一种温度传感器组件、温度测量方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116007781A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310062010.7(22)申请日2023.01.13(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人游龙林捷张帅周晨希(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201专利代理师王颖翀(51)Int.Cl.G01K7/36(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图6页(54)发明名称一种温度传感器组件、温度测量方法及系统(57)摘要本发明公开了一种温度传感器组件、温度测量方法及系统，基于铁磁薄膜，利用温度对于反常霍尔系数或者垂直磁化强度的大小会产生相关影响的物理特性，制备了所述的微米尺寸级别的温度传感器件，通过测量其在不同外界温度下反常霍尔电阻值与垂直磁场大小的变化曲线，建立了反常霍尔电阻差值与温度的对应关系曲线，所述的曲线的多项式拟合优度高，测试结果与拟合曲线的偏差小，从而可以实现对温度的100K至490K较宽测温范围内的高效测量。通过性能评价表明，上述薄膜结构具有良好的垂直磁各向异性，所述温度传感器具有良好的重复测试性能、测温耐久性、较高的测温精度与较宽的测温范围。CN116007781ACN116007781A权利要求书1/2页1.一种温度传感器组件，其特征在于，所述组件为呈十字型结构的霍尔组件，且所述十字形结构的四条分支的末端上分别设置有金属电极；其中，两个相互对称的金属电极用于输入预设电流Ic；另外两个相互对称的金属电极用于测量在单向垂直磁场下，所述组件的反常霍尔电压UA、UB，从而确定所述组件的反常霍尔电阻RH＝(UA‑UB)/Ic，以根据RH及RH‑T标准拟合曲线，得到温度测量值；所述RH‑T标准拟合曲线为在所述单向垂直磁场下，对不同温度值及在不同温度值下所述组件的反常霍尔电阻值进行拟合得到；或，另外两个相互对称的金属电极用于测量分别在方向相反的两个垂直磁场下，所述组件的反常霍尔电压UA1、UB1、UA2、UB2，以确定所述组件的反常霍尔电阻差值ΔRH＝(UA1‑UB1)/Ic‑(UA2‑UB2)/Ic，根据ΔRH及ΔRH‑T标准拟合曲线，得到温度测量值；所述ΔRH‑T标准拟合曲线为在所述方向相反的两个垂直磁场下，对不同温度值及在不同温度值下所述组件的反常霍尔电阻差值进行拟合得到；所述十字型结构和金属电极均包括自下而上依次排列的铁磁薄膜层和绝缘层；其中，所述铁磁薄膜层为具有铁磁性的Co合金、稀土过渡金属、L10合金或二维材料；所述绝缘层为非磁性介质。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有铁磁性的Co合金为Co‑Fe‑B合金、Co‑Cr‑Ta合金、Co‑Cr‑Pt合金、Co‑Cr‑Pt‑Ta合金、Co‑Ni‑Cr‑Pt合金中的任意一种；所述具有铁磁性的稀土过渡金属为Nd‑Fe‑B合金、Sm‑Co合金、RE‑Fe‑B合金中的任意一种；所述具有铁磁性的L10合金为Fe‑Pt合金、Fe‑Pd合金、Co‑Pt合金、Mn‑Al合金中的任意一种；所述具有铁磁性的二维材料为Fe3‑xGeTe2、Fe3‑xGaTe2中的任意一种；所述非磁性介质为MgOx、AlOx、TiOx、HfOx、MgAlOx、AlN、BN、hBN中的任意一种，或为任意一种非磁性金属。3.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述铁磁薄膜层的厚度范围为0.8nm～1.5nm，所述绝缘层的厚度范围为1nm～5nm。4.如权利要求1或3所述的组件，其特征在于，所述铁磁薄膜层的下方还包括重金属层，所述重金属层为W或Ta，厚度范围为1nm～10nm。5.如权利要求5所述的组件，其特征在于，所述绝缘层上方还包括顶部盖帽层，所述顶部盖帽层为Ta、W或Ru。6.如权利要求1或5所述的组件，其特征在于，所述金属电极的顶部还包括Pt或Au层。7.如权利要求5所述的组件，在所述绝缘层与所述顶部盖帽层间还包括辅助层，以组成MTJ结构或自旋阀结构；其中，所述辅助层为具有高居里温度和高矫顽场的异质结磁性多层膜材料。8.一种温度传感器，其特征在于，包括：如权利要求1‑7任一项所述的温度传感器组件；磁场施加组件，用于对所述温度传感器组件施加垂直磁场或方向相反的两个垂直磁场；电流施加组件，用于通过两个相互对称的金属电极输入预设电流Ic；2CN116007781A权利要求书2/2页电压检测组件，用于通过另外两个相互对称的金属电极，测量在单向垂直磁场下，所述组件的反常霍尔电压UA、UB；或，测量分别在方向相反的两个垂直磁场下，所述组件的反常霍尔电压UA1、UB1、UA2、UB2；处理器，用于根据RH及RH‑T标准拟合曲线得到温度测量值；其中，所述RH‑T拟合曲线为对不同温度值及在不同温度值下所述组件