KR101448555B1 - thermal sensor using spin torque oscillator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스핀토크 오실레이터를 이용하여 온도변화를 감지하는 온도 감지 센서에 관한 것으로. 본 발명은 고정된 자화방향을 갖는 고정층(Pinned layer)과; 가변적으로 회전되는 자화방향을 갖는 자유층(Free layer)과; 비자성물질로 상기 자유층과 고정층 사이에 게재되는 비자성층(Spacer); 그리고 소자의 상단 또는 하단에 도전물질로 형성되어 소자 외부의 온도변화에 따라 온도가 변화되는 접촉층을 포함하여 구성되는 스핀토크오실레이터를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 나노단위의 미세 온도감지센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a temperature sensing sensor for sensing a temperature change using a spin torque oscillator. The present invention relates to a pinned layer having a fixed magnetization direction; A free layer having a magnetization direction that is variably rotated; A nonmagnetic layer disposed between the free layer and the pinned layer as a nonmagnetic material; And a contact layer formed of a conductive material at the upper or lower end of the device, the temperature of which is changed according to a temperature change outside the device, and a spin torque oscillator. According to the present invention, a nano-unit micro temperature sensor can be provided.
Description
본 발명은 스핀토크 오실레이터를 이용하여 온도변화를 감지하는 온도 감지 센서에 관한 것으로. 교육과학기술부의 원천기술개발사업(글로벌프론티어사업) 중 에너지혁신소자 연구과제(수행기간 2012.09.01~2013.08.31)'를 수행함에 있어 산출된 결과물에 대한 발명이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a temperature sensing sensor for sensing a temperature change using a spin torque oscillator. It is an invention of the result that is produced in carrying out the research project of the energy innovation element among the original technology development project (Global Frontier project) of the Ministry of Education, Science and Technology (carried out from September 01, 2012 to 2013.08.31).
최근에는 MTJ 접합구조를 응용한 여러 소자에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있고, 이중 하나가 Spin TransferTorque를 이용한 RF Oscillator이다.In recent years, research and development of various devices using MTJ junction structure have been actively carried out. One of them is RF oscillator using Spin Transfer Torque.
Spin Torque RF Oscillator(이하 'STO'라 한다)는 spin transfer torque(STT)기술을 이용한 차세대 정보통신용 나노스핀발진소자이다.Spin Torque RF Oscillator (STO) is a next-generation nano-spin oscillation device using spin transfer torque (STT) technology.
스핀 토크 현상을 이용한 나노스핀발진소자는 그동안 MRAM에 연구되었던 전류주입자화반전기술(CIMS)을 이용하여 주입된 전류에 의해 생성된 스핀 토크가 고주파 자기발진의 가능성을 설명해 보이면서 이를 응용한 스핀발진소자에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.The spin-torque oscillation device using the spin torque phenomenon explains the possibility of the high-frequency self-oscillation generated by the current injected using the current injection magnetization reversal technique (CIMS) which has been studied in the MRAM, Are being studied actively.
초고주파 스핀소자는 스핀 소자는 자성체/비자성체/강자성체의 구조에 스핀토크와 자기장에 의한 토크가 서로 반대방향이 되도록 설계하고,DC 전류가 자성을 띈 다층 자화구조의 강자성층을 먼저 통과할 때 스핀분극이 생기고,이때 전류의 스핀이 분극 되어 Spin TransferTorque(STT)에 의해 얇은 freelayer를 통과하면서 스핀각 운동량을 전달한다.In a microwave spin device, a spin device is designed so that the spin torque and the magnetic field torque are opposite to each other in the structure of a magnetic body, a nonmagnetic body, and a ferromagnetic body. When a DC current passes through a ferromagnetic layer of a magnetic multilayer structure, At this time, the polarization of the current is polarized and the spin angular momentum is transmitted through the thin freelayer by the spin transfer torque (STT).
