申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2019-06-14

公开（公告）日：2020-10-16

公开（公告）号：CN110260999B

主分类号：G01K7/36(20060101)

分类号：G01K7/36(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.16#授权;2019.10.22#实质审查的生效;2019.09.20#公开

摘要：本申请提供一种温度传感器、组件及温度测量方法，通过设置亚铁磁斯格明子的亚铁磁薄膜层，然后利用亚铁磁斯格明子在不同温度下的自旋霍尔角度不同的特性，采用磁性隧道结捕捉斯格明子，进而实现对温度的精确测量，利用纳米尺度的亚铁磁斯格明子作为温度敏感元件，相较于热电偶温度传感器和热敏电阻传感器等更容易实现微型化，可以用于制造尺寸为微米级乃至纳米级的传感器。

主权项：1.一种温度传感器组件，其特征在于，包括：亚铁磁薄膜层，其包括一限定区域，所述限定区域中形成有亚铁磁斯格明子；电流导入层，可向所述亚铁磁薄膜层的限定区域中导入自旋极化电流；若干第一绝缘柱，设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的设定位置上；以及若干第一磁性层，与每个所述第一绝缘柱一一对应，并设于所述第一绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上；其中，每个所述第一绝缘柱具有可与所述亚铁磁薄膜层以及对应的第一磁性层共同形成第一磁性隧道结的第一厚度；并且外部的电流检测组件可对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流，进而可根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。

全文数据：温度传感器、组件及温度测量方法技术领域本申请涉及温感技术领域，更具体的，涉及一种温度传感器、组件及温度测量方法。背景技术温度传感器是一类可将温度转化为可输出信号的仪器，被广泛应用于工业、民用、医疗、科研等各个领域。目前，精确度较高的温度传感器大都将温度转化成电信号进行测量。其核心便是利用传感器当中的温度敏感部分基于各种与温度相关的物理原理实现温度与电信号之间的转化。根据不同的信号转换原理，热电偶温度传感器、热敏电阻温度传感器、光纤温度传感器等都已经被制作出来。这些传感器可以适应不同的工作环境。然而，这些传感器当中的温度敏感部分都是宏观结构。例如热偶温度传感器当中的热偶，以及热敏电阻温度当中的热敏电阻等。这些宏观结构皆不容易实现微型化，从而使得整个传感器的微型化非常困难。发明内容为了解决上述不足，本申请提供一种温度传感器、组件及温度测量方法。本申请第一方面实施例提供一种温度传感器组件，包括：亚铁磁薄膜层，其包括一限定区域，所述限定区域中形成有亚铁磁斯格明子；电流导入层，可向所述亚铁磁薄膜层的限定区域中导入自旋极化电流；若干第一绝缘柱，设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的设定位置上；以及若干第一磁性层，与每个所述第一绝缘柱一一对应，并设于所述绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上；其中，每个所述第一绝缘柱具有可与所述亚铁磁薄膜层以及对应的第一磁性层共同形成第一磁性隧道结的第一厚度；并且外部的电流检测组件可对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流，进而可根据输出变化电流的磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。在某些实施例中，还包括：一第二绝缘柱，设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的一任意位置上；一第二磁性层，设于所述第二绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上；其中，所述第二绝缘柱具有可与所述亚铁磁薄膜层以及所述第二磁性层共同形成第二磁性隧道结的第二厚度。