磁強計(Magnetic Field Sensor)也稱磁場傳感器（Magnetometer），是一種測量環(huán)境磁感應(yīng)強度與方向的傳感器。目前主要的 MEMS 磁強計包括磁阻式磁強計、磁通門式磁強計、霍爾效應(yīng)式磁強計、隧道效應(yīng)式磁強計和諧振式洛倫茲力磁強計等。

磁通門式磁強計包含一個高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成的鐵芯。在同時受到交變和恒定兩種磁場作用情況下，纏繞在鐵芯上的檢測線圈感生的電壓中含有偶次諧波分量，特別是二次諧波；諧波電壓與磁場強度正相關(guān)，所以可以通過測量檢測線圈的諧波電壓來檢測磁場強度。

霍爾效應(yīng)式磁強計是基于霍爾效應(yīng)進行測量的。將一個導(dǎo)體置于磁場中并通電，磁場對導(dǎo)體中的電子會產(chǎn)生一個橫向作用力，從而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓差，測量該電壓差，即可得到待測磁場的強度。霍爾效應(yīng)式磁強計具有探頭體積小、靈敏度高、線性度好等特點。

磁阻式磁強計有半導(dǎo)體磁阻式和薄膜磁阻式兩種類型。半導(dǎo)體磁阻式磁強計是用Insb 或 GaAs 等材料制作而成的測量磁場大小和方向的傳感器，它是利用半導(dǎo)體材料在磁場作用下電阻發(fā)生變化這一特性工作的。而薄膜磁阻式磁強計的核心結(jié)構(gòu)是用 NiFe 或 NiCo 合金制作的，利用薄膜磁阻材料的各向異性磁阻效應(yīng)工作。

隧道效應(yīng)式磁強計具有深腔結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)有薄膜和硅尖。利用靜電力將薄膜拉至與硅尖 1nm 的距離，在偏置電壓的作用下，薄膜與硅尖之間會產(chǎn)生微安級隧道電流。而薄膜上具有線圈結(jié)構(gòu)，其中通有交流電，在待測磁場作用下，線圈中會產(chǎn)生洛倫茲力使薄膜上下振動。當(dāng)薄膜和硅尖之間的距離隨著薄膜的振動而變化時，遂穿電流值也將隨之變化，通過測量此電流的變化，便能夠獲得外界磁場強度。

諧振式洛倫茲力磁強計結(jié)構(gòu)上具有激勵線圈。通入交流電流的激勵線圈在磁場中受到交變的洛倫茲力作用，從而使結(jié)構(gòu)處于諧振狀態(tài)，測量結(jié)構(gòu)振動幅度的大小可以間接獲得外界磁場強度。當(dāng)電流頻率與扭梁的固有振蕩頻率一致時，系統(tǒng)會產(chǎn)生諧振，此時輸出振幅達到最大值，并且與外界磁場強度成比例。多數(shù)的洛倫茲力磁強計通過壓阻或電容檢測方法來測量振幅。由于 MEMS 諧振結(jié)構(gòu)具有較高的Q值，因此該磁強計的靈敏度較高。而且，此類磁強計不需要磁性材料，加工工藝過程較為簡單，成品率相對較高。

磁場探測是 MEMS 傳感領(lǐng)域的重要方向之一。近年來，隨著原子磁強計等新概念的出現(xiàn)和發(fā)展，推動著相關(guān) MEMS 磁強計技術(shù)的不斷進步；同時， MEMS微加工方法使得磁強計的體積大大減小，成本也降低許多，使其具有了更廣闊的應(yīng)用前景。

審核編輯：劉清