本發(fā)明涉及溫度測(cè)量設(shè)備以及制造溫度測(cè)量設(shè)備的方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，已知許多基于不同物理現(xiàn)象的允許溫度測(cè)量的設(shè)備。這些系統(tǒng)中的絕大多數(shù)旨在測(cè)量環(huán)境溫度。

在美國(guó)專利申請(qǐng)us2014/105242中示出了溫度和濕度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括納米粒子(碳納米管)和非導(dǎo)電聚合物層。

在美國(guó)專利no.4,603,372中公開了包含導(dǎo)電膜、多個(gè)電極以及聚合物膜的集成電路。該系統(tǒng)用于測(cè)量環(huán)境的溫度和濕度。

所有這些溫度測(cè)量設(shè)備都具有復(fù)雜的配置(電極、納米粒子、導(dǎo)電膜和/或聚合物膜等)，并且溫度分辨率不足以及穩(wěn)定性差和分辨率低。

另一方面，還存在已知的用于確定粒子和/或輻射的碰撞點(diǎn)的位置的系統(tǒng)。

因此，美國(guó)專利no.us4898471公開了一種在具有特定圖案的表面上的粒子檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于光束的施加以及基于對(duì)被表面反射的信號(hào)的測(cè)量。

美國(guó)專利申請(qǐng)us2012/293192公開了一種光子和粒子檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于對(duì)當(dāng)光子或粒子撞擊系統(tǒng)時(shí)由光子或粒子產(chǎn)生的電荷的檢測(cè)。

[mayer等，核科學(xué)研討會(huì)，1996，會(huì)議記錄，1996ieee]公開了一種具有亞毫米分辨率的用于測(cè)量輻射的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中還可確定輻射的位置，該系統(tǒng)基于cdznte檢測(cè)器的使用。

最后，[lameres等，ieee傳感器2010會(huì)議]公開了一種輻射檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于由入射的輻射在系統(tǒng)中產(chǎn)生的電荷的累積，該系統(tǒng)同樣使得能夠指示該輻射碰撞的位置。

通常，這樣的檢測(cè)系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他系統(tǒng)需要復(fù)雜的電路，這使得它們是昂貴的并且具有高的故障敏感性，并且它們提供的分辨率在最好情況下達(dá)到約十分之幾度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，需要至少解決上述問(wèn)題中的一些問(wèn)題的新的溫度測(cè)量設(shè)備和制造這樣的溫度測(cè)量設(shè)備的方法。本發(fā)明的目的是滿足所述需要。

根據(jù)第一方面，上述目的通過(guò)提供一種包括磁性金屬材料的薄膜片的溫度測(cè)量設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述薄膜片由多個(gè)區(qū)域形成并且所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域包括電壓讀取裝置；使得在操作中并且在存在施加的磁場(chǎng)的情況下，所述多個(gè)區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域中的溫度變化在所述一個(gè)區(qū)域中產(chǎn)生電壓(即，在所述一個(gè)區(qū)域中引起電勢(shì)的變化)，所述電壓能夠通過(guò)對(duì)應(yīng)于所述一個(gè)區(qū)域的電壓讀取裝置來(lái)讀取。

以該方式，獲得簡(jiǎn)單且高效的溫度測(cè)量設(shè)備(即，不需要復(fù)雜的電路)。此外，因?yàn)楸∧て粍澐殖啥鄠€(gè)區(qū)域，所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域均包括用于當(dāng)所述區(qū)域中發(fā)生溫度變化時(shí)獲得電壓測(cè)量值的讀取裝置，所以溫度測(cè)量設(shè)備能夠檢測(cè)在非常局部的點(diǎn)處的小的溫度變化。

另一方面，不需要任何特殊的膜沉積(這適于要測(cè)量溫度的表面)，并且可以使用任意類型的鐵磁金屬材料。

此外，上述溫度測(cè)量設(shè)備是可以使用傳統(tǒng)技術(shù)并以降低的成本來(lái)制造的簡(jiǎn)單設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備對(duì)象的另一優(yōu)點(diǎn)是可以針對(duì)溫度測(cè)量獲得空間分辨率。