상기 전달로 인해 고정되지 않는 자성층 (Free Layer)의 자화가 외부자기장(H)의 힘과 자성층의 자화(M)사이에 상호 작용에 의해 외부자기장 방향으로 똑바로 가지 못하고 외부자기장의 주위를 회전하는 운동이 발생하는 지속적 발진을 하게 되는데 이때 걸어주는 외부 자장의 크기와 방향을 통하여 스핀이 GHz대역에서 세차운동을 하도록 제어하는 것이 가능하다.The magnetization of the free layer which is not fixed due to the transfer does not go straight in the direction of the external magnetic field due to the interaction between the force of the external magnetic field H and the magnetization M of the magnetic layer, . In this case, it is possible to control the spin motion in the GHz band through the magnitude and direction of the external magnetic field to be applied.
이처럼 스핀소자의 고유의 자기저항의 특성에 따라 전류를 흘려주면 AC출력 전압이 발생하고 이때 걸리는 자기장에 의해 자성체의 세차운동과 결합되어 RF 전압이 출력될 수 있다.If an electric current is flowed in accordance with the inherent magnetoresistance characteristic of the spin device, an AC output voltage is generated. At this time, the RF voltage can be output by being coupled with the car motion of the magnetic body by the magnetic field applied.
이러한 원리로 방출되는 마이크로 스핀파를 이용해 일정주파수 범위에서 가변 가능한 발진소자를 만들 수 있다. 도 1은 DC전류를 걸어주었을 때 AC신호로 발진되어 나오는 신호원을 측정하기 위한 기본적인 STO의 구조를 나타낸다.With this principle, a microwave spin wave can be used to make a variable oscillation device in a certain frequency range. 1 shows a basic STO structure for measuring a signal source generated by an AC signal when a DC current is applied.
참고로 대한민국 등록특허 제1018502호에는 이와 같은 스핀토크 나노 고추파 발진소자의 구성이 개시되어 있다.For reference, Korean Patent No. 1018502 discloses such a structure of a spin torque nano-chip wave oscillation element.
한편, 최근 상기 스핀토크오실레이터는 외부로부터 전류가 인가되지 않더라도, 소자 상단과 하단 사이의 온도차이에 따라 출력 전압이 발생되는 현상이 관찰되기도 하였다( Experimental observation of the optical spin transfer torque: Supplementary material, 2012, P. N.mec,1 E. Rozkotova and 9 others, nature physics 참조).In recent years, even though no current is applied to the spin torque oscillator, a phenomenon that an output voltage is generated according to a temperature difference between the upper end and the lower end of the device has been observed (Experimental observation of the optical spin transfer torque: , PNmec, 1 E. Rozkotova and 9 others, nature physics).
그러나 최근 스핀토크 오실레이터는 발진소자로만 연구개발되고 있는 실정이며, 다른 용도 즉 온변변화를 감지하기 위한 센서로 활용하는 기술에 대한 연구는 이루어지지 않고 있다.
However, recently, spin torque oscillator has been studied only as an oscillation element, and researches have not been made on a technique for using it as a sensor for detecting other uses, such as a change in temperature.
본 발명은 STO의 활용범위를 확장하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 STO를 이용하여 온도변화를 검출하는 온도감지 센서를 제공하는 것이다.
The present invention has been devised to extend the range of application of STO, and it is an object of the present invention to provide a temperature sensor for detecting a temperature change using STO.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 고정된 자화방향을 갖는 고정층(Pinned layer)과; 가변적으로 회전되는 자화방향을 갖는 자유층(Free layer)과; 비자성물질로 상기 자유층과 고정층 사이에 게재되는 비자성층(Spacer); 그리고 소자의 상단 또는 하단에 도전물질로 형성되어 소자 외부의 온도변화에 따라 온도가 변화되는 접촉층을 포함하여 구성되는 스핀토크오실레이터를 포함하여 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetoresistive sensor comprising: a pinned layer having a fixed magnetization direction; A free layer having a magnetization direction that is variably rotated; A nonmagnetic layer disposed between the free layer and the pinned layer as a nonmagnetic material; And a contact layer formed of a conductive material at the upper or lower end of the device, the temperature of which is changed according to a temperature change outside the device, and a spin torque oscillator.
이때, 상기 스핀토크오실레이터는, 상기 소자의 상기 접촉층 반대측 단부에 도전물질로 형성되는 단열층을 더 포함하여 구성되고: 상기 단열층은, 상기 접촉층보다 열전도도가 낮은 물질로 형성될 수도 있다.In this case, the spin torque oscillator further includes a heat insulating layer formed of a conductive material at an end of the element opposite to the contact layer. The heat insulating layer may be formed of a material having a thermal conductivity lower than that of the contact layer.