在某些实施例中，所述电流导入层的材料为重金属材料。在某些实施例中，所述第一厚度和所述第二厚度为0.5nm～2nm。在某些实施例中，每个所述第二绝缘柱之间间隔设定间距。在某些实施例中，所述若干第一绝缘柱呈阵列排列，并且形成至少一排。在某些实施例中，所述电流导入层覆盖所述亚铁磁薄膜层远离所述第一绝缘柱的一侧表面。在某些实施例中，所述限定区域为矩形，所述第二绝缘柱位于所述限定区域的其中一个短边的边缘位置，所述若干第一绝缘柱位于所述限定区域的其中另一个短边的边缘位置。在某些实施例中，所述限定区域为圆形，所述第二绝缘柱位于所述限定区域的长轴一端的端部位置，所述若干第一绝缘柱位于所述限定区域的长轴另一端的端部位置。本申请第二方面实施例提供多种温度传感器，其中一种温度传感器，包括：如上所述的温度传感器组件；电流检测组件，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；以及处理器，根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。本申请第二方面实施例提供多种温度传感器，其中另一种温度传感器，包括：如上所述的温度传感器组件；电流检测组件，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；比对器，判断每个第一磁性层输出的电流与参考电流是否一致；以及查找器，从预设的第一磁性层编号与温度值的对应关系查找表中查找比对器判断不一致的第一磁性层的编号所对应的温度值。本申请第二方面实施例提供多种温度传感器，其中又一种温度传感器，包括：如上所述的温度传感器组件；电流检测组件，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；以及通信模块，将形成变化电流的第一磁性层的编号发送至外部终端，以使所述外部终端根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。本发明第三方面提供一种利用上述的包括处理器或者通信模块的温度传感器的温度测量方法，包括：通过电流检测组件对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；确定输出变化电流的磁性层对应第一绝缘柱；根据确定的第一绝缘柱的设定位置，根据预设的温度生成模型生成温度值。在某些实施例中，还包括：建立所述温度生成模型，所述温度生成模型包括所述第一绝缘柱的设定位置与斯格明子的自旋霍尔角度的第一对应关系，以及所述亚铁磁斯格明子的自旋霍尔角度与温度的第二对应关系。在某些实施例中，还包括：通过一第二磁性隧道结向所述亚铁磁薄膜层导入局部自旋极化电流形成所述亚铁磁斯格明子；其中所述第二磁性隧道结通过一第二绝缘柱，一第二磁性层以及所述亚铁磁薄膜层形成，所述第二绝缘柱设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的一任意位置上，所述第二磁性层设于所述第二绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上。在某些实施例中，还包括：通过一设于所述限定区域上的外加磁场翻转所述亚铁磁薄膜层的磁矩形成所述亚铁磁斯格明子。本申请第四方面实施例提供一种利用如上所述的包括比对器和查找器的温度传感器的温度测量方法，包括：通过电流检测组件对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；判断每个第一磁性层输出的电流与参考电流是否一致；从预设的第一磁性层编号与温度值的对应关系查找表中查找比对器判断不一致的第一磁性层的编号所对应的温度值。在某些实施例中，还包括：通过一第二磁性隧道结向所述亚铁磁薄膜层导入局部自旋极化电流形成所述亚铁磁斯格明子；其中所述第二磁性隧道结通过一第二绝缘柱，一第二磁性层以及所述亚铁磁薄膜层形成，所述第二绝缘柱设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的一任意位置上，所述第二磁性层设于所述第二绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上。