為了在薄膜片中獲得多個(gè)區(qū)域，如下文將描述的，必須通過(guò)光刻處理、掩模等將薄膜片進(jìn)行劃分。

基本上，設(shè)備的操作的技術(shù)描述基于以下前提。

可以通過(guò)一對(duì)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述電子導(dǎo)體中的電荷傳遞和熱傳遞的基本系數(shù)，在所述動(dòng)力學(xué)方程中電流和熱流與它們的對(duì)應(yīng)共軛力即電場(chǎng)e和熱梯度▽t是線性相關(guān)的。由于電流j和熱u可以互相作用，所以定義了如下傳輸矩陣：其中，在對(duì)角線之外的元素通過(guò)昂薩格-開爾文(onsager-kelvin)倒易關(guān)系而相關(guān)聯(lián)。該傳輸矩陣以熱電為基礎(chǔ)，通過(guò)珀?duì)柼?peltier)系數(shù)提供了u與j之間的關(guān)系。

磁性金屬材料群的具有上/下磁自旋矩(術(shù)語(yǔ)“自旋”被理解為基本粒子或原子核的固有轉(zhuǎn)矩)特性的電子的不同態(tài)密度和費(fèi)米速度對(duì)于相反自旋方向而言產(chǎn)生不同的導(dǎo)電率。當(dāng)自旋弛豫時(shí)間大于矩的弛豫時(shí)間時(shí)，必須在遷移方程中考慮自旋相關(guān)部分。因此，存在基于昂薩格(onsager)倒易的取決于自旋的塞貝克(seebeck)系數(shù)和珀?duì)柼?peltier)系數(shù)。另一方面，在磁性導(dǎo)體中，自旋軌道相互作用引入各向異性熱電電壓，作為溫度梯度與材料的磁化強(qiáng)度m之間的角度θ的函數(shù)。這些是各向異性磁阻(anisotropicmagnetoresistance,amr)和平面霍爾效應(yīng)(planarhalleffect,phe)的熱對(duì)應(yīng)部分(thermalcounterparts)(昂薩格倒易)。在平面能斯特效應(yīng)(planarnernsteffect,pne)中，橫向電壓通過(guò)下式與磁化強(qiáng)度m和角度θ相關(guān)：

其中，m和具有在xy平面中的分量。然而，磁性金屬材料中的將由于異常能斯特效應(yīng)(anomalousnersteffect,ane)而產(chǎn)生電勢(shì)差vxy：

其中，sxx是線性塞貝克系數(shù)，是磁化強(qiáng)度的單位矢量，以及ξ是能斯特系數(shù)。因此，在存在磁場(chǎng)的情況下，在磁性金屬材料的薄片上產(chǎn)生平面能斯特效應(yīng)和異常能斯特效應(yīng)。

如在ane方程中可見，其中溫度差與其磁化強(qiáng)度成比例的系統(tǒng)產(chǎn)生與磁化強(qiáng)度和溫度差二者垂直的電壓(參見圖2)

因此，對(duì)區(qū)域中的電壓(即，由于區(qū)域中的溫度變化而引起的區(qū)域中的電勢(shì)變化)的測(cè)量還使得可以確定其中發(fā)生溫度變化的位置(更準(zhǔn)確地，薄膜片的區(qū)域)。

因?yàn)槿惪讼禂?shù)在鐵磁金屬中處于微伏特每開爾文的量級(jí)，并且能斯特系數(shù)通常在0.1與0.5之間變化，所以可以求解微開爾文量級(jí)的溫度變化，從而產(chǎn)生一微伏特分?jǐn)?shù)量級(jí)的電壓(tension)，其中溫度變化可以用對(duì)應(yīng)的讀取裝置來(lái)讀取。

