Разработка и исследование однокристальных пороговых магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов
Диссертация
Существует несколько типов датчиков, магнитного поля, различающихся по принципу функционирования. В силу относительной, простоты изготовления. по интегральной технологии широко распространены датчики Холла, которые имеют небольшую стоимость и высокую надежность. Однако они. имеют ряд недостатков, главным из которых является относительно низкая чувствительность. Среди датчиков, которые могут… Читать ещё >
Содержание
- Общая характеристика работы
- Глава I. Тенденции и проблемы развития магниточувствительных микросхем
- 1. 1. Виды датчиков магнитного поля, преимущества анизотропных магниторезистивных датчиков
- 1. 2. Физические принципы и конструкция магниторезистивных датчиков
- 1. 3. Выводы и постановка задачи
- Глава II. Разработка и исследование однокристальных магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов
- 2. 1. Моделирование магниторезистивного элемента
- 2. 1. 1. Конструкция и технология изготовления моделируемого магниторезистивного элемента
- 2. 1. 2. Модель магниторезистивного элемента, учитывающая нелинейные эффекты
- 2. 1. 3. Результаты моделирования
- 2. 1. 4. Экспериментальные характеристики магниторезистивного моста
- 2. 2. Разработка однокристального магниторезистивного датчика
- 2. 2. 1. Модель магниторезистивного элемента для системы автоматического проектирования
- 2. 2. 2. Разработка схемы датчика
- 2. 2. 3. Температурная компенсации микросхемы
- 2. 2. 4. Однокристальный магниторезистивный датчик
- 2. 3. Выводы
- 2. 1. Моделирование магниторезистивного элемента
- Глава III. Оценка количества выхода годных кристаллов интегральных магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов
- Глава IV. Разработка и исследование микросхемы управления бесконтактным двигателем
- 4. 1. Проектирование микросхемы управления бесконтактным двигателем на основе магниторезистивного моста
- 4. 2. Проектирование микросхемы управления бесконтактным двигателем на основе интегрированного MP моста и датчика Холла
Список литературы
- S. Tumanski, «Thin Film Magnetoresistive Sensors», IOP Publishing Ltd, 2001.
- Honeywell, Product specification HMC1001/1002- HMC1021/1022.
- Philips, Product specification KMZ51, KMZ41.
- NEC, Product specification MRSS22L.
- S. Andreev, P. Dimitrova, «Anisotropic magnetoresistance integrated sensors», J. Optoelectron. Adv. Mater. 7(1), p. 199−206, February 2005.
- Касаткин С.И., Васильева Н. П., Муравьев A.M. Спинтронные магниторезистивные элементы и приборы на их основе. М., 2005. 168 с.
- Tanaka Т et al 1990 Anisotropic magnetoresistance and Hall effects for NiFeM alloy thin films IEEE Trans. Magn. 26 2418−2420.
- Collins A J and Sanders I L 1978 The magnetoresistance effect in nonmagnetostrictive NiFeCo films Thin Solid Films 48 247−255.
- Chapman V В et al 1981 The effect of substrate temperature on the magnetic and structural properties of NiFe thin films deposited in ultrahigh and ordinary vacuum Thin Solid Films 76 77−82.
- Ciureanu P and Korony G 1988 Effect of annealing and geometry optimization on a thin magnetoresistive head Sensors and Actuators 13 229−241.
- Эннс В.И., Кобзев Ю. М. Проектирование аналоговых КМОП -микросхем. Краткий справочник разработчика. /Под редакцией Эннса В. И. Москва, Горячая линия Телеком. — 2005 г.- 454 с.
- Bilotti, A.- Monreal, G.- Vig, R. Monolithic magnetic Hall sensor using dynamic quadrature offsetcancellation. Solid-State Circuits, IEEE Journal of Volume 32, Issue 6, Jun 1997 Page (s):829 836.
- Hall effect sensing and application. Honeywell, MICRO SWITCH Sensing and Control. Honeywell Inc.
- Adeyeye AO et al' 1996 Size dependence of the magnetoresistance in submicron FeNi wires J. Appl. Phys. 6120−6122.
- Kees J., M. Eijkel, Jan H.J. Fluitman. Optimization of the response of magnetoresistive elements. IEEE Trans. Mag. Vol. 26, No. 1, January 1990.
- Caruso M J et al 1998 A new perspective on magnetic field sensing Sensors 34−46 MR SENSORS 147.
