На правах рукописи

Эннс Всеволод Викторович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ

ПОРОГОВЫХ МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

НА ОСНОВЕ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

Специальность 05.27.01 – Твердотельная электроника,

радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника,

приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Ангстрем-М»

Научный руководитель:

кандидат технических наук Кобзев Ю.М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Касаткин С.И.

кандидат технических наук Шишина Л.Ю.

Ведущая организация: ФГУП НПП «Пульсар»

Защита диссертации состоится «» 2009 г.

в _ часов _ минут на заседании диссертационного совета Д 212.134.0.1 при Московском государственном институте электронной техники (Техническом Университете) по адресу:

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, дом 5.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МИЭТ (ТУ).

Автореферат разослан «» _ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

доктор технических наук, доцент Крупкина Т.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современном информационном обществе цифровая обработка сигналов проникает практически во все аспекты жизнедеятельности человека. Такая обработка неразрывно связана приборами, регистрирующими наличие или изменение сигнала – с датчиками. Среди многообразия различных датчиков важную роль играют датчики магнитного поля. Для решения многих бытовых, промышленных и научных задач необходимы датчики магнитного поля, регистрирующие его наличие – пороговые магниточувствительные схемы.

Массовое внедрение магниточувствительных схем, требует их удешевления и возможности внедрения в системы-накристалле, для построения комплексов цифровой обработки сигналов. Для этого они должны выполняться в виде одного кристалла, быть стойкими к технологическим и эксплуатационным разбросам и обладать малыми размерами.

Существует несколько типов датчиков магнитного поля, различающихся по принципу функционирования. В силу относительной простоты изготовления по интегральной технологии широко распространены датчики Холла, которые имеют небольшую стоимость и высокую надежность. Однако они имеют ряд недостатков, главным из которых является относительно низкая чувствительность. Среди датчиков, которые могут производиться по интегральной технологии, существенно более высокую чувствительность имеют датчики на основе анизотропного магниторезистивного эффекта.

В связи с этим перспективным является разработка методов и решений, позволяющих спроектировать и внедрить в массовое производство однокристальные магниточувствительные микросхемы на основе магниторезистивных элементов, обладающих малыми размерами и энергопотреблением, и стойких к технологическим и эксплуатационным разбросам.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методов проектирования и исследования однокристальных пороговых магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов, ориентированных на массовое производство.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать модель магниторезистивного элемента для повышения точности расчета нелинейных эффектов в пороговых датчиках магнитного поля.

2. Разработать модель магниторезистивного элемента для системы автоматического проектирования (SPICE);

3. Разработать метод стабилизации температурного дрейфа уровня переключения однокристальных пороговых магниточувствительных микросхем;

4. Разработать схемотехнические и топологические решения пороговых магниточувствительных микросхем, минимизирующих влияние технологических разбросов;

5. Разработать метод оценки коэффициента выхода годных кристаллов пороговых магниточувствительных 6. Экспериментальная проверка разработанных методов и решений на примере проектирования, изготовления и исследования полученных характеристик серии магниточувствительных микросхем.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложена модель, учитывающая нелинейные эффекты, связанные с насыщением и остаточной намагниченностью магниторезистивного мостового элемента.

2. Разработана модель магниторезистивного элемента для системы автоматического проектирования на основе таблиц экспериментальных данных, которая позволяет учесть изменения передаточной характеристики с температурой и полярностью магнитного поля.

3. Предложен метод компенсации температурного дрейфа магниторезистивного мостового элемента температурным дрейфом схемы сравнения пороговых уровней.

4. Предложены новые конструктивные элементы топологии магниторезистивного мостового элемента, позволяющие минимизировать влияние технологических разбросов.

Разработана новая конструкция блока настройки порога срабатывания микросхемы с дополнительным температурным дрейфом.

5. Предложен метод оценки коэффициента выхода годных кристаллов пороговых магниточувствительных микросхем по тангенсу угла наклона передаточной характеристики магниторезистивного моста.

Практическая ценность работы.

