KR101327788B1 - 자기장 센서 및 그를 이용한 자기장 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

자기장 센서 및 그를 이용한 자기장 측정 방법을 개시한다. 본 발명의 자기장 센서는 적어도 하나의 도전성 라인 및 상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프를 갖는 소자를 포함하고, 상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 2차원 고체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기장 센서 및 그를 이용한 자기장 측정 방법{Magnetic field sensor and method of measuring magnetic field using the same}
본 발명은 자기장 센서 및 자기장 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전자의 간섭 효과를 이용한 자기장 센서 및 그를 이용한 자기장 측정 방법에 관한 것이다.
전자의 간섭 효과를 이용하면, 고감도의 자기장 센서를 구현할 수 있다. 이러한 자기장 센서는 인체에서 발생하는 미세 자기장, 예컨대, 심자도(magnetocardiography) 또는 뇌자도(magnetoencephalography)를 측정하는 센서로 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 미세 소자나 다른 물질에서 발생하는 자기장을 측정하는데도 사용될 수 있다.
그러나 종래의 자기장 센서의 경우 상온에서 동작하기 어렵다는 문제가 있다. 그 이유는 다음과 같다. 상온에서 소정 물질층의 양자 간섭 효과를 이용하기 위해서는 상기 물질층의 길이가 수 나노미터 수준으로 매우 짧아야 한다. 그런데 현재의 리소그라피(lithography) 공정으로는 수 나노미터의 물질층을 포함하는 소자를 구현하기 어렵다. 그러므로 일반적으로 상기 물질층을 형성이 용이한 길이로 길게 형성하고, 상기 물질층으로 이루어진 자기장 센서를 저온에서 동작시킨다. 저온에서는 상기 물질층의 길이가 길더라도, 상기 물질층의 양자 간섭 효과가 유지될 수 있기 때문이다. 따라서 종래의 자기장 센서는 저온 동작을 위한 냉각 장치를 포함한다. 상기 냉각 장치로 인해 자기장 센서의 제조 및 유지 비용이 증가되고, 상기 자기장 센서를 포함하는 측정 시스템의 크기가 과도하게 커진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 전자의 간섭 효과를 이용하는 자기장 센서로서 상온에서 동작될 수 있는 자기장 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 자기장 센서를 이용한 자기장 측정 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 적어도 하나의 도전성 라인; 및 상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프;를 갖는 소자를 포함하고, 상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 2차원 고체를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서를 제공한다.
상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 탄소, BN(boron nitride), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide), CdTe(Cadmium Telluride) 및 NbSe2(niobium selenide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 2차원 고체는 그래핀(graphene), BN(boron nitride)의 단층(single-layer), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide)의 반층(half-layer), CdTe(Cadmium Telluride)의 단층 및 NbSe2(niobium selenide)의 단층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 상기 2차원 고체의 복층을 포함할 수 있다.
상기 도전성 루프는 원형 또는 다각형일 수 있다.
상기 도전성 라인 두 개에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 연결될 수 있다.
상기 두 개의 도전성 라인은 동일축 상에 이격하여 배치되고, 상기 두 개의 도전성 라인 사이에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 배치될 수 있다. 이때, 상기 두 개의 도전성 라인의 단부들 중에서 상기 도전성 루프와 인접하지 않은 단부 각각에 전극이 구비될 수 있다.
상기 두 개의 도전성 라인은 평행한 서로 다른 축 상에 배치되고, 상기 두 개의 도전성 라인 사이에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 배치될 수 있다. 이때, 상기 두 개의 도전성 라인 각각의 양단에 전극이 구비될 수 있다.
상기 도전성 라인 하나에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 연결될 수 있다.
적어도 하나의 상기 도전성 루프는 상기 도전성 라인의 양단을 제외한 나머지 영역에 연결될 수 있다. 이때, 상기 도전성 라인의 상기 양단 각각에 전극이 구비될 수 있다. 상기 도전성 루프는 두 개이고, 상기 두 개의 도전성 루프는 상기 도전성 라인의 양측에 배치될 수 있다. 상기 두 개의 도전성 루프는 상기 도전성 라인을 중심으로 대칭 또는 비대칭일 수 있다.
