CN112146778A - 一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法 - Google Patents
一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112146778A CN112146778A CN202011066550.5A CN202011066550A CN112146778A CN 112146778 A CN112146778 A CN 112146778A CN 202011066550 A CN202011066550 A CN 202011066550A CN 112146778 A CN112146778 A CN 112146778A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- star
- temperature
- tunnel junction
- magnetic tunnel
- reference layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 38
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 241001581440 Astroides Species 0.000 claims description 2
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/36—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using magnetic elements, e.g. magnets, coils
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
- G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法，包括以下步骤：利用电阻加热平台，测量磁隧道结参考层的星型线随着温度变化曲线，计算得到参考层温度星型线系数；通过测量不同温度下磁隧道结参考层星型线，并利用获得的温度矫星型线系数，将星型线信号转化为温度信号；本发明可用于环境温度的监测，也适于其他加热条件，如激光加热。本发明以纳米级磁隧道结作为测温元器件，利用其参考层星型线随着温度的变化关系，测温更精确，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用磁隧道结准确测量温度的方法，属于温度传感技术领域。
背景技术
近年来，温度传感器发展迅速，市场快速上升，几乎占了整个传感器总需求量的40%，尤其是汽车电子、消费电子和加工工业的迅猛增长带来了温度传感器需求的大幅增加，如根据MarketsandMarkets公司的分析和预测，温度传感器市场在2014年至2020年间将以5.11%的复合年均增长率增加，并且在2020年其总量将达到60.5亿美元。目前我国温度传感器只有中低档产品基本满足市场需求，产品品种满足率在60%-70%左右。但从行业产品结构看，老产品比例占60%以上，新产品明显不足，高新技术类产品更少；同时数字化、智能化、微型化产品严重欠缺。
随着电子器件的快速小型化，热耗散与热传导变得愈加重要，正成为电子器件的进一步小型化的限制因素以及基础研究领域的关键因素，自旋热点学的兴起，需要对纳米薄膜的温度以及周边环境温度的需要准确掌握，所要求的测量方法的更加准确、快速、并且有更高的空间分辨率。研究表明，磁隧道结的参考层矫顽场与RKKY耦合有关，在室温附近，参考层的矫顽场与温度接近线性关系，这个变化规律为直接测量利用矫顽场测量温度提供了依据，并申请了相关专利，但进一步研究发现，利用单个在易磁化轴的磁化曲线和矫顽场测量温度的方法，存在一定缺陷：由于磁畴并非理想的单畴状态，使得在一些温度点，磁化反转并非一次性反转，这给温度测量的准确性造成影响。因此申请人提出了测量不同角度下的参考层磁化反转曲线，即星型线，测量星型线与温度的对应关系，用于温度的测量，提高测量的准确性。
发明内容
本发明的目的提供一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法。
测量步骤如下：
1. 一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法,磁隧道结（MTJ）的结构主要包括：以氧化镁或者氧化铝为绝缘层，CoFeB为磁性自由层和参考层，以及保护层和连接层，以Ru, Ta, Cu的一层或多层作为保护层；以Cu, Ta和CuN的一层或多层作为连接层，所述磁隧道结的形状为椭圆形，具有非常好的面内单轴各向异性；
2. 磁隧道结参考层温度星型线的对应关系测量：使用电阻加热平台，电阻加热丝为镍铬电阻丝/或者钨丝，直径为2 mm, 使用的电阻温度测温器件为Pt100，电阻加热平台能达到的温度为100 oC，在磁隧道结参考层的难磁化轴施加不同大小的偏置磁场，利用Keithley 2400测量易磁化轴方向的磁电阻曲线（MR），计算得到在不同偏置磁场下的参考层磁化反转场，获得在不同温度下的星型线，根据公式，α=ΔH C/ΔT，计算得到参考层的温度星型线系数，ΔH C为星型线在温度变化ΔT下，星型线在易磁化轴方向移动的距离；
3.在测量MTJ磁电阻曲线（MR）过程中，使用Keithley 2400在MTJ中施加一个直流电流，电流的大小为10 µA到1mA；采用2线或者4线法测量MTJ的磁电阻曲线；
4.利用磁隧道结参考层的星型线测量温度：以室温23 oC（T 0）时的参考层星型线作为基准，测量在不同温度下参考层的星型线，利用公式，T=ΔH C/α+T 0，计算得到磁隧道结的温度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法，测量精度高，误差±0.5 K；
（2）由于磁隧道结非常小，利于制作成纳米级温度传感器；
（3）本发明的操作简单、环保友好，易于工业化。
附图说明
图1，在平台加热条件下和激光加热条件下磁隧道结参考层的星型线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及对比例对本发明作进一步阐述。
实施例1，以50 nm×50 nm的磁隧道结作为温度传感器为例，将磁隧道结置于的电阻加热平台，利用钨丝电阻丝，将平台逐渐加热到100 oC，并测量平台温度和磁隧道结参考层的星型线，星型线通过测量不同偏置磁场下的磁电阻曲线获得，通过计算得到温度星型线系数为330 mΩ/K；将激光聚焦在样品表面，测量在激光加热条件下的星型线，如图1所示，利用测得的温度星型线系数，计算得到在36 mW和72 mW的激光强度下，磁隧道结的温度为40.6 oC 和51.7 oC。