1. Модель, учитывающая нелинейные эффекты, связанные с насыщением и остаточной намагниченностью магниторезистивного мостового элемента, позволяет оптимально выбирать геометрические и технологические параметры магниторезистивного моста для заданного значения порога переключения и контролировать качество изготовления моста.

2. Использование модели магниторезистивного элемента на основе таблиц экспериментальных данных позволяет существенно повысить качество и сократить время проектирования пороговых магниточувствительных микросхем.

3. Разработанный метод температурной компенсации уровня переключения микросхем позволяет существенно расширить эксплуатационные характеристики однокристальных пороговых магниточувствительных микросхем.

4. Предложенные конструктивные элементы топологии магниторезистивного моста и конструкция блока настройки порога срабатывания микросхемы позволяют существенно повысить коэффициент выхода годных однокристальных пороговых магниточувствительных 5. Разработанный метод оценки количества годных кристаллов на пластине позволяет оперативно контролировать качество технологического процесса производства микросхем и планировать объемы поставок пластин в условиях длительного производственного 6. Внедрение разработанной серии однокристальных пороговых магниточувствительных микросхем позволяет снизить себестоимость и улучшить эксплуатационные характеристики широкого спектра изделий бытового и промышленного назначения.

Внедрение. Результаты работы внедрены и легли в основу серийно выпускаемых микросхем пороговых датчиков магнитного поля К1446ЧЭ1/ЧЭ2, датчика движения металлических предметов, микросхемы управления бесконтактным двигателем, что подтверждено актом о внедрении.

Достоверность результатов.

Достоверность разработанных методов и решений подтверждена результатами экспериментальных исследований тестовых образцов и серийных микросхем пороговых датчиков магнитного поля, а также результатами компьютерного моделирования с использованием верифицированных моделей элементов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Модель, учитывающая нелинейные эффекты, связанные с насыщением и остаточной намагниченностью магниторезистивного мостового элемента, повышает точность расчета пороговых датчиках магнитного поля, позволяя оптимально выбирать геометрические и технологические параметры магниторезистивного моста для заданного значения порога переключения.

2. Модель магниторезистивного элемента на основе таблиц экспериментальных данных повышает качество и магниточувствительных микросхем.

3. Температурная компенсация уровня переключения микросхем температурным дрейфом схемы сравнения пороговых уровней расширяет эксплуатационные магниточувствительных микросхем.

4. Введение фиктивных элементов в магниторезистивый магниторезистивному элементу вместе с подстройкой существенно повышает коэффициент выхода годных в условиях массового производства.

5. Оценить коэффициент выхода годных кристаллов пороговых магниточувствительных микросхем позволяет тангенс угла наклона передаточной характеристики магниторезистивного моста.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 1-й окружной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов – 2009 (г. Москва, февраль 2009 г.) и 16-ой Всероссийской межвузовской научнотехнической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2009» (г. Москва, апрель 2009 г.).

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 3-х статьях и тезисах 6-ти докладов на научнотехнических конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Диссертация изложена на 111 листах основного текста, содержит 65 рисунков и 12 таблиц к основному тексту, списка литературы из 104 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основании литературных источников рассмотрены тенденции и проблемы дальнейшего развития магниточувствительных микросхем.

Напряженность магнитного поля может быть измерена различными методами. Каждый из них применим для тех или иных практических приложений. Эти приложения могут варьироваться от простого детектирования наличия магнитного поля до сложных измерений его векторных свойств.

Для производства по интегральной технологии наиболее подходят датчик Холла и магниторезистивный датчик. Датчик Холла в настоящее время является гораздо более распространенным из-за простоты изготовления и высокой надежности. Однако магниторезистивные датчики обладают потенциально более высокой чувствительностью, имеют меньший ток потребления и чувствительны к двум проекциям магнитного поля (датчик Холла чувствителен к одной проекции магнитного поля – перпендикулярной плоскости датчика).

