一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器制造技术

本发明专利技术涉及加速度探测领域，具体提供了一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器，本发明专利技术提供了一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器。本发明专利技术中，钉扎层、势垒层、自由层构成磁隧道结。应用时，在加速度的作用下，质量块压缩自由层；同时，应用固定磁场作用于本发明专利技术。通过测量在加速度作用下和未在加速度作用下，磁隧道结磁电阻的差异，确定待测加速度。在本发明专利技术中，质量块改变了自由层内部的应力，改变了势垒层中产生的量子隧穿，从而改变了磁隧道结的磁电阻。因为自由层的磁性或自旋严重地依赖于其内部的应力，所以本发明专利技术具有加速度探测灵敏度高的优点。另外，本发明专利技术是基于传统电学的，信号处理简单，器件尺寸小。器件尺寸小。器件尺寸小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器


[0001]本专利技术涉及加速度探测领域，具体涉及一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器。

技术介绍

[0002]加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。虽然，基于光纤的加速度传感器能够实现较为灵敏的加速度探测，但是，基于光纤的加速度传感器需要光源和光探测设备，这些使得基于光纤的加速度传感器设备复杂，质量重。因此，基于电学原理的加速度传感器仍然占据主流。常见的基于电学原理的加速度传感器有电容式、电感式、应变式、压电式等。由于其机理的限制，这些传统加速度传感器的灵敏度低，不能满足高灵敏度加速度的探测需求。

