WO2016026996A1 - Dispositivo de medida de temperatura, método de fabricación del dispositivo y sistema de medida de punto de impacto que incorpora el dispositivo - Google Patents

Dispositivo de medida de temperatura, método de fabricación del dispositivo y sistema de medida de punto de impacto que incorpora el dispositivo Download PDF

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José Francisco RIVADULLA FERNÁNDEZ
Tinh Cong Bui
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Universidade De Santiago De Compostela
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    • G01K7/36—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using magnetic elements, e.g. magnets, coils
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
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    • H02G3/04—Protective tubing or conduits, e.g. cable ladders or cable troughs
    • H02G3/0456—Ladders or other supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y10S977/955—Of thermal property

Definitions

  • the present description refers to temperature measuring devices and manufacturing procedures for temperature measuring devices.
  • a temperature and humidity measurement system is presented in US patent application US2014 / 105242. This system is composed of nano-particles (carbon nanotubes) and a non-conductive polymer layer.
  • All these described temperature measurement devices have a complex configuration (electrodes, nano-particles, conductive and / or polymeric films, etc.) and also have an insufficient temperature resolution, as well as low stability and resolution.
  • this objective is achieved by providing a temperature measuring device comprising a sheet of thin film of magnetic-metallic material, this sheet being formed by a plurality of zones and each of these zones comprising means for the reading of the electrical voltage in the area; so that, in operation and in the presence of an applied magnetic field, a variation of the temperature in one of the zones generates an electrical voltage in the zone (that is, it causes a variation in the electric potential in the area), being readable this generated electrical voltage, through the means for reading the electrical voltage corresponding to the area.
  • a simple temperature measuring device that is, without requiring complex circuitry
  • it is able to detect small variations in temperature at a very localized point, since the thin film sheet is divided into zones, each of them comprising means to read or obtain electrical voltage measurements when a temperature variation occurs in that area.
  • Another advantage of the device object of the present invention is the spatial resolution that can be obtained in the measurement of temperature.
  • the sheet must be divided by a lithography process, a mask, etc., as will be described later.
  • the fundamental coefficients of charge and heat transport in electronic conductors can be described by a pair of kinetic equations in which electrical and thermal fluxes are linearly related to their corresponding conjugate forces: that is, the electric field E, and the thermal gradient VT. Because the electric current J and the heat U can interact, a transport matrix is defined in which the elements outside the diagonal are related through the reciprocal relations of Onsager-Kelvin. This is the basis of the thermoelectric, which provides the relationship between U and J, through the Peltier coefficient.
  • the Seebeck coefficient is of the order of micro volts per kelvin in ferromagnetic metals, and the Nernst coefficient typically varies between 0.1 and 0.5, temperature variations of the order of micro Kelvin can be resolved, resulting in voltages of one micro volt fraction, which can be read with the corresponding reading means.
  • the applied magnetic field can be parallel to the plane of the film or at least as parallel as possible to the orientation of the device and can have a value greater than 1900 A / m.
  • the thin film sheet comprised in the device may have a thickness in the range of 10 nm to 100 nm.
  • the magnetic-metallic material of the thin film sheet can be selected from:
  • the semi-metallic and magnetic material can be selected from La 2 3 Sri 3 Mn0 3 , La 2 3 Cai 3 Mn0 3 , Fe 3 0 4 , while the ferromagnetic and metallic element can be selected from Fe, Ni.
  • the means for reading the electrical voltage may comprise, in each zone, depositions of metallic material (for example metallic contacts). These depositions allow the measurement of the electrical voltage generated in the sheet by a variation of temperature produced in it (more specifically, in the area of the sheet in which this temperature variation occurs, which implies a generation of electrical voltage) , that is, a local variation in the temperature in the thin film sheet generates a voltage that is measured in these depositions (they can have the form, for example, of metal contacts). Deposits can form a regular array on the thin film sheet.
  • depositions of metallic material for example metallic contacts.
  • these means for reading the electrical voltage can have, for each zone, a configuration of, for example, a plurality of metal contacts (at least two), to each of which a conductive wire (for example copper), which, through its other ends, can be connected to, for example, a nanovoltmeter or the like to determine the variation of electrical voltage in the area.
  • a conductive wire for example copper
  • the depositions may be of a material that is selected from platinum, gold, palladium, silver, copper, aluminum.
  • the depositions may be point depositions and the separation between depositions of the same area may be in the range of microns to millimeters.
  • the temperature measuring device may further comprise a substrate on which the thin-film sheet of magnetic-metallic material sits.
