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霍尔传感器作为磁传感器的一个门类,具备优秀的磁场探测能力,在磁场传感领域有着广泛的应用。砷化镓霍尔传感器具备高迁移率,高线性度,宽量程和低温度漂移的优点,很适合用于较宽温度范围内的弱磁场的线型测量。而电流传感作为霍尔传感器的典型应用,为了提高电流探测的精度,提高霍尔器件的弱磁探测性能是最直接的办法。 本文首先从霍尔器件的原理出发,分析器件的信噪比关系,在理论层面得到了影响器件弱磁探测能力的物理参数,即器件的载流子迁移率及其浓度,同时探讨了在不同供电方式下两者对信噪比所呈现的不同规律。结果表明,提高迁移率能够有效提高器件的信噪比,而载流子浓度在不同的供电模式下对信噪比的影响则各不相同。兼顾其他方面对霍尔器件性能的限制,我们认为,保证足够载流子浓度的前提下提高其迁移率是霍尔器件设计的基本思路。 我们采用GaAs/AlGaAs异质结量子阱结构作为本课题霍尔器件的基本结构,其形成的二维电子气作为器件有源区沟道。我们同时采用了单层δ掺杂和双层δ掺杂量子阱结构作为本文实验中作为比较的结构,通过理论分析,软件模拟仿真和前人的实践结果,确定了两种结构中除δ掺杂浓度外的基本参数。我们对两种结构的霍尔器件均进行了生长,同时为了比较δ掺杂浓度对器件性能的影响生长了不同δ掺杂浓度的样品。霍尔器件采用MOCVD设备生长,通过比较不同生长条件对外延材料性质的影响,我们选择了730℃和较高Ⅴ/Ⅲ比(GaAs中Ⅴ/Ⅲ=82,AlGaAs中Ⅴ/Ⅲ=164)作为本实验的生长条件。在后续的霍尔器件流片工艺中,我们同样也针对本实验中的设备条件对工艺进行优化和改良,以达到提高工艺良率和重复性的目的。 将霍尔器件的范德堡测试结果进行理论换算,其结果表明,双层δ掺杂结构的霍尔器件较单层δ掺杂结构具有更为优良的弱磁探测能力,而且当该结构的δ掺杂结构为2×1018cm-3时具有最佳的磁场探测分辨率,该结果在后续的信噪比测试中也得到了证实。当3V恒压供电,采样带宽为12.5Hz时,我们最终获得该结构霍尔器件在常温下的最小磁场探测分辨率为303nT,同时它也具备了极佳的弱磁测量线性度和较好的温度稳定性,能够满足电流传感的实际应用条件。