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

2400测量磁电阻曲线；
9.获得自由层易磁化轴的矫顽场：h
1c
＝(h
1p-ap-h
1ap-p
)/2，h
1ap-p
表示高电阻态向低电阻态转变的矫顽场，h
1p-ap
表示低电阻态向高电阻态转变矫顽场；
10.获得参考层易磁化轴的矫顽场h
2c
＝(h
2p-ap-h
2ap-p
)/2，h
2ap-p
表示高电阻态向低电阻态转变的矫顽场，h
2p-ap
表示低电阻态向高电阻态转变矫顽场；
11.自由层和参考层矫顽场平均值hc＝(h
1c-h
2c
)/2；
12.(2)计算得到温度矫顽场系数
13.温度矫顽场系数的计算方法为：电阻温度系数：ξ＝δhc/δt，δhc为磁隧道结自由层和参考层矫顽场平均值的变化，δt为电阻加热平台温度(t-t0)的变化；
14.(3)以室温t
0＝
23℃时的自由层和参考层矫顽场平均值作为基准矫顽场；以磁隧道结作为测温元器件进行测温：
15.a)测量环境温度的变化，先测量磁隧道结自由层和参考层矫顽场平均值随着环境温度变化，采用的测量仪器为keithley 2400，接着计算得到环境温度的变化曲线，所采用的的计算方法为：t＝δhc/ξ+t0；
16.b)激光加热下的温度变化，采用的激光作为热源，以透镜聚焦在磁隧道结表面，测量在激光脉冲下自由层和参考层矫顽场平均值的变化，计算得到在激光加热下磁隧道结的温度变化。
17.优选的，步骤(1)中，磁隧道结包括以下结构：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。
18.优选的，磁隧道结的形状为椭圆形或者方形，其大小为50nm以下；具有非常好的面外单轴各向异性，和非常好的单筹特性，磁隧道结越小越好。
19.优选的，步骤(1)中，电阻加热平台使用电阻加热丝加热，电阻加热丝为镍铬电阻丝或钨丝，电阻加热丝的直径为2mm，使用的电阻温度测温器件为pt100温度传感器，电阻加热平台能达到的温度为100℃。
20.优选的，步骤(1)中，在测量磁隧道结的磁电阻曲线过程中，使用使用keithley 2400在磁隧道结中施加一个直流电流，电流的大小为10μa-100μa；采用2线或者4线法测量mtj的磁电阻曲线，获得自由层和参考层矫顽场平均值。
21.优选的，步骤(3)中激光为钛红宝石激光器。
22.本发明的有益效果：
23.(1)本发明可用于环境温度的监测，也适于其他加热条件，例如激光加热，操作简单、环保友好，易于工业化。
24.(2)本发明以纳米级磁隧道结作为测温元器件，利用其自由层和参考层矫顽场平均值随着温度的变化关系，在一定程度上有效缓解磁畴不在理想的单畴状态导致的温度测量误差，误差范围在
±
1k内。
25.(3)对所测量的介质没有影响，抗干扰性能强，精度高，灵敏度高，磁电阻能随非常微小的温度变化而变化，减小误差；高性能低成本，性价比高，灵活性好。
26.(4)磁隧道结非常小，利于制作成纳米级温度传感器，空间分辨率高，可配置成多种物理形式，包括极小的包装，以及各种尺寸和电阻容差。
27.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
28.图1是本发明测量方法示意图；
29.图2是本发明测量得到的磁电阻曲线；
30.图3是本发明自由层与参考层矫顽场平均值与温度的关系曲线。
31.附图标记：
32.1、加热电阻丝；2、电阻加热平台；3、磁隧道结；4、pt100温度传感器。
具体实施方式
33.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
34.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
35.实施例1
36.以20nm
×
30nm的磁隧道结作为温度传感器为例，先将磁隧道结3置于电阻加热平台2，利用钨丝电阻丝，将平台逐渐加热到100℃，并测量平台温度以及磁隧道结自由层和参考层的矫顽场，矫顽场通过测量磁电阻曲线获得，如图2所示。通过计算得到自由层温度矫顽场系数为301moe/k，参考层温度矫顽场系数为420moe/k，得到最终温度矫顽场系数为360moe/k，将磁隧道结置于空调房内与房间外面，测量在两个环境中的矫顽场，计算得到空调房内温度为22.1℃，房间外温度为33.1℃。
37.实施例2
38.以30nm
×
50nm的磁隧道结作为温度传感器为例，将磁隧道结3置于电阻加热平台2，利用钨丝电阻丝，将平台逐渐加热到100℃，并测量平台温度和磁隧道结3自由层和参考层的矫顽场。矫顽场通过测量磁电阻曲线获得，通过计算得到自由层温度矫顽场系数为471moe/k，参考层温度电阻系数为342mω/k，得到最终温度矫顽场系数为406moe/k，自由层与参考层矫顽场平均值与温度的关系如图3所示。采用飞秒激光加热样品表面，并测量磁电阻，计算得到激光加热后，磁隧道结的温度为161℃。
39.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。