在某些实施例中，还包括：通过一设于所述限定区域上的外加磁场翻转所述亚铁磁薄膜层的磁矩形成所述亚铁磁斯格明子。本申请的有益效果如下：本申请提供一种温度传感器组件、温度传感器以及温度测量方法，通过设置亚铁磁斯格明子的亚铁磁薄膜层，然后利用亚铁磁斯格明子在不同温度下的自旋霍尔角度不同的特性，采用磁性隧道结捕捉斯格明子，进而实现对温度的精确测量，利用纳米尺度的亚铁磁斯格明子作为温度敏感元件，相较于热电偶温度传感器和热敏电阻传感器等更容易实现微型化，可以用于制造尺寸为微米级乃至纳米级的传感器；此外，可以通过调整磁性隧道结的设定位置以及调整亚铁磁薄膜的长度来控制传感器的测量精度，不仅可以使得传感器达到极高的精度而且具有很强的灵活性，可以根据不同场景的需要制造出具有不同精度的传感器；进一步的，亚铁磁斯格明子具有拓扑保护的特性，不易受到器件自身缺陷的影响，使得器件的性能具有稳定性；最后，亚铁磁斯格明子自旋霍尔角与温度的关系在0～100K的超低温下依然成立，因此本申请中的温度传感器不仅可以用于室温及高温探测，也可以应用在要求进行超低温测量的场景之下，应用范围更广。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了本申请实施例中一种温度传感器组件的结构示意图。图2示出了本申请实施例中一种温度传感器的模块结构示意图。图3示出了本申请实施例中另一种温度传感器的模块结构示意图。图4示出了本申请实施例中又一种温度传感器的模块结构示意图。图5示出了本申请实施例中一种温度测量方法流程示意图。图6示出了本申请实施例中另一种温度测量方法流程示意图。图7示出了本申请实施例中一种温度生成模型的实例示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。目前的温度传感器一般为热电偶传感器和热敏电阻传感器，热电偶传感器利用测试端和补偿端的温度差来测量测试端的温度，因此需要借助温控仪辅助才能工作，增加了整个传感器的复杂程度，使得传感器的微型化非常困难。此外，热电偶传感器的工作原理基于塞贝克效应，即通过测量热电动势来获得温度，然而塞贝克效应产生的电压并不稳定，灵敏度较低，而且传感器依靠温差获得结果，其最终的测量精度也依赖于补偿端的测量精度，因此热电偶传感器的精度比较有限，与此同时，塞贝克效应易受外界条件干扰，所以热电偶传感器的抗噪性能也比较一般；热敏电阻传感器使用热敏电阻作为核心感温部件，热敏电阻的温度-阻值规律不仅与构成电阻的材料有关，与电阻的形状、体积也有关系，因此，热敏电阻传感器的元件一致性较差，制作比较困难，此外，热敏电阻在使用过程当中容易老化，使得传感器性能的稳定性较差，热敏电阻传感器的感温部件为宏观结构，难以实现微型化。上述的温度传感器存在诸多不足，有鉴于此，本申请提供一种温度传感器组件，如图1所示，具体包括：亚铁磁薄膜层002，其包括一限定区域，所述限定区域中形成有亚铁磁斯格明子图中未示出；电流导入层003，可向所述亚铁磁薄膜层002的限定区域中导入自旋极化电流；若干第一绝缘柱004，设于所述亚铁磁薄膜层002远离所述电流导入层003的一侧表面，并位于所述限定区域中的设定位置上；以及若干第一磁性层005，与每个所述第一绝缘柱004一一对应，并设于所述第一绝缘柱004远离所述亚铁磁薄膜层002的一侧表面上；其中，每个所述第一绝缘柱004具有可与所述亚铁磁薄膜层002以及对应的第一磁性层005共同形成第一磁性隧道结的第一厚度；并且外部的电流检测组件可采集每个第一磁性层005输出的电流，进而可根据形成变化电流的第一磁性层005对应第一绝缘柱004的设定位置生成温度值。可以理解，斯格明子Skyrmions是一种类粒子particle-like拓扑稳定场结构，是一种存在于带电粒子、液晶、磁性材料等不同环境当中在结构表达式上具有相似数学性质的物理对象。在2009年，研究者们首次在实验当中发现了磁性斯格明子，这是一种在纳米磁性薄膜当中存在的具有斯格明子拓扑特性的磁性结构。在强自旋轨道耦合材料和具有DMIDzyaloshinskii-Moriyainteraction效应作用的材料体系当中，磁性斯格明子可以稳定存在。亚铁磁斯格明子是磁性斯格明子的一种，可以稳定存在于亚铁磁材料构成的纳米薄膜当中。