그리고 상기 스핀토크오실레이터로부터 생성되는 출력신호를 검출하는 검출기를 더 포함하여 구성될 수도 있다.And a detector for detecting an output signal generated from the spin torque oscillator.
또한, 상기 온도감지센서는, 복수개의 상기 스핀토크오실레이터가 병렬로 연결된 스핀토크오실레이터 어레이를 포함하여 구성될 수고 있다.The temperature sensing sensor may include a spin torque oscillator array in which a plurality of the spin torque oscillators are connected in parallel.
그리고 상기 스핀토크오실레이터 어레이는, 복수의 행과 열로 배열된 매트릭스구조로 구성될 수도 있다.The spin torque oscillator array may be formed of a matrix structure arranged in a plurality of rows and columns.
또한, 상기 검출기는, 상기 스핀토크오실레이터의 상하단 온도차이에 의한 전하이동으로 발생된 출력신호를 감지할 수도 있다.In addition, the detector may sense an output signal generated by charge movement due to temperature difference between the upper and lower ends of the spin torque oscillator.
그리고 상기 스핀토크오실레이터는, 상기 인가전류를 자화방향을 특정 벡터로 형성시키는 편극층(Polarized layer)을 더 포함하여 구성될 수도 있다.The spin torque oscillator may further comprise a polarized layer for forming the applied current with a specific vector in a magnetization direction.
또한, 상기 자유층은, 강자성 물질로 형성되는 층으로; NiFe, CoFe, CoFeB, Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 구성될 수도 있다.Further, the free layer is a layer formed of a ferromagnetic material; NiFe, CoFe, CoFeB, Fe alloy, Co alloy, or Ni alloy.
그리고 상기 고정층은, 강자성 물질로 형성되는 층으로; NiFe, CoFe, CoFeB, Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 구성될 수도 있다.And the fixed layer is a layer formed of a ferromagnetic material; NiFe, CoFe, CoFeB, Fe alloy, Co alloy, or Ni alloy.
또한, 상기 편극층은, 강자성 물질로 형성되는 층으로; NiFe, CoFe, CoFeB, Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 구성될 수도 있다.Further, the polarizing layer is a layer formed of a ferromagnetic material; NiFe, CoFe, CoFeB, Fe alloy, Co alloy, or Ni alloy.
한편, 상기 복수개의 스핀토크오실레이터들은, 적어도 둘 이상의 서로 다른 출력 주파수 특성을 갖는 소자의 조합으로 구성될 수도 있다.The plurality of spin torque oscillators may be composed of a combination of elements having at least two or more different output frequency characteristics.
그리고 상기 서로 다른 주파수 특성은, 상기 스핀토크오실레이터들의 적층 면적을 서로 다르게 형성함에 의해 구현될 수도 있다.
And the different frequency characteristics may be realized by forming the stacked areas of the spin torque oscillators differently from each other.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 스핀토크오실레이터를 이용한 온도감지센서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.The temperature sensing sensor using the spin torque oscillator according to the present invention as described above can be expected to have the following effects.
즉, 본 발명에서는 나노단위의 온도감지센서를 제공하여, 인체, 정밀기계 등 미세한 위치의 온도변화를 정확히 검출할 수 있는 효과가 있다.
That is, according to the present invention, there is an effect that the temperature change at a minute position such as a human body, a precision machine, etc. can be accurately detected by providing a nano-unit temperature sensor.
도 1은 종래기술에 의한 일반적인 스핀토크 오실레이터의 구조를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 의한 스핀토크오실레이터를 이용한 온도감지센서의 구체적인 실시예를 도시한 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 스핀토크오실레이터를 이용한 온도감지센서의 다른 실시예를 도시한 개념도.
도 4는 본 발명에 의한 온도감지센서의 스핀토크오실레이터 어레이의 구체적인 실시예를 도시한 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 온도감지센서의 스핀토크오실레이터 어레이의 다른 실시예를 도시한 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 온도감지센서의 스핀토크오실레이터 어레이의 또 다른 실시예를 도시한 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exemplary diagram showing a structure of a conventional spin torque oscillator according to the prior art; FIG.
