更宽带隙的磁传感器-量子阱霍尔传感器

2017年11 月下旬，IQE 与卡迪夫大学合资企业复合半导体中心从英国政府资金中筹集了超过 350,000 基于英镑开发的英镑 GaAs 和 GaN 集成电子设备的超灵敏磁传感器。

新 CS-MAGIC 项目获得 InnovateUK 行业分析师预测，磁场传感器市场将出现惊人的增长。MarketsandMarkets 预测，到 2023 年，当今 30 全球市场将飙升至超过1亿美元 50 复合年增长率为亿美元 8.77%。同样，Technavio 从现在到现在预测 2020 复合年增长率为 10%。

目前，需求主要来自汽车行业，需要高度灵敏、稳健的霍尔效应传感器，以在发动机控制管理、防抱死制动系统等更大的温度范围内绘制越来越小的磁场。然而，航空航天和工业部门越来越需要传感器来测量旋转、速度和线性位置。

就像曼彻斯特大学半导体器件和材料教授一样，获奖者 Mohamed Missous 我们现在正在为比以往任何时候都更糟糕的环境开发传感器。

“当今市售的硅霍尔效应集成电路达到 150oC 因此，他们会停止工作 III-V 他补充说，由族半导体制成的设备引起了极大的兴趣。

此外，传统的硅基设备还存在磁场灵敏度低、工作频率和温度范围有限、功耗高等问题。

因此，就 Missous 他一直在基于开发 GaAs-InGaAs-AlGaAs 霍尔系统的量子陷阱 IC，英国也成立了 Advanced Hall Sensors (AHS)，将他的 2DEG 霍尔传感器推向市场。

该装置利用分子束外延技术沉积薄膜 GaAs 晶片上，然后通过后续的光刻、蚀刻、退火和金属蒸发步骤将其加工成霍尔传感器，然后切片包装。

至关重要的是，量子陷阱是通过两个厚的 AlGaAs 层间插入薄 InGaAs 薄膜产生。电子-二维气体或 2DEG 形式——被限制在这薄层，而不是在传统的霍尔效应传感器中自由漫游，从而提高了电子特性。

事实上，基于硅的线性霍尔 IC 可以检测到 10 Hz 带宽内低至 600 纳特斯拉左右磁场。但 AHS 基于量子陷霍尔已经生产了 2DEG GaAs 设备，可在 10 Hz 带宽检测低至 177 nT 的磁场。虽然以前设备的最大截止频率是 10 kHz，但是宽带间隙版扩展到这个数字 200 kHz。

迄今为止，AHS 已发货超过 1500 由于最新的资金，Missous 他的公司现在计划在更恶劣的环境中商业化具有更广泛动态范围的单芯片传感器。

研究人员说：我们的全集成芯片将是一个单一的芯片，包括量子陷阱霍尔效应传感器和所有驱动电子设备。这将是新的；目前还没有单芯片 GaAs 霍尔效应传感器。

驱动电子设备也将基于驱动电子设备 GaAs，这意味着整个芯片将更耐辐射，并在比现有设备更宽的温度范围内运行。事实上，在温度范围内，Missous 目标是使用单芯片来实现 -200oC 到 200oC，今天的硅器件覆盖 -50oC 到 150oC。

目前，AHS 正在与行业合作伙伴 TWI 与雷尼绍合作，开发基于 GaAs-InGaAs-AlGaAs 层的一般结构。这应该是明年 4 月确认，到下一个月 11 封装器件的采样应在月内进行。

我们希望在更高的温度范围内工作 IC，一旦我们实现了这个目标，TWI 雷尼绍将测试这些设备，并提供性能反馈Missous 说。“我们依靠这些公司来做到这一点，以便我们可以根据他们的需要定制芯片。”

他补充说：我们不想要非常复杂的电路，但我们需要确保所有的电子设备与传感器同步。该电路将在巨大的温度范围内工作，而不会失去任何灵敏度或功能。

提高标准

同时，在 CS-MAGIC 该项目的第二部分来自斯旺西大学电子系统设计中心 Petar Igic 博士正在开发，可以称之为基于 GaN 下一波磁传感浪潮。

Igic 已制造用于电源应用的电源 GaN HEMT，但现在，有了最新的 InnovateUK 基于他的磁性，基金计划基于他的磁性 HEMT 分立传感器的概念开发。“我们的目标是开发一种与现有 HEMT 他说，技术完全兼容的传感器。我们不需要不同的起始材料或额外的加工步骤，但布局和 HEMT 因此，该设备对磁场敏感。”

基于 GaAs 高达的传感器 220oC 在温度下工作，但基于 GaN HEMT 结构高达的传感器 400oC 保持右温度下保持性能，就像 Igic 这取决于适当包装和焊接的发展。

目，Igic 正致力于验证这一概念并优化设备布局，他希望这将在未来 12 个月内实现。在此之后，他将寻求为特定应用定制设备，并且还将与包装公司合作

       显然，CS-MAGIC 的基于 GaAs 的霍尔传感器比第二个基于 GaN 的器件更接近商业化。但 GaN 在恶劣环境应用中的潜在性能提升是无可争议的。

       据 Igic 称，初步结果表明，基于 GaN 的传感器可检测低至 100 nT 的磁场。此外，设备灵敏度不会随磁场和高温而改变。

       “我们无法在价格上击败硅，但这种 GaN 器件将用于航空航天和汽车应用，因为它可以在非常高的温度下工作并且对辐射不那么敏感，”Igic 强调说。“我们将不得不在标准制造工艺中实施该设备，但其独特的卖点是，当 GaAs 停止工作时，它仍然如此。”