一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法，包括：步驟S1，制作軟磁薄膜樣品：采用高通量組合材料離子束濺射薄膜沉積系統(tǒng)，在鋼化玻璃基片上制備多個(gè)組分含量不同的軟磁薄膜樣品，其中多個(gè)軟磁薄膜樣品在鋼化玻璃基片上陣列式設(shè)置；步驟S2，提供一高通量電阻率測試儀：其包括一探針基板，承載多組四探針，所述多組四探針與多個(gè)軟磁薄膜樣品相對(duì)應(yīng)陣列式設(shè)置；步驟S3，測試軟磁薄膜樣品電阻性能：將四探針接觸軟磁薄膜樣品，測得電流值I及電位差V，一次性測試所述多個(gè)軟磁薄膜樣品，并采用高通量篩選技術(shù)對(duì)軟磁薄膜樣品進(jìn)行測試；及步驟S4，計(jì)算電阻率。
【專利說明】-種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種物理量測試方法，尤其設(shè)及一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測 試方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 軟磁薄膜材料在記錄磁頭、垂直磁記錄媒介、薄膜變壓器W及電感器件等方面得 到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的鐵氧體薄膜材料具有高的電阻率和高的磁導(dǎo)率的優(yōu)點(diǎn)，但飽和磁化 強(qiáng)度卻很低，尤其是當(dāng)工作頻率接近時(shí)，其磁導(dǎo)率急劇下降，但低的飽和磁化強(qiáng)度、低的電 阻率、高溫條件下的晶化傾向、低的居里溫度使得磁導(dǎo)率頻譜發(fā)生多重共振，熱穩(wěn)定性變 差。鐵鉆合金薄膜具有高的飽和磁化強(qiáng)度，但低的電阻率和大的磁致伸縮使其很難獲得良 好的軟磁特性。
[0003] 電子器件的高效率、高頻化、低維化和低損耗運(yùn)樣一個(gè)"兩高兩低"的發(fā)展趨勢對(duì) 軟磁薄膜材料提出了更高的要求，例如高的飽和磁化強(qiáng)度、低的矯頑力、高的電阻率、高的 磁導(dǎo)率、高的鐵磁共振頻率等。尤其是最近幾年來，磁盤的記錄單元從原來的單個(gè)疇區(qū)到現(xiàn) 在的單個(gè)磁性納米顆粒，記錄方式由原來的面內(nèi)記錄到現(xiàn)在的垂直記錄，運(yùn)些都使得磁盤 的記錄密度呈指數(shù)上升。磁記錄密度的增加一方面得益于磁頭的發(fā)展，另一方面得益于優(yōu) 質(zhì)的磁性材料的開發(fā)。軟磁薄膜材料作為垂直磁記錄介質(zhì)的襯底層，在高頻率下要具有高 的電阻率，起到增加磁通使寫入磁頭更好地把信息寫入記錄介質(zhì)的作用。
[0004] 目前常用的方式是制備軟磁薄膜材料，然后通過四探針測試儀測試每塊軟磁薄膜 材料的電阻，因此測試大量的多比例組分軟磁薄膜材料時(shí)測試效率低，耗費(fèi)人工成本大，測 試周期長，同時(shí)在大量的測試中也容易產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 為克服現(xiàn)有測試多元素、多比例軟磁薄膜材料時(shí)，需要單個(gè)樣品逐一測試，因此效 率低，成本高，耗時(shí)長等技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方 法。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試 方法，包括步驟Sl，制作軟磁薄膜樣品：采用高通量組合材料離子束瓣射薄膜沉積系統(tǒng)，在 鋼化玻璃基片上制備多個(gè)組分含量不同的軟磁薄膜樣品，其中多個(gè)軟磁薄膜樣品在鋼化玻 璃基片上陣列式設(shè)置;步驟S2,提供一高通量電阻率測試儀:其包括一探針基板，承載至多 組四探針，所述多組四探針與多個(gè)軟磁薄膜樣品相對(duì)應(yīng)陣列式設(shè)置;步驟S3,測試軟磁薄膜 樣品電阻性能:將四探針接觸軟磁薄膜樣品，測得電流值I及電位差V，一次性測試所述多個(gè) 軟磁薄膜樣品，并采用高通量篩選技術(shù)對(duì)軟磁薄膜樣品進(jìn)行測試;及步驟S4,計(jì)算電阻率。