  • a system for measuring the point of impact of a particle which may comprise a temperature measuring device as described above; and a sheet of kinetic energy absorbing material, configured to transform this kinetic energy into a temperature variation (i.e., this sheet of kinetic energy absorbing material causes a variation of local temperature in the temperature measuring device).
  • a system of measuring the impact point of a radiation beam comprising a temperature measuring device as described above is also provided; and a sheet of radiation absorbing material, configured to transform the energy of the radiation beam, into heat (ie, this sheet of radiation absorbing material causes a variation of local temperature in the temperature measuring device).
  • a process for manufacturing a temperature measuring device comprising:
  • the deposition procedure may be a physical vacuum deposition procedure, which may be selected from:
  • PLD pulsed laser
  • the step of generating a plurality of metal depositions in the substrate may comprise: or depositing metal in the substrate;
  • Spot metal depositions may be metal contacts, as discussed above.
  • the precursor cations that are comprised in the aqueous solution can be selected from La, Sr, Ca, Mn, Fe, Cr, Ni; and its concentration may be in the millimolar range.
  • the polymer can be selected from water-soluble polymers type PEI (polyethyleneimine) or Chitosan; and its concentration may be in the millimolar range.
  • the substrate on which the aqueous solution is deposited can be of a magnetic-metallic material, which can be selected from:
  • the magnetic semi-metallic material can be selected from La 2 3 Sri 3 Mn0 3, La 2 3 Cai 3 Mn0 3 , Fe 3 0 4 , while the metallic ferromagnetic element can be selected from Fe, Ni.
  • the step of subjecting the substrate to a heating process may comprise subjecting the substrate to a heating process in which the temperature is set in a range between 600 ° C to 900 ° C.
  • the depositions may be of a material that is selected from platinum, gold, palladium, silver, copper, aluminum.
  • Figure 1 shows examples of temperature measuring devices, in accordance with the present description
  • Figure 2 shows a graphical representation of the variation in the voltage difference VVxy generated by a thermal gradient as a function of the magnitude of the magnetic field H;
  • Figure 3 shows a graphical representation of the variation of the voltage V generated by a temperature gradient as the applied magnetic field H varies.
  • a temperature measuring device 1 may comprise a thin film sheet 2 of magnetic-metallic material.
  • This thin film sheet 2 may be formed by a plurality of zones 3, each of these means comprising 4 for the reading of the electrical voltage in the zone.
  • a variation of the temperature in one of the zones 3 generates an electric voltage (that is, it causes a variation in the electric potential in the area) , this generated electrical voltage being readable, through the means for reading the electrical voltage corresponding to the area.
  • the magnetic-metallic material of the thin film sheet 2 can be selected from:
  • the magnetic semi-metallic material can be selected from La 2 3 Sri 3 Mn0 3 , 2/3 Ca 3 Mn0 3 , Fe 3 0 4 , while the metallic ferromagnetic element can be selected from Fe, Ni.
  • the thickness of the sheet 2 can be in the range of 10 nm to 100 nm.
  • the applied magnetic field may be parallel to the orientation of the device and may have a value greater than 1900 A / m.
  • the means 4 for reading the electrical voltage in the corresponding zone may have the configuration of a plurality of electrical contacts (for example two), each of which may have connected the end of a conducting wire (for example copper).
  • the other end of the cables can be connected to a nanovoltmeter or similar (not shown) responsible for determining the variation of electrical voltage in the area.
  • Figure 1 shows the operation of the temperature measuring device 1 when it is part of a system for determining the point of impact of a radiation or particle beam, in which a sheet 5 is used that transforms the kinetic energy of a particle in a temperature variation (in this case it may be a sheet of kinetic energy absorbing material) or the heat radiation energy (in this case it may be a sheet of radiation absorbing material), producing a gradient or temperature variation 6.
  • This temperature gradient 6, in the presence of a magnetic field 7 generates a voltage 8 that is measured and which allows to determine the point of impact of the radiation or the particle.
  • a 35 nm thick layer of ferromagnetic and metallic oxide La 2/3 Sr / 3M n0 3 (LSMO) with lateral dimensions of 5 mm x 5 mm is deposited.
  • This layer is deposited by pulsed laser deposition (PLD) on a monocrystalline substrate of SrTi0 3 (STO) 0.5 mm thick.
  • a Pt line 4 mm long, 100 microns wide and 10 nm thick is deposited by evaporation at one end of the LSMO film.
  • the ends of the platinum line are connected by copper wires to a nanovoltmeter to determine the voltage variation, as described above.
  • the STO with the LSMO layer on top is placed on a copper block with a ceramic electrical resistance inside, which is used to vary the temperature and thus create a thermal gradient between the bottom and the top of the LSMO movie.