亚铁磁斯格明子的直径一般为几个纳米到几百纳米之间。在亚铁磁薄膜当中，利用自旋极化电流Spinpolarizedcurrent或者外加磁场局部翻转亚铁磁材料磁矩便可形成亚铁磁斯格明子。本发明便是利用自旋极化电流来产生亚铁磁斯格明子。形成之后的亚铁磁斯格明子具有拓扑保护的性质，可以在一定程度上抵御外界环境和材料内部缺陷的干扰，这一性质保证了本文所述传感器状态的稳定性。与磁畴壁类似，亚铁磁斯格明子可以在自旋轨道矩电流的作用下在磁性薄膜当中运动。将亚铁磁薄膜生长在一层重金属上面，在重金属当中通入电流，便可以利用自旋轨道矩电流驱动亚铁磁斯格明子运动。亚铁磁斯格明子的运动方向与通入电流的方向会呈现出一定的夹角，即斯格明子自旋霍尔角。在亚铁磁材料当中，斯格明子自旋霍尔角度是环境温度的函数。本申请基于此创造的温度传感器组件，通过设置亚铁磁斯格明子的亚铁磁薄膜层，然后利用亚铁磁斯格明子在不同温度下的自旋霍尔角度不同的特性，采用磁性隧道结探测斯格明子运动所到达的位置，进而实现对温度的精确测量，利用纳米尺度的亚铁磁斯格明子作为温度敏感元件，相较于热电偶温度传感器和热敏电阻传感器等更容易实现微型化，可以用于制造尺寸为微米级乃至纳米级的传感器；此外，可以通过调整磁性隧道结的设定位置以及调整亚铁磁薄膜的长度来控制传感器的测量精度，不仅可以使得传感器达到极高的精度而且具有很强的灵活性，可以根据不同场景的需要制造出具有不同精度的传感器；进一步的，亚铁磁斯格明子具有拓扑保护的特性，不易受到器件自身缺陷的影响，使得器件的性能具有稳定性；最后，亚铁磁斯格明子自旋霍尔角与温度的关系在0～100K的超低温下依然成立，因此本申请中的温度传感器不仅可以用于室温及高温探测，也可以应用在要求进行超低温测量的场景之下，应用范围更广。亚铁磁斯格明子的构成方式可以是通过施加局部的自旋极化电流形成，也可以通过外加磁场翻转所述亚铁磁薄膜层的磁矩形成，本申请对此不做限制。在一些实施例中，第一厚度和第二厚度小于1nm，第一厚度和第二厚度可以相同，也可以不同，本申请不限于此，只要第一厚度和第二厚度能够满足构成磁性隧道结的厚度即可。外部的电流检测组件可以是一检测电路，或者多个电流感应器等，本申请不限于此。下面简单介绍施加局部的自旋极化电流形成斯格明子的实施例，该实施例可以通过设置第二磁性隧道结的方式实现，如图1所示，本申请的温度传感器组件还包括：一第二绝缘柱001，设于所述亚铁磁薄膜层002远离所述电流导入层003的一侧表面，并位于所述限定区域中的一任意位置上；一第二磁性层006，设于所述第二绝缘柱001远离所述亚铁磁薄膜层002的一侧表面上；其中，所述第二绝缘柱001具有可与所述亚铁磁薄膜层002以及所述第二磁性层006共同形成第二磁性隧道结的第二厚度。通过该磁性隧道结对亚铁磁薄膜施加电流可以使得在其下方的磁矩发生翻转，撤去施加的电流之后，被翻转的区域会逐渐形成一个斯格明子。每个第一绝缘柱位于一设定位置上，作为一个示例，设置20个第一绝缘柱对应地应当具有20个第一磁性层，进而形成20个第一磁性隧道结，以A1、A2、A3…以此类推A20表示，在限定区域上建立虚拟的“直角坐标系”，进而可以预设20个设定位置，例如B1、B2、B3…以此类推B20。其中B1的坐标为X1，Y1，B2的坐标为X2，Y2，以此类推，B20的坐标为X20，Y20。电流导入层是强自旋-轨道耦合材料，其能够向亚铁磁薄膜层的限定区域中导入自旋极化电流，作为一种示例，电流导入层的材料可以是重金属材料。本申请对电流导入层的厚度不做限制，其可以根据厚度的改变形成按照常规理解的“块”、“柱”等，电流导入层只要能够给限定区域导入自旋极化电流即可，进一步的，本申请中，限定区域是根据电流导入层导入的自旋极化电流形成的电流场的区域所确定的，在某些实施例中，可以将限定区域的范围理解为至少等于即可大于或者等于自旋极化电流场所限定的区域范围。本申请对通过外加磁场翻转所述亚铁磁薄膜层的磁矩形成斯格明子的细节不做详细描述，但可以知晓，外加磁场也是设于所述限定区域上的。在电流导入层当中通入电流，自旋轨道矩电流将会驱动已经形成的斯格明子在限定区域中从一端向另一端运动。由于所处环境温度的不同，亚铁磁斯格明子在此运动中会获得不同大小的霍尔角度，所以当运动到限定区域的另一端时会到达不同的位置。