2 is a conceptual diagram showing a specific embodiment of a temperature sensing sensor using a spin torque oscillator according to the present invention.
3 is a conceptual diagram showing another embodiment of a temperature sensing sensor using a spin torque oscillator according to the present invention.
4 is an exemplary view showing a specific embodiment of a spin torque oscillator array of a temperature sensor according to the present invention.
5 is an exemplary view showing another embodiment of a spin torque oscillator array of a temperature sensor according to the present invention.
6 is an exemplary diagram showing another embodiment of a spin torque oscillator array of a temperature sensor according to the present invention;
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 스핀토크오실레이터를 이용한 온도감지센서의 구체적인 실시예를 살펴보기로 한다.Hereinafter, a specific embodiment of a temperature sensing sensor using a spin torque oscillator according to a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 스핀토크오실레이터를 이용한 온도감지센서의 구체적인 실시예를 도시한 개념도이고, 도 3은 본 발명에 의한 스핀토크오실레이터를 이용한 온도감지센서의 다른 실시예를 도시한 개념도이며, 도 4는 본 발명에 의한 온도감지센서의 스핀토크오실레이터 어레이의 구체적인 실시예를 도시한 예시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 온도감지센서의 스핀토크오실레이터 어레이의 다른 실시예를 도시한 예시도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram showing a specific embodiment of a temperature sensing sensor using a spin torque oscillator according to the present invention, FIG. 3 is a conceptual diagram showing another embodiment of a temperature sensing sensor using a spin torque oscillator according to the present invention, FIG. 4 is a view showing a specific embodiment of a spin torque oscillator array of a temperature sensor according to the present invention, FIG. 5 is an exemplary diagram showing another embodiment of a spin torque oscillator array of a temperature sensor according to the present invention to be.
본 발명에 의한 온도감지센서는 스핀토크오실레이터(100), 증폭기(200) 및 검출기(300)를 포함하여 구성된다.The temperature sensor according to the present invention includes a
상기 스핀토크오실레이터(100)는 상면과 하면의 온도차이에 의해 내부 전하의 이동이 발생되고, 이로 인하여 특정 주파수 특성을 갖는 출력전압을 생성하는 역할을 한다.The
또한, 상기 증폭기(200)는 상기 스핀토크오실레이터(100)로부터 발생된 출력신호를 증폭하는 것으로, 센서의 사양 등의 사용환경에 따라 선택적으로 구비된다.The
그리고 상기 검출기(300)는 상기 스핀토크오실레이터(100)로부터 생성된 출력 신호를 검출하여, 온도 변화 여부를 판단하는 부분이다.The
한편, 본 명세서에서는 온도감지센서에 적용될 수 있는 상기 스핀토크오실레이터(100)의 두 가지 실시예를 설명한다.In the meantime, two embodiments of the
먼저, 도 1을 참고하여 상기 스핀토크오실레이터의 제1실시예를 설명한다.First, a first embodiment of the spin torque oscillator will be described with reference to FIG.
제1실시예에의한 상기 스핀토크오실레이터(100A)는 고정층(10), 자유층(20), 편극층(30), 비자성층(40), 접촉층(50) 및 하부전극층(60)을 포함하여 구성된다.The
상기 고정층(Pinned layer)(10)은 전류 및 전압에 따라 자성 vector가 고정된 자성 층으로, 강자성의 금속성 물질로 형성된다. 상기 고정층 역시 NiFe, CoFe, CoFeB, 자성을 갖는 Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상이 포함된 물질로 형성된다.The pinned
또한, 상기 자유층(Free layer)(20)은 인가되는 전류 및 전압에 따라 자성 vector가 일정하게 precess하는 자성 층으로, 강자성의 금속성 물질로 형성된다. 상기 자유층은 예를 들어 NiFe, CoFe, CoFeB, 자성을 갖는 Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상이 포함된 물질로 형성된다.In addition, the
그리고 상기 편극층(Polarizer)(30)은 유동 전하에 수직 방향 vector를 제공해주는 층으로, 강자성의 금속성 물질로 형성된다. 상기 편극층 역시 NiFe, CoFe, CoFeB, 자성을 갖는 Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상이 포함된 물질로 형성된다. The
또한, 상기 비자성층(Spacer)(40)은 상기 자유층, 고정층 및 편극층 사이에 개제되어 이들 각층을 구분하는 층으로, 비자성 금속으로 형성된다.Further, the non-magnetic layer (Spacer) 40 is formed between the free layer, the fixed layer, and the polarizing layer to divide each layer, and is formed of a non-magnetic metal.