Claims (2)
1.一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法，其特征在于磁隧道结（MTJ）的结构主要包括：以氧化镁或者氧化铝为绝缘层，CoFeB为磁性自由层和参考层，以及保护层和连接层，以Ru, Ta, Cu的一层或多层作为保护层，以Cu, Ta和CuN的一层或多层作为连接层，所述磁隧道结的形状为椭圆形，具有非常好的面内单轴各向异性；磁隧道结参考层温度星型线的对应关系测量：使用电阻加热平台，电阻加热丝为镍铬电阻丝/或者钨丝，直径为2mm, 使用的电阻温度测温器件为Pt100，电阻加热平台能达到的温度为100 oC，在磁隧道结参考层的难磁化轴施加不同大小的偏置磁场，利用Keithley 2400测量易磁化轴方向的磁电阻曲线（MR），计算得到在不同偏置磁场下的参考层磁化反转场，获得在不同温度下的星型线，根据公式，α=ΔH C/ΔT，计算得到参考层的温度星型线系数，ΔH C为星型线在温度变化ΔT下，星型线在易磁化轴方向移动的距离；利用磁隧道结参考层的星型线测量温度：以室温23 oC（T 0）时的参考层星型线作为基准，测量在不同温度下参考层的星型线，利用公式，T=ΔH C/α+T 0，计算得到磁隧道结的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，在测量MTJ磁电阻曲线（MR）过程中，使用Keithley 2400在MTJ中施加一个直流电流，电流的大小为10 µA到1mA；采用2线或者4线法测量MTJ的磁电阻曲线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011066550.5A CN112146778A (zh) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | 一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011066550.5A CN112146778A (zh) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | 一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112146778A true CN112146778A (zh) | 2020-12-29 |
Family
ID=73952382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011066550.5A Withdrawn CN112146778A (zh) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | 一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112146778A (zh) |
-
2020
- 2020-10-01 CN CN202011066550.5A patent/CN112146778A/zh not_active Withdrawn
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105866715B (zh) | 一种线性各向异性磁阻传感器的制备方法 | |
| WO2012136134A1 (zh) | 单一芯片推挽桥式磁场传感器 | |
| CN110220608B (zh) | 一种利用磁隧道结参考层矫顽场测量温度的方法 | |
| CN110186584B (zh) | 一种利用磁隧道结自由层矫顽场测量温度的方法 | |
| CN110196115B (zh) | 一种利用磁隧道结磁电阻测量温度的方法 | |
| JP2008306112A (ja) | 磁気抵抗効果膜、磁気センサ及び回転角度検出装置 | |
| CN110455429A (zh) | 一种利用磁隧道结瞬时测量温度的装置及方法 | |
| CN112146778A (zh) | 一种利用磁隧道结参考层星型线测量温度的方法 | |
| CN112146777A (zh) | 一种利用磁隧道结自由层星型线测量温度的方法 | |
| CN102135605B (zh) | 薄膜磁传感器及其制造方法 | |
| KR20030034073A (ko) | 자기저항을 이용한 자기장 센서 및 그 제조방법 | |
| CN110836734B (zh) | 一种利用磁隧道结tmr效应测量温度的方法 | |
| Zhang et al. | Thermal and electrical properties of a suspended nanoscale thin film | |
| KR101541992B1 (ko) | 자발 홀 효과 마그네틱 센서 및 이를 포함하는 마그네틱 센싱 장치 | |
| CN103383441A (zh) | 一种数字式自旋阀磁场传感器及其制备技术 | |
| CN110836735A (zh) | 一种利用磁隧道结作为低温传感器测量温度的方法 | |
| Watanabe et al. | Strain Gauge Method for Evaluating a Three-Dimensional Residual Strain State in ${\rm Nb} _ {3}{\rm Sn} $ Wires | |
| CN101894647B (zh) | 金属/绝缘体类纳米颗粒材料和薄膜磁传感器 | |
| Ju et al. | A combined experimental and numerical study of temperature rise in GMR sensors due to self-heating | |
| CN101692480B (zh) | 一种提高Co/Cu/NiFe/FeMn自旋阀结构多层膜结构中偏置场稳定性的方法 | |
| CN113433493A (zh) | 磁场强度测量的磁电阻元件及其测量*** | |
| CN115655506A (zh) | 用磁隧道结自由层和参考层矫顽场平均值测量温度的方法 | |
| CN100585898C (zh) | 一种提高CoFe/Cu/CoFe/IrMn自旋阀结构多层膜结构中偏置场稳定性的方法 | |
| JPWO2015008718A1 (ja) | 磁気センサー及びその製造方法 | |
| CN115307772A (zh) | 一种利用巨磁阻进行瞬时温度测量的装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20201229 |