当亚铁磁斯格明子到达一设定位置后静止，此时亚铁磁斯格明子会改变该设定位置上的第一磁性隧道结的两端的磁矩方向，由于第一磁性层上的磁矩方向恒定不变，改变第一磁性隧道结的另一端的磁矩方向后，使得该第一磁性隧道结的阻态发生变化，进而在相同电压下输出的电流发生变化。本申请实施例不需要知晓电流的具体变化值，仅需要知晓其输出的是变化的电流信号即可，例如可以利用比对器进行判断，当输出的电流信号与参考电流一致时，比对器输出0，表示无变化，当输出的电流信号与参考电流不一致时，比对器输出1，表示电流为变化电流，当然，也可以通过其他可实现的方式或技术确定电流的变化，本申请不限于此。当亚铁磁斯格明子在自旋轨道矩电流的作用下在纳米薄膜当中运动的时候，其速度所遵循的方程为：其中是速度向量，它的分量形式为其中Vx是沿着电流方向的速度分量，Vy是垂直于电流方向的速度分量。斯格明子自旋霍尔角可以表示为：式中为自旋霍尔角。运动方程当中的驱动力可以分为两部分，其中跟温度有关，G的表达式为与材料的磁矩分布有关，而在亚铁磁材料当中磁矩也与温度有关：本领域技术人员可以理解的是，上述的第二磁性隧道结通过局部自旋极化电流产生亚铁磁斯格明子，此时的亚铁磁斯格明子稳定在产生位置，在后续通过电流导入层导入非局部的在整个限定区域中自旋极化电流，这样形成了自旋极化电流场，亚铁磁斯格明子在该自旋极化电流场中运动，从限定区域的一端移动到另一端。本申请实施例中，设定位置的设置可以通过有限次的试验得到，例如可以制作一限定区域的一端具有密集排布的第一磁性隧道结，并对每个第一磁性隧道结进行标记，然后设定不同环境温度，例如设定一环境温度为20°时，比对器确认6号第一磁性隧道结输出变化的电流，则将6号第一磁性隧道结标记为20°，在实际测量时，如果同样输出6号第一磁性隧道结为变化电流，则确定检测的温度为20°。上述确定检测的温度可以通过查找器实现，查找器从预设的第一磁性层编号与温度值的对应关系查找表中查找比对器判断不一致的第一磁性层的编号所对应的温度值。当然，为了确保精确度，上述方法需要针对每一个具体大小和形状的限定区域的亚铁磁薄膜层制作试验样品。在优选的实施例中，可以通过数值模拟的方式，得到一温度生成模型，例如图7所示出的一个温度生成模型的示例，温度生成模型通过一曲线形式表示，该曲线即为自旋霍尔角度与温度的对应关系，通过该温度生成模型，输入自旋霍尔角度即可生成对应的温度值，这样不需要针对每一个不同的亚铁磁薄膜层制作试验样品，并为制作温度传感器组件或者温度传感器提供理论依据。基于上述公式，可以知晓，上述对应关系隐含包含了所述第一绝缘柱的设定位置与斯格明子的自旋霍尔角度之间的第一对应关系，所述亚铁磁斯格明子的自旋霍尔角度与温度之间的第二对应关系。具体的，记传感器当中斯格明子霍尔角度与温度T的关系为：记斯格明子在自旋轨道矩作用下在x轴方向运动的距离为L，由于斯格明子霍尔效应而在y轴方向的漂移距离为Y，可以得出Y的表达式为：由上式可知，当温度变化量为ΔT时漂移距离的变化量为：由此可知，边界漂移距离的测量精度，也即边界上磁性隧道结之间的距离决定了传感器测量温度的精度。而传感器的量程则由最大漂移距离，也即亚铁磁薄膜在y轴上的宽度所决定。同时可以看出，斯格明子在x方向上的运动距离L也可以影响温度测量的精度。该实施例可以通过具有处理计算能力的处理器实现，例如微型处理器等，这样可以使得温度传感器成品更小，甚至可以将处理功能集成在外部的终端上，在温度传感器中设置温度传感器组件、电流检测组件以及通信模块即可。通信模块将形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置传输给终端上，例如上位机、客户端或者服务器等。进而可以利用终端的处理能力进行上述的计算工作，得到温度值。通信模块可以是有线通信设备，例如数据线；也可以是无线通信设备，例如蓝牙，短距离无线传输器等。为了小型化所述温度传感器组件，避免材料等的浪费，在优选的实施例中，限定区域被配置为整个亚铁磁薄膜层所限定的区域，即电流导入层完全覆盖在亚铁磁薄膜层的一侧表面上，这样在相同面积相同形状的亚铁磁薄膜层下，亚铁磁斯格明子的可漂移距离最大。下面举出两个限定区域的示例，所述限定区域为矩形，所述第二绝缘柱位于所述限定区域的其中一个短边的边缘位置，所述若干第一绝缘柱位于所述限定区域的其中另一个短边的边缘位置。