文 献 综 述

一：选题的背景和意义

1.1 选题的背景

1.1.1 磁电器件的相关研究

多铁性材料可以实现力、电、磁等多物理场之间的相互耦合,在小尺寸、快速响应和低功耗的磁电器件领域具有重要的应用前景.在应用需求的推动下,以具有磁电耦合效应的多铁性材料为基础的磁电器件在设计、微纳加工和性能优化等方面的研究取得了持续的进展.本文简要介绍了基于磁电耦合效应的几种原型器件的最新进展,包括可调谐电感、滤波器、磁电存储器、能量回收器、磁电传感器和磁电天线等,分析总结了各种磁电器件的工作原理及其性能表现,讨论了当前多铁性磁电器件研究所面临的问题和挑战,并提出了改进磁电器件性能的研究方向.[1]

磁电传感器作为一种新型磁场传感器具有低噪声、低成本、制作简单的特点,非常适用于高精度的磁场测量。为了提高磁电传感器的测量分辨率,设计低噪声的驱动电路非常重要。本论文针对磁电传感器的谐振特性和对偏置磁场的调制特点,设计了一款基于锁相放大原理的低噪声驱动电路。驱动电路分为信号通道、相干器和参考通道三个部分,其中信号通道中使用低噪声的JFET作为前置输入器件,相干器中使用了低噪声的模拟开关,参考通道中激励时钟和移相使用CPLD对有源晶振分频和移相产生。使用CPLD的优点是可以针对不同传感器的不同时钟和移相扩展要求使用编程满足,同时具有非常低的相位噪声。在设计的低噪声驱动电路的基础上,本论文对电路中的各个模块,特别是电荷放大器,模拟开关和低通滤波器进行了噪声分析和MATLAB计算仿真。本论文分别对模拟驱动电路进行了分模块噪声测试。对JFET电荷放大器在输入电容为220nF和2.2uF的条件下进行了测试,测试结果基本符合计算结果。同时与基本电荷放大器进行了比较,发现JFET电荷放大器的噪声特性优于基本电荷放大器,在本论文的传感器输入下噪声系数为0.049dB。低通滤波器的噪声测试结果与计算结果非常符合,其在通带内的噪声水平为150nV/rtHz左右。在驱动电路输入端接入6.8nF的电容情况下,驱动电路的噪声水平在通带内测试结果大约为200nV/rtHz。最后对系统的测试结果表明系统噪声水平为1.78nT/rtHz。[2]

随着半导体工艺技术的迅速发展以及市场对电子学器件高集成、低能耗的强烈需求,促使器件逐渐趋于微型化,这为功能器件的研究和制造带来很大的困难:一方面组成其器件的基本组成单元尺寸已经减小到相应的物理临界尺寸或更小,显示出一些特异的性质,另一方面功能器件中的纳米单体的操纵需要更为精细的技术,因此在纳米尺度对组成功能器件的纳米单体的原位、实时、动态可视化的操作和性质测量是目前亟待解决的问题。本论文主要围绕多层纳米线以及多层薄膜在微纳尺度下磁电输运特性的研究展开,设计并制造了在纳米尺度对其磁电输运性质测量的电镜原位磁输运性质测量仪（简称磁输运仪）。[3]

1.1.2 可靠性

电子元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性两方面。固有可靠性是可靠性的基础，一般指的电子元器件在生产完成后所具备的可靠性，是由电子元器件的材料、工艺、制造、管理等因素决定的；使用可靠性指的是电子元器件在交付使用后，由于工作条件、使用环境以及人为因素问题导致的可靠性问题。在选择电子元器件时，很多设计人员只注重元器件的性能指标和温度范围是否达到了整机的要求，但是忽略了元器件的质量等级、考核标准以及失效模式等因素，导致整机性能符合标准，但是可靠性标准却难以达到。因此，在电子元器件的可靠性方面，必须要从两个方面着手，选择有质量保证，同时符合实际需求的，提高元器件的使用可靠性。