Существует целый ряд физических явлений, сутью которых является зависимость электрического сопротивления материала от действующего на него магнитного поля. Это анизотропный (аномальный), гигантский и колоссальный магниторезистивные эффекты. Работа рассматриваемых нами датчиков магнитного поля основана на анизотропном магниторезистивном эффекте - зависимости сопротивления ферромагнетиков от угла между вектором намагниченности материала и направлением тока в образце. Микроскопическая природа этого явления связана со спин-орбитальным взаимодействием электронов.

Сопротивление магниторезистивного материала максимально, если ток течет вдоль направления намагниченности, и минимально, если ток течет перпендикулярно. Зависимость удельного сопротивления от угла между направлением тока и намагниченностью имеет вид:

В настоящее время для изготовления магниторезистивных датчиков в основном применяются пермаллой (NiFe) и сплав NiFeCo. Использование пермаллоя позволяет достигнуть порогового значения измеряемого магнитного поля приблизительно 10 мкТ. При этом верхняя граница измеряемого поля достигает 0.5 – 0.6 мТ.

Добавление в пермаллой кобальта позволяет за счет уменьшения чувствительности сдвинуть верхний диапазон измеряемого магнитного поля вплоть до 3-4 мТ.

Большинство современных магниторезистивных датчиков выполнено в виде мостовой схемы. Характеристики магниторезисторов, расположенных под углами и 90- к оси анизотропии, взаимно комплементарны. Такие резисторы и составляют соседние плечи мостовой схемы.

Для увеличения общего сопротивления моста, и, следовательно, уменьшения тока потребления, каждый резистор мостовой схемы обычно изготавливается в виде нескольких параллельно расположенных МР полосок, электрически соединенных последовательно.

Вторая глава посвящена разработке модели магниторезистивного элемента, учитывающей нелинейные эффекты связанные с насыщением и остаточной намагниченностью магниторезистивного мостового элемента.

Также были разработаны методы и решения для проектирования магниточувствительных схем, обеспечивающие высокие техникоэкономические и эксплуатационные характеристики.

Показано, что более точное по сравнению с приведенным в формуле (1) описание магниторезистивного эффекта должно учитывать конечные размеры магниторезистивного элемента.

Рассмотрим полоску из магниторезистивного материала под действием магнитного поля (рис. 1).

Здесь: М – вектор намагниченности, L” – ось анизотропии формы, L’ –легкая ось намагниченности (ОЛН), Lw – результирующая ось анизотропии;

Для учета размеров элемента в выражение общей энергии магниторезистора вводится дополнительное слагаемое - энергия анизотропии формы (размагничивающего поля). В результате получается выражение (2):

где HX, HY – проекции приложенного магнитного поля, HK – характеристическое поле анизотропии, N – коэффициент размагничивания (размагничивающий фактор), М – намагниченность, 0 – угол между осью магниторезистора и осью легкого намагничивания, - угол между осью магниторезистора и вектором намагниченности.

Из-за влияния анизотропии формы результирующая ось анизотропии поворачивается на некоторый угол относительно оси легкого намагничивания, и результирующее поле анизотропии также изменяется:

где HK0 – поле анизотропии материала полоски.

В результате, подставляя (3) в (2) и находя минимум энергии по углу, с учетом конечных размеров элементов магниторезистивного моста, получается, что изменение сопротивления при наличии поля описывается выражением:

Однако полученная формула, не учитывает нелинейных эффектов насыщения и остаточной намагниченности, связанных с доменной структурой ферромагнетика. В то же время учет этих эффектов является необходимым условием для проектирования пороговых магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов.

Полностью намагниченный магниторезистор имеет некое граничное сопротивление Rmin, при приближению к которому приращения сопротивления становятся все меньше.

Предложено использовать следующую формулу, для аналитического описания:

Значение Rmin находится следующим образом. Считается что при величине магнитного поля 2HK магниторезистор выходит на уровень насыщения. Полагая в формуле (4): R(H)=Rmin, HX=2HK, HY=0, Hd=0, получим приближенное значение Rmin:

охарактеризовать постоянным по величине, но переменным по направлению вектором поля H0. Направление вектора остаточной намагниченности определяется направлением ранее приложенного внешнего магнитного поля.