或者，所述限定区域为圆形，所述第二绝缘柱位于所述限定区域的长轴一端的端部位置，所述若干第一绝缘柱位于所述限定区域的长轴另一端的端部位置。也即，由于斯格明子会运动到限定区域的另一端，因此第一绝缘柱应当位于限定区域的端部或者边缘处，这样第一磁性隧道结才能够感应到斯格明子。理论上设定位置可以按照任意的规则设置在限定区域的端部或边缘处，为了使可检测的温度点呈梯度分布，例如1°、2°、3°等，每个所述第二绝缘柱之间间隔设定间距。更进一步的，所述若干第一绝缘柱呈阵列排列，并且且形成至少一排，这样一方面使得可检测的温度点更多，合理地利用了第一绝缘柱的可设置空间。基于与上述实施例相同的发明构思，本申请另一方面提供多种温度传感器。作为其中一种温度传感器，如图2所示，其具体包括：如上述实施例中所述的温度传感器组件100；电流检测组件200，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；比对器300，判断每个第一磁性层输出的电流与参考电流是否一致；以及查找器400，从预设的第一磁性层编号与温度值的对应关系查找表中查找比对器判断不一致的第一磁性层的编号所对应的温度值。该实施例通过比对器和查找器进行温度的检测，利用比对器进行判断，当输出的电流信号与参考电流一致时，比对器输出0，表示无变化，当输出的电流信号与参考电流不一致时，比对器输出1，表示电流为变化电流，查找器从预设的第一磁性层编号与温度值的对应关系查找表中查找比对器判断不一致的第一磁性层的编号所对应的温度值。作为本方面中的另一种温度传感器，如图3所示，其具体包括：如上述实施例中所述的温度传感器组件100；电流检测组件200，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；以及处理器500，根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。本实施例中，处理器可以是微型处理器例如MCU等，可以集成在温度传感器内部。处理器中存储有温度生成模型，进而根据输入的形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置，按照设定的对应关系生成温度值。该对应关系包括所述第一绝缘柱的设定位置与斯格明子的自旋霍尔角度之间的第一对应关系，所述亚铁磁斯格明子的自旋霍尔角度与温度之间的第二对应关系，在此不做赘述。集成微型处理器的温度传感器一方面不需要针对每一个不同的亚铁磁薄膜层制作试验样品，可以使得温度传感器成品更小，不需要设置比对器和查找器。作为本方面中的另一种温度传感器，如图4所示，其具体包括：如上述实施例中所述的温度传感器组件100；电流检测组件200，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；以及通信模块600，将形成变化电流的第一磁性层的编号发送至外部终端，以使所述外部终端根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。本实施例中，将处理功能集成在外部的终端上，在温度传感器中设置温度传感器组件、电流检测组件以及通信模块即可，通信模块将形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置传输给终端上，例如上位机、客户端或者服务器等。进而可以利用终端的处理能力进行上述的计算工作，得到温度值。通信模块可以是有线通信设备，例如数据线；也可以是无线通信设备，例如蓝牙，短距离无线传输器等。进一步的，根据上述的温度传感器组件以及温度传感器的实施例，本申请又一方面提供一种温度测量方法，其利用了上述的温度传感器。本方面的一个实施例中，利用上述具有比对器和查找器的温度传感器的温度测量方法，如图5所示，其具体包括：S101：通过电流检测组件对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；S102：判断每个第一磁性层输出的电流与参考电流是否一致；S103：从预设的第一磁性层编号与温度值的对应关系查找表中查找比对器判断不一致的第一磁性层的编号所对应的温度值。