본 발명의 자기장 센서는 상기 소자와 동일한 구성을 갖는 다른 소자를 적어 도 하나 더 포함할 수 있고, 상기 소자 및 상기 다른 소자의 상기 도전성 루프의 크기는 서로 다를 수 있다.
상기 다른 소자는 적어도 두 개이고, 상기 다른 소자들의 도전성 루프의 크기는 서로 다를 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 적어도 하나의 도전성 라인 및 상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프를 갖는 소자에 자기장을 인가하는 단계; 및 상기 도전성 루프에 상기 자기장이 인가된 상태에서, 상기 소자의 전기 저항을 측정하는 단계;를 포함하되, 상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 2차원 고체를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법을 제공한다.
상기 2차원 고체는 그래핀(graphene), BN(boron nitride)의 단층(single-layer), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide)의 반층(half-layer), CdTe(Cadmium Telluride)의 단층 및 NbSe2(niobium selenide)의 단층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 도전성 라인은 두 개이고, 상기 두 개의 도전성 라인이 동일축 상에 이격하여 배치되고, 상기 도전성 라인들 사이에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 배치되며, 상기 도전성 라인들의 단부들 중에서 상기 도전성 루프와 인접하지 않은 단부 각각에 제1 및 제2 전극이 구비될 수 있다. 이때, 상기 전기 저항은 상기 제1 및 제2 전극 사이의 전기 저항일 수 있다.
상기 도전성 라인은 하나이고, 상기 도전성 라인의 양단을 제외한 나머지 영역에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 연결되며, 상기 도전성 라인의 상기 양단 각각에 제1 및 제2 전극이 구비될 수 있다. 이때, 상기 전기 저항은 상기 제1 및 제2 전극 사이의 전기 저항일 수 있다.
상기 도전성 라인은 두 개이고, 상기 두 개의 도전성 라인이 서로 다른 축 상에 배치되고, 상기 두 개의 도전성 라인 사이에 그들과 연결된 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 배치되며, 상기 두 개의 도전성 라인 각각의 양단에 전극이 구비될 수 있다. 이때, 상기 전기 저항은 상기 두 개의 도전성 라인 중 어느 하나의 양단에 연결된 전극들 사이의 전기 저항일 수 있다. 상기 두 개의 도전성 라인 중 나머지 하나의 양단에 연결된 전극들 사이에 전압을 인가할 수 있다.
또한 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 적어도 하나의 도전성 라인 및 상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프를 갖는 소자를 적어도 두 개 포함하는 어레이에 자기장을 인가하는 단계; 및 상기 소자들의 상기 도전성 루프들에 상기 자기장이 인가된 상태에서, 상기 각 소자의 전기 저항을 측정하는 단계;를 포함하되, 상기 소자들의 상기 도전성 루프의 크기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법을 제공한다.
상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 2차원 고체를 포함할 수 있다.
상기 2차원 고체는 그래핀(graphene), BN(boron nitride)의 단층(single-layer), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide)의 반층(half-layer), CdTe(Cadmium Telluride)의 단층 및 NbSe2(niobium selenide)의 단층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은 자기장 센서의 도전성 라인과 도전성 루프로서 2차원 고체를 사용한다. 이러한 본 발명에 따르면, 현재의 리소그라피 공정으로 용이하게 형성할 수 있는 크기의 패턴층을 가지면서도 상온에서 동작될 수 있는 자기장 센서를 구현할 수 있다. 그러므로 본 발명은 자기장 센서의 제조 및 유지 비용을 줄일 수 있고, 자기장 센서를 포함하는 측정 시스템의 크기를 획기적으로 축소시킬 수 있다.
부가해서, 서로 다른 크기의 도전성 루프를 갖는 센서의 어레이를 이용하면, 측정할 수 있는 자기장 영역의 폭을 넓힐 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기장 센서 및 그를 이용한 자기장 측정 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 도면들에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 센서를 보여준다.