- Steven A. Macintyre. «Magnetic Field Measurement.»
- S. Andreev, J. Koprinarova, P. Dimitrova. Magnetic properties of thin film AMR sensor structures implemented by magnetization after anniling. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials Vol. 7, No. 1, February 2005, p. 317 — 320.
- Fluitman J H J 1973 The influence of sample geometry on the magnetoresistance of NiFe films Thin Solid Films 269—276.
- Доменные и магнитооптические запоминающие устройства. М.: Наука. 1977.-268 с.
- Касаткин С.И., Васильева Н. П., Муравьев A.M. Многослойные тонкопленочные магниторезистивные элементы. Тула: Гриф. 2001. — 186 с.
- Miyazaki Т et al 1989 Dependence of magnetoresistance on thickness and substrate temperature for 82 NiFe alloy film J Magn. Magn. Mat. 86−90
- Mohri К et al 1997 Recent advances of micro magnetic sensors and sensing application Sensors and Actuators 1—8
- Moore G E et al 1972 Current density limitations in permalloy magnetic detectors AIP Conf. Proc. 217−221
- Kuijk К E et al 1975 The Barber pole, a linear magnetoresistive heads IEEE Trans. Magn. 11 1215−1217
- Nagata Y et al 1995 Barberpole type MR head stabilized by hard magnetic films IEEE Trans. Magn. 2648−2650
- Pant В В 1990 Scaling in thin magnetoresistive films J. Appl. Phys. 414−419
- Pant В В 1996 Design tradeoff for high sensitivity magnetoresistive transducers Electrochem. Soc. Proc. 62−76
- Petersen A 1986 The magnetoresistive sensor a sensitive device for detecting magnetic field variations Electr. Сотр. Appl. 222−239
- THIN FILM MAGNETORESISTIVE SENSORS
- Philips semiconductors data handbook or http://www-eu2.semiconductors.com
- Popovic R and Heidenreich W 1989 Magnetic sensors, Chapter 3, Magnetogalvanic sensors Sensors (VCH Publ) 44—92
- Ridder de R M 1988 Thin film magnetoresistive magnetometer Doctor’s thesis, University ofTwente (The Netherlands)
- Rottman F and Dettman F 1991 New magnetoresistive sensors: engineering and applications Sensors and Actuators -27 763−766
- Roux-Buisson H and Bruyere J С 1969 Magnetoresistance effect in thin magnetic structures J. Vac. Sc. Technol. 673−676
- Schewe H and Schelter W 1997 Industrial applications of magnetoresistive sensors Sensors and Actuators 165—167
- Sczaniecki Z et al 1974 Anisotropy of narrow stripes of thin ferromagnetic film Acta. Phys. Pol. 185−192
- Shiiki К and Mitsui Y 1994 Numerical analysis of the magnetization in soft AMR SENSORS 159
- Shiiki К et al 1996 Effect of anisotropy dispersion on magnetization process in" magnetoresistive sensor films J. Appl. Phys. 2590−2593
- Siemens A G Application notes or http://www.infineon.com
- Smith D О 1961 Anisotropy in nickel-iron films J. Appl. Phys. 70S-80S
- Smith N 1987 Micromagnetic analysis of a coupled thin film self biased magnetoresistive sensor IEEE Trans. Magn. 259−272
- Smith N 1988 A specific model for domain wall nucleation in thin film Permalloy microelements J. Appl. Phys. 2932−2937
- Smith N et al 1990 An improved thin film permanent magnet material and novel magnet design for magnetoresistive sensor biasing IEEE Trans. Magn. 2409−2411.