技术实现思路

[0003]为解决以上问题，本专利技术提供了一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器，包括反铁磁层、钉扎层、势垒层、自由层、质量块，钉扎层置于反铁磁层上，势垒层置于钉扎层上，自由层置于势垒层上，势垒层隔开钉扎层和自由层，质量块置于自由层上，质量块的尺寸小于自由层的表面积。
[0004]更进一步地，还包括突出部，突出部固定连接在质量块的下侧，突出部伸入自由层内。
[0005]更进一步地，突出部为圆柱形，突出部周期性设置。
[0006]更进一步地，突出部的材料与自由层的材料不同。
[0007]更进一步地，质量块为磁性材料。
[0008]更进一步地，还包括弹性部，弹性部置于自由层上，质量块固定在弹性部上。
[0009]更进一步地，自由层的表面设有凹槽，凹槽内设有颗粒，弹性部置于颗粒上。
[0010]更进一步地，颗粒的材料为磁性材料。
[0011]更进一步地，颗粒的材料与自由层的材料不同。
[0012]更进一步地，颗粒的材料为压磁材料。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器。本专利技术中，钉扎层、势垒层、自由层构成磁隧道结。应用时，在加速度的作用下，质量块压缩自由层；同时，应用固定磁场作用于本专利技术。通过测量在加速度作用下和未在加速度作用下，磁隧道结磁电阻的差异，确定待测加速度。在本专利技术中，质量块改变了自由层内部的应力，改变了自由层的自旋状态，改变了势垒层中产生的量子隧穿，从而改变了磁隧道结的磁电阻。因为自由层的磁性或自旋严重地依赖于其内部的应力，所以本专利技术具有加速度探测灵敏度高的优点。另外，本专利技术是基于传统电学的，信号处理简单，器件尺寸小。
[0014]以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0015]图1是一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器的示意图。
[0016]图2是又一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器的示意图。
[0017]图3是又一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器的示意图。
[0018]图4是又一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器的示意图。
[0019]图中：1、反铁磁层；2、钉扎层；3、势垒层；4、自由层；5、质量块；6、突出部；7、弹性部；8、颗粒。
具体实施方式
[0020]为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
[0021]实施例1
[0022]本专利技术提供了一种基于磁隧道结的加速度探测器，如图1所示，包括反铁磁层1、钉扎层2、势垒层3、自由层4、质量块5。反铁磁层1的材料为硬磁反铁磁材料，具体地，反铁磁层1的材料为IrMn、PtMn、FeMn。钉扎层2置于反铁磁层1上。钉扎层2的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，具体地，钉扎层2的材料为Co、Fe、CoFe、CoFeB、CoFeAl合金。势垒层3置于钉扎层2上。自由层4置于势垒层3上。势垒层3隔开钉扎层2和自由层4。势垒层3的材料为三氧化二铝或氧化镁。势垒层3的厚度大于0.8纳米、小于3纳米，以便在自由层4和钉扎层2之间实现量子隧穿效应。自由层4的材料为磁各向异性弱的软磁材料，具体地，自由层4的材料为NiFe合金、CoFe合金、CoFeB合金。质量块5置于自由层4上。质量块5的尺寸小于自由层4的表面积。这样一来，在自由层4的表面留有空间以便于测量磁隧道结的电阻。质量块5的个数可以为一个，也可以为多个：当测量较大加速度时，质量块5的数目较少；当测量较小加速度时，质量块5的数目较多。同样，也可以应用不同尺寸或质量的质量块5：当测量较大加速度时，质量块5的质量较小；当测量较小加速度时，质量块5的质量较大。这样的设计方便针对不同大小的加速度探测，也就是说，根据所测加速度的大小改造本专利技术时，操作方便和简单。
[0023]本专利技术中，钉扎层2、势垒层3、自由层4构成磁隧道结。一般地，磁隧道结是指在两块铁磁薄片之间夹一层纳米级别的绝缘层，构成所谓的结元件。在铁磁材料中，由于量子力学交换作用，铁磁金属的3d轨道局域电子能带发生劈裂，使费米面附近自旋向上和向下的电子具有不同的能态密度。在绝缘体中产生的量子隧穿效应的机理是与自旋相关的隧穿效应。磁隧道结的结构一般为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层的三明治结构。在本专利技术中，钉扎层2、势垒层3、自由层4构成磁隧道结。
[0024]应用时，在加速度的作用下，质量块5压缩自由层4；同时，应用固定磁场作用于本专利技术。通过测量在加速度作用下和未在加速度作用下，磁隧道结磁电阻的差异，确定待测加速度。在本专利技术中，质量块5改变了自由层4内部的应力，从而改变了自由层4的自旋状态，从而改变了势垒层3中的量子隧穿，从而改变了磁隧道结的磁电阻。因为自由层4的磁性或自旋严重地依赖于其内部的应力，所以本专利技术具有加速度探测灵敏度高的优点。另外，本专利技术是基于传统电学的，器件尺寸小。另外，磁隧道结的电阻具有灵敏度高、温度稳定性好、功耗低的优点。当磁隧道结被用于加速度探测时，以上优点也被带到本专利技术中。也就是说，本发
明也具有灵敏度高、温度稳定性好和功耗低的优点。
[0025]实施例2
[0026]在实施例1的基础上，如图2所示，还包括突出部6，突出部6的材料与质量块5的材料相同，突出部6固定连接在质量块5的下侧，突出部6伸入自由层4内。也就是说，自由层4的表面具有与突出部6相匹配的凹陷。突出部6的形状可以为任意形状，突出部6的尺寸大于1微米、效应10微米，以便于突出部6和自由层4表面凹陷的制备。具体地，突出部6为圆柱形，突出部6周期性设置。也就是说，在加速度作用下，突出部6和质量块5一起压缩自由层4。这样，由于突出部6深入到自由层4的内部，突出部6对自由层4内的应力改变更多，从而更多地改变自由层4的自旋状态，从而更多地改变势垒层3中的量子隧穿，从而更多地改变磁隧道结的磁电阻，从而更进一步地提高加速度探测的灵敏度。
[0027]实施例3
[0028]在实施例2的基础上，突出部6的材料与自由层4的材料不同。更进一步地，突出部6也为软磁材料。这样一来，在加速度的作用下，突出部6更多地改变了自由层4内的磁性材料分布，也就是更多地改变了自由层4内部的磁导率分布，从而更多地改变了自由层4内的自旋状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子效应的高灵敏加速度探测器，其特征在于，包括反铁磁层、钉扎层、势垒层、自由层、质量块，所述钉扎层置于所述反铁磁层上，所述势垒层置于所述钉扎层上，所述自由层置于所述势垒层上，所述势垒层隔开所述钉扎层和所述自由层，所述质量块置于所述自由层上，所述质量块的尺寸小于所述自由层的表面积。2.如权利要求1所述的基于量子效应的高灵敏加速度探测器，其特征在于：还包括突出部，所述突出部固定连接在所述质量块的下侧，所述突出部伸入所述自由层内。3.如权利要求2所述的基于量子效应的高灵敏加速度探测器，其特征在于：所述突出部为圆柱形，所述突出部周期性设置。4.如权利要求3所述的基于量子效应的高灵敏加速度探测器，其特征在于：所述突出部的材料与所述自由层的材料不同。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：于孟今，
申请(专利权)人：于孟今，
类型：发明
国别省市：