여기서 상기 비자성층은 금속산화막(Aluminum oxide(AlOx), 산화마그네슘(MgO) 등), 그래핀 또는 비자성 금속 물질(Cu, Ru 또는 Ta 등)로 형성된다.The nonmagnetic layer is formed of a metal oxide film (AlOx, MgO, or the like), graphene, or a non-magnetic metal material (Cu, Ru, Ta, or the like).
한편, 상기 접촉층(50)은 소자 최상층 또는 최하층에 구비되는 층으로 측정대상 부위에 접촉하여 온도의 변화를 소자 내부로 전달하는 역할을 한다.On the other hand, the
상기 접촉층(50)은 도전물질로 형성되고, 열전도율이 높은 금속성 물질로 형성된다.The
그리고 상기 하부전극(60)은 STO 소자에 전압을 인가하는 층으로 전기저항이 낮은 금속 물질로 형성된다.The
이때 상기 각 구성층의 두께는 필요에 따라 다르게 구성될 수 있으나, 10nm 이하의 thin film 범주의 두께로 형성된다.At this time, the thickness of each constituent layer may be different according to need, but is formed to a thickness of a thin film category of 10 nm or less.
다음으로, 도 3을 참고하여 상기 스핀토크오실레이터의 제2실시예를 설명한다.Next, a second embodiment of the spin torque oscillator will be described with reference to FIG.
제2실시예에의한 상기 스핀토크오실레이터(100B)는 제실시예에 의한 스핀토크오실레이터 구성에 단열층(70)을 더 포함하여 구성된다.The
상기 단열층(70)은 상기 접촉층(50) 반대측 단부에 도전물질로 형성되는 것으로 외부의 변화된 온도가 소자내부로 전달되는 것을 방지하는 부분이다.The
따라서 상기 단열층(70)은 비교적 열전도율이 낮은 물질로 구성되고, 구체적으로는 상기 접촉층(50)보다 열전도도가 낮은 물질로 형성된다.Therefore, the
즉, 예를 들어 상기 스핀토크오실레이터(100B)가 설치된 부분의 온도가 올라가는 경우, 상기 스핀토크오실레이터(100B)의 열전도도가 높은 접촉층(50) 부분은 온도가 빨리 올라가는 반면, 열전도도가 비교적 낮은 상기 단열층(70) 부분은 온도가 느리게 올라간다. 이로 인하여 소자 내에 온도차이가 발생되고 이로 인하여 출력 전압이 발생된다.That is, for example, when the temperature of the portion where the
한편, 상기 온도감지센서는 도 4에 도시된 바와 같이, 다수개의 스핀토크오실레이터가 결합하여 스핀토크오실레이터 어레이로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the temperature sensor may include a plurality of spin torque oscillators and a spin torque oscillator array.
이 경우 온도변화에 따른 출력 신호의 강도가 증가되어 온도변화의 검출이 용이해진다.In this case, the intensity of the output signal according to the temperature change is increased, so that the temperature change can be easily detected.
또한, 상기 스핀토크오실레이터 어레이는 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 행과 열(N×M)로 배열된 매트릭스구조로 구성될 수 있다.In addition, the spin torque oscillator array may be configured as a matrix structure arranged in a plurality of rows and columns (NxM) as shown in FIG.
이는, 상기 스핀토크 오실레이터 제조 공정에 따른 특성으로, 상기 스핀토크 오실레이터 제조 공정이 각 층을 적층하는 공정의 조합에 의해 이루어지므로, 하나의 판상에 다수개의 오실레이터를 매트릭스 형태로 배치하여 생산하는 것이 용이하기 때문이다.This is a characteristic of the spin torque oscillator manufacturing process. Since the spin torque oscillator manufacturing process is performed by a combination of processes of stacking layers, it is easy to arrange a plurality of oscillators in a matrix form on one plate .