- Smith N et al 1991b A high sensitivity magnetoresistive magnetometer J! Appl. Phys. 5082−5084-
- Smith N et al 1992 Dual magnetoresistive head for very high density recording IEEE Trans. Magn. 2292−2294
- Stobiecki F 1978 The influence of the geometry of thin film MR elements on ! their parameters Doctor’s thesis, Warsaw University of Technology
- Takada A et al 1997 Vertical AMR sensor with new magnetic stabilizing (design IEEE Trans. Magn. 2932−2934
- Thomas G et al 1969 On the theory of the spin-orbit interaction in the magnetoresistivity effects in ferromagnetic metals Physica 407−417
- Tomlinson S L and Hill E W 1990 A micromagnetic model for the study ofmagnetoresistive devices IEEE Trans. Magn. 1662−1664
- Tsang С and Decker S К 1982 Study of domain formation in small permalloy magnetoresistive elements J. Appl. Phys. 2602−2604
- Tumanski S and Stabrowski M 1984 Optimization of the performance of a thin film permalloy magnetoresistive sensor IEEE Trans. Magn. 963−965
- Tumanski S 1984 A new type of thin film magnetoresistive magnetometer an analysis of circuit principles IEEE Trans. Magn. 1720−1722
- Tumanski S and Stabrowski M 1985 The optimization and design of magnetoresistive Barber-pole sensors Sensors and Actuators 7 285−295
- Эннс B.B., Кобзев Ю. М., Эннс В. И. Особенности проектирования интегральных магниточувствительных схем на основе магниторезистивных элементов, Известия ВУЗов. Электроника. № 6 2006. с. 56−64.
- Эннс В.В., Кобзев Ю. М., Тимошин С. А., Эннс В. И. Аналоговые схемы серии 1446. Компоненты и технологии. № 9, 2007. с. 58−60.
- Эннс В.В., КМОП датчик магнитного поля на основе магниторезистивного моста. //1-я окружная научно техническая конференция молодых ученых и специалистов. Москва, 2009. Тезисы докладов участников, с. 41.
- R. С. Jaklevic, J. Lambe, А. Н. Silver, and J. E. Mercereau, «Quantum Interference Effects in Josephson Tunneling», Phys. Rev. Letters, Vol. 12, No. 7, pp. 159- 160, 1964.
- Thomson W 1857 On the electrodynamic qualities of metals: effects of magnetization on the electric conductivity of nickel and iron Proc. Roy. Soc. 8 546−550
- Baubock G et al 1996 MR head wafer fabrication technology: current and future perspectives IEEE Trans. Magn. 32 25—30
- Kwiatkowski W and Tumanski S. The permalloy magnetoresisitve sensors -properties and applications, J. Phys. E 19 502−515 or Current advances in sensors, Chapter 12, The permalloy magnetoresistive sensors (London: Adam1. Hilger) 119−132
- Эннс B.B., Кобзев Ю. М., Эннс В. И. Линейный датчик температуры с низким напряжением питания, Известия ВУЗов. Электроника. № 1 2009. с. 5458.
- Bakker A., Huijsing J.H. Micropower CMOS temperature sensor with digital output // IEEE J. of Solid-State Circuits. July 1996. — Vol. 31. — P. 933−937.
- Szajda K.S., Sodini C.G., Bowman H.F. A low noise, high resolution silicon temperature sensor // IEEE J. of Solid-State Circuits. September, 1996. — Vol.31. -P. 1308−1313.
- Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. — 456 с.
- Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. — 456 с.
- Интегральные схемы. Операционные усилители. Том 1. Физматлит, 1993. 240 с.
- Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов / Под ред. О. П. Глудкина. — М.: Горячая линия Телеком, 2002. — 768 с.
- Павлов В.Н., Ногин В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учабник для вузов. М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 320 с.
- Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. — 512 с.
- Dabral S., Maloney Т. Dasic ESD and I/O Design. Wiley-Interscience, 1998.
- Hastings R.A. The art of Analog Layout. Prentice Hall, 2000.
- Hogervorst R., Huysing J. Design of Low-Voltage, Low-Power Operational Amplifier cells. Kluwer Academic Publishers, 1996.
- Johns D., Martin K. Analog Integrated Circuits Design. Wiley Text Books, 1997.
- Laker K.R., Sansen W.M. Design of Analog Integrated Circuits and Systems. -McGraw-Hill Higher Education, 1994.
- Sanchez-Sinencio E., Andreou A. Low-Voltage/Low-Power Integrated Circuits and Systems: Low-Voltage Mixed-Signal Circuits. Wiley-IEEE Press, 1998.
- Захарченя Б.П., Корнеев B.JI. Интегрируя магнетизм в полупроводниковую электронику // УФН. 2005. Т. 176. № 6. С. 629−635.
- В.В. Дягилев, А. Н. Сауров, А. А. Резнев, С. И. Касаткин, A.M. Муравьев. Однослойные анизотропные магниторезистивные датчики магнитного поля и тока с наклонными полосками. // Микроэлектроника. Микроэлектроника. 2007.№ 2.С.87−103.
