專利名稱：基于磁溫差電效應的傳感器元件及其實現方法
技術領域：
本發明涉及傳感器技術領域，特別是涉及一種基于磁溫差電效應的傳感器元件及其實現方法。
背景技術：
磁性傳感器廣泛應用于空間定位和定向、自動監測和控制、信息存儲等諸多技術領域，其中的磁性傳感元件是關鍵的部分、決定著磁性傳感器的性能和用途。從原理上，磁性傳感元件可以分為利用法拉第(Faraday)磁感應、各向異性磁電阻(AMR anisotropy magneto-resistance)效應、霍耳(Hall)效應、巨磁電阻(GMR giantmagneto-resistance)效應、隧道磁電阻(TMR tunnel giant magneto-resistance)效應等不同類型。特別是基于GMR和TMR效應的傳感器，因為它們的高靈敏度、適用于超大容量的 信息存儲，受到各國相關領域技術人員的重視。近年來，為滿足日益增長的存儲密度需求，超高靈敏度的磁電阻元件一直處于你追我趕的開發競爭狀態，而研究開發的重點是通過尋找發現更合適的材料、更合適的多層結構和更合適的制造工藝，提高元件的靈敏度和運行的穩定性。現有技術中TO/2012/093587 (C02FE-BASED HEUSLER ALLOY AND SPINTR0NICDEVICE USING SAME)提出了通過采用Heusler合金、獲得最高MR比和高輸出信號的CPP-GMR 元件；W0/2011/103437 (A HIGH GMR STRUCTURE WITH LOW DRIVE FIELDS)提出具有鐵磁交換耦合、顯示巨磁電阻(GMR)的多周期結構元件；W0/2011/007767 (METHODFOR PRODUCING MAGNETORESISTIVE EFFECT ELEMENT, MAGNETIC SENSOR, ROTATION-ANGLEDETECTION DEVICE)公開了一種既能調控固定鐵磁膜層的磁化取向又能簡化GMR膜制備工藝的方法；Application Number2009280406 (METHOD OF MANUFACTURING TMR READHEAD, AND TMR LAMINATED BODY)公開了得到高 MR 比的 TMR 讀出磁頭的方法；ApplicationNumber 2009202412 (TUNNEL JUNCTION TYPE MAGNETORESISTIVE HEAD AND METHOD OFMANUFACTURING THE SAME)介紹了獲得在面電阻R A小于I. 0Ω μπι2的區域MR比退化小的TMR磁頭的方法；W0/2008/142748(MAGNETIC HEAD FOR MAGNETIC DISK APPARATUS)發明了一種用在硬盤(HDD)裝置中、含有TMR元件或CPP-GMR元件、信號傳送性能優異的讀出磁頭；W0/2010/050125(CPP-GMR ELEMENT, TMR ELEMENT, AND MAGNETIC RECORDING/REPRODUCTIONDEVICE)通過采用結晶磁各向異性能達2X 108erg/cm3的LltlMn5tlIr5tl薄膜作為反鐵磁性層，能夠保證即使尺寸小到5nm，元件的穩定性也能達到天文數字的I. 2X 1049年。雖然基于GMR或TMR效應傳感器能夠暫時滿足近期存儲密度技術發展的要求，但這兩類傳感器元件都是由不同性能薄膜疊加而形成的多層結構(比如，見專利W0/2010/050125 ；W0/2002/078021 !Application Number 06000077 !Application Number10011433)，不僅對薄膜材料的性能有特殊的要求，元件的制備工藝也復雜；另外，還要求磁頭的尺寸進一步減小。受這些關鍵因素的綜合限制，元件性能提高的難度越來越大。因此，為解決上述技術問題，基于新物理效應的磁性傳感器元件的研究開發成為該領域技術發展的新方向。