한편, 도 6은 본 발명에 의한 온도감지센서의 스핀토크오실레이터 어레이의 또 다른 실시예를 도시한 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary view showing another embodiment of the spin torque oscillator array of the temperature sensor according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 상기 스핀토크오실레이터 어레이는 각각 다른 출력 주파수 특성을 갖는 STO를 포함하여 구성된다.As shown in the figure, the spin torque oscillator array includes STOs having different output frequency characteristics.
이때, 상기 STO의 출력 주파수 특성을 결정하는 변수 인자는 자유층을 구성하는 물질 특성, 자성물질의 두께 또는 면적, spin torque efficiency factor 등이 있다.At this time, the variable factors that determine the output frequency characteristics of the STO include the material properties of the free layer, the thickness or area of the magnetic material, and the spin torque efficiency factor.
따라서 상기 STO들의 주파수 특성을 다르게 구성하는 방법은 생산 여건 등을 고려하여 다양한 방법이 적용될 수 있다.Therefore, various methods of constructing the frequency characteristics of the STOs in consideration of production conditions and the like can be applied.
본 발명에서는 상기 스핀토크오실레이터의 또 다른 실시예는 각 STO의 면적을 각각 다르게 설계(l1<l2<l3<l4 및 L1<L2<L3<L4<L5)하여 각 STO의 추파수 특성을 각각 다르게 형성한 것이다.According to another embodiment of the present invention, the spin torque oscillator is designed such that the areas of the respective STOs are different from each other (l1 <l2 <l3 <l4 and L1 <l2 <l3 <l4 <l5) .
즉, 도시된 바와 같이 각 STO 소자들은 그 단면크기가 서로 다르게 형성된다. That is, as shown, each of the STO elements has a different cross-sectional size.
물론, 이 경우 상기 STO들 모두를 각각 다른 면적(다른 주파수 출력 특성)으로 형성하는 것도 가능하고, 동일면적의 STO와 다른 면적의 STO를 혼합하여 그 배열을 구성하는 것도 가능하다.Of course, in this case, it is possible to form all of the STOs with different areas (different frequency output characteristics), and to arrange STOs having the same area and STOs having different areas.
한편, 본 발명에 의한 온도 감지 센서에 스핀토크오실레이터 어레이의 또 따른 실시예가 적용된 경우, 온도 변화량에 따라 각 STO소자는 각각 다른 출력 주파수를 갖는 신호를 출력한다. If another embodiment of the spin torque oscillator array is applied to the temperature sensor according to the present invention, each STO element outputs a signal having a different output frequency according to the temperature change amount.
따라서 전체 출력 주파수는 상기 각 STO 출력 주파수의 합으로 표현되는 주파수특성을 갖는 신호이며, 각 STO소자의 출력 특성은 설계시 예상할 수 있는 것이므로, 상기 출력 주파수를 검출하면 온도 변화량까지 정밀하게 측정할 수 있는 온도 감지 센서를 구현할 수 있다.Therefore, the total output frequency is a signal having a frequency characteristic represented by the sum of the STO output frequencies, and the output characteristics of each STO element can be expected at the time of designing. Therefore, when the output frequency is detected, A temperature sensing sensor can be implemented.
또한 본 발명에 의한 온도 감지 센서에 스핀토크오실레이터 어레이의 또 따른 실시예가 적용된 경우, 자가발정을 통해 신호를 생성하는 self powered sigal generator와 같은 효과를 나타낼 수도 있다.Further, when another embodiment of the spin torque oscillator array is applied to the temperature sensor according to the present invention, the same effect as a self powered sigal generator that generates a signal through self-oscillation may be exhibited.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.
본 발명은 스핀토크 오실레이터를 이용하여 온도변화를 감지하는 온도 감지 센서에 관한 것으로. 본 발명에 의하면 나노단위의 미세 온도감지센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a temperature sensing sensor for sensing a temperature change using a spin torque oscillator. According to the present invention, it is possible to provide a nano-unit micro temperature sensor.