С учетом остаточной намагниченности выражение для сопротивления магниторезистора будет иметь следующий вид:

где H0X и H0Y – проекции вектора H0 на оси X и Y соответственно.

Из формулы (7) видно, что из-за остаточной намагниченности сопротивление магниторезистивной полоски в отсутствие внешнего магнитного поля не принимает максимально возможное значение, и равно следующей величине:

Соотношения (5)-(8) составляют предложенную модель магниторезистивного моста, учитывающую нелинейные эффекты. Для численного расчета характеристик МР моста были взяты известные значения параметров ферромагнитной пленки Ni60Fe10Co30 и геометрические параметры моста. Расчет проводился в среде MathCad.

Экспериментальные и теоретические зависимости напряжения на выходе МР моста от напряженности внешнего магнитного поля (передаточные характеристики) для двух ортогональных направлений магнитного поля представлены на Рис. 2.

Рис. 2. Экспериментальные (а) и теоретические (б) передаточные характеристики магниторезистивного моста.

количественное совпадение экспериментальной и теоретической зависимости, что подтверждает адекватность модели магниторезистивного моста. Варьирование величины остаточной намагниченности H0 в модели моста позволяет точно подогнать экспериментальную и теоретическую кривые, и, тем самым, определить значение H0. Эта величина является интегральной оценкой качества технологического процесса изготовления датчика.

Численное моделирование магниторезистивного (МР) моста позволяет оценить влияние геометрических размеров магниторезистивных полосок на его передаточную характеристику. Например, увеличение ширины полосок ведет к увеличению его чувствительности, но уменьшает омическое сопротивление.

Интегральный магниторезистивный мост обладает относительно большим разбросом характеристик. Это объясняется как нестандартностью операции по нанесению магниторезистивного слоя, так и малостью самого магниторезистивного эффекта (0.5..1%). Использование модели моста, основанной на аналитических выражениях, хорошо подходит для задачи выбора оптимальной топологии магниточувствительного элемента и выходного контроля качества нанесения магниторезистивного слоя. Для проектирования микросхемы необходимо учитывать возможные технологические и эксплуатационные разбросы. Поэтому для моделирования магниторезистивного моста в системе автоматического проектирования был выбран метод моделирования на основе таблиц экспериментальных данных.

Схемотехническое моделирование магниторезистивного моста заключается в создании в среде SPICE электронного элемента, имитирующего МР мост. Для этого все параметры, влияющие на выходное напряжение реального моста (величина и направление магнитного поля, направление изменения поля и др.), задаются соответствующими источниками напряжений.

Для получения зависимостей при температурах, отличных от температур измерения передаточных характеристик, была использована кусочно-линейная аппроксимация.

Основной проблемой, которую было необходимо решить при разработке схемы и топологии датчика, является технологический разброс характеристик элементов схемы (в первую очередь МР моста) и температурная зависимость его параметров.

Для уменьшения влияния технологических факторов была разработана топология применяемого магниторезистивного мостового элемента, с целью повышения его устойчивости к разбросам, связанными с неравномерностью травления и рассовмещением шаблонов в процессе производства изделия.

Предложенная топология в сравнении с использованной ранее представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Топология первоначального (а) и улучшенного (б) Индивидуальная подстройка порога срабатывания позволяет в комплексном виде нивелировать все возможные факторы, которые влияют на порог срабатывания датчика в нормальных условиях (разброс передаточных характеристик магниторезистивного моста, рассогласование резистивных делителей, разброс смещений нуля компараторов).