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于磁溫差電效應的傳感器元件及其實現方法。為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下一種基于磁溫差電效應的傳感器元件，所述傳感器元件包括若干位于磁場中的角形結構的溫差電元件，所述溫差電元件由具有溫差電效應的磁性材料制成，溫差電元件包括第一邊、第二邊以及兩邊相接形成的角部，所述角部處設有加熱裝置，所述第一邊和第二邊的另一端所在區域溫度小于或等于周圍環境溫度。作為本發明的進一步改進，所述加熱裝置為一電熱細線或光照裝置，角部加熱通 過對電熱細線通電或局部光照實現，加熱溫度由電流或光的強度調節。
作為本發明的進一步改進，所述電熱細線和溫差電元件之間還設有絕緣薄層。作為本發明的進一步改進，所述溫差電元件的第一邊和第二邊由同一種具有溫差電效應的磁性材料彎折成型、或由不同溫差電效應的磁性材料焊接成型，所述第一邊和第二邊的夾角為(Γ180°，所述角部為第一邊和第二邊的彎折部、或第一邊和第二邊的焊接部。作為本發明的進一步改進，所述溫差電元件的第一邊和第二邊由磁性材料的常規細絲制作，或由真空鍍膜和微加工方法在絕緣襯底上制作薄膜細線形成。作為本發明的進一步改進，所述若干位于磁場中的角形結構溫差電元件為相互串聯或相互并聯、或串聯和并聯的組合，串聯時，若干溫差電元件順次連接成線圈狀，前一個溫差電元件的第二邊的端部和后一個溫差電元件的第一邊端部電性連接，并聯時，若干溫差電元件的第一邊端部相互電性連接，溫差電元件的第二邊端部相互電性連接。作為本發明的進一步改進，所述同一個溫差電元件的第一邊和第二線邊的夾角為90°，若干溫差電元件順次串聯時連接成的線圈截面成直角三角形。作為本發明的進一步改進，所述溫差電元件的具有溫差電效應的磁性材料為金屬、或半金屬、或半導體、或導電氧化物。作為本發明的進一步改進，所述溫差電元件所在平面與磁場平行。相應地，一種基于磁溫差電效應的傳感器元件實現方法，所述方法包括將溫差電元件放置于磁場中，所述溫差電元件包括若干個角形結構的溫差電元件，所述溫差電元件由具有溫差電效應的磁性材料制成，溫差電元件包括第一邊、第二邊以及所述兩邊相接形成的角部；加熱溫差電元件的角部，使角部的溫度高于第一邊和第二邊另一端的溫度；磁場發生變化時,基于磁溫差電效應，角形結構的溫差電兀件將磁場的變化信息轉化為變化的電信息，在溫差電元件兩端以電壓的形式輸出。與現有技術相比，本發明的傳感器元件結構和制造工藝簡單、性能穩定，能夠加工成各種形式和大小的尺寸，可用于開發不同種類的磁場傳感器，特別是可能用于開發超高密度磁性信息存儲的新一代讀出磁頭，在包括信息存儲在內的眾多領域獲得廣泛的應用。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明一實施方式傳感器元件中溫差電元件的結構示意圖；圖2為本發明一實施方式傳感器元件中實現原理的流程示意圖；圖3為本發明一實施方式中溫差電元件兩端G和E間的電壓隨磁場強度的變化圖。
具體實施例方式本發明公開了一種基于磁溫差電效應的傳感器元件，傳感器元件包括若干位于磁 場中的角形結構的溫差電元件，溫差電元件由具有溫差電效應的磁性材料制成，溫差電元件包括第一邊、第二邊以及兩邊相接形成的角部，角部處設有加熱裝置，第一邊和第二邊的另一端所在區域溫度小于或等于周圍環境溫度。本發明還公開了一種基于磁溫差電效應的傳感器元件的實現方法，方法包括將溫差電元件放置于磁場中，溫差電元件包括若干個角形結構的溫差電元件，溫差電元件由具有溫差電效應的磁性材料制成，溫差電元件包括第一邊、第二邊以及兩邊相接形成的角部；加熱溫差電元件的角部，使角部的溫度高于第一邊和第二邊另一端的溫度；磁場發生變化時,基于磁溫差電效應，角形結構的溫差電兀件將磁場的變化信息轉化為變化的電信息，在溫差電元件兩端以電壓的形式輸出。