concentrator. EDP Sciences, 2013, pp. 16002-p1—16002-p4. https://doi.org/10.1051/epjconf/20134016002
Popovic R. S., Drljaca P. M., Kejik P. CMOS magnetic sensors with integrated ferromagnetic parts. Sensors and Actuators, 2006, A. 129, pp. 94-99. https://doi.org/10.1016/j.sna.2005.11.048
Prokoshin V. I., Yarmolovich V. A., Drapezo A. P. [Development and application of magnetic flux concentrators for devices of micromagnetoelectronics]. Vestnik BGU, 2014, vol. 1, no. 2, pp. 39-43. (Rus)
Ripka P., Janosek M. Advances in magnetic field sensors. Sensors, 2010, vol. 10, no. 6, pp. 1108-1116. https://doi.org/10.1109/JSEN.2010.2043429
Dao Dinh Ha, Stempitsky V. R. Investigation of the Hall sensor characteristics with various geometry of the active area. Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika, 2018, vol. 20, no. 3, pp. 174-186. https://doi.org/10.17587/nmst.20.174-186
Meeker D. Magnetics Finite Element Method (femm). Version 4.2 [Electronic resource]. Mode of access: http://www.femm.info/wiki/HomePage (Date of access: 12.01.2016).
Dao Dinh Ha, Volchek V., Baranava M., Lovshenko I., et al. [Three-dimensional magnetometer based on hall sensors integrated in standard CMOS technology]. Doklady BSUIR, 2016, no. 7 (101), pp. 167-171. (Rus)
Авторське право (c) 2018 Стемпицький В. Р., Дао Динь Ха
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
