在过去的几十年里，霍尔效应传感器以其高性能、小体积和低成本占据了磁性传感器的大部分市场。它们的各种应用，如电子罗盘、位置检测、电流传感和非接触开关，使其成为最受欢迎的磁性设备。这是更真实的，因为硅霍尔传感器很容易集成在互补金属氧化物工艺（CMOS）晶片上，并带有读出电子元件。通常，霍尔传感器的探测范围从10 μT到20 T不等，空间分辨率小于1 μm，带宽从直流到1 MHz以上。然而，随着霍尔传感器在工业和研究领域的广泛应用，研究更高性能的霍尔传感器材料和制造工艺变得尤为重要。在迁移率方面，Si

砷化镓作为射频（RF）和微波组件的优秀材料，5G通信技术促进了它的发展。近日，电子科技大学樊华教授课题组开发了一种基于GaAs的霍尔传感器及其恒压偏置模型。他们使用COMSOL多物理模拟工具研究了几何结构对霍尔电压的影响。研究发现，当W/h等于3时，全对称的霍尔传感器的灵敏度最佳且窄交叉的灵敏度优于完全对称的霍尔元件。当长接触端口的长度是短接触端口长度的两倍时，得到了最佳的灵敏度。同时他们使用了Silvaco TCAD模拟了十字形霍尔传感器，以研究其灵敏度和温度性能。模拟结果与实验结果高度一致，通过实验获得了0.28 V/V/T的高灵敏度。在5 V偏置电压下，砷化镓霍尔传感器获得了1.38 V/T的高灵敏度。并且砷化镓霍尔传感器在-40 °C时仍得到了最大72.5 mV的霍尔电压以及0.275 V/V/T的灵敏度。

可以看出砷化镓霍尔传感器的优越性能，未来的将会有越来越多的使用标准 CMOS 技术设计和实现带有读出电路的整个霍尔传感器系出现。

图1. (a) 砷化镓霍尔效应传感器的二维垂直剖切面。GaAs层（深绿色）是掺杂层，AlxGa1-xAs/GaAs（绿色）是沟道层；(b) 添加 5 V 电源电压时 2DEG GaAs 霍尔效应传感器的一维电子分布；(c) AlxGa1-xAs/GaAs 霍尔传感器的模拟输出电压。

图2. 结合2种外延层结构和2种物理模型，给出4种仿真结果。(a，b )变量为磁场以及物理模型；(c，d) 变量为温度以及物理模型 (T = 50 mT)。

Modelling and fabrication of wide temperature range Al0.24Ga0.76As/GaAs Hall magnetic sensors

Hua Fan, Huichao Yue, Jiangmin Mao, Ting Peng, Siming Zuo, Quanyuan Feng, Qi Wei, Hadi Heidari

J. Semicond. 2022, 43(3): 034101

doi: 10.1088/1674-4926/43/3/034101

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/43/3/034101%20?pageType=en

来源：半导体学报2022年第3期中文导读