本發明基于磁溫差電效應的傳感器元件及其實現方法將具有角形結構的溫差電元件放置于磁場中，加熱溫差電元件的角部，當磁場發生變化時，溫差電元件兩端的電壓會相應的變化，從而實現磁場信息到電信息的轉化。為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。參圖I所不,本發明一實施方式中基于磁溫差電效應的傳感器兀件,包括若干位于磁場H中的角形結構的溫差電元件10，溫差電元件由具有溫差電效應的磁性材料制成，溫差電元件10包括第一邊11、第二邊12以及第一邊11和第二邊12相接形成的角部13，角部13處設有加熱裝置。加熱裝置為一電熱細線或光照裝置，對角部13通過電熱細線通電或局部光照實現加熱，加熱溫度由電流或光的強度調節。優選地，本實施方式中采用對電熱細線20通電進行加熱，加熱溫度由電流的大小調節。本實施方式中傳感器元件的實現方法為將溫差電兀件10放置于磁場H中；加熱溫差電元件10的角部13，使角部13的溫度高于第一邊11和第二邊12的另一端的溫度；磁場H發生變化時,基于磁溫差電效應，溫差電兀件10將磁場變化的信息轉化為變化的電信息。本實施方式中的溫差電元件采用具有溫差電效應的磁性材料制成，具有溫差電效應的磁各向異性，其可為金屬、或半金屬、或半導體、或導電氧化物。溫差電元件的第一邊和第二邊由磁性材料的常規細絲制作，或由真空鍍膜和微加工方法在絕緣襯底上制作薄膜細線形成，由此制成微型或小尺寸的傳感器。將溫差電元件置于可變磁場H中，優選地，溫差電元件所在平面與可變磁場H的方向相平行，在其他實施方式中也可以有一定的夾角。角部13(F部)通過加熱裝置加熱形成高溫區域，第一邊11和第二邊12的端部E和G置于較低溫度的區域中，也可以直接置于周圍的環境溫度，則端部E和G為兩個低溫結，角部F為高溫結，溫差電元件就通過高溫結和低溫結之間的溫差，將從高溫端的熱能直接轉化成了電能，從而在溫差電元件的兩端E和G之間產生一個電壓。該電壓的大小會隨著磁場強度的改變而變化，電壓的正負極性隨著磁場方向的改變而變化，從而實現磁場信息·與電信息的轉化。優選地，本實施方式中電熱細線20直接與溫差電元件10的角部(F部)接觸，其他實施方式中電熱細線和溫差電元件還可以設有絕緣薄層間接接觸。本發明中溫差電元件的第一邊和第二邊可以是同一種材料，也可以是符合傳熱匹配要求的不同種材料。采用同一種材料時，直接將其折彎成型，彎折部即為溫差電元件的角部；采用不同種材料時，將兩種材料焊接成型，焊接部即為溫差電元件的角部。第一邊和第二邊間的夾角為(Γ180°。優選地，本發明一優選實施方式中溫差電元件采用同一種具有溫差電效應的磁性材料彎折而成，第一邊和第二邊之間的彎折角度最佳設為90°。參圖3所示，在本發明一具體實施例中，電加熱使元件F部的溫度至345Κ，室溫是302Κ，磁場方向平行于元件的第二邊，磁場強度H從O逐漸增加至6000 0e，可得到溫差電元件兩端G和E間的電壓Uge隨磁場強度的變化曲線，從而實現磁場信息到電信息的轉化。本發明中的溫差電元件可以單獨使用，每個單個溫差電元件所產生的電動勢很小，只有幾到幾百個微伏，還可以先將多個溫差電元件串聯起來使用，起到放大電信號、提高傳感器靈敏度的作用。串聯時，溫差電元件順次串聯時連接成線圈狀，前一個溫差電元件的第二邊的端部和后一個溫差電兀件的第一邊端部電性連接，優選地，溫差電兀件的第一邊和第二線邊的夾角為90°，且溫差電元件順次串聯時連接成的線圈截面成直角三角形，在其他實施方式中斜邊也可以設置為曲線等；并聯時，溫差電元件的第一邊端部相互電性連接，溫差電元件的第二邊端部相互電性連接，分別作為兩個連接端。串聯組合件兩端的電壓與元件的個數成正比，由此提高傳感器元件的磁-電信息轉化性能。由上述技術方案可以看出，本發明基于磁溫差電效應的傳感器元件及其實現方法將具有角形結構的溫差電元件放置于磁場中，加熱溫差電元件的角部，當磁場發生變化時，溫差電元件兩端的電壓會相應的變化，從而實現磁場信息到電信息的轉化。本發明的傳感器元件結構簡單和制造工藝、性能穩定，能夠加工成各種形式和大小的尺寸，可用于開發不同種類的磁場傳感器，特別是可能用于開發超高密度磁性信息存儲的新一代讀出磁頭，在包括信息存儲在內的眾多領域獲得廣泛的應用。對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當 將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
