[发明专利]一种利用磁隧道结作为低温传感器测量温度的方法

说明书

本发明公开了一种利用磁隧道结作为低温传感器测量温度的方法，包括以下步骤：利用低温恒温器，准确测量磁隧道结在不同温度下（4K‑300K）磁隧道结的磁电阻，获得磁隧道结在高电阻态下电阻R_AP(T)和低电阻态下电阻R_P(T)与温度的变化曲线；测量磁隧道结在不同低温条件下的磁电阻，通过比较磁电阻与温度的关系曲线，准确测得温度参数。本发明以纳米级或微米级磁隧道结作为低温测温元器件，测量准确度高，响应时间快，抗干扰性能好，操作简单，同时磁隧道结非常小，适合将磁隧道结制作成具有高空间分辨率的温度传感器，可用于环境温度的监测和低温实验仪器等设备中。

技术领域

本发明涉及一种利用磁隧道结作为低温传感器测量温度的方法，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，基于Julliere的自旋极化直接弹性隧穿模型(spin-polarized direct elastic tunneling model), 磁隧道结的电导G=1/R随着温度T的变化存在以下关系：

G_P/AP(T)=G₀(1±P(T)²)+G_SI

其中+与-分别表示低电阻态（P）与高电阻态（AP），G₀(T)=G₀CT/sin(CT)是直接弹性隧穿的前置系数，G₀是T=0 K时的电导率，C是常数，P(T)是MTJ中磁性薄膜的自旋极化率。随着MTJ制备技术不断提高，具有高质量薄膜和高TMR的MTJ的电导在AP态时，它的电导率是随着温度非常大，但在P态下，电导率随着温度变化较小。这个电阻与温度的变化规律为MTJ作为测量元器件提供了依据。因此本发明对国内高端传感器的发展有着帮助作用，同时，能够推动自旋热电子学等基础研究的发展。

发明内容

本发明的目的提供一种利用磁隧道结作为低温传感器测量温度的方法，与传统低温测试器件相比，该测量方法测量准确度高，响应时间快，抗干扰性能好，操作非常简单。

本发明提供的磁隧道结作为低温传感器的温度测量方法，包含以下步骤：

（1）：利用低温恒温器，准确测量磁隧道结（MTJ）在不同温度下（4K-300K）磁隧道结的磁电阻，获得磁隧道结在高电阻态下磁电阻R_AP(T)和低电阻态下磁电阻R_P(T)与温度的变化曲线；

（2）：测量磁隧道结在不同低温条件下高电阻态和低磁电阻态下的磁电阻，通过比较在两个电阻态下磁电阻与温度的关系曲线，准确测得温度参数。