[发明专利]一种利用磁隧道结自由层星型线测量温度的方法

说明书

本发明公开了一种利用磁隧道结自由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，测量磁隧道结自由层的星型线随着温度变化曲线，计算得到温度星型线变化系数；通过测量磁隧道结在不同温度下的星型线，利用获得的自由层温度矫星型线系数，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，利用其自由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。

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，在室温附近，磁隧道结的自由层矫顽场与温度呈线性关系，该性质为直接测量利用自由层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自由层的磁化反转曲线，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自由层星型线测量温度的方法。

测量步骤如下：

1. 一种利用磁隧道结自由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. 磁隧道结自由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，在磁隧道结自由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自由层磁化反转场，获得在不同温度下的星型线，根据公式，α=ΔH_C/ΔT，计算得到自由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；