基于单晶TMR+MEMS原理的高灵敏低噪声新型复合磁传感器研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901440
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.5万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0123.敏感电子学与传感器
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Magnetic sensors based on Tunnel magnetoresistance (TMR) effect, play a significant role in medical, industrial and military application due to their advantage of high sensitivity at room temperature, high space resolution, low power consumption and small size. They have attracted great research interest in the field of magnetic sensing and spintronic. Although present TMR magnetic sensors have very high sensitivity, their intrinsic 1/f noise in the low frequency range are too large, which limit their application for detecting weak magnetic field in DC or low frequency range. To solve this problem, we propose to develop a novel high-sensitivity low-noise hybrid magnetic sensor based on single crystalline TMR+MEMS strategy. This TMR+MEMS structure can modulate the detected magnetic field from high noise low frequency range to low noise high frequency range, which can thoroughly overcome the 1/f noise problem in TMR device. Research in this project is aiming at establishing foundation to develop high performance magnetic sensors for low frequency weak magnetic field detecting. Details are as follow: (1) Study the underlying mechanism and method of fabricating high quality single crystalline TMR device on Si(001) substrate; (2) Build up theoretical model and optimize structure designing and fabrication process for MEMS package; (3) Study the optimal integrating process for combining TMR device and MEMS package, fabricate the sensor prototype and testing its performance.
TMR磁传感器具有室温下的高灵敏、高分辨、低功耗、小体积等优点, 在医疗、工业、军事等领域具有重要的应用价值,已成为磁传感和自旋电子领域的研究热点之一。现有的TMR磁传感器灵敏度虽高,但低频区的本征1/f噪声较大,无法应用到直流和低频微弱磁场检测上。针对上述问题,我们提出一种基于单晶TMR+MEMS原理的高灵敏低噪声新型复合磁传感器设计方案。这种TMR+MEMS结构理论上可将待测磁场信号从高噪声的低频范围调制到低噪声的高频范围,从而彻底克服TMR器件低频区本底噪声大的缺点。本项目旨在为研制高性能低频弱磁传感器奠定基础,主要研究内容如下:1. 研究高性能单晶TMR器件在Si(001)基片上外延生长的机理与方法;2. 建立理论模型,优化MEMS组件的设计与制备;3. 开展TMR+MEMS的集成工艺研究,确定最佳工艺路线,制作出传感器原型器件并建立测试平台,进行器件综合性能的测试。

结项摘要

TMR磁传感器具有室温下的高灵敏、高分辨、低功耗、小体积等诸多优点,已成为磁传感和自旋电子领域的研究热点之一。现有的TMR磁传感器灵敏度虽高,但低频区的本征1/f噪声较大,无法应用到直流和低频微弱磁场检测上。针对上述问题,本项目提出了一种基于单晶TMR+MEMS原理的高灵敏低噪声新型复合磁传感器设计方案。这种TMR+MEMS结构可将待测磁场信号从高噪声的低频范围调制到低噪声的高频范围,从而抑制低频1/f噪声,克服TMR器件低频区本底噪声大的缺点。本项目基于以上思路,实现了高性能TMR器件在单晶Si(001)基片上外延生长,阐明了其生长机理,掌握了其制备流程及关键技术,探索出可提升TMR器件性能的高自旋极化率薄膜新材料,开发了TMR器件和MEMS组件集成一体化的设计和制备流程,研制了基于TMR+MEMS原理的低噪声高灵敏度复合磁传感器样机,初步实现了该传感器在触觉传感、人机交互等方面的应用验证。. 本项目实施过程中,在Microsystems & Nanoengineering,Biosensors,Advanced Sensor Research等传感器领域高水平期刊发表论文15篇,其中SCI/EI检索论文12篇;申请中国发明专利11项,授权3项;1人次入选中国科学院“百人计划”,1人次入选第七届中国科协青年托举人才;培养博士生6人,硕士生1人,其中2人获得全国磁性材料与器件大会研究生学术新锐奖。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Recent Progress of Biomimetic Tactile Sensing Technology Based on Magnetic Sensors.
基于磁传感器的仿生触觉传感技术最新进展
  • DOI:
    10.3390/bios12111054
  • 发表时间:
    2022-11-21
  • 期刊:
    Biosensors
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
  • 通讯作者:
Magnetic Properties and Microstructures of Fe-Doped (Ti1-xFex)3AlC2 MAX Phase and Their MXene Derivatives
Fe 掺杂 (Ti1-xFex)3AlC2 MAX 相及其 MXene 衍生物的磁性能和微观结构
  • DOI:
    10.1007/s10948-020-05718-5
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Journal of Superconductivity and Novel Magnetism
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Shengyu Sun;Yinde Yu;Shuli Sun;Qiang Wang;Tijun Chen;Jiamin Chen;Yongjian Zhang;Weibin Cui
  • 通讯作者:
    Weibin Cui
A tactile and airflow motion sensor based on flexible double-layer magnetic cilia.
基于柔性双层磁纤毛的触觉和气流运动传感器
  • DOI:
    10.1038/s41378-022-00478-9
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    MICROSYSTEMS & NANOENGINEERING
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Man, Jiandong;Zhang, Junjie;Chen, Guangyuan;Xue, Ning;Chen, Jiamin
  • 通讯作者:
    Chen, Jiamin
Magnetic Skin for Touchless Human–Computer Interaction to Prevent Healthcare‐Associated Infections
用于非接触式人机交互的磁性皮肤 — 预防医疗保健相关感染的计算机交互
  • DOI:
    10.1002/adsr.202200008
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Advanced Sensor Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Junjie Zhang;Guangyuan Chen;Jiamin Chen
  • 通讯作者:
    Jiamin Chen
Magnetostriction and heat-capacity study on the metamagnetic phase transition of Dy2In1-xAlx alloys
Dy2In1-xAlx合金变磁相变的磁致伸缩和热容研究
  • DOI:
    10.1063/9.0000361
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Shiqi Wang;Pu Liu;Jiamin Chen;Weibin Cui
  • 通讯作者:
    Weibin Cui

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其他文献

三峡工程后长江口徐六泾入海水沙特征变化研究
  • DOI:
    10.16239/j.cnki.0468-155x.2022.03.009
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    泥沙研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈嘉民;何青;谢卫明;郭磊城
  • 通讯作者:
    郭磊城

其他文献

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面向神经元磁信号探测的自旋电子神经磁极研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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