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06-06
化合物半导体在英国的一个新研究项目CS-MAGIC（化合物半导体磁集成电路）很可能使宽带隙磁场传感器成为商业关注的焦点。
——Rebecca Pool 年底，英国硅晶圆公司 IQE 和卡迪夫大学合资的化合物半导体中心（CSC，Compound Semiconductor Center）获得略高于 35 万英镑的英国政府资助，用于开发 GaAs 基半导体具有基于 GaN 材料的集成电子器件的超灵敏磁传感器。
在行业分析师预计磁场传感器领域将出现大幅增长之际，新的 CS-MAGIC 项目获得了 InnovateUK 的资助。
据市场研究咨询公司Markets and Markets预测，全球磁场传感器市场规模将从目前的30亿美元快速增长至2020年的50亿美元，复合年增长率（CAGR）为8.8%。
同样，市场研究公司 Technavio 预测，从现在到 2020 年，复合年增长率为 10%。
如今，对磁传感器的需求主要来自汽车行业，该行业需要高灵敏度且坚固耐用的霍尔效应传感器，以适应发动机等汽车部件的宽温度范围控制管理、防抱死制动系统等。
内部映射越来越小的磁场。
然而，航空航天和工业领域越来越需要传感器来测量旋转、速度和线性位置。
正如英国曼彻斯特大学半导体器件与材料学教授、InnovateUK 奖获得者之一 Mohamed Missous 所说：“今天，我们正在开发的传感器面临着比以往任何时候都更加苛刻的工作环境。
”他补充道：“目前市场上的硅霍尔效应集成电路在温度达到°C时就会停止工作，因此由III-V族半导体材料制成的器件引起了人们的极大兴趣和关注。
”而且，传统的硅基器件还存在磁场灵敏度低、工作频率和温度范围有限以及功耗高等问题。
因此，在他看来，Missous一直在开发基于GaAs-InGaAs-AlGaAs系统的量子阱霍尔集成电路，并且还成立了英国的Advanced Hall Sensors（AHS）公司来开发其2DEG霍尔传感器。
推向市场。
器件制造采用分子束外延 (MBE) 技术在 GaAs 晶圆上沉积薄膜，然后通过后续的光刻、蚀刻、退火和金属蒸发步骤以及最终的晶圆切片和封装工艺进行处理。
霍尔传感器。
至关重要的是，量子阱是通过在两层较厚的 AlGaAs 层之间插入 InGaAs 薄膜来创建的。
二维气体（2DEG）形式的电子被限制在这个更薄的层内，而不是像传统霍尔效应传感器那样“自由漫游”，从而增强了电子特性。
事实上，硅基线性霍尔集成电路能够在 10 Hz 带宽内检测低至纳特斯拉 (nT) 的磁场。
然而，AHS 已生产出基于 GaAs 的量子阱霍尔 2DEG 器件，可以在 10 Hz 带宽内检测低至 nT 的磁场。
此外，以前的器件的最大截止频率为 10 kHz，而宽带隙器件版本将该数字扩展到 kHz。
迄今为止，AHS 已发货超过 10,000 个分立传感器，但得益于英国政府的最新资助，Missous 和他的公司现在的目标是将具有宽动态范围的单芯片传感器商业化，可用于在更恶劣的环境中工作。
研究人员表示：“我们完全集成的芯片将是一个内置量子阱霍尔效应传感器和所有驱动电子器件的单芯片。
这将是一个全新的芯片；单芯片砷化镓霍尔效应传感器现在根本不是”。
驱动器电子器件也将基于 GaAs，这意味着整个芯片将具有更强的抗辐射能力，并且将在比现有设备更广泛的温度范围内运行。
事实上，就温度范围而言，Missous 的目标是覆盖 -°C 至 -°C。
°C 的单芯片，而当今的硅器件仅覆盖 -50°C 至 °C 的温度范围，现在 AHS 正在与行业合作伙伴 TWI 和雷尼绍公司合作开发基于 GaAs-InGaAs-AlGaAs 层的通用结构。
这应该会在明年 4 月得到确认，到 11 月，封装器件的抽样检查应该会开始进行。
设备并提供有关其性能的反馈，”米苏斯说，“我们依靠这些合作伙伴公司来做到这一点，“我们不想制造非常复杂的电路，但我们必须确保所有电子设备都与设备同步。
传感器。
”该电路将在非常宽的温度范围内运行，而不会损失任何灵敏度或功能。
与此同时，在 CS-MAGIC 项目的第二个组成部分中，斯旺西大学电子系统设计中心的 Petar Igic 正在致力于开发下一波基于 GaN 的磁传感技术。
Igic 已经制造了用于功率应用的 GaN HEMT，但现在借助 InnovateUK 的最新资金，他正准备开发基于其磁性 HEMT 概念的分立传感器。
他说：“我们的目标一直是开发一种与现有 HEMT 技术完全兼容的传感器。
我们不需要不同的原料配方或额外的工艺步骤，但设备布局与 HEMT 不同，从而使Igic 指出，基于 GaAs 的传感器可以在高达 °C 的温度下工作，而基于 GaN HEMT 的传感器可以在高达 °C 左右的温度下保持其性能，这一点非常重要。
限制因素是“合适的封装和焊接工艺的开发”。
Igic 目前正在致力于演示这一概念并优化设备布局，他希望这将在未来 12 个月内完成。
他将考虑针对特定应用定制该设备，并将与包装公司合作。
显然，CS-MAGIC 研发项目的基于 GaAs 的霍尔传感器比第二个基于 GaN 的器件更接近商业化。
Igic 表示，恶劣环境中潜在的性能改进是无可争议的。
初步研究结果表明，基于GaN的传感器可以检测低至nT的磁场。
更重要的是，器件灵敏度不会因磁场和高温而改变。
改变。
Igic强调：“我们无法在价格上击败硅，但GaN器件将进入航空航天和汽车应用，因为它可以在非常高的温度下运行，并且受辐射影响较小。
我们必须使用标准制造工艺来生产此类器件，但独特的卖点是，当 GaAs 器件停止运行时，GaN 器件仍能继续运行。
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