Показано, что повышение устойчивости характеристик датчика к изменениям температуры эксплуатации (расширение температурного диапазона эксплуатации) возможно за счет введения цепей температурной коррекции. Температурная коррекция в датчике осуществляется за счет температурной коррекции порога переключения компаратора. Температурная зависимость порога переключения компаратора осуществляется путем изменения коэффициента деления одного из резистивных делителей, формирующих напряжение порога переключения. Для этого один из резисторов в схеме сравнения уровней делается составным, и в него вводится резистор, выполненный из материала с положительным температурным коэффициентом, который компенсирует отрицательный температурный коэффициент МР моста.

В среднем, для различных образцов введение температурной коррекции сужает разброс порога срабатывания датчика более чем в два раза (Рис.4).

Рис. 4. Передаточные характеристики датчика при различных температурах. а) - до температурной коррекции, б) - после введения коррекции. Штрихом отмечен диапазон изменения порога переключения компаратора.

Описанные выше способы повышения устойчивости к разбросам, позволили существенно снизить требования к параметрам узлов, входящих в состав микросхем, а также к параметрам самого магниторезистивного моста.

С помощью предложенных выше методов и решений была разработана микросхема однокристального порогового датчика магнитного поля. Характеристики экспериментальных образцов датчика, изготовленных на ОАО «Ангстрем», приведены в таблице 2.

Таблица 2. Экспериментальные характеристики интегрального магниторезистивного датчика Общий вид топологии кристалла датчика, выполненного на базе КМОП технологии, показан на рисунке 5. Площадь кристалла ( 0.7 мм на 0.7 мм ) ограничивается размерами магниторезистивного моста и контактными площадками. При важных требований, существенно удешевляющих технологический Рис.5. Топология датчика процесс, а именно, отсутствие магниторезистивным мостом. Эти факторы обеспечили высокие технико-экономические показатели для данного класса микросхем.

Сравнение с характеристиками аналогичных ИС магнитных датчиков других производителей показывает, что датчик может работать при меньших напряжениях питания, потребляет меньший ток, обладает сопоставимой площадью, при более простой технологии изготовления.

Третья глава посвящена разработке критерия оценки коэффициента выхода годных кристаллов интегральных пороговых магниточувствительных схем.

Основой разрабатываемых магниточувствительных микросхем является магниторезистивный мост. Технологические отклонения в процессе его производства вносят основной вклад в итоговое количество выхода годных кристаллов. В связи с этим, особое внимание при изготовлении магниторезистивного датчика уделяется качеству нанесения магниторезистивного слоя.

Предложен метод построения критерия отбраковки ИС, который состоит в сопоставлении значений параметров передаточных характеристик магниторезистивного (МР) слоя каждой пластины с конечным числом выхода годных микросхем с данной пластины. Передаточные характеристики снимаются в пяти контрольных точках на пластине. Это позволяет получить усредненное значение параметров МР слоя.

Общий вид семейства передаточных характеристик магниторезистивного моста, полученных при последовательном изменении магнитного поля от 8 до -8 мТл и от -8 до 8 мТл, приведен на рис. 6. Для описания характеристик МР слоя было введено пять параметров:

– размах передаточной характеристики (мВ);

0 – нулевое смещение передаточной характеристики (мВ);

1 – разница между начальными смещениями передаточных характеристик, полученных при положительном и отрицательном магнитных полях (мВ);

Hys – величина гистерезиса передаточной характеристики на уровне 2 мТл (мТл);

Ktan – тангенс угла наклона передаточной характеристики на уровне 2 мТл.

Рис. 6. Передаточная характеристика МР моста.

Было проведено статистическое исследование более пластин (более 15 млн. кристаллов) интегральных датчиков магнитного поля. В качестве входных параметров для статистического исследования были взяты данные измерений передаточных характеристик микросхем МР датчиков и данные о количестве годных микросхем с каждой пластины. Для достоверности результатов передаточные характеристики снимались в пяти различных точках одной пластины.

Было показано, что из пяти параметров можно выделить один независимый параметр, от которого явным образом зависят остальные. Для этого была построена матрица корреляционных коэффициентов:

Анализируя матрицу, был сделан вывод, что можно построить статистическую зависимость количества выхода годных микросхем от параметра Ktan, равного тангенсу угла наклона передаточной характеристики на уровне 2 мТл. Данную модель можно представить в виде регрессионной кривой, отражающей зависимость числа выхода годных микросхем от параметра Ktan. Эта зависимость представлена на рис. 7.