此時(shí)，重要的是注意，所施加的磁場(chǎng)可以平行于薄膜的平面或者至少盡可能平行于設(shè)備的取向，并且可以具有大于1900a/m的值。

根據(jù)一些示例，在設(shè)備中包括的薄膜片的厚度可以在10nm至100nm的范圍內(nèi)。

另一方面，薄膜片的磁性金屬材料可以選自：

·半金屬磁性材料；

·鈣鈦礦氧化物材料；

·坡莫合金型合金；

·鎳鉻合金；

·室溫下的金屬鐵磁性元素。

半金屬磁性材料可以選自la2/3sr1/3mno3、la2/3ca1/3mno3、fe3o4，而鐵磁性金屬元素可以選自fe、ni。

根據(jù)其他示例，用于讀取電壓的讀取裝置可以在每個(gè)區(qū)域中包括金屬材料的沉積物(例如，金屬觸點(diǎn))。這些沉積物使得能夠測(cè)量由在薄膜片中產(chǎn)生的溫度變化在薄膜片中(更準(zhǔn)確地是在薄膜片的發(fā)生該溫度變化的區(qū)域中，其中溫度變化引起電壓的產(chǎn)生)產(chǎn)生的電壓，即薄膜片中的局部溫度變化在這些沉積物(它們可以具有例如金屬觸點(diǎn)的形狀)中產(chǎn)生待測(cè)量的電壓。沉積物可以在薄膜片上形成規(guī)則的陣列。

因此，這些電壓讀取裝置可以針對(duì)每個(gè)區(qū)域具有例如多個(gè)金屬觸點(diǎn)(至少兩個(gè))的配置，在金屬觸點(diǎn)處可以連接導(dǎo)線(例如，由銅制成)，金屬觸點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)線的其他端可以連接至例如毫微伏特計(jì)或類似設(shè)備以確定區(qū)域中的電壓變化。

根據(jù)一些示例，沉積物可以是選自鉑、金、鈀、銀、銅、鋁的材料。另外，沉積物可以是點(diǎn)狀沉積物(punctualdeposition)，并且同一區(qū)域的沉積物之間的間隔可以在微米至毫米的范圍內(nèi)。

根據(jù)其他示例，溫度測(cè)量設(shè)備還可以包括在其上設(shè)置磁性金屬材料的薄膜片的襯底。

根據(jù)另外的示例，還提供了一種用于測(cè)量粒子的碰撞點(diǎn)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括：上述溫度測(cè)量設(shè)備；以及動(dòng)能吸收材料片，其被配置成將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成溫度變化(即，該動(dòng)能吸收材料片在溫度測(cè)量設(shè)備中產(chǎn)生局部溫度變化)。

基本地，當(dāng)粒子碰撞到動(dòng)能吸收材料片上時(shí)，該動(dòng)能吸收材料片將粒子的能量轉(zhuǎn)換成溫度變化，該溫度變化在薄膜片的與動(dòng)能吸收材料片中的粒子碰撞點(diǎn)相接觸的對(duì)應(yīng)區(qū)域中產(chǎn)生電壓，其中通過(guò)對(duì)應(yīng)的電壓讀取裝置(存在于區(qū)域中的那些電壓讀取裝置)可以讀取或獲得由于粒子的碰撞而產(chǎn)生的電壓值。另外，還可以確定粒子在薄膜片上的碰撞點(diǎn)(即，薄膜片中已經(jīng)受到粒子碰撞的區(qū)域)，這是因?yàn)樵搮^(qū)域提供了非零電壓值，而薄膜片的剩余區(qū)域具有零電壓值。因此，可以獲得使得能夠以簡(jiǎn)單且廉價(jià)的方式來(lái)確定粒子撞擊或碰撞的位置的系統(tǒng)。

根據(jù)另外的示例，本發(fā)明提供了一種測(cè)量輻射束的碰撞點(diǎn)的系統(tǒng)，包括：上述溫度測(cè)量設(shè)備；以及輻射吸收材料片，其被配置成將輻射束的能量轉(zhuǎn)換成熱(即，該輻射吸收材料片在溫度測(cè)量設(shè)備中引起局部溫度變化)。

以與上述系統(tǒng)相同的方式，當(dāng)輻射束碰撞到輻射吸收材料片上時(shí)，輻射吸收材料片將輻射束的能量轉(zhuǎn)換成溫度變化(例如，轉(zhuǎn)換成熱)，該溫度變化在薄膜片的與輻射吸收材料片中的受到輻射束碰撞的點(diǎn)相接觸的對(duì)應(yīng)區(qū)域中產(chǎn)生電壓。通過(guò)對(duì)應(yīng)區(qū)域的電壓讀取裝置(存在于區(qū)域中的那些電壓讀取裝置)，可以確定由于輻射束碰撞而產(chǎn)生的電壓值。此外，還可以確定輻射束在片上的碰撞點(diǎn)(即，片中已經(jīng)受到輻射束碰撞的區(qū)域)，這是因?yàn)樵搮^(qū)域提供了不為于零的電壓值，而薄膜片的剩余區(qū)域具有零電壓值。因此，可以獲得使得能夠簡(jiǎn)單且廉價(jià)地確定輻射束碰撞的位置的系統(tǒng)。