도 1을 참조하면, 제1 및 제2 도전성 라인(conductive line)(10, 20)이 동일선 상에 이격하여 배치되어 있다. 제1 및 제2 도전성 라인(10, 20) 사이에 그들과 연결된 도전성 루프(conductive loop)(30)가 존재한다. 제1 및 제2 도전성 라 인(10, 20)과 도전성 루프(30)는 탄소, BN(boron nitride), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide), CdTe(Cadmium Telluride) 및 NbSe2(niobium selenide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 및 제2 도전성 라인(10, 20)과 도전성 루프(30)는 탄소로 이루어진 결정 구조 중 하나인 그래핀(graphene), BN(boron nitride)의 단층(single-layer), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide)의 반층(half-layer), CdTe(Cadmium Telluride)의 단층 및 NbSe2(niobium selenide)의 단층 중 적어도 하나를 포함한다. 상기한 그래핀(graphene), BN의 단층, BSCCO의 반층(half-layer), CdTe의 단층 및 NbSe2의 단층은 2차원 고체라고 칭한다. 그래핀(graphene)을 예로 들어 상기 2차원 고체에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. 그래핀(graphene)은 탄소로 이루어진 단층 구조물이다. 소정의 절연층이나 반도체층 상에 형성된 그래핀(graphene) 내에서 전자의 파동 이동이 가능하다. 이렇게 전자의 파동 이동이 가능한 단층 또는 반층(half-layer)의 도전 물질층을 2차원 고체라고 한다. 이러한 2차원 고체 내에서 파동 이동하는 전자의 위상 변화는 적다. 따라서 2차원 고체로 이루어진 물질층의 경우 수 마이크로미터의 길이를 갖더라도 상온에서 전자의 간섭 효과가 나타날 수 있다. 그러므로 2차원 고체를 이용하면, 현재의 리소그라피 공정으로 용이하게 구현할 수 있는 크기의 패턴층을 가지면서도 상온에서 동작될 수 있는 자기장 센서를 구현할 수 있다.
상기 2차원 고체의 복층 구조물, 예컨대, 상기한 2차원 고체들 중 어느 하나 가 2∼10회 정도 반복 적층된 구조물도 2차원 고체와 유사한 전기적 특성을 보일 수 있다. 그러므로, 제1 및 제2 도전성 라인(10, 20)과 도전성 루프(30)는 상기 2차원 고체의 복층을 포함할 수도 있다.
제1 및 제2 도전성 라인(10, 20)의 단부들 중에서 도전성 루프(30)와 인접하지 않은 제1 및 제2 단부(E1, E2) 상에 제1 및 제2 전극(미도시)이 구비될 수 있다. 제1 단부(E1)에서 제2 단부(E2) 방향으로 전자들을 이동시키면, 상기 전자들의 이동 경로는 도전성 루프(30)에 의해 분리된다. 도전성 루프(30)에 의해 분리되어 파동 이동하는 전자들은 도전성 루프(30)와 제2 도전성 라인(20)의 접합부에서 만나 간섭을 일으킨다. 상기 전자들이 파동 이동하는 동안 도전성 루프(30)에 인가되는 외부 자기장의 크기에 따라 상기 간섭의 특성이 달라지고, 그에 따라 제1 및 제2 단부(E1, E2) 사이의 전기 저항이 달라진다. 그러므로, 도전성 루프(30)에 외부 자기장이 인가된 상태에서, 제1 및 제2 단부(E1, E2) 사이의 전기 저항을 측정하면, 상기 외부 자기장의 크기가 어느 정도인지 측정할 수 있다.
도 1의 자기장 센서는 다양하게 변형될 수 있다. 도전성 루프(30)는 원형이 아닌 삼각형, 사각형 및 육각형과 같은 다각형일 수 있고, 도전성 루프(30)의 개수는 두 개 이상일 수 있다. 제1 및 제2 도전성 라인(10, 20)의 위치 관계 및 제1 및 제2 도전성 라인(10, 20)과 도전성 루프(30)의 연결 관계는 달라질 수 있고, 도전성 라인은 하나만 존재할 수도 있다. 도 2 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 자기장 센서를 보여준다.