[0007] 優(yōu)選地，所述所述四探針陣列是八行八列的陣列，每行八組四探針配置一電源，一 電流表，一電位差計(jì)。
[000引優(yōu)選地，所述每組四探針包括第一探針、第二探針、第=探針及第四探針，第一探 針和第四探針連接電源，并連接電流表，第二探針和第=探針連接電位差計(jì)，四探針接觸軟 磁薄膜樣品時(shí)，軟磁薄膜樣品有電流通過，同時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生電位差。
[0009] 優(yōu)選地，所述第一探針與第二探針的間距，第二探針與第=探針的間距，第=探針 與第四探針的間距相等。
[0010] 優(yōu)選地，所述鋼化玻璃基片長X寬為80mmX 80mm。
[0011] 優(yōu)選地，所述制備的軟磁薄膜樣品長X寬為IOmmX 10mm。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟S4中，一組四探針接觸一個(gè)組分含量的軟磁薄膜樣品，根據(jù)所述 測得的電位差V和電流值I，采用公式P = 2nSV(B〇iri計(jì)算軟磁薄膜樣品電阻率，其中P為軟 磁薄膜樣品電阻率，S為相鄰探針間距，Bo為修正系數(shù)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法具有W下優(yōu) 點(diǎn):采用高通量組合材料離子束瓣射薄膜沉積系統(tǒng)能一次性制備多個(gè)組分含量的軟磁薄膜 樣品，多個(gè)軟磁薄膜樣品陣列式設(shè)置，方便后續(xù)高通量電阻率儀測試，也利于由記錄的數(shù)據(jù) 快速查找相應(yīng)的軟磁薄膜樣品，高通量電阻率測試儀的四探針陣列式設(shè)置，能與軟磁薄膜 樣品一一對(duì)應(yīng)接觸測試，將探針基板上的多組四探針分別與對(duì)應(yīng)的多組軟磁薄膜樣品接 觸，一次性測得所述多組軟磁薄膜樣品的電流值I及電位差V。由測得的電位差、電流值及電 阻率計(jì)算公式，即可計(jì)算軟磁薄膜樣品的電阻率，可W根據(jù)測試結(jié)果，查找所需要電阻率的 組分含量軟磁薄膜樣品。從而解決了測試效率低，成本高，耗時(shí)長等問題，同時(shí)也可W減少 了實(shí)驗(yàn)誤差。 【【附圖說明】】
[0014] 圖1是本發(fā)明一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法的操作流程示意圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法提供所要測試的軟磁薄 膜材料示意圖，包括64個(gè)IOmmX IOmm的組分含量不同軟磁薄膜樣品。
[0016] 圖3是本發(fā)明一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法采用的高通量電阻率測 試儀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是圖2所示一個(gè)軟磁薄膜樣品電阻性能巧聯(lián)示意圖。
[0018] 圖5是本發(fā)明一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法整體測試示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例， 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明， 并不用于限定本發(fā)明。
