空間科學(xué)研究在近年來(lái)獲得了快速發(fā)展,同時(shí)對(duì)空間探測(cè)技術(shù)也提出了新的要求。對(duì)于磁強(qiáng)計(jì)的研制,需要在保證精度的前提下盡量減小體積、質(zhì)量,提高可靠性并縮短研發(fā)周期。開(kāi)發(fā)基于新材料、新原理的磁場(chǎng)傳感器是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要途徑之一。石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械特性,它的EMR效應(yīng)和Hall效應(yīng)均可在室溫下測(cè)量磁場(chǎng),但目前將其用于弱磁測(cè)量的研究還較為匱乏。論文開(kāi)展了基于石墨烯的弱磁傳感器技術(shù)研究,對(duì)石墨烯EMR類(lèi)器件（包括EMR元件、霍爾元件）的性能進(jìn)行了理論分析和仿真計(jì)算,設(shè)計(jì)了器件幾何結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上研制了石墨烯弱磁傳感器,測(cè)試了它們的磁響應(yīng)特性,并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,進(jìn)一步地搭建了低噪聲磁探測(cè)系統(tǒng),探索了石墨烯用于弱磁測(cè)量的可行性。論文在分析石墨烯EMR物理效應(yīng)的基礎(chǔ)上,建立了石墨烯EMR元件的有限元模型,提出了金屬分流結(jié)構(gòu)偏心的器件幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),仿真分析了偏心距和偏心角對(duì)EMR元件輸出靈敏度的影響,完成了器件的最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。進(jìn)一步,工藝實(shí)現(xiàn)了偏心范德堡形石墨烯EMR元件,并對(duì)其磁響應(yīng)特性進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試發(fā)現(xiàn)偏心范德堡形石墨烯EMR元件在±0.1 T磁場(chǎng)范圍內(nèi)靈敏度為2.6 V/（... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：158 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 高精度磁場(chǎng)探測(cè)的應(yīng)用方向和研究意義
        1.1.1 空間磁場(chǎng)探測(cè)
        1.1.2 地球物理勘探
        1.1.3 導(dǎo)航定位
        1.1.4 生物醫(yī)學(xué)
    1.2 磁場(chǎng)傳感器概述
        1.2.1 磁通門(mén)傳感器
        1.2.2 霍爾傳感器
        1.2.3 感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器
        1.2.4 磁阻傳感器
        1.2.5 原子磁場(chǎng)傳感器
        1.2.6 量子超導(dǎo)磁場(chǎng)傳感器
    1.3 石墨烯概述
        1.3.1 石墨烯物理特性簡(jiǎn)介
        1.3.2 石墨烯的磁效應(yīng)
    1.4 本文的選題依據(jù)和主要內(nèi)容
        1.4.1 選題依據(jù)
        1.4.2 本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排
第2章 石墨烯EMR類(lèi)器件的原理分析和幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.1 引言
        2.1.1 石墨烯EMR元件研究現(xiàn)狀和存在問(wèn)題
        2.1.2 石墨烯霍爾元件研究現(xiàn)狀和存在問(wèn)題
    2.2 石墨烯EMR效應(yīng)分析和器件幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.2.1 EMR效應(yīng)的物理原理
        2.2.2 EMR效應(yīng)的有限元模型
        2.2.3 石墨烯EMR元件的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.3 石墨烯霍爾效應(yīng)分析和器件幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 偏心范德堡形石墨烯EMR元件的加工、測(cè)試和分析
    3.1 引言
    3.2 偏心范德堡形石墨烯EMR元件工藝實(shí)現(xiàn)
        3.2.1 石墨烯材料制備
        3.2.2 石墨烯EMR元件加工工藝流程
    3.3 偏心范德堡形石墨烯EMR元件磁響應(yīng)特性測(cè)試
        3.3.1 石墨烯EMR元件測(cè)試方法
        3.3.2 石墨烯EMR元件測(cè)試結(jié)果
        3.3.3 討論
    3.4 本章小結(jié)
第4章 石墨烯霍爾元件的加工、測(cè)試和分析
    4.1 引言
    4.2 石墨烯霍爾元件工藝實(shí)現(xiàn)
        4.2.1 石墨烯材料制備
        4.2.2 石墨烯霍爾元件加工工藝流程
        4.2.3 石墨烯材料的測(cè)試與表征
    4.3 噪聲測(cè)試方式對(duì)比研究
        4.3.1 交流調(diào)制法
        4.3.2 互功率譜法
        4.3.3 直流測(cè)試法
        4.3.4 噪聲測(cè)試方法對(duì)比和適用條件
        4.3.5 小結(jié)
    4.4 石墨烯器件霍爾元件噪聲特性測(cè)試
        4.4.1 石墨烯霍爾元件噪聲測(cè)試方式選擇
        4.4.2 石墨烯霍爾元件噪聲測(cè)試系統(tǒng)搭建
        4.4.3 石墨烯霍爾噪聲特性測(cè)試
        4.4.4 石墨烯霍爾噪聲特性理論分析
        4.4.5 小結(jié)
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于石墨烯磁敏感元件的低噪聲磁探測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
    5.1 引言
    5.2 石墨烯磁敏感元件的調(diào)制降噪原理和實(shí)現(xiàn)
        5.2.1 旋轉(zhuǎn)電流調(diào)制法簡(jiǎn)介
        5.2.2 石墨烯霍爾元件旋轉(zhuǎn)電流調(diào)制法測(cè)試電路、測(cè)試結(jié)果
        5.2.3 小結(jié)
    5.3 Hall傳感器與磁阻傳感器的調(diào)制降噪方式對(duì)比
        5.3.1 磁阻傳感器的調(diào)制降噪方式分析
        5.3.2 霍爾傳感器與磁阻傳感器調(diào)制降噪方式的對(duì)比分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 本文工作總結(jié)
    6.2 未來(lái)工作展望
附錄
    附錄1 功率譜密度估計(jì)Matlab程序
    附錄2 低噪聲儀表放大器的選用方法
    附錄3 石墨烯霍爾元件電流相對(duì)靈敏度的推導(dǎo)
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]High precision magnetometer for geomagnetic exploration onboard of the China Seismo-Electromagnetic Satellite[J]. CHENG BingJun,ZHOU Bin,MAGNES Werner,LAMMEGGER Roland,POLLINGER Andreas.  Science China（Technological Sciences）. 2018(05)



本文編號(hào)：3628287