도 2를 참조하면, 제1 및 제2 도전성 라인(10', 20')이 평행한 서로 다른 직 선 상에 배치되어 있고, 제1 및 제2 도전성 라인(10', 20') 사이에 도전성 루프(30)가 배치되어 있다. 제1 및 제2 도전성 라인(10', 20') 각각의 양단(E1'∼E4') 상에 전극(미도시)이 구비될 수 있다. 도 2의 자기장 센서는 4 프로브(probe) 방식의 센서로서, 제1 도전성 라인(10')의 양단(E1', E2')에 구비된 전극들 사이에 전압이 인가될 수 있고, 상기 전압이 인가된 상태에서 제2 도전성 라인(20')의 양단(E3', E4')에 구비된 전극들 사이의 전기 저항이 측정될 수 있다.
도 2의 도전성 루프(30)는 원형이지만, 그 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 도 3은 도 2의 도전성 루프(30)가 사각형의 도전성 루프(30')로 대체된 자기장 센서를 보여준다. 도 3의 자기장 센서에서는 제1 및 제2 도전성 라인(10', 20')의 일부가 도전성 루프(30')의 일부이다.
도 4를 참조하면, 도전성 루프(30)가 도전성 라인(10')의 양단을 제외한 나머지 영역, 예컨대, 중앙부에 연결되어 있다. 도전성 라인(10')의 상기 중앙부와 도전성 루프(30)는 연결층(5)을 사이에 두고 연결될 수 있지만, 연결층(5) 없이 직접 접할 수도 있다. 연결층(5)은 도전성 라인(10') 및 도전성 루프(30)와 동일한 재질로 형성된 것일 수 있다. 도전성 라인(10')의 양단(E1', E2') 각각에 제3 및 제4 전극(미도시)이 구비될 수 있다. 도 4의 도전성 루프(30)는 원형이지만, 그 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 도 5는 도 4의 도전성 루프(30)가 사각형의 도전성 루프(30')로 대체된 자기장 센서를 보여준다. 도 5의 도전성 루프(30)와 도전성 라인(10')간의 연결 관계는 도 6과 같이 바뀔 수도 있다. 도 6의 자기장 센서에서는 연결층(5)이 존재하지 않으며, 도전성 라인(10')의 일부가 도전성 루프(30')의 일 부이다.
또한, 도 4 및 도 5의 자기장 센서에서 도전성 루프(30, 30')의 개수는 두 개 이상일 수 있다. 그 예가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 도전성 루프(도 7의 30a, 도 8의 30a') 및 제2 도전성 루프(도 7의 30b, 도 8의 30b')가 도전성 라인(10')의 양측에 배치된다. 제1 및 제2 도전성 루프(30a, 30a', 30b, 30b')는 도전성 라인(10')을 중심으로 대칭이거나 비대칭일 수 있다.
도 2 내지 도 8의 도전성 라인 및 도전성 루프의 형성 물질은 도 1의 그것과 동일할 수 있다.
도 1 내지 도 8의 구조물 및 그들로부터 변형된 구조물은 복수 개가 어레이(array)를 이루도록 배열될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 자기장 센서는 도 1 내지 도 8의 구조물 중 어느 하나를 복수 개 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 구조물들의 도전성 루프들의 크기는 서로 다른 것이 바람직하다. 그 일례가 도 9에 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 제1 소자(100)와 제2 소자(200)가 존재한다. 제1 및 제2 소자(100, 200)는 도 1의 구조물과 동일한 구조를 갖는다. 제1 및 제2 소자(100, 200)의 차이는 도전성 루프(30, 31)의 크기에 있다. 도 9에서 도면 부호 11, 21은 제2 소자(200)의 도전성 라인들을 나타낸다. 도시하지는 않았지만, 제1 소자(100)와 동일한 구조를 갖는 또 다른 소자가 하나 이상 더 존재할 수 있다. 제1 및 제2 소자(100, 200)의 도전성 루프(30, 31)의 크기와 상기 다른 소자의 도전성 루프의 크기는 서로 다른 것이 바람직하다. 도 9는 도 1의 구조물의 어레이이지만, 본 발명의 자기장 센서는 도 2 내지 도 8의 구조물 중 어느 하나의 어레이일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 자기장 측정 방법을 설명하도록 한다.