[0020] 軟磁材料（soft ma即etic material)是當(dāng)磁化發(fā)生在矯頑力不大于lOOA/m的材 料，運(yùn)樣的材料稱為軟磁體。軟磁材料具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率的磁性材料，易于磁化，也 易于退磁，廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。典型的軟磁材料，可W用最小的外磁場實(shí)現(xiàn)最 大的磁化強(qiáng)度，應(yīng)用最多的軟磁材料是鐵娃合金(娃鋼片）W及各種軟磁鐵氧體等。其中矯 頑力（coercive force，用化表示)是指磁性材料在飽和磁化后，當(dāng)外磁場退回到零時(shí)其磁 感應(yīng)強(qiáng)度B并不退到零，只有在原磁化場相反方向加上一定大小的磁場才能使磁感應(yīng)強(qiáng)度 退回到零，該磁場稱為矯頑磁場，又稱矯頑力。
[0021] 請(qǐng)參考圖I，本發(fā)明一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法包括步驟SI,制作 軟磁薄膜樣品；步驟S2，提供一高通量電阻率測試儀;步驟S3，測試軟磁薄膜樣品電阻性能； 及步驟S4，計(jì)算電阻率。其具體實(shí)施方案為：
[0022] 步驟SI,制作軟磁薄膜樣品：請(qǐng)參考圖2,提供一鋼化玻璃基片10,采用高通量組合 材料離子束瓣射薄膜沉積系統(tǒng)制備多比例組分的軟磁薄膜樣品101。在高通量組合材料離 子束瓣射薄膜沉積系統(tǒng)的制備腔內(nèi)，配置鐵、鉆兩個(gè)祀材于承載祀材的工作臺(tái)上，鋼化玻璃 基片10長X寬為SOmmXSOmm固定于底座的樣品臺(tái)上，掩模板固定于樣品臺(tái)和祀材之間，依 據(jù)軟磁薄膜樣品101的需求，選用適宜的掩模板，祀材位于掩模板上方，底座可旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng) 樣品臺(tái)上鋼化玻璃基片10旋轉(zhuǎn)，掩膜板上設(shè)置有小孔，不同掩模板其上的小孔數(shù)量和孔徑 不同。在此高通量組合材料離子束瓣射薄膜沉積系統(tǒng)，啟動(dòng)底座使鋼化玻璃基片10水平方 向旋轉(zhuǎn)，通過離子束瓣射祀材，在鋼化玻璃基片10表面沉積制備成軟磁薄膜樣品101。
[0023] 高通量組合材料離子束瓣射薄膜沉積系統(tǒng)是用于高通量組合材料忍片制備的專 用高效鍛膜裝置。該系統(tǒng)采用全新的高真空、多腔體設(shè)計(jì)思路，將原位儲(chǔ)祀換祀和原位熱處 理集成在一起，并配備了輔助離子源沉積的離子束瓣射系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高均一性、高致密度、 高純度、高分辨率的組合材料忍片制備。該系統(tǒng)包括瓣射腔、儲(chǔ)祀腔、換祀腔、原位熱處理腔 和進(jìn)樣腔，精確控制連續(xù)移動(dòng)掩模系統(tǒng)，使材料瓣射到樣品區(qū)域的次數(shù)和時(shí)間不同，從而能 夠在鋼化玻璃基片10上制備多達(dá)上百萬個(gè)不同組分的梯度沉積、順序沉積等軟磁薄膜樣品 101。
[0024] 在鋼化玻璃基片10表面沉積制備64個(gè)IOmmX IOmm軟磁薄膜樣品101，按從左到右 依次編號(hào)為1-64,形成八行八列的陣列，軟磁薄膜樣品101組分含量不同，組分包括鐵、鉆及 氧，其中鐵、鉆及氧質(zhì)量百分比范圍分別為:60-70%、29-39%、0-1%，軟磁薄膜樣品101膜 層厚度為0.1mm。
[0025] 步驟S2,提供一高通量電阻率測試儀1:請(qǐng)參考圖3,高通量電阻率測試儀1包括一 探針基板11、四探針13、電源15、電流表17及電位差計(jì)19。探針基板11用于承載多組四探針 13,本實(shí)施例為64組，是八行八列的陣列設(shè)置，與多個(gè)軟磁薄膜樣品101相對(duì)應(yīng)，一組四探針 13包括從左到右依次排列的第一探針131、第二探針132、第=探針133、第四探針134,均為 金屬材質(zhì)，設(shè)置在一條直線上，并且第一探針131與第二探針132的間距，第二探針131與第 立探針132的間距，第立探針131與第四探針132的間距均相等，每一行八組四探針13配置一 電源15,一電流表17及一電位差計(jì)19,第一探針131和第四探針134接通電源15,并連接電流 表17,第二探針132和第=探針133連接電位差計(jì)19, 一組四探針13測試一個(gè)比例組分的軟 磁薄膜樣品101。
