[發明專利]一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構

有效

• 申請號: 201710548329.5
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107331765B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 胡少杰;田祎龍;閔泰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L35/26
• 分類號: H01L35/26;H01L35/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，包括基本U型結構；基本U型結構包括由下至上或者由上至下依次設置的第一磁性層、電極層(4)和第二磁性層；

第一磁性層由第一正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2b)和第一負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3b)連接構成；第二磁性層由第二正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2a)和第二負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3a)連接構成；

第一正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2b)和第二正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2a)位于基本U型結構的左臂；第一負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3b)和第二負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3a)位于基本U型結構的右臂。

2.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，電極層(4)設于第一磁性層和第二磁性層中間并貫穿整個基本U型結構，利用逆自旋霍爾效應把自旋流轉換為電流。

3.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，U型的電極層(4)的兩臂分別設有第一電壓輸出端子(6a)和第二電壓輸出端子(6b)，第一電壓輸出端子(6a)和第二電壓輸出端子(6b)為用于熱電轉換元件向外輸出電壓。

4.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，第一正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2b)、第二正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2a)、第一負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3b)和第二負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3a)均被磁化為面內同方向的磁動量。

5.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，當沿垂直于第一磁性層/電極層(4)/第二磁性層界面的方向形成溫度梯度時，由于自旋塞貝克效應，在位于電極層上下兩面的磁性層中均生成與溫度梯度方向平行或反平行的自旋流并同時注入到電極層，使得注入到電極層的自旋電流加倍；基本U型結構左右兩臂中的磁性層的自旋塞貝克系數異號，當施加相同的溫度梯度時，左右兩臂電極層中形成的電動勢E_ISHE的方向恰好相反，內部電場能夠實現串聯使得輸出電壓疊加。

6.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，所述基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構包括若干基本U型結構，若干基本U型結構串聯形成矩形波狀結構。

7.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，所述基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構由多層矩形波狀結構堆疊形成，若干矩形波狀結構件設置絕緣體隔開。

8.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，第一正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2b)和第二正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2a)使用同種磁性材料：具有正自旋塞貝克系數的材料；第一負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3b)和第二負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3a)使用同種磁性材料：具有負自旋塞貝克系數的材料。

9.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，電極層的材料為：金、鉑、鎢、鈀、銥、鉭、鉍中一種或者多種組成的合金材料。

10.根據權利要求1所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，第一正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2b)、第一負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3b)、第二正自旋塞貝克系數磁性薄膜(2a)和第二負自旋塞貝克系數的磁性薄膜(3a)的厚度為1nm～100nm，電極層的厚度為1nm～50nm。

11.根據權利要求8所述的一種基于自旋塞貝克效應的熱電轉換器件結構，其特征在于，所述具有正自旋塞貝克系數的材料為：鎳、鈷鐵硼、二氟化錳、三氧化二鉻或釔鐵石榴石；具有負自旋塞貝克系數的材料為：坡莫合金或鐵。