当然，上述方法针对已经形成亚铁磁斯格明子的温度传感器，对于尚未形成亚铁磁斯格明子的温度传感器，可以通过一第二磁性隧道结向所述亚铁磁薄膜层导入局部自旋极化电流形成所述亚铁磁斯格明子，或者通过一设于所述限定区域上的外加磁场翻转所述亚铁磁薄膜层的磁矩形成所述亚铁磁斯格明子。第二磁性隧道结的具体结构可以参见上述实施例的相关描述，在此不做赘述。本方面的另一个实施例中，利用上述具有处理器或者通信模块的温度传感器的温度测量方法，如图6所示，其具体包括：S201：通过电流检测组件对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；S202：确定输出变化电流的磁性层对应第一绝缘柱；S203：根据确定的第一绝缘柱的设定位置，根据预设的温度生成模型生成温度值。进一步的，基于相同的发明构思可以知晓，本实施例还可以包括建立温度生成模型的步骤，即：S200：建立所述温度生成模型。可以知晓，该实施例中，所述温度生成模型包括所述第一绝缘柱的设定位置与斯格明子的自旋霍尔角度的第一对应关系，以及所述亚铁磁斯格明子的自旋霍尔角度与温度的第二对应关系。同样的理由，该实施例的方法针对已经形成亚铁磁斯格明子的温度传感器，对于尚未形成亚铁磁斯格明子的温度传感器，可以通过一第二磁性隧道结向所述亚铁磁薄膜层导入局部自旋极化电流形成所述亚铁磁斯格明子，或者通过一设于所述限定区域上的外加磁场翻转所述亚铁磁薄膜层的磁矩形成所述亚铁磁斯格明子。第二磁性隧道结的具体结构可以参见上述实施例的相关描述，在此不做赘述。其中，步骤S203可以通过设置在温度传感器内部的微型处理器实现，也可以通过外部的终端实现，例如通过设置在内部的通信模块将形成变化电流的第一磁性层的编号传输给外部终端，所述外部终端根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。其具体的温度值计算方式可以借于上述实施例中的公式7至公式9，在此不做赘述。显然，通过上述描述可以知晓，本申请提供一种温度传感器组件、温度传感器以及温度测量方法，通过设置亚铁磁斯格明子的亚铁磁薄膜层，然后利用亚铁磁斯格明子在不同温度下的自旋霍尔角度不同的特性，采用磁性隧道结捕捉斯格明子，进而实现对温度的精确测量，利用纳米尺度的亚铁磁斯格明子作为温度敏感元件，相较于热电偶温度传感器和热敏电阻传感器等更容易实现微型化，可以用于制造尺寸为微米级乃至纳米级的传感器；此外，可以通过调整磁性隧道结的设定位置以及调整亚铁磁薄膜的长度来控制传感器的测量精度，不仅可以使得传感器达到极高的精度而且具有很强的灵活性，可以根据不同场景的需要制造出具有不同精度的传感器；进一步的，亚铁磁斯格明子具有拓扑保护的特性，不易受到器件自身缺陷的影响，使得器件的性能具有稳定性；最后，亚铁磁斯格明子自旋霍尔角与温度的关系在0～100K的超低温下依然成立，因此本申请中的温度传感器不仅可以用于室温及高温探测，也可以应用在要求进行超低温测量的场景之下，应用范围更广。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

权利要求：1.一种温度传感器组件，其特征在于，包括：亚铁磁薄膜层，其包括一限定区域，所述限定区域中形成有亚铁磁斯格明子；电流导入层，可向所述亚铁磁薄膜层的限定区域中导入自旋极化电流；若干第一绝缘柱，设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的设定位置上；以及若干第一磁性层，与每个所述第一绝缘柱一一对应，并设于所述第一绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上；其中，每个所述第一绝缘柱具有可与所述亚铁磁薄膜层以及对应的第一磁性层共同形成第一磁性隧道结的第一厚度；并且外部的电流检测组件可对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流，进而可根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。2.