Коэффициент выхода Рис. 7. Зависимость коэффициента выхода годных от Ktan.

Была построена регрессионная кривая зависимости коэффициента выхода годных кристаллов от тангенса угла наклона передаточной характеристики, уравнение которой можно записать в следующем виде:

Для нахождения коэффициентов A1 и B1 был применен метод наименьших квадратов. В результате вычислений были получены следующие значения:

Таким образом, измерив передаточные характеристики магниторезистивных мостов и сопоставив эти данные с регрессионной кривой зависимости выхода годных от тангенса угла наклона передаточной характеристики, можно оценить объем выхода годных микросхем.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию однокристальных микросхем управления бесконтактным двигателем на основе магниторезистивного элемента и на основе интегрированного датчика Холла и магниторезистивного элемента.

В современных бесконтактных двигателях постоянного тока, как правило, используются датчики положения ротора, основанные на эффекте Холла. Относительно невысокая чувствительность датчиков Холла к напряженности магнитного поля (порядка 0.1 мВ/мТл) не позволяет использовать поверхностный монтаж датчика на плату двигателя. Датчики на основе магниторезистивного эффекта благодаря высокой чувствительности (порядка 6 мВ/мТл) позволяют увеличить расстояния между источником магнитного поля и датчиком. В данной главе исследована возможность применения магниторезистивного датчика для бесконтактных двигателей постоянного тока.

Функция датчика Холла в бесконтактном двигателе состоит в определении знака магнитного поля, которое соответствует текущему положению ротора относительно статора. Информация о знаке магнитного поля используется для определения порядка подачи импульсов тока в обмотки статора с целью поддержания вращения ротора двигателя в заданном направлении передаточной характеристикой, поэтому он не чувствителен к полярности магнитного поля и позволяет определить лишь изменение абсолютной величины магнитного поля. При этом на выходе МР датчика формируется серия коротких импульсов, которая отражает моменты изменения полярности магнитного поля ротора при вращении. Следовательно, для управления бесконтактным двигателем с помощью МР датчика требуется процедура определения начального знака. Формирование корректной временной диаграммы для управления бесконтактным двигателем осуществляется с помощью дополнительного счетчика импульсов на выходе МР датчика.

микросхемы управлением двухвитковым двигателем постоянного тока на основе магниторезистивного чувствительного элемента.

Она содержит МР датчик, схему регулировки точки переключения, компаратор и управляющую логику. Благодаря более высокой чувствительности МР датчика по сравнению с датчиком Холла, к аналоговой части схемы с МР датчиком предъявляются более низкие требования.

В результате проведенных исследований спроектирована микросхема драйвера для управления двухвитковым двигателем постоянного тока. Применение МР датчика в составе микросхемы драйвера электродвигателя постоянного тока позволяет реализовать ее поверхностный монтаж непосредственно на печатную плату двигателя без существенного изменения его технических характеристик.

По результатам проектирования микросхемы управления бесконтактным двигателем на основе магниторезистивного чувствительного элемента была выявлена зависимость функционирования микросхемы от правильного расположения на печатной плате изделия, причем область такого расположения является небольшой. Это вызвано тем, что МР элемент, в отличие от датчика Холла не чувствителен к полярности магнитного поля.

Для устранения этих проблем была предложена реализация микросхемы управления бесконтактным двигателем с элементом Холла и магниторезистивным чувствительным элементом.

Элемент Холла служит для определения полярности магнитного поля в двигателе, а магниторезистивный датчик точно определяет момент переключения тока в катушках двигателя. Это существенно ослабляет требования, налагаемые на элемент Холла, и, позволяет добиться бесшумной работы двигателя, связанной с отсутствием переключений (чопперстабилизации) в элементе Холла.