技术特征：
1.一种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，其特征在于，包括以下步骤：(1)获得矫顽场平均值随着温度变化的曲线将磁隧道结置于电阻加热平台之上，以电阻加热平台作为加热源，使用keithley 2400测量磁电阻曲线；获得自由层易磁化轴的矫顽场：h
1c
＝(h
1p-ap-h
1ap-p
)/2，h
1ap-p
表示高电阻态向低电阻态转变的矫顽场，h
1p-ap
表示低电阻态向高电阻态转变矫顽场；获得参考层易磁化轴的矫顽场h
2c
＝(h
2p-ap-h
2ap-p
)/2，h
2ap-p
表示高电阻态向低电阻态转变的矫顽场，h
2p-ap
表示低电阻态向高电阻态转变矫顽场；自由层和参考层矫顽场平均值h
c
＝(h
1c-h
2c
)/2；(2)计算得到温度矫顽场系数温度矫顽场系数的计算方法为：电阻温度系数：ξ＝δh
c
/δt，δh
c
为磁隧道结自由层和参考层矫顽场平均值的变化，δt为电阻加热平台温度(t-t0)的变化；(3)以室温t
0＝
23℃时的自由层和参考层矫顽场平均值作为基准矫顽场；以磁隧道结作为测温元器件进行测温：a)测量环境温度的变化，先测量磁隧道结自由层和参考层矫顽场平均值随着环境温度变化，采用的测量仪器为keithley 2400，接着计算得到环境温度的变化曲线，所采用的的计算方法为：t＝δh
c
/ξ+t0；b)激光加热下的温度变化，采用的激光作为热源，以透镜聚焦在磁隧道结表面，测量在激光脉冲下自由层和参考层矫顽场平均值的变化，计算得到在激光加热下磁隧道结的温度变化。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，步骤(1)中，磁隧道结包括以下结构：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。3.根据权利要求1所述的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，其特征在于：磁隧道结的形状为椭圆形或者方形，其大小为50nm以下。4.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(1)中，电阻加热平台使用电阻加热丝加热，电阻加热丝为镍铬电阻丝或钨丝，电阻加热丝的直径为2mm，使用的电阻温度测温器件为pt100温度传感器。5.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(1)中，在测量磁隧道结的磁电阻曲线过程中，使用使用keithley 2400在磁隧道结中施加一个直流电流，电流的大小为10μa-100μa；采用2线或者4线法测量mtj的磁电阻曲线，获得自由层和参考层矫顽场平均值。6.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(3)中激光为钛红宝石激光器。

技术总结
本发明公开了一种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，包括以下步骤：(1)利用电阻加热平台，测量磁隧道结自由层和参考层各自的矫顽场，再对其进行平均值处理得到最终矫顽场平均值随着温度变化的曲线；(2)计算得到温度矫顽场系数；(3)以室温T


技术研发人员：王泽宇 郑鑫怡 杨杭福 李紫莹 陈浩然 陈佳乐 吴琼 葛洪良
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2022.11.15
技术公布日：2023/1/31