적어도 하나의 도전성 라인 및 상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프를 갖는 소자, 예컨대, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같은 소자를 이용한 자기장 측정 방법(이하, 제1 측정 방법)은 다음과 같다. 상기 제1 측정 방법은 상기 소자에 자기장을 인가하는 제1 단계 및 상기 도전성 루프에 상기 자기장이 인가된 상태에서, 상기 소자의 전기 저항을 측정하는 제2 단계를 포함한다. 여기서, 상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 전술한 2차원 고체로 형성된 것일 수 있다.
도 1과 같은 소자의 경우, 제1 및 제2 도전성 라인(10, 20)의 단부들 중에서 도전성 루프(30)와 인접하지 않은 제1 및 제2 단부(E1, E2) 각각에 제1 및 제2 전극(미도시)이 구비될 수 있는데, 상기 제2 단계의 상기 전기 저항은 상기 제1 및 제2 전극 사이의 전기 저항일 수 있다.
도 2 및 도 3과 같은 소자의 경우, 제1 및 제2 도전성 라인(10', 20') 각각의 양단(E1'∼E4')에 전극(미도시)이 구비될 수 있는데, 상기 제2 단계의 상기 전기 저항은 제1 및 제2 도전성 라인(10', 20') 중 어느 하나의 양단에 구비된 전극들 사이의 전기 저항일 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전성 라인(10', 20') 중 나머지 하나의 양단 사이에는 전압이 인가될 수 있다.
도 4 내지 도 8과 같은 소자의 경우, 도전성 라인(10')의 양단(E1', E2') 각 각에 제3 및 제4 전극(미도시)이 구비될 수 있는데, 상기 제2 단계의 상기 전기 저항은 상기 제3 및 제4 전극 사이의 전기 저항일 수 있다.
도 10은 도 1 내지 도 8과 같은 본 발명의 자기장 센서에 인가되는 자기장의 크기에 따른 전기 저항의 변화를 보여준다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 자기장 센서에 인가되는 자기장의 크기가 증가함에 따라, 전기 저항은 진동하면서 변화된다. 즉, 전기 저항의 증가 및 감소가 주기적으로 반복된다. 따라서 두 개 이상의 서로 다른 자기장에서 동일한 전기 저항이 나타날 수 있다. 그러므로, 도 1 내지 도 8과 같은 본 발명의 자기장 센서 하나를 이용하면, 상기 전기 저항의 진동 주기의 절반에 대응하는 자기장 영역, 예컨대, 도 10의 제1 영역(R1)에 대응하는 자기장 영역을 측정할 수 있다.
한편, 도 9와 같은 본 발명의 자기장 센서의 어레이를 이용하면, 측정가능한 자기장 영역의 폭을 증가시킬 수 있다. 도 9와 같은 자기장 센서, 즉, 적어도 하나의 도전성 라인 및 상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프를 갖는 소자의 어레이를 포함하는 자기장 센서를 이용한 자기장 측정 방법(이하, 제2 측정 방법)은 다음과 같다. 상기 제2 측정 방법은 상기 소자의 어레이에 자기장을 인가하는 제1 단계 및 상기 소자들의 상기 도전성 루프들에 상기 자기장이 인가된 상태에서, 상기 각 소자의 전기 저항을 측정하는 제2 단계를 포함한다. 여기서, 상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 전술한 2차원 고체를 포함할 수 있고, 상기 소자들의 상기 도전성 루프의 크기는 서로 다를 수 있다. 상기 제2 측정 방법에서 측정되는 전기 저항은 상기 제1 측정 방법에서 측정되는 전기 저항과 동일할 수 있 다.
