Wende, Ulrich: Modellierung und Testverfahren für CMOS-kompatible Fluxgatesensoren mit planaren weichmagnetischen Kernen

 

 
 

Inhalt
 
 
  Symbolverzeichnis
 
 
  Abkürzungsverzeichnis
 
 
1. Einleitung 1
1.1. Zielstellung und Gliederung der Arbeit 1
1.2. Technologie integrierter Mikrospulen mit planaren ferromagnetischen Kernen 3
1.3. Applikationen 8
1.3.1. Das Fluxgate-Magnetometer 8
1.3.2. Der Stromsensor 9
1.3.3. Der µR-Sensor
 
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2. Sensormodellierung 11
2.1. Motivation und Vorgehensweise 11
2.2. Magnetisierung planarer hochpermeabler Kerne 12
2.2.1. Das Summationsverfahren 12
2.3. Eigenschaften integrierter Mikrospulen mit hochpermeablen Kernen 22
2.3.1. Die Spiegelungsmethode 22
2.3.2. Ergebnisse 32
2.4. Ferromagnetismus 36
2.4.1. Grundlagen 36
2.4.2. Das Fluxgate-Prinzip 37
2.4.3. Die Empfindlichkeitskennlinie 46
2.4.4. Die Arbeitspunktkennlinie 48
2.5. Simulation des Sensorverhaltens mit FEM 49
2.6. Wirbelströme und Hysterese
 
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3. Sensorauflösung 69
3.1. Das Barkhausen-Rauschen 69
3.2. Domänenausbildung und Domänenwandbewegungen in planaren ferromagnetischen Kernen 74
3.2.1. Theoretischer Zugang 74
3.2.2. Kerr-Mikroskopische Untersuchungen 76
3.3. Signalanalyse 81
3.4. Ausblick
 
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4. Charakterisierungs - und Testverfahren 89
4.1 Einführung 89
4.1.1. Test von Mikrosystemen 89
4.1.2. Nutzbare physikalische Effekte 91
4.2. Wafermagnetometer 94
4.2.1. BH-Tracer 94
4.2.2. Kerr-Magnetometer 98
4.2.3. Ergebnisse 102
4.3. Parametermessungen 106
4.3.1. Meßbedingungen für den Testchip 106
4.3.2 Teststrukturen 108
4.4. Sensorcharakterisierung auf Waferebene 117
4.4.1. Meßplatz 118
4.4.2. Die Empfindlichkeitskennlinie 125
4.4.3. Die Arbeitspunktkennlinie 129
4.4.4. Die Kompensationskennlinie 132
4.4.5. Die Sensorkalibrierung auf Waferebene 133
4.5. Sensor- und Systemtest 137
4.6. Test von Mikrosystemen
 
144
5. Zusammenfassung
 
146
  Literaturverzeichnis
 
 
  Anhang