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基于宽禁带GaN基异质结结构的垂直型高温霍尔传感器

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曹亚庆, 黄火林, 孙仲豪, 李飞雨, 白洪亮, 张卉, 孙楠, Yung C.Liang. 2019: 基于宽禁带GaN基异质结结构的垂直型高温霍尔传感器, 物理学报, 68(15): 193-202. doi: 10.7498/aps.68.20190413
引用本文: 曹亚庆, 黄火林, 孙仲豪, 李飞雨, 白洪亮, 张卉, 孙楠, Yung C.Liang. 2019: 基于宽禁带GaN基异质结结构的垂直型高温霍尔传感器, 物理学报, 68(15): 193-202. doi: 10.7498/aps.68.20190413
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Cao Ya-Qing, Huang Huo-Lin, Sun Zhong-Hao, Li Fei-Yu, Bai Hong-Liang, Zhang Hui, Sun Nan, Yung C. Liang. 2019: Demonstration of wide-bandgap GaN-based heterojunction vertical Hall sensors for high-temperature magnetic field detection, Acta Physica Sinica, 68(15): 193-202. doi: 10.7498/aps.68.20190413
Citation: Cao Ya-Qing, Huang Huo-Lin, Sun Zhong-Hao, Li Fei-Yu, Bai Hong-Liang, Zhang Hui, Sun Nan, Yung C. Liang. 2019: Demonstration of wide-bandgap GaN-based heterojunction vertical Hall sensors for high-temperature magnetic field detection, Acta Physica Sinica, 68(15): 193-202. doi: 10.7498/aps.68.20190413
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基于宽禁带GaN基异质结结构的垂直型高温霍尔传感器

  • 大连理工大学光电工程与仪器科学学院,大连,116024

  • 大连理工大学物理学院,大连,116024

  • 新加坡国立大学电气与计算机工程系,新加坡,119260

Demonstration of wide-bandgap GaN-based heterojunction vertical Hall sensors for high-temperature magnetic field detection

  • 摘要: 目前市场主流的窄禁带材料霍尔磁场传感器主要工作在室温或低温环境,而新型的宽禁带GaN材料霍尔传感器虽然适用于高温,但器件结构主要是水平型,受制于异质结界面过高的纵向电场约束,能探测平行器件表面磁场的垂直型结构至今未见报道,因此技术上无法实现单一芯片三维磁场探测.针对该难题,本文提出基于宽禁带AlGaN/GaN异质结材料,采用选区浅刻蚀二维电子气沟道势垒层形成局部凹槽结构的方案,从而实现垂直型结构霍尔传感器,并且可有效地提高磁场探测灵敏度.首先对照真实器件测试数据对所提器件材料参数和物理模型进行校准,然后利用计算机辅助设计技术(TCAD)对器件电极间距比值、台面宽度、感测电极长度等核心结构参数进行优化,同时对器件特性进行深入分析讨论.仿真结果表明所设计的霍尔传感器具有高的磁场探测敏感度(器件宽度为2μm时为113.7 V/(A·T))和低的温度漂移系数(约600 ppm/K),器件能稳定工作在大于500 K的高温环境.本文工作针对宽禁带材料垂直型霍尔传感器进行设计研究,为下一步实现在单一芯片同时制造垂直型和水平型器件,从而最终获得更高集成度和探测敏感度、能高温应用的三维磁场探测技术奠定了理论基础.
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出版历程

基于宽禁带GaN基异质结结构的垂直型高温霍尔传感器

  • 大连理工大学光电工程与仪器科学学院,大连,116024
  • 大连理工大学物理学院,大连,116024
  • 新加坡国立大学电气与计算机工程系,新加坡,119260

摘要: 目前市场主流的窄禁带材料霍尔磁场传感器主要工作在室温或低温环境,而新型的宽禁带GaN材料霍尔传感器虽然适用于高温,但器件结构主要是水平型,受制于异质结界面过高的纵向电场约束,能探测平行器件表面磁场的垂直型结构至今未见报道,因此技术上无法实现单一芯片三维磁场探测.针对该难题,本文提出基于宽禁带AlGaN/GaN异质结材料,采用选区浅刻蚀二维电子气沟道势垒层形成局部凹槽结构的方案,从而实现垂直型结构霍尔传感器,并且可有效地提高磁场探测灵敏度.首先对照真实器件测试数据对所提器件材料参数和物理模型进行校准,然后利用计算机辅助设计技术(TCAD)对器件电极间距比值、台面宽度、感测电极长度等核心结构参数进行优化,同时对器件特性进行深入分析讨论.仿真结果表明所设计的霍尔传感器具有高的磁场探测敏感度(器件宽度为2μm时为113.7 V/(A·T))和低的温度漂移系数(约600 ppm/K),器件能稳定工作在大于500 K的高温环境.本文工作针对宽禁带材料垂直型霍尔传感器进行设计研究,为下一步实现在单一芯片同时制造垂直型和水平型器件,从而最终获得更高集成度和探测敏感度、能高温应用的三维磁场探测技术奠定了理论基础.

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