10 : 고정층 20 : 자유층
30 : 편극층 40 : 비자성층
50 : 접촉층 70 : 단열층
100A, 100B : STO 200 : 증폭기
300 : 검출기10: fixed layer 20: free layer
30: polarizing layer 40: non-magnetic layer
50: contact layer 70: insulating layer
100A, 100B: STO 200: Amplifier
300: detector
Claims (12)
가변적으로 회전되는 자화방향을 갖는 자유층(Free layer)과;
비자성물질로 상기 자유층과 고정층 사이에 게재되는 비자성층(Spacer)과;
소자의 상단 또는 하단에 도전물질로 형성되어 소자 외부의 온도변화에 따라 온도가 변화되는 접촉층; 그리고
상기 소자의 상기 접촉층 반대측 단부에 도전물질로 형성되는 단열층을 포함하여 구성되고:
상기 단열층은,
상기 접촉층보다 열전도도가 낮은 물질로 형성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
A pinned layer having a fixed magnetization direction;
A free layer having a magnetization direction that is variably rotated;
A nonmagnetic layer disposed between the free layer and the pinned layer as a nonmagnetic material;
A contact layer formed of a conductive material at an upper end or a lower end of the device, the temperature of which changes according to a temperature change outside the device; And
And a heat insulating layer formed of a conductive material at an end opposite to the contact layer of the element,
The heat insulating layer
Wherein the contact layer is formed of a material having lower thermal conductivity than the contact layer.
상기 스핀토크오실레이터로부터 생성되는 출력신호를 검출하는 검출기를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
The method according to claim 1,
And a detector for detecting an output signal generated from the spin torque oscillator.
상기 온도감지센서는,
복수개의 상기 스핀토크오실레이터가 병렬로 연결된 스핀토크오실레이터 어레이를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
The method of claim 3,
Wherein the temperature sensor comprises:
And a plurality of spin torque oscillators connected in parallel to each other, wherein the plurality of spin torque oscillators are connected in parallel.
상기 스핀토크오실레이터 어레이는,
복수의 행과 열로 배열된 매트릭스구조로 구성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
5. The method of claim 4,
The spin torque oscillator array includes:
And a matrix structure arranged in a plurality of rows and columns.
상기 검출기는,
상기 스핀토크오실레이터의 상하단 온도차이에 의한 전하이동으로 발생된 출력신호를 감지함을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
The method of claim 3,
The detector comprises:
Wherein the temperature sensor senses an output signal generated by charge movement due to temperature difference between the upper and lower ends of the spin torque oscillator.
상기 스핀토크오실레이터는,
인가전류를 자화방향을 특정 벡터로 형성시키는 편극층(Polarized layer)을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
The method of claim 3,
The spin torque oscillator includes:
Further comprising a polarized layer for forming an applied current with a specific vector in a magnetization direction.
상기 자유층은,
강자성 물질로 형성되는 층으로;
NiFe, CoFe, CoFeB, Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 구성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
The method of claim 3,
The free layer
A layer formed of a ferromagnetic material;
And a material including at least one of NiFe, CoFe, CoFeB, Fe alloy, Co alloy, or Ni alloy.
상기 고정층은,
강자성 물질로 형성되는 층으로;
NiFe, CoFe, CoFeB, Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 구성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
The method of claim 3,
Wherein,
A layer formed of a ferromagnetic material;
And a material including at least one of NiFe, CoFe, CoFeB, Fe alloy, Co alloy, or Ni alloy.
상기 편극층은,
강자성 물질로 형성되는 층으로;
NiFe, CoFe, CoFeB, Fe 합금, Co 합금 또는 Ni 합금 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 구성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
8. The method of claim 7,
The polarizing layer
A layer formed of a ferromagnetic material;
And a material including at least one of NiFe, CoFe, CoFeB, Fe alloy, Co alloy, or Ni alloy.
상기 복수개의 스핀토크오실레이터들은,
적어도 둘 이상의 서로 다른 출력 주파수 특성을 갖는 소자의 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서.
5. The method of claim 4,
Wherein the plurality of spin torque oscillators comprise:
And a combination of elements having at least two different output frequency characteristics.
상기 서로 다른 주파수 특성은,
상기 스핀토크오실레이터들의 적층 면적을 서로 다르게 형성함에 의해 구현됨을 특징으로 하는 스핀토크오실레이터를 이용한 온도 감지 센서. 12. The method of claim 11,
The different frequency characteristics include,
Wherein the spin torque oscillator is implemented by forming the stacked areas of the spin torque oscillators differently from each other.
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