도 11은 도 9의 자기장 센서에 인가되는 자기장의 크기에 따른 제1 및 제2 소자(100, 200)의 전기 저항의 변화를 각각 보여준다. 도 11에서 제1 그래프(G1)는 제1 소자(100)의 전기 저항의 변화를 보여주고, 제2 그래프(G2)는 제2 소자(200)의 전기 저항의 변화를 보여준다.
도 11을 참조하면, 제1 그래프(G1)의 진동 주기가 제2 그래프(G2)의 진동 주기보다 크다. 이것은 도 9의 제1 및 제2 소자(100, 200)의 도전성 루프(30, 31)의 크기 차이 때문이다. 즉, 자속(magnetic flux)은 "자기장×면적"이므로, 도전성 루프의 내부 공간이 클수록 상기 내부 공간을 통과하는 자속이 커진다. 따라서 큰 도전성 루프를 갖는 소자의 전기 저항의 진동 주기는 작은 도전성 루프를 갖는 소자의 그것보다 짧다. 서로 다른 크기의 도전성 루프를 갖는 제1 및 제2 소자(100, 200)의 전기 저항을 비교하면, 상기 제1 측정 방법으로 측정할 수 있는 자기장 영역보다 넓은 영역의 자기장을 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 그래프(G1)에서 제1 전기 저항(r1)을 나타낼 수 있는 자속으로는 제1 및 제2 자속(m1, m2)이 있지만, 제2 그래프(G2)에서 제1 및 제2 자속(m1, m2)에 대응하는 전기 저항(이하, 제2 및 제3 전기 저항)(r2, r3)은 서로 다르다. 그러므로 소정의 자기장을 인가하여 제1 소자(100)에서부터 제1 전기 저항(r1)을 얻고, 제2 소자(200)로부터 제3 전기 저항(r3)을 얻은 경우, 상기 자기장은 제2 자속(m2)에 대응하는 자기장이다. 그러므로 상기 제2 측정 방법을 이용하면, 도 10의 제1 영역(R1)보다 두 배 넓은 제2 영역(R2)에 대응하는 자기장 영역을 측정할 수 있다. 더 많은 수의 서로 다른 크기의 도전성 루프를 갖는 소자 어레이를 이용하면, 측정 가능한 자기장의 영역은 더욱 넓어질 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 8의 본 발명의 자기장 센서에서 도전성 라인 및 도전성 루프 각각의 모양 및/또는 개수는 달라질 수 있고, 도전성 라인과 도전성 루프의 연결 관계도 달라질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 도전성 라인과 도전성 루프의 구성 물질은 서로 다를 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 자기장 센서를 보여주는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기장 센서에 인가되는 자기장의 크기에 따른 전기 저항의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기장 센서에 인가되는 자기장의 크기에 따른 전기 저항의 변화를 보여주는 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
5 : 연결층
10, 10', 11, 20, 20', 21 : 도전성 라인
30, 30', 30a, 30a', 30b, 30b', 31 : 도전성 루프
100, 200 : 제1 및 제2 소자
E1∼E2, E1'∼E4' : 도전성 라인들의 단부
r1∼r3 : 제1 내지 제3 전기 저항
m1, m2 : 제1 및 제2 자속
R1, R2 : 제1 및 제2 영역

Claims (29)

  1. 적어도 하나의 도전성 라인; 및
    상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프;를 갖는 소자를 포함하고,
    상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 2차원 고체를 포함하며, 상기 2차원 고체는 전자의 파동 이동이 가능한 도전 물질층인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 탄소, BN(boron nitride), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide), CdTe(Cadmium Telluride) 및 NbSe2(niobium selenide) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 2차원 고체는 그래핀(graphene), BN(boron nitride)의 단층(single-layer), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide)의 반층(half-layer), CdTe(Cadmium Telluride)의 단층 및 NbSe2(niobium selenide)의 단층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 상기 2차원 고체의 복층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 루프는 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 라인 두 개에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 연결된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 두 개의 도전성 라인은 동일축 상에 이격하여 배치되고, 상기 두 개의 도전성 라인 사이에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 배치된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 두 개의 도전성 라인의 단부들 중에서 상기 도전성 루프와 인접하지 않은 단부 각각에 전극이 구비된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 두 개의 도전성 라인은 평행한 서로 다른 축 상에 배치되고, 상기 두 개의 도전성 라인 사이에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 배치된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 두 개의 도전성 라인 각각의 양단에 전극이 구비된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 라인 하나에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 연결된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  12. 