- В.В. Амеличев, А. И. Галушков, В. В. Дягилев, С. И. Касаткин, В. В. Лопатин, A.M. Муравьёв, А. А. Резнёв, А. Н. Сауров, B.C. Суханов Микроэлектронная магниторезистивная технология // Нано и микросистемная техника.2007.№З.С.22−26.
- С.И. Касаткин, Н. П. Васильева, A.M. Муравьёв, Н. В. Плотникова, Д. В. Вагин Магниторезистивные наноэлементы и приборы на их основе / Датчики и системы. 2008. № 4. С.6−9.
- Касаткин С.И., Муравьёв А. М., Плотникова Н. В., Пудонин Ф. А., Ажаева JI.A., Ходжаев В. Д. Магниторезистивные датчики на основе многослойных тонкоплёночных структур / Микроэлектроника. 2005. № 1. С. 56−64.
- Касаткин С.И., Муравьев A.M. Тонкопленочные магниторезистивные датчики // Электронные компоненты. 2003. № 3. С. 93−96.
- Васильева Н.П., Касаткин С. И., Муравьев A.M. MP датчики на тонких ферромагнитных пленках//Приборы и системы управления. 1993.№ 12.С.26−28
- Касаткин С.И., Муравьев A.M., Васильева Н. П., Лопатин В. В., Попадинец Ф. Ф., Сватков А. В. Тонкопленочные многослойные датчики магнитного поля на основе анизотропного магниторезистивного эффекта // Микроэлектроника. 2000. № 2. С. 149−160.
- Зарпенков С.Х. Тонкопленочные магнитные преобразователи. М. Изд. Радио и связь. 1985. 208 с.
- Васильева Н.П., Касаткин С. И. Новые тенденции в разработке интегральных магниторезистивных элементов.// Датчики и системы. 2004. № 9. С. 55−66.
- Hebbert R.S., Schwee L.J. Thin film magnetometr // The Review of Scien. Instr. 1966. V. 37 N. 10. P. 1321−1323.
- Hoffman J.R., Hill E.V., Bartuastl J.K. Thin film magnetoresistive vector sensors with submicron gap width/ЛЕЕЕ Tran. Magn. 1983. V.20. N.5. P.957−959.
- Smith N., Jeffers F., Freeman J. A high-sensitivity magnetoresistive magnetometer // J. Appl. Phys. 1991. V. 69. N. 8. P. 5082−5083.
- Smith N., Jeffers F. Miniature high-sensitivity magnetoresistive magnetometer // Pat. PCT. 1992. # WO 92/1 945.
- Konno H et al 1989 A monolithic superminiature magnetoresistive sensor NEC Res. Dev. 93 11−16
- Konno H and Kataniwa H 1991 Integrated ferromagnetic MR sensors J. Appl. Phys. 69 5933−5935
- Kryder M H et al 1980 Magnetic properties and domain structures in narrow NiFe stripes IEEE Trans. Magn. 16 99−103
- Gill H S et al 1989 A magnetoresistive gradiometer for detection of perpendicularly recorded magnetic transitions J. Appl. Phys. 65 402−404
- Gordon D I et al 1977 A sensitive magnetoresistive power amplifier IEEE Trans. Magn. 13 110−112
- Hauser H et al 1998 Magnetoresistive Sensoren Elektr. und Informationstechnik 115 382—390
- Gangulee A et al 1974 Long term stability of magnetoresistive bubble detectors IEEE Trans. Mag>i. 10 848−851
- Gebhardt О and Richter W 1981 Self biased narrow magnetoresistive elements, Phys. Stat. Sol. A64 513−517
- Freitas P P et al 1990 Anisotropic magnetoresistance in Co Films J. Magn. Magn. Mat. 83 113−115
- Fuchs К 1938 Conductivity of thin metallic films Proc. Cambridge Phil. Soc. 34 100−108
- Fujimoto К 1997 Computer simulation of MR response to transverse magnetic fields IEEE Trans. Magn. 32 2386−2391
- Fukazawa T et al 1987 Magnetic properties of magnetoresistive element field IEEE Trans I. J. Magn. (Japan) 2 230−231
- Fontana R E 1995 Process complexity of magnetoresistive sensors a review IEEE Trans. Magn. 31 2579−2583
- Fontana RE et al 1996 Submicron trackwidth and stripe height MR sensor test structures IEEE Trans. Magn. 32 3440−3442.