Fabrication and characterization of miniaturized fluxgate sensors

Abstract

Manyetik sensörler yıllar boyunca üzerinde çok fazla çalışılan konulardan olmuşlardır. Çeşitli manyetik alan ölçüm cihazları ve teknikleri kullanılmasına rağmen, fluxgate sensörler diğer manyetik sensörlerin çoğundan daha uygun ve verimli olmuştur. Bu sensörler yüksek hassasiyet, yüksek sıcaklık kararlılığı, yüksek güvenilirlik gibi avantajlara sahiptirler. Ayrıca DC ve düşük frekenslı AC manyetik alanların yönünü ve büyüklüğünü ölçmek için kullanılırlar. Fluxgate sensörler uydularda yer belirleme, manyetik iz tespiti, denizaltı mayın tespiti ve nesne tanıma gibi bir çok uygulamada kullanılabilirler. Son yıllarda sensörün maliyetini düşürme ve güç tüketimini azaltma gerekliliği doğduğundan, fluxgate sensörlerin minyatürize edilmesine yönelik çalışmaların arttığı gözlemlenmiştir. Bu tez çalışmasında ortogonal yapıda tasarlanmış minyatür boyutlarda fluxgate sensör üretimi gerçekleştirilmiştir. Sensör nüvesi olarak soft manyetik özelliklere sahip olması nedeniyle sıkça tercih edilen kobalt tabanlı amorf alaşım kullanıldı. Şerit şeklinde alınan bu alaşıma fotolitografi ve kimyasal aşındırma teknikleri kullanılarak labirent şekli verildi. İlk olarak bu nüveye sahip sensör üretimi gerçekleştirilip sensörün hassasiyet ve gürültü ölçümleri yapıldı. Daha sonra tavlanmış kobalt tabanlı amorf şerit nüve malzemesi olarak kullanıldı. Tavlanmamış nüveye sahip sensör için yapılan bütün ölçümler tavlanmış nüveye sahip sensör için de tekrarlandı. Bu şekilde farklı koşullar altında manyetik nüve malzemesinin sensörün çalışmasına olan etkisi incelendi.

Magnetic sensors have been the devices in which have been greatly worked for many years. Fluxgate sensors are more suitable and efficient than most of the other magnetic sensors, although various magnetic field measurement device and techniques have been used. These sensors have the advantages of high sensitivity, high temperature stability and high reliability, and they are used to measure the magnitude and direction of DC and low frequency AC magnetic fields. Fluxgate sensors can be used in many applications such as location determination in satellites, magnetic track detection, submarine mine detection and object recognation. In recent years, it has been observed that studies on miniaturization of fluxgate sensor have increased with the necessity of reducing the cost of the sensor and reducing the power consumption. In this thesis study, the production of the fluxgate sensor in miniature dimensions with orthogonal structure was realized. Cobalt-based amorphous alloy, which is frequently preferred due to its soft material as a sensor core, was used. This amorphous alloy which was taken as a ribbon was given a meander shape using photolithography and chemical etching techniques. Firstly the sensor with this core was produced and sensitivity and noise measurements were examined. Then annealed cobalt-based amorphous alloy was used as a core material. All measurements for the sensor with non-annealed core were repeated for the sensor with annealed core. In this way the effect of magnetic core material on the performance of the sensor was examined under different conditions.