權利要求
1.一種基于磁溫差電效應的傳感器元件，其特征在于，所述傳感器元件包括若干位于磁場中的角形結構的溫差電元件，所述溫差電元件由具有溫差電效應的磁性材料制成，溫差電元件包括第一邊、第二邊以及兩邊相接形成的角部，所述角部處設有加熱裝置，所述第一邊和第二邊的另一端所在區域溫度小于或等于周圍環境溫度。
2.根據權利要求I所述的傳感器元件，其特征在于，所述加熱裝置為一電熱細線或光照裝置，角部加熱通過對電熱細線通電或局部光照實現，加熱溫度由電流或光的強度調節。
3.根據權利要求2所述的傳感器元件，其特征在于，所述電熱細線和溫差電元件之間還設有絕緣薄層。
4.根據權利要求I所述的傳感器元件，其特征在于，所述溫差電元件的第一邊和第二邊由同一種具有溫差電效應的磁性材料彎折成型、或由不同溫差電效應的磁性材料焊接成型，所述第一邊和第二邊的夾角為(Γ180°，所述角部為第一邊和第二邊的彎折部、或第一邊和第二邊的焊接部。
5.根據權利要求4所述的傳感器元件，其特征在于，所述溫差電元件的第一邊和第二邊由磁性材料的常規細絲制作，或由真空鍍膜和微加工方法在絕緣襯底上制作薄膜細線形成。
6.根據權利要求4所述的傳感器元件，其特征在于，所述若干位于磁場中的角形結構溫差電元件為相互串聯或相互并聯、或串聯和并聯的組合，串聯時，若干溫差電元件順次連接成線圈狀，前一個溫差電元件的第二邊的端部和后一個溫差電元件的第一邊端部電性連接，并聯時，若干溫差電元件的第一邊端部相互電性連接，溫差電元件的第二邊端部相互電性連接。
7.根據權利要求6所述的傳感器元件，其特征在于，所述同一個溫差電元件的第一邊和第二線邊的夾角為90°，若干溫差電元件順次串聯時連接成的線圈截面成直角三角形。
8.根據權利要求I所述的傳感器元件，其特征在于，所述溫差電元件的具有溫差電效應的磁性材料為金屬、或半金屬、或半導體、或導電氧化物。
9.根據權利要求I所述的傳感器元件，其特征在于，所述溫差電元件所在平面與磁場平行。
10.一種基于磁溫差電效應的傳感器元件實現方法，其特征在于，所述方法包括 將溫差電元件放置于磁場中，所述溫差電元件包括若干個角形結構的溫差電元件，所述溫差電元件由具有溫差電效應的磁性材料制成，溫差電元件包括第一邊、第二邊以及所述兩邊相接形成的角部； 加熱溫差電元件的角部，使角部的溫度高于第一邊和第二邊另一端的溫度； 磁場發生變化時，基于磁溫差電效應，角形結構的溫差電元件將磁場的變化信息轉化為變化的電信息，在溫差電元件兩端以電壓的形式輸出。
全文摘要
本發明公開了一種基于磁溫差電效應的傳感器元件及其實現方法，所述傳感器元件包括若干位于磁場中的角形結構的溫差電元件，所述溫差電元件由具有溫差電效應的磁性材料制成，溫差電元件包括第一邊、第二邊以及兩邊相接形成的角部，所述角部處設有加熱裝置，所述第一邊和第二邊的另一端所在區域溫度小于或等于周圍環境溫度。本發明的傳感器元件結構及其制造工藝簡單、性能穩定，能夠加工成各種形式和大小的尺寸，可用于開發不同種類的磁場傳感器，特別是可能用于開發超高密度磁性信息存儲的新一代讀出磁頭，在包括信息存儲在內的眾多領域獲得廣泛的應用。
文檔編號G11B5/127GK102901940SQ201210419190
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者狄國慶 申請人:蘇州大學