此時(shí)，重要的是注意，可以例如通過(guò)激光來(lái)產(chǎn)生輻射束。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造溫度測(cè)量設(shè)備的方法，該方法包括：

·提供包括前體陽(yáng)離子和聚合物的水溶液；

·通過(guò)沉積處理將水溶液沉積在襯底上；

·使襯底經(jīng)受加熱處理；以及

·在襯底中生成多個(gè)金屬沉積物(4)。

根據(jù)一些示例，沉積處理可以是物理真空沉積處理，該物理真空沉積處理可以選自：

·旋轉(zhuǎn)涂布；

·濺射；

·原子層沉積；

·脈沖激光沉積(pld)。

另外，在襯底中生成多個(gè)金屬沉積物的步驟包括：

o在襯底上沉積金屬；

o向襯底施加掩模；以及

o應(yīng)用光刻處理以在襯底上獲得多個(gè)點(diǎn)狀金屬沉積物。

如上所述，金屬點(diǎn)沉積物可以是金屬觸點(diǎn)。

在水溶液中包括的前體陽(yáng)離子可以選自la、sr、ca、mn、fe、cr、ni；并且其濃度可以在毫摩爾范圍內(nèi)。

另一方面，聚合物可以選自水溶性pei(聚乙烯亞胺)聚合物或殼聚糖聚合物；并且其濃度可以在毫摩爾范圍內(nèi)。

根據(jù)一些示例，在其上沉積水溶液的襯底可以是磁性金屬材料，磁性金屬材料可以選自：

·半金屬磁性材料；

·鈣鈦礦氧化物材料；

·坡莫合金型合金；

·鎳鉻合金；

·室溫下的金屬鐵磁性元素。

磁性半金屬材料可以選自la2/3sr1/3mno3、la2/3ca1/3mno3、fe3o4，而鐵磁性金屬元素可以選自fe、ni。

根據(jù)另外的示例，使襯底經(jīng)受加熱處理的步驟可以包括：使襯底經(jīng)受溫度被設(shè)置在600℃至900℃的范圍內(nèi)的加熱處理。

根據(jù)再另外的示例，沉積物可以是選自鉑、金、鈀、銀、銅、鋁的材料。

本發(fā)明的實(shí)施方式的其他優(yōu)點(diǎn)和特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言根據(jù)說(shuō)明書將變得明顯，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中獲知。

附圖說(shuō)明

參照附圖通過(guò)非限制性示例來(lái)描述本發(fā)明的特定實(shí)施方式，在附圖中：

圖1示出根據(jù)本說(shuō)明書的溫度測(cè)量設(shè)備的示例。

圖2示出通過(guò)熱梯度產(chǎn)生的作為磁場(chǎng)h的量值的函數(shù)的電壓差的變化的圖形表示。

圖3示出通過(guò)溫度梯度產(chǎn)生的電壓v的通過(guò)改變施加的磁場(chǎng)h而發(fā)生的變化的圖形表示。

具體實(shí)施方式

如圖1中可見，根據(jù)一些示例，溫度測(cè)量設(shè)備(1)可以包括磁性金屬材料的薄膜片(2)。該薄膜片(2)可以由多個(gè)區(qū)域(3)形成，這些區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域在區(qū)域中包括電壓讀取裝置(4)。因此，當(dāng)設(shè)備(1)在操作中并且在存在施加的磁場(chǎng)的情況下時(shí)，在多個(gè)區(qū)域(3)中的一個(gè)區(qū)域中的溫度變化產(chǎn)生電壓(即，溫度變化在所述一個(gè)區(qū)域中引起電勢(shì)變化)，該電壓能夠通過(guò)對(duì)應(yīng)區(qū)域的電壓讀取裝置來(lái)讀取。