  • the vacuum is made throughout the system to a base pressure of 10-5 Torr, to avoid uncontrolled thermal gradients that can cause parasitic gradients that contaminate the measurement.
  • a current is applied to the resistance in the copper block to increase the temperature of the base and create a thermal gradient through the LSMO film.

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Abstract

Dispositivo de medida de temperatura, método de fabricación del dispositivo y sistema de medida de punto de impacto que incorpora el dispositivo. En un aspecto la invención refiere a un dispositivo de medida de temperatura que comprende una lámina de película fina de material magnético-metálico de manera que, en funcionamiento y en presencia de un campo magnético aplicado, una variación de la temperatura en una zona de la lámina genera una tensión eléctrica en la zona, siendo leíble esta tensión eléctrica generada, a través de medios para la lectura de la tensión eléctrica correspondientes a la zona. En otro aspecto la invención se refiere a un procedimiento para la fabricación del dispositivo. En otro aspecto la invención se refiere a un sistema de medida de punto de impacto, de radiación o de partículas, que incorpora el dispositivo.

Description

DISPOSITIVO DE MEDIDA DE TEMPERATURA, MÉTODO DE FABRICACIÓN DEL DISPOSITIVO Y SISTEMA DE MEDIDA DE PUNTO DE IMPACTO QUE INCORPORA
EL DISPOSITIVO
SECTOR TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente descripción se refiere a dispositivos de medida de temperatura y a procedimientos de fabricación de dispositivos de medida de temperatura.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Son conocidos en el estado de la técnica numerosos dispositivos que permiten medir la temperatura y que están fundamentados en diferentes fenómenos físicos. La gran mayoría de estos sistemas tienen como objetivo medir la temperatura ambiente del sistema.
En la solicitud de patente estadounidense US2014/105242 se presenta un sistema de medida de temperatura y humedad. Este sistema está compuesto por nano-partículas (nanotubos de carbono) y una capa de polímero no conductora.
En la patente estadounidense US4603372 se presenta un circuito integrado que contiene una película conductora, una pluralidad de electrodos y una película polimérica. Este sistema se utiliza para medir la temperatura y humedad del ambiente.
Todos estos dispositivos de medida de temperatura descritos tienen una configuración compleja (electrodos, nano-partículas, películas conductoras y/o poliméricas, etc.) y presentan además una resolución de temperatura insuficiente, así como una estabilidad y resolución bajas.
Por otro lado, son conocidos también varios sistemas que permiten determinar la posición del punto de impacto de una partícula y/o radiación. Así, en la patente estadounidense US4898471 se describe un sistema de detección de partículas en superficies con un patrón determinado. Este sistema se basa en la aplicación de un haz de luz y en la medida de la señal reflejada por la superficie.
En la solicitud de patente estadounidense US2012/293192 se presenta un sistema de detección de fotones y partículas basado en la detección de la carga generada por el fotón o partícula cuando éste incide en el sistema. En [Mayer et. al. Nuclear Science Symposium, 1996. Conference Record., 1996 IEEE] se describe un sistema con resolución sub-milimétrica para la medida de radiación, en el que también se determina su posición, estando basado este sistema en el uso de detectores CdZnTe. Finalmente, en [Lameres et.al, IEEE SENSORS 2010 Conference] se describe un sistema de detección de radiación que también permite indicar la posición en la que ésta incide, basándose en la acumulación de carga producida por la radiación incidente en el sistema.
En general, estos sistemas de detección y otros conocidos en el estado de la técnica requieren una circuitería compleja, lo que los hace costosos y con elevada susceptibilidad a fallos y la resolución que ofrecen en la medida de la es de unas décimas de grado en el mejor de los casos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, existe la necesidad de nuevos dispositivos de medida de temperatura y procedimientos de fabricación de dispositivos de medida de temperatura que solucionen al menos alguno de los problemas antes mencionados. Es un objetivo de la presente invención satisfacer dicha necesidad.
De acuerdo con un primer aspecto, este objetivo se consigue proporcionando un dispositivo de medida de temperatura que comprende una lámina de película fina de material magnético-metálico, estando conformada esta lámina por una pluralidad de zonas y comprendiendo cada una de estas zonas medios para la lectura de la tensión eléctrica en la zona; de manera que, en funcionamiento y en presencia de un campo magnético aplicado, una variación de la temperatura en una de las zonas genera una tensión eléctrica en la zona (es decir, provoca en la zona una variación en el potencial eléctrico), siendo leíble esta tensión eléctrica generada, a través de los medios para la lectura de la tensión eléctrica correspondientes a la zona.
De este modo, se consigue un dispositivo de medida de temperatura sencillo (es decir, sin requerir una circuitería compleja) y eficiente. Además, es capaz de detectar pequeñas variaciones de temperatura en un punto muy localizado, al estar dividida la lámina de película fina en zonas, comprendiendo cada una de ellas medios para leer u obtener medidas de tensión eléctrica cuando se produce una variación de temperatura en dicha zona.
Por otro lado, no se requiere de ningún tipo de deposición especial de la película (se adapta a la superficie donde se quiere medir la temperatura) y es utilizable cualquier tipo de material ferromagnético y metálico.
Además, se trata de un dispositivo simple, que se puede fabricar con técnicas convencionales y a un coste reducido. Otra ventaja del dispositivo objeto de la presente invención es la resolución espacial que se puede obtener en la medida de la temperatura.
Para conseguir que la lámina esté conformada por zonas, hay que dividir la lámina mediante un proceso de litografía, una máscara, etc., tal como se describirá más adelante.
Básicamente, la descripción técnica del funcionamiento del dispositivo se basa en las siguientes premisas.
Los coeficientes fundamentales de la carga y el transporte de calor en los conductores electrónicos pueden ser descritos por un par de ecuaciones cinéticas en el que los flujos eléctricos y térmicos están relacionadas linealmente a sus correspondientes fuerzas conjugadas: es decir, el campo eléctrico E, y el gradiente térmico VT. Debido a que la corriente eléctrica J y el calor U pueden interactuar, se define una matriz de transporte en la que los elementos fuera de la diagonal están relacionados a través de las relaciones recíprocas de Onsager-Kelvin. Esta es la base de la termoeléctrica, que proporciona la relación entre U y J, a través del coeficiente de Peltier.
La diferente densidad de estados y velocidades de Fermi para los electrones con momento magnético de espín (entendiendo el término "espín" como un momento intrínseco de rotación de una partícula elemental o de un núcleo atómico) hacia arriba/abajo (up/down) característica de la población de materiales magnético-metálicos produce diferentes conductividades para las direcciones de espín opuestas. Cuando el tiempo de relajación de espín es mayor que el tiempo de relajación del momento, la parte dependiente de espín debe tenerse en cuenta en las ecuaciones de transporte. Por lo tanto, hay un coeficiente de Seebeck y Peltier dependientes del espín, sobre la base de la reciprocidad de Onsager. Por otra parte, en conductores magnéticos la interacción espín- órbita introduce una tensión termoeléctrica anisotrópica, en función del ángulo Θ entre el gradiente de temperatura y la magnetización del material M. Estos son los homólogos térmicos (recíprocos de Onsager) de la magnetorresistencia anisótropa (AMR) y del efecto Hall planar (PHE). En el efecto de Nernst planar (PNE), la tensión transversal está relacionado con la magnetización M y el ángulo Θ por:
Figure imgf000006_0001
donde M y VT tienen componente en el plano xy. Sin embargo, un VTZ≠ 0 en un material magnético-metálico producirá una diferencia de potencial Vxy debido al efecto Nerst anómalo (ANE):
Figure imgf000006_0002
donde Sxx es el coeficiente Seebeck lineal, m es el vector unitario de magnetización y ξ es el factor de Nerst. Así, se produce un efecto Nerst planar y un efector Nerst anómalo en láminas delgadas de materiales magnético-metálicos en presencia de campos magnéticos.
Tal como se puede ver en esa ecuación del ANE, un sistema con una diferencia de temperatura proporcional a su magnetización produce una tensión eléctrica perpendicular a ambos (ver Figura 2). Por consiguiente, la medida de la tensión eléctrica en la zona (es decir, la variación de potencial en la misma debida a la variación de temperatura que se produce en ella) permite también determinar la posición (más concretamente, la zona de la lámina de película fina) en la que se ha producido la variación de temperatura.
Dado que el coeficiente Seebeck es del orden de los micro voltios por kelvin en los metales ferromagnéticos, y el coeficiente Nernst varía típicamente entre 0.1 y 0.5, se pueden resolver variaciones de temperatura del orden de los micro Kelvin, que dan lugar a tensiones de una fracción de micro voltio, que puede ser leídas con los correspondientes medios de lectura.
En este punto es importante destacar que el campo magnético aplicado puede ser paralelo al plano de la película o al menos lo más paralelo posible a la orientación del dispositivo y puede tener un valor superior a 1900 A/m.
Según algunos ejemplos, la lámina de película fina comprendida en el dispositivo puede tener un grosor comprendido en el rango de 10 nm a 100 nm. Por otro lado, el material magnético-metálico de la lámina de película fina se puede seleccionar de entre:
• un material semimetálico y magnético;
• un material óxido tipo perovskita;
· una aleación tipo permaloy;
• una aleación Ni-Cr;
• un elemento ferromagnético metálico a temperatura ambiente.
El material semimetálico y magnético puede seleccionarse de entre La2 3Sri 3Mn03, La2 3Cai 3Mn03, Fe304, mientras que el elemento ferromagnético y metálico puede seleccionarse de entre Fe, Ni.
De acuerdo con otros ejemplos, los medios para la lectura de la tensión eléctrica pueden comprender, en cada zona, deposiciones de material metálico (por ejemplo contactos metálicos). Estas deposiciones permiten la medida de la tensión eléctrica generada en la lámina por una variación de temperatura producida en ella (más concretamente, en la zona de la lámina en la que se produce esta variación de temperatura, la cual supone una generación de tensión eléctrica), es decir, una variación local en la temperatura en la lámina de película fina genera una tensión que es medida en estas deposiciones (pueden tener la forma, por ejemplo, de contactos metálicos). Las deposiciones pueden formar un array regular en la lámina de película fina.
De este modo, estos medios para la lectura de la tensión eléctrica pueden presentar, para cada zona, una configuración de, por ejemplo, una pluralidad de contactos metálicos (al menos dos), a cada uno de los cuales puede conectarse un hilo conductor (por ejemplo de cobre), los cuales, a través de sus otros extremos, pueden conectarse a, por ejemplo, un nanovoltímetro o similar para determinar la variación de tensión eléctrica en la zona.
Según algunos ejemplos, las deposiciones pueden ser de un material que se selecciona de entre platino, oro, paladio, plata, cobre, aluminio. Además, las deposiciones pueden ser deposiciones puntuales y la separación entre deposiciones de una misma zona puede estar en el rango de mieras a milímetros. De acuerdo con otros ejemplos, el dispositivo de medida de temperatura puede comprender además un sustrato sobre el que se asienta la lámina de película fina de material magnético-metálico. Según otros ejemplos, se proporciona también un sistema de medida del punto de impacto de una partícula que puede comprender un dispositivo de medida de temperatura según se ha descrito anteriormente; y una lámina de material absorbente de energía cinética, configurada para transformar esta energía cinética en una variación de temperatura (es decir, esta lámina de material absorbente de energía cinética provoca una variación de temperatura local en el dispositivo de medida de temperatura).
Básicamente, cuando una partícula impacta sobre la lámina de material absorbente de energía cinética, ésta transforma esta energía en una variación de temperatura, la cual genera una tensión eléctrica en la zona correspondiente de la lámina de película fina que está en contacto con el punto de la lámina de material absorbente de energía cinética en el que ha impactado la partícula. A través de los medios para la lectura de la tensión eléctrica correspondientes (los presentes en la zona) es posible leer u obtener el valor de tensión producido por el impacto de la partícula. Además, también es posible determinar el punto de impacto de la partícula en la lámina de película fina (es decir, la zona de la lámina de película fina que ha recibido el impacto de la partícula), dado que esa zona proporciona un valor de tensión eléctrica diferente de cero, mientras que el resto de zonas de la lámina de película fina presentan un valor de tensión nulo. Por lo tanto, es posible obtener un sistema que permite determinar de forma sencilla y barata la posición en la que incide o impacta una partícula. De acuerdo con otros ejemplos, se proporciona además un sistema de medida del punto de impacto de un haz de radiación que comprende un dispositivo de medida de temperatura según se ha descrito con anterioridad; y una lámina de material absorbente de radiación, configurado para transformar la energía del haz de radiación, en calor (es decir, esta lámina de material absorbente de radiación provoca una variación de temperatura local en el dispositivo de medida de temperatura).
Igual que para el sistema descrito anteriormente, cuando un haz de radiación impacta sobre la lámina de material absorbente de radiación, éste transforma esta energía en una variación de temperatura (por ejemplo, en calor), la cual genera una tensión eléctrica en la zona correspondiente de la lámina de película fina que está en contacto con el punto de la lámina de material absorbente de radiación en el que ha impactado el haz de radiación. A través de los medios para la lectura de la tensión eléctrica correspondientes (los presentes en la zona) es posible determinar el valor de tensión producido por el impacto del haz. Además, también es posible determinar el punto de impacto del haz en la lámina (es decir, la zona de la lámina que ha recibido el impacto del haz), dado que esa zona proporciona un valor de tensión diferente de cero, mientras que el resto de zonas de la lámina presentan un valor de tensión nulo. Por consiguiente, es posible obtener un sistema que permite determinar de forma sencilla y barata la posición en la que incide un haz de radiación. Es este punto es importante señalar que el haz de radiación puede ser generado, por ejemplo, por un láser.
De acuerdo con otro aspecto, se proporciona un procedimiento para fabricar un dispositivo de medida de temperatura que comprende:
• proporcionar una disolución acuosa que comprende cationes precursores y un polímero;
• depositar mediante un procedimiento de deposición la disolución acuosa sobre un sustrato;
• someter el sustrato a un proceso de calentamiento;
• generar una pluralidad de deposiciones metálicas en el sustrato.
Según algunos ejemplos, el procedimiento de deposición puede ser un procedimiento físico de deposición a vacío, el cual puede seleccionarse de entre:
• spin coating;
• sputtering;
· atomic layer deposition;
• láser pulsado (PLD).
Además, la etapa de generar una pluralidad de deposiciones metálicas en el sustrato puede comprender: o depositar metal en el sustrato;
o aplicar una máscara al sustrato;
o aplicar un proceso de litografía para obtener una pluralidad de deposiciones puntuales metálicas en el sustrato.
Las deposiciones puntuales metálicas pueden ser contactos metálicos, tal como se ha comentado anteriormente. Los cationes precursores que están comprendidos en la solución acuosa pueden seleccionarse de entre La, Sr, Ca, Mn, Fe, Cr, Ni; y su concentración puede estar en el rango milimolar.
Por otro lado, el polímero puede seleccionarse de entre polímeros hidrosolubles tipo PEI (polietileneimine) o Quitosano; y su concentración puede estar en el rango milimolar.
De acuerdo con algunos ejemplos, el sustrato sobre el que se deposita la solución acuosa puede ser de un material magnético-metálico, el cual puede seleccionarse de entre:
• un material semimetálico y magnético;
« un material óxido tipo perovskita;
• una aleación tipo permaloy;
• una aleación Ni-Cr;
• un elemento ferromagnético metálico a temperatura ambiente.
El material semimetálico magnético puede seleccionarse de entre La2 3Sri 3Mn03, La2 3Cai 3Mn03, Fe304, mientras que el elemento ferromagnético metálico puede seleccionarse de entre Fe, Ni.
Según otros ejemplos, la etapa de someter el sustrato a un proceso de calentamiento puede comprender someter el sustrato a un proceso de calentamiento en el que se fija la temperatura en un rango de entre 600°C a 900°C.
Según aún otros ejemplos, las deposiciones pueden ser de un material que se selecciona de entre platino, oro, paladio, plata, cobre, aluminio.
Otros objetos, ventajas y características de realizaciones de la invención se pondrán de manifiesto para el experto en la materia a partir de la descripción, o se pueden aprender con la práctica de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
A continuación se describirán realizaciones particulares de la presente invención a título de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: La Figura 1 muestra ejemplos de dispositivos de medida de temperatura, de acuerdo con la presente descripción;
La Figura 2 muestra una representación gráfica de la variación de la diferencia de tensión VVxy generada por un gradiente térmico en función de la magnitud del campo magnético H;
La Figura 3 muestra una representación gráfica de la variación de la tensión V generada por un gradiente de temperatura al variar el campo magnético aplicado H.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se puede ver en la Figura 1 , de acuerdo con algunos ejemplos, un dispositivo 1 de medida de temperatura puede comprender una lámina 2 de película fina de material magnético-metálico. Esta lámina 2 de película fina puede estar conformada por una pluralidad de zonas 3, comprendiendo cada una de estas zonas medios 4 para la lectura de la tensión eléctrica en la zona. De este modo, cuando el dispositivo 1 está en funcionamiento y en presencia de un campo magnético aplicado, una variación de la temperatura en una de las zonas 3 genera una tensión eléctrica (es decir, provoca en la zona una variación en el potencial eléctrico), siendo leíble esta tensión eléctrica generada, a través de los medios para la lectura de la tensión eléctrica correspondientes a la zona. El material magnético-metálico de la lámina 2 de película fina puede seleccionarse de entre:
• un material semimetálico;
• un material óxido tipo perovskita;
• una aleación tipo permaloy;
· una aleación Ni-Cr;
• un elemento ferromagnético metálico a temperatura ambiente.
El material semimetálico magnético puede seleccionarse de entre La2 3Sri 3Mn03, La2/3Ca 3Mn03, Fe304, mientras que el elemento ferromagnético metálico puede seleccionarse de entre Fe, Ni. Por otro lado, el grosor de la lámina 2 puede estar comprendido en el rango de 10 nm a 100 nm.
De acuerdo con algunos ejemplos, el campo magnético aplicado puede ser paralelo a la orientación del dispositivo y puede tener un valor superior a 1900 A/m. Los medios 4 para la lectura de la tensión eléctrica en la zona correspondiente pueden presentar la configuración de una pluralidad de contactos eléctricos (por ejemplo dos), pudiendo tener conectado cada uno de ellos el extremo de un hilo conductor (por ejemplo de cobre). El otro extremo de los cables puede conectarse a un nanovoltímetro o similar (no mostrado) encargado de determinar la variación de tensión eléctrica en la zona. Básicamente, además la Figura 1 muestra el funcionamiento del dispositivo 1 de medida de temperatura cuando forma parte de un sistema de determinación del punto de impacto de un haz de radiación o de partícula, en el que se utiliza una lámina 5 que transforma la energía cinética de una partícula en una variación de temperatura (en este caso puede tratarse de una lámina de material absorbente de energía cinética) o la energía de radiación en calor (en este caso puede tratarse de una lámina de material absorbente de radiación), produciendo un gradiente o variación de temperatura 6. Este gradiente de temperatura 6, en presencia de una campo magnético 7 genera una tensión 8 que es medida y que permite determinar el punto de impacto de la radiación o la partícula.
En unos ejemplos, se deposita una capa de 35 nm de espesor del óxido ferromagnético y metálico La2/3Sr /3M n03 (LSMO) con unas dimensiones laterales de 5 mm x 5 mm. Esta capa se deposita mediante deposición por láser pulsado (PLD) sobre un sustrato monocristalino de SrTi03 (STO) de 0.5 mm de espesor.
En un extremo de la película de LSMO se deposita por evaporación una línea de Pt de 4 mm de largo, 100 mieras de ancho y 10 nm de espesor. Para determinar o medir el voltaje generado como respuesta a la generación de un gradiente térmico, los extremos de la línea de platino se conectan mediante hilos de cobre a un nanovoltímetro para determinar la variación de tensión, tal como se ha descrito anteriormente.
El STO con la capa de LSMO en su parte superior, se coloca sobre un bloque de cobre con una resistencia eléctrica cerámica en su interior, que se utiliza para variar la temperatura y crear así un gradiente térmico entre la parte inferior y la parte superior de la película de LSMO. Además, se realiza el vacío en todo el sistema hasta una presión base de 10-5 Torr, para evitar gradientes térmicos incontrolados que puedan provocar gradientes parásitos que contaminen la medida. Se aplica una corriente a la resistencia en el bloque de cobre para aumentar la temperatura de la base y crear un gradiente térmico a través de la película de LSMO. Cuando se disipan potencias muy pequeñas (pocos miliWatt), un diodo de GaAs pegado a la base de cobre no es capaz de detectar variación alguna de la temperatura. Sin embargo, como se puede ver en la Figura 3, al hacer un barrido en campo magnético aparece un voltaje transversal entre los extremos de la tira de platino, debido al Efecto Nernst Anómalo (ANE). Ese voltaje cambia de signo al cambiar el campo magnético, como es de esperar según la ecuación del ENA. Una vez alcanzada la magnetización de saturación del sistema LSMO, el voltaje leído es estable con el campo. Además, el voltaje aumenta linealmente con el gradiente térmico a través de la capa de LSMO. Para el ejemplo que se muestra, la variación de temperatura estimada es de 2 micro Kelvin entre la parte superior e inferior de la capa de LSMO de 35 nm.
A pesar de que se han descrito aquí sólo algunas realizaciones y ejemplos particulares, el experto en la materia comprenderá que son posibles otras realizaciones alternativas y/o usos, así como modificaciones obvias y elementos equivalentes. Además, la presente descripción abarca todas las posibles combinaciones de las realizaciones concretas que se han descrito. Los signos numéricos relativos a los dibujos y colocados entre paréntesis en una reivindicación son solamente para intentar aumentar la comprensión de la reivindicación, y no deben ser interpretados como limitantes del alcance de la protección de la reivindicación. El alcance de la presente descripción no debe limitarse a realizaciones concretas, sino que debe ser determinado únicamente por una lectura apropiada de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo (1) de medida de temperatura caracterizado por el hecho de que comprende:
• una lámina (2) de película fina de material magnético-metálico, estando conformada esta lamina por una pluralidad de zonas (3) y comprendiendo cada una de estas zonas medios (4) para la lectura de la tensión eléctrica en la zona, comprendiendo estos medios deposiciones de material metálico;
de manera que, en funcionamiento y en presencia de un campo magnético aplicado (7), una variación de la temperatura (6) en una de las zonas genera una tensión eléctrica (8) en la zona, siendo leíble esta tensión eléctrica generada, a través de los medios (4) para la lectura de la tensión eléctrica correspondientes a la zona.
2. El dispositivo, según la reivindicación 1 , caracterizado porque la lámina (2) tiene un grosor comprendido en el rango de 10 nm a 100 nm.
3. El dispositivo, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el material magnético-metálico de la lámina (2) se selecciona de entre:
• un material semimetálico y magnético;
• un material óxido tipo perovskita;
• una aleación tipo permaloy;
• una aleación Ni-Cr;
· un elemento ferromagnético metálico a temperatura ambiente.
4. El dispositivo, según la reivindicación 3, caracterizado porque el material semimetálico magnético se selecciona de entre La2 3Sri 3Mn03, La2 3Cai 3Mn03, Fe304.
5. El dispositivo, según la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento ferromagnético metálico se selecciona de entre Fe, Ni.
6. El dispositivo, según la reivindicación 1 , caracterizado porque las deposiciones (4) son de un material que se selecciona de entre platino, oro, paladio, plata, cobre, aluminio.
7. El dispositivo, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 6 , caracterizado porque las deposiciones (4) son deposiciones puntuales.
8. El dispositivo, según una cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque la separación entre deposiciones (4) de una misma zona está en el rango de mieras a milímetros.
9. El dispositivo, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende además un sustrato sobre el que se asienta la lámina (2) de película fina de material magnético-metálico.
10. Un sistema de medida del punto de impacto de una partícula caracterizado porque comprende:
• un dispositivo (1) de medida de temperatura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 ;
• una lámina (5) de material absorbente de energía cinética, configurada para transformar esta energía cinética en una variación de temperatura.
11. Un sistema de medida del punto de impacto de un haz de radiación caracterizado porque comprende:
• un dispositivo (1) de medida de temperatura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9;
• una lámina (5) de material absorbente de radiación, configurado para transformar la energía del haz de radiación, en calor.
12. Un procedimiento para fabricar un dispositivo (1) de medida de temperatura caracterizado porque comprende:
• proporcionar una disolución acuosa que comprende cationes precursores y un polímero;
• depositar mediante un procedimiento de deposición la disolución acuosa sobre un sustrato;
• someter el sustrato a un proceso de calentamiento;
• generar una pluralidad de deposiciones metálicas (4) en el sustrato.
13. El procedimiento, según la reivindicación 12, caracterizado porque el procedimiento de deposición es un procedimiento físico de deposición a vacío.
14. El procedimiento, según la reivindicación 13, caracterizado porque el procedimiento físico de deposición a vacío se selecciona de entre:
• spin coating; • sputtering;
• atomic layer deposition;
• láser pulsado (PLD).
15. El procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque generar una pluralidad de deposiciones metálicas (4) en el sustrato comprende: o depositar metal en el sustrato;
o aplicar una máscara al sustrato;
o aplicar un proceso de litografía para obtener una pluralidad de deposiciones puntuales metálicas en el sustrato.
16. El procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque los cationes precursores se seleccionan de entre La, Sr, Ca, Mn, Fe, Cr, Ni.
17. El procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque el polímero se selecciona de entre polímeros hidrosolubles tipo PEI (polietileneimine) o Quitosano.
18. El procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque la concentración de cationes está en el rango milimolar.
19. El procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, caracterizado porque la concentración de polímero está en el rango milimolar.
20. El procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 19, caracterizado porque el sustrato es de un material magnético-metálico.
21. El procedimiento, según la reivindicación 20, caracterizado porque el material magnético-metálico se selecciona de entre:
• un material semimetálico y magnético;
• un material óxido tipo perovskita;
• una aleación tipo permaloy;
· una aleación Ni-Cr;
• un elemento ferromagnético metálico a temperatura ambiente.
22. El procedimiento, según la reivindicación 21 , caracterizado porque el material semimetálico y magnético se selecciona de entre La2 3Sri 3Mn03, La2 3Cai 3Mn03, Fe304.
5 23. El procedimiento, según la reivindicación 21 , caracterizado porque el elemento ferromagnético y metálico se selecciona de entre Fe, Ni.
24. El procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 23, caracterizado porque someter el sustrato a un proceso de calentamiento comprende someter el sustrato a un proceso de calentamiento en el que se fija la temperatura en o un rango de entre 600°C a 900°C.
25. El procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 24, caracterizado porque las deposiciones (4) son de un material que se selecciona de entre platino, oro, paladio, plata, cobre, aluminio.
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