В результате работы была спроектирована микросхема для использования в бесконтактных двигателях постоянного тока. Особенностью датчика является наличие двух чувствительных к магнитному полю элементов – датчика Холла и магниторезистивного датчика.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

схемотехнические и топологические методы и решения, которые позволяют существенно улучшить технико-экономические показатели магниточувствительных микросхем.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Предложена модель, учитывающая нелинейные эффекты, связанные с насыщением и остаточной намагниченностью магниторезистивного мостового элемента.

2. Разработана модель магниторезистивного элемента для систем автоматического проектирования на основе модели таблиц экспериментальных данных, которая характеристики с температурой и полярностью магнитного поля.

3. Предложен метод компенсации температурного дрейфа магниторезистивного мостового элемента температурным дрейфом схемы сравнения пороговых уровней.

4. Предложены новые конструктивные элементы топологии магниторезистивного мостового элемента, позволяющие минимизировать влияние технологического разброса.

Разработана новая конструкция блока настройки порога температурным дрейфом.

5. Предложен метод оценки коэффициента выхода годных кристаллов пороговых магниточувствительных микросхем по тангенсу угла наклона передаточной характеристики магниторезистивного моста.

Результаты работы внедрены и легли в основу серийно выпускаемых микросхем пороговых датчиков магнитного поля К1446ЧЭ1/ЧЭ2, датчика движения металлических предметов, микросхемы управления бесконтактным двигателем, что подтверждено актом о внедрении. Достоверность разработанных методов и схемотехнических решений подтверждена результатами экспериментальных исследований тестовых образцов микросхем пороговых датчиков магнитного поля, а также результатами компьютерного моделирования с использованием верифицированных моделей элементов.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Эннс В.В., Кобзев Ю.М., Эннс В.И. Особенности проектирования интегральных магниточувствительных схем на основе магниторезистивных элементов. Известия ВУЗов.

Электроника. №6 2006. с. 56-64.

2. Эннс В.В., Кобзев Ю.М., Тимошин С.А., Эннс В.И.

Аналоговые схемы серии 1446. Компоненты и технологии. №1, 2007.

3. Эннс В.В., Кобзев Ю.М., Эннс В.И. Линейный датчик температуры с низким напряжением питания. Известия ВУЗов.

Электроника. №1 2009. с. 54-58.

4. Эннс В.В., Эннс В.И., Кобзев Ю.М. Аналоговые ядра как основа аналоговых интегральных схем// INTERMATIC - 2006, Материалы IV Международной научно-технической конференции. Часть 3. - Москва: МИРЭА, 2006 г.

5. Эннс В.В., Эннс В.И. Принципы построения низковольтовых аналоговых ядер// INTERMATIC - 2007, Материалы V Международной научно-технической конференции, 23- октября 2007 г.Часть 1. - Москва: МИРЭА. - С.243-245.

6. Эннс В.В., КМОП датчик магнитного поля на основе магниторезистивного моста. //1-я окружная научно техническая конференция молодых ученых и специалистов. Москва, 2009.

Тезисы докладов участников, с. 41.

7. Эннс В.В, Проектирование аналоговых блоков со сверхнизким напряжением питания. // 14-я всероссийская межвузовская научно – техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» - 2007. Тезисы докладов.

8. Эннс В.В. Решение задачи по оценке выхода годных кристаллов интегральных магниточувствительных схем на основе магниторезистивных элементов. 16-я всероссийская межвузовская научно – техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» - 2009. Тезисы докладов, с. 105.

9. Эннс В.В. Аналого-цифровые КНС КМОП БМК для радиационно-стойких изделий электронной техники. 11-я Всероссийская научно-техническая конференция «Радиационная стойкость электронных систем – 2008». Тезисы докладов.

Автореферат Эннс Всеволод Викторович Разработка и исследование однокристальных пороговых магниточувствительных микросхем на основе магниторезистивных элементов.

Подписано в печать 17.08.2009.

Заказ № 67. Тираж 90 экз. Уч.-изд. л. 1,2. Формат 6084 1/16.

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.