제 11 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 도전성 루프는 상기 도전성 라인의 양단을 제외한 나머지 영역에 연결된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 도전성 라인의 상기 양단 각각에 전극이 구비된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 도전성 루프는 두 개이고, 상기 두 개의 도전성 루프는 상기 도전성 라인의 양측에 배치된 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 두 개의 도전성 루프는 상기 도전성 라인을 중심으로 대칭 또는 비대칭인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 소자와 동일한 구성을 갖는 다른 소자를 적어도 하 나 더 포함하되, 상기 소자 및 상기 다른 소자의 상기 도전성 루프의 크기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 다른 소자는 적어도 두 개이고, 상기 다른 소자들의 도전성 루프의 크기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  18. 적어도 하나의 도전성 라인 및 상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프를 갖는 소자에 자기장을 인가하는 단계; 및
    상기 도전성 루프에 상기 자기장이 인가된 상태에서, 상기 소자의 전기 저항을 측정하는 단계;를 포함하되,
    상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 2차원 고체를 포함하고, 상기 2차원 고체는 전자의 파동 이동이 가능한 도전 물질층인 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 2차원 고체는 그래핀(graphene), BN(boron nitride)의 단층(single-layer), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide)의 반층(half-layer), CdTe(Cadmium Telluride)의 단층 및 NbSe2(niobium selenide)의 단층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 도전성 라인은 두 개이고, 상기 두 개의 도전성 라 인이 동일축 상에 이격하여 배치되고, 상기 도전성 라인들 사이에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 배치되며, 상기 도전성 라인들의 단부들 중에서 상기 도전성 루프와 인접하지 않은 단부 각각에 제1 및 제2 전극이 구비된 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전기 저항은 상기 제1 및 제2 전극 사이의 전기 저항인 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 도전성 라인은 하나이고, 상기 도전성 라인의 양단을 제외한 나머지 영역에 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 연결되며, 상기 도전성 라인의 상기 양단 각각에 제1 및 제2 전극이 구비된 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 전기 저항은 상기 제1 및 제2 전극 사이의 전기 저항인 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  24. 제 18 항에 있어서, 상기 도전성 라인은 두 개이고, 상기 두 개의 도전성 라인이 서로 다른 축 상에 배치되고, 상기 두 개의 도전성 라인 사이에 그들과 연결된 적어도 하나의 상기 도전성 루프가 배치되며, 상기 두 개의 도전성 라인 각각의 양단에 전극이 구비된 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 전기 저항은 상기 두 개의 도전성 라인 중 어느 하나의 양단에 연결된 전극들 사이의 전기 저항인 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 두 개의 도전성 라인 중 나머지 하나의 양단에 연결된 전극들 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  27. 적어도 하나의 도전성 라인 및 상기 도전성 라인에 연결된 적어도 하나의 도전성 루프를 갖는 소자를 적어도 두 개 포함하는 어레이에 자기장을 인가하는 단계; 및
    상기 소자들의 상기 도전성 루프들에 상기 자기장이 인가된 상태에서, 상기 각 소자의 전기 저항을 측정하는 단계;를 포함하되,
    상기 소자들의 상기 도전성 루프의 크기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 도전성 라인과 상기 도전성 루프는 2차원 고체를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 2차원 고체는 그래핀(graphene), BN(boron nitride)의 단층(single-layer), BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide)의 반층(half-layer), CdTe(Cadmium Telluride)의 단층 및 NbSe2(niobium selenide)의 단층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 방법.
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