磁傳感器在人類生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。尤其在極端高溫環(huán)境下,例如礦產(chǎn)/石油勘探、空間勘探、飛機發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制等領(lǐng)域,都急需高靈敏度、高可靠性的磁傳感器。目前,現(xiàn)有的高溫磁傳感器存在嚴重的物理局限性和材料缺陷,導(dǎo)致磁靈敏度低和可靠性差。一般情況下,高溫會導(dǎo)致材料性能的弱化,從而使其制備的器件功能失效。金剛石材料具有優(yōu)異的機械、物理、電學(xué)和化學(xué)惰性,使其成為制備高可靠性功能器件的首選材料。Galfenol（FeGa）薄膜具有高的磁致伸縮系數(shù)和居里溫度,使其成為制備高溫磁傳感器件極具潛力材料。鑒于此,為了克服高溫磁傳感的挑戰(zhàn),本工作在單晶金剛石（SCD）襯底上制備FeGa薄膜,并以此為基礎(chǔ)提出了一種新型磁傳感器件結(jié)構(gòu),即采用具有高磁致伸縮系數(shù)FeGa薄膜與SCD MEMS簡諧振子相耦合的結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)從常溫到高溫的磁探測功能。本文研究了FeGa薄膜最佳生長工藝及性能影響機制。闡述了界面調(diào)控FeGa薄膜的組織取向和性能特征機理。分析了FeGa薄膜組織和磁學(xué)性能熱穩(wěn)定性行為。開展了高穩(wěn)定性的SCD MEMS簡諧振子器件制備研究。實現(xiàn)了多層結(jié)構(gòu)SCD基MEMS磁傳感器從常溫到高溫的磁探測。論... 

【文章來源】：上海大學(xué)上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：188 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 材料概述
        1.2.1 金剛石結(jié)構(gòu)和性能
        1.2.2 FeGa組織結(jié)構(gòu)和性能
    1.3 課題研究進展
        1.3.1 金剛石MEMS器件研究進展
        1.3.2 MEMS磁傳感器研究進展
    1.4 本工作的選題意義及主要研究內(nèi)容
        1.4.1 本工作的選題意義
        1.4.2 本工作的主要研究內(nèi)容
    參考文獻
第二章 單晶金剛石及FeGa薄膜材料的制備及性能研究
    2.1 引言
    2.2 單晶金剛石制備
        2.2.1 單晶金剛石的生長工藝
        2.2.2 單晶金剛石品質(zhì)和組織表征
    2.3 FeGa薄膜在金剛石襯底上的制備
        2.3.1 FeGa薄膜在金剛石襯底上的制備工藝
        2.3.2 FeGa薄膜性能的研究
    2.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第三章 FeGa/金剛石基復(fù)合結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性研究
    3.1 引言
    3.2 FeGa/金剛石基復(fù)合結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性試驗方案
    3.3 FeGa/金剛石基復(fù)合結(jié)構(gòu)組織熱穩(wěn)定性
        3.3.1 過渡層調(diào)控FeGa薄膜表面形貌和組織結(jié)構(gòu)
        3.3.2 不同SCD基復(fù)合結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性
        3.3.3 不同SCD基復(fù)合結(jié)構(gòu)中FeGa薄膜相結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性
    3.4 FeGa/金剛石基復(fù)合結(jié)構(gòu)磁學(xué)性能熱穩(wěn)定性
        3.4.1 VSM技術(shù)測試不同結(jié)構(gòu)中FeGa薄膜磁學(xué)性能熱穩(wěn)定性
        3.4.2 PPMS技術(shù)測試不同結(jié)構(gòu)中FeGa薄膜磁學(xué)性能熱穩(wěn)定性
    3.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第四章 金剛石基MEMS簡諧振子機械性能研究
    4.1 引言
    4.2 金剛石基MEMS簡諧振子的制備工藝
    4.3 金剛石基MEMS簡諧振子振動機理及測試裝置
        4.3.1 金剛石懸臂梁簡諧振子共振頻率
        4.3.2 金剛石懸臂梁簡諧振子品質(zhì)因子
        4.3.3 金剛石懸臂梁簡諧振動測試裝置
    4.4 金剛石MEMS簡諧振子穩(wěn)定性研究
        4.4.1 金剛石懸臂梁共振特性
        4.4.2 金剛石懸臂梁高溫穩(wěn)定性
    4.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第五章 FeGa/金剛石MEMS磁傳感器的制備及性能研究
    5.1 引言
    5.2 FeGa/金剛石MEMS簡諧振子磁傳感器原理
    5.3 常溫FeGa/金剛石簡諧振子磁傳感器
        5.3.1 FeGa薄膜對SCD簡諧振子振動特性影響
        5.3.2 FeGa/SCD簡諧振子磁傳感性能研究
    5.4 高溫FeGa/金剛石MEMS簡諧振子磁傳感器
        5.4.1 高溫FeGa/SCD簡諧振子磁傳感性能研究
        5.4.2 FeGa/SCD簡諧振子磁傳感器磁噪音研究
    5.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第六章 多層結(jié)構(gòu)金剛石基MEMS磁傳感器性能研究
    6.1 引言
    6.2 過渡層調(diào)控FeGa/金剛石基簡諧振子磁傳感性能研究
        6.2.1 過渡層對FeGa/SCD基簡諧振子共振特性影響
        6.2.2 不同結(jié)構(gòu)SCD基簡諧振子磁傳感性能
    6.3 多層結(jié)構(gòu)金剛石基簡諧振子溫度增強ΔE效應(yīng)的研究
        6.3.1 超高溫FeGa/Ti/SCD簡諧振子磁傳感性能
        6.3.2 多層結(jié)構(gòu)簡諧振子溫度增強ΔE效應(yīng)的研究
        6.3.3 多層結(jié)構(gòu)簡諧振子ΔE效應(yīng)與磁場方位關(guān)系的研究
    6.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第七章 全文總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 工作展望
作者在攻讀博士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文與專利
作者在攻讀博士學(xué)位期間參與的項目及獲得的獎項
致謝


【參考文獻】：
博士論文
[1]Fe-Ga合金彈性模量溫度特性與磁彈性應(yīng)用研究[D]. 李明明.北京科技大學(xué) 2018
[2]新型Fe-Ga磁致伸縮合金物性研究[D]. 徐世峰.吉林大學(xué) 2008



本文編號：3162813