根据权利要求1所述的温度传感器组件，其特征在于，还包括：一第二绝缘柱，设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的一任意位置上；一第二磁性层，设于所述第二绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上；其中，所述第二绝缘柱具有可与所述亚铁磁薄膜层以及所述第二磁性层共同形成第二磁性隧道结的第二厚度。3.根据权利要求2所述的温度传感器组件，其特征在于，所述限定区域为矩形，所述第二绝缘柱位于所述限定区域的其中一个短边的边缘位置，所述若干第一绝缘柱位于所述限定区域的其中另一个短边的边缘位置；或者，所述限定区域为圆形，所述第二绝缘柱位于所述限定区域的长轴一端的端部位置，所述若干第一绝缘柱位于所述限定区域的长轴另一端的端部位置。4.一种温度传感器，其特征在于，包括：如权利要求1-3任一项所述的温度传感器组件；电流检测组件，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；以及处理器，根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。5.一种温度传感器，其特征在于，包括：如权利要求1-3任一项所述的温度传感器组件；电流检测组件，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；比对器，判断每个第一磁性层输出的电流与参考电流是否一致；以及查找器，从预设的第一磁性层编号与温度值的对应关系查找表中查找比对器判断不一致的第一磁性层的编号所对应的温度值。6.一种温度传感器，其特征在于，包括：如权利要求1-3任一项所述的温度传感器组件；电流检测组件，用于对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；以及通信模块，将形成变化电流的第一磁性层的编号发送至外部终端，以使所述外部终端根据形成变化电流的第一磁性层对应第一绝缘柱的设定位置生成温度值。7.一种利用如权利要求4所述的温度传感器的温度测量方法，其特征在于，包括：通过电流检测组件对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；确定输出变化电流的磁性层对应第一绝缘柱；根据确定的第一绝缘柱的设定位置，根据预设的温度生成模型生成温度值。8.根据权利要求7所述的温度测量的方法，其特征在于，还包括下述步骤的至少一个：建立所述温度生成模型，所述温度生成模型包括所述第一绝缘柱的设定位置与斯格明子的自旋霍尔角度的第一对应关系，以及所述亚铁磁斯格明子的自旋霍尔角度与温度的第二对应关系；通过一第二磁性隧道结向所述亚铁磁薄膜层导入局部自旋极化电流形成所述亚铁磁斯格明子，其中所述第二磁性隧道结通过一第二绝缘柱，一第二磁性层以及所述亚铁磁薄膜层形成，所述第二绝缘柱设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的一任意位置上，所述第二磁性层设于所述第二绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上；和通过一设于所述限定区域上的外加磁场翻转所述亚铁磁薄膜层的磁矩形成所述亚铁磁斯格明子。9.一种利用如权利要求5所述的温度传感器的温度测量方法，其特征在于，包括：通过电流检测组件对每个第一磁性层施加设定电压，并采集该设定电压下形成的电流；判断每个第一磁性层输出的电流与参考电流是否一致；从预设的第一磁性层编号与温度值的对应关系查找表中查找比对器判断不一致的第一磁性层的编号所对应的温度值。10.根据权利要求9所述的温度测量的方法，其特征在于，还包括下述步骤的至少一个：通过一第二磁性隧道结向所述亚铁磁薄膜层导入局部自旋极化电流形成所述亚铁磁斯格明子，其中所述第二磁性隧道结通过一第二绝缘柱，一第二磁性层以及所述亚铁磁薄膜层形成，所述第二绝缘柱设于所述亚铁磁薄膜层远离所述电流导入层的一侧表面，并位于所述限定区域中的一任意位置上，所述第二磁性层设于所述第二绝缘柱远离所述亚铁磁薄膜层的一侧表面上；通过一设于所述限定区域上的外加磁场翻转所述亚铁磁薄膜层的磁矩形成所述亚铁磁斯格明子。

百度查询： 北京航空航天大学 温度传感器、组件及温度测量方法

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