薄膜片(2)的磁性金屬材料可以選自：

·半金屬磁性材料；

·鈣鈦礦氧化物材料；

·坡莫合金型合金；

·鎳鉻合金；

·室溫下的金屬鐵磁性元素。

磁性半金屬材料可以選自la2/3sr1/3mno3、la2/3ca1/3mno3、fe3o4，而鐵磁性金屬元素可以選自fe、ni。

另一方面，片(2)的厚度可以在10nm至100nm的范圍內(nèi)。

根據(jù)一些示例，所施加的磁場(chǎng)可以平行于設(shè)備的取向并且可以具有大于1900a/m的值。

對(duì)應(yīng)區(qū)域的電壓讀取裝置(4)可以具有多個(gè)電觸點(diǎn)(例如，兩個(gè))的配置，所述多個(gè)電觸點(diǎn)中的每個(gè)電觸點(diǎn)可以連接至導(dǎo)線(例如，銅線)的端部。導(dǎo)線的另一端可以連接至毫微伏特計(jì)等(未示出)以測(cè)量區(qū)域中的電壓變化。

基本地，圖1還示出了當(dāng)溫度測(cè)量設(shè)備(1)形成用于確定輻射束或粒子的碰撞點(diǎn)的系統(tǒng)的一部分時(shí)溫度測(cè)量設(shè)備(1)的操作，在所述系統(tǒng)中引入片(5)，片(5)將粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成溫度變化(在該情況下，片(5)可以是動(dòng)能吸收材料片)或者將輻射束的能量轉(zhuǎn)換成熱(在該情況下，片(5)可以是輻射吸收材料片)，從而產(chǎn)生梯度或溫度變化(6)。該溫度梯度(6)在存在磁場(chǎng)(7)的情況下產(chǎn)生電壓(8)，電壓(8)被測(cè)量并且使得能夠確定輻射或粒子的碰撞點(diǎn)。

在一些示例中，沉積具有5mm×5mm的邊尺寸的鐵磁金屬氧化物la2/3sr1/3mno3(lsmo)的35nm厚的層。通過(guò)脈沖激光沉積(pld)將該層沉積在0.5mm厚的單晶srtio3(sto)襯底上。

在lsmo膜的一端，通過(guò)蒸發(fā)來(lái)沉積4mm長(zhǎng)、100微米寬和10nm厚的pt線。為了確定或測(cè)量響應(yīng)于熱梯度的產(chǎn)生而產(chǎn)生的電壓，如上所述，通過(guò)銅線將鉑線的端部連接至毫微伏特計(jì)以確定電壓變化。

頂部具有l(wèi)smo層的sto被布置在內(nèi)部具有陶瓷電阻的銅塊上，陶瓷電阻用于改變溫度并且因此在lsmo膜的底部與頂部之間產(chǎn)生熱梯度。另外，系統(tǒng)經(jīng)受10-5托的基礎(chǔ)壓力，以避免可引起寄生梯度的不受控的熱梯度，該寄生梯度會(huì)影響測(cè)量值。

向銅塊中的電阻器施加電流，以增加基部的溫度從而產(chǎn)生穿過(guò)lsmo膜的熱梯度。當(dāng)非常小的功率被耗散(幾個(gè)mw)時(shí)，固定至銅基的gaas二極管不能檢測(cè)溫度的任何變化。然而，如圖3中可見，在執(zhí)行磁場(chǎng)掃描的情況下，出現(xiàn)了由于異常能斯特效應(yīng)(ane)而產(chǎn)生的鉑帶端部之間的橫向電壓。如根據(jù)ane方程預(yù)期的，在改變磁場(chǎng)時(shí)該電壓改變符號(hào)。一旦達(dá)到lsmo系統(tǒng)的飽和磁化強(qiáng)度，則電壓隨著磁場(chǎng)而穩(wěn)定。另外，電壓隨著穿過(guò)lsmo層的熱梯度線性地增加。對(duì)于所示出的示例，估計(jì)的溫度變化在35nmlsmo層的頂部與底部之間是2微開爾文。

雖然在此僅描述了一些特定實(shí)施方式和示例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到不但其他替選實(shí)施方式和/或用途是可能的，而且明顯的修改和等效元素是可能的。另外，本公開包含已經(jīng)描述的特定實(shí)施方式的所有可能組合。與附圖有關(guān)的并且置于權(quán)利要求的括號(hào)中的附圖標(biāo)記僅意在增加對(duì)權(quán)利要求的理解，而并不應(yīng)被理解為限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。本公開的范圍不應(yīng)限于特定實(shí)施方式，而是應(yīng)當(dāng)僅通過(guò)對(duì)所附權(quán)利要求的適當(dāng)閱讀來(lái)確定。