Skip to main content
SUPERVISOR
Rasoul Dehghani
رسول دهقانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Mosahebfard
علی مصاحب فرد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Analysis and Design of Integrated Hall Effect Sensor using MAGFET
Hall Effect sensors are usually preferred compared to other sensors like optical sensors although the later might be superior in terms of speed or accuracy. This is because Hall sensors are generally more robust against environment contaminations and temperature variations. Among various types of magnetic sensors, Hall-effect sensors receive special attention by industry because of their predictable behavior, ability to sense field direction and being cost effective. As Hall sensors are supposed to be employed in some complex applications, it is necessary to integrate the sensor element with all signal conditioning circuits such as bias circuit, amplifier, filter etc. on a single chip to achieve an economic fully integrated sensor. Magneto sensitive Field Effect Transistor, called MAGFET, due to its compatibility with CMOS fabrication process, is one of the most popular components that help to realize such idea. In this research, first the Hall-effect phenomenon is described and then MAGFET is introduced and characterized in order to find important factors affecting the MAGFET sensitivity. Temperature, geometrical shape and dimensions, MAGFET operating point and substrate type are the main parameters that affect the MAGFET sensitivity. In addition, several MAGFET structures, including rectangular (with different dimensions), two and four-blade sector shapes, different gate oxide thicknesses, and some other structures were designed and fabricated. The different MAGFET parameters such as linearity, electrical characteristic and sensitivity are measured for the fabricated samples. The effect of oxide thickness, drain gap and metal coverage on MAGFET sensitivity is studied. The samples were fabricated in a 0.18 m CMOS technology and the maximum sensitivity was measured 2.5472%/T for a two-blade sector MAGFET implemented by thick gate oxide.
کارایی حسگر های مغناطیسی، به دلیل مقاومت در برابر دما و شرایط صنعتی در بعضی از کاربردهای صنعتی از حسگرهای دیگر نظیر نوری، بیشتر است. خوشرفتار بودن مبدل های اثر هال، قابلیت آنها در تشخیص مولفه های میدان مغناطیسی و صرفه اقتصادی در تولید انبوه، از جمله امتیازات حسگرهای اثر هال در بین انواع حسگرهای مغناطیسی است. با توجه به انتظارات صنعت از حسگر های اثر هال و پیچیدگی روز افزون آنها، تجمیع مبدل های اثر هال با مدارات بایاس، پردازش سیگنال، جبران حرارتی و جبران آفست برای دست یافتن به یک حسگر کامل، کوچک و ارزان مخصوصا برای کاربرد های خاص به یک ضرورت تبدیل شده است. استفاده از ترانزیستور اثر میدانی حساس به میدان مغناطیسی، یا به اختصار MAGFET، به دلیل شباهت زیاد ساختاری به MOSFET و در نتیجه سازگاری خیلی خوب با پروسه های CMOS، یکی از متداول ترین راه های پیاده سازی حسگرهای مجتمع در پروسه های CMOS است. در این پژوهش پس از معرفی MAGFET، متغیر های موثر بر حساسیت آن از قبیل شکل هندسی، ابعاد، دما، بایاس نقطه ی کار و بستر ساخت به عنوان پارامتر های طراحی از نظر منابع گوناگون مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه چند نمونه MAGFET با اشکال متنوع در پروسه ی ساخت CMOS 18/0 میکرومتر پیاده سازی شده و نتایج اندازه گیری ها در شدت های مختلف میدان مغناطیسی گزارش شده است. ساختارهای طراحی شده شامل اشکال متنوع مستطیلی با ابعاد مختلف، اشکال قطاعی با دو و چهار پره، ساختارهای با ضخامت های اکسید گیت متفاوت و نیز ساختارهایی با شکاف درین متفاوت هستند. به علاوه تاثیر عبور یک لایه ی فلزی از روی MAGFET بر حساسیت آن نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج آزمایشات انجام شده نشان می دهد مشخصه ی الکتریکی MAGFET هاکاملا مشابه با MOSFET و پاسخ آن ها نیز به تغییرات میدان، کاملا خطی است. بیشترین حساسیت در مقایسه های صورت گرفته متعلق به MAGFET قطاعی دو پره با اکسید ضخیم و برابر5472/2 (%/T) است.در انتها یک مثال عملی از کاربرد MAGFET در طراحی حسگر موقعیت سنج زاویه ای مورد بررسی قرار گرفته است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی