19.10.2018

Richtungsabhängige Temperaturmessung

Neuartige Sensoren könnten helfen, Überhitzung von Pro­zes­soren zu ver­meiden.

Durch die Kombination von verschiedenen thermo­magne­tischen Effekten sind Sensoren für rich­tungs­ab­hängige Tempe­ratur­messungen möglich. Das hat ein Forscher­team der Unis Greifs­wald, Biele­feld, Göttingen und Groningen sowie des Leibniz-Instituts für Fest­körper- und Werk­stoff­forschung Dresden heraus­ge­funden. Im Fokus der Unter­suchungen stand die Erhöhung der Energie­effi­zienz von Informa­tions­speichern auf Basis von magne­tischen Tunnel­ele­menten. Dabei wurde fest­ge­stellt, dass die Elemente durch gezielte Wahl von magne­tischen Eigen­schaften auf Tempe­ratur­ände­rungen aus ge­wünschten Rich­tungen sensi­bili­siert werden können.

Abb.: Die Richtung der Temperatur­unter­schiede wird durch eine Kombi­nation der elektro- und magneto­ther­mischen Eigen­schaften detek­tiert. (Bild: J. Walowski, U. Greifs­wald)

Ein Temperaturunterschied am magnetischen Element erzeugt eine elek­trische Spannung von oben nach unten. Diese Spannung wird von der Magne­tisie­rung des Elements beein­flusst. So wird die ge­speicherte Infor­ma­tion über die Magne­tisie­rungs­rich­tung bestimmt. Das stärkste Signal zum Aus­lesen ge­speicherter Infor­ma­tionen wird erzeugt, wenn der Tempe­ratur­unter­schied in genau der­selben Richtung ver­läuft. Bei einer Rich­tungs­ände­rung des Tempe­ratur­unter­schieds, zum Beispiel von rechts nach links, ändert sich auch das Mess­signal für jede Magne­tisie­rung dia­metral. Dieser Unter­schied bildet das Mess­signal, welches die Richtung der Wärme­quelle angibt.

Die Sensoren haben eine Größe von wenigen Mikrometern, wobei die Dicke weniger als zehn Nano­meter beträgt. Im Prinzip können sie noch weiter ver­kleinert werden. Die magne­tischen Schichten werden durch Sputtern auf­ge­tragen, daraus werden dann die Elemente mittels Litho­graphie­pro­zessen geformt. Beides sind Standard­ver­fahren in der Halb­leiter­industrie. Dadurch können die Elemente beispiels­weise leicht in Computer­pro­zes­soren inte­griert werden. Dort können sie helfen, die Über­hitzung bestimmter Bereiche zu ver­meiden. Das wiederum würde die Lauf­zeit­stabi­lität von Pro­zes­soren ver­bessern.

U. Greifswald / RK

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