[0026] 步驟S3,測試軟磁薄膜樣品電阻性能:先將高通量電阻率測試儀1預(yù)熱，估測軟磁 薄膜樣品101電阻或電阻率的范圍，并依此范圍設(shè)置適宜的量程，接著放置軟磁薄膜樣品 101，將陣列排布的四探針13與軟磁薄膜樣品101接觸，第一探針131與第四探針134連接的 電源15提供恒定電流，使軟磁薄膜樣品101有電流通過，同時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了電位差，從電流表 17讀出電流值I，從電位差計(jì)19讀出電位差V。
[0027] 之所W采用四探針法測量電阻，是因?yàn)樗奶结?3和軟磁薄膜樣品101接觸時(shí)有一 個(gè)接觸電阻，運(yùn)個(gè)接觸電阻很大，如果用第一探針131和第四探針134同時(shí)測量電流和電位 差，接觸電阻就會(huì)影響測量的結(jié)果。第二探針132和第=探針133間的電壓是電位差計(jì)19采 用補(bǔ)償法測量的，只要第二探針132和第=探針133之間沒有電流的泄露，就能夠避免接觸 電阻帶來的誤差，提高測量的精度。本測試方法利用加速試驗(yàn)對(duì)軟磁薄膜樣品101進(jìn)行高通 量篩選，直接在同一時(shí)間一次性完成多個(gè)軟磁薄膜樣品101電阻性能測試。高通量篩選 化igh throughput screening,HTS)技術(shù)是指W分子水平和細(xì)胞水平的實(shí)驗(yàn)方法為基礎(chǔ)， W微板形式作為實(shí)驗(yàn)工具載體，W自動(dòng)化操作系統(tǒng)執(zhí)行試驗(yàn)過程，W靈敏快速的檢測儀器 采集實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，W計(jì)算機(jī)分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在同一時(shí)間檢測數(shù)W千萬的軟磁薄膜樣 品101，并W得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫支持運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)體系，它具有微量、快速、靈敏和準(zhǔn)確等特 點(diǎn)。
[0028] 請(qǐng)參考圖5,高通量電阻率測試儀1測試軟磁薄膜樣品101時(shí)的整體效果圖，軟磁薄 膜樣品101中的點(diǎn)103為高通量電阻率測試儀1測試軟磁薄膜樣品101時(shí)，四探針13與軟磁薄 膜樣品101的接觸位置。
[0029] 步驟S4,計(jì)算電阻率:采用高通量電阻率測試儀1對(duì)軟磁薄膜樣品101電阻率進(jìn)行 測試，根據(jù)第一探針131與第四探針134間測得的電流I和第二探針132與第=探針133間測 得的電仿差V,就前PH+當(dāng)m疆瞪的由陽莖0，
[0030]
[0031] P = CV/! (2-1)
[0032] 其中C為探針系數(shù)，由制造廠對(duì)探針間距進(jìn)行測定后確定，并提供給用戶，Dl為第 一探針131與第二探針132間的間距，D2為第二探針132與第S探針133間的間距，D3為第S 探針133與第四探針134間的間距，四個(gè)探針等間距排列，用相鄰探針間距用S表示，因此Dl = D2 = D3 = S〇
[0033] C =化 S
[0034] P =化 SV/I (2-2)
[0035] 公式(2-2)是在樣品無窮大時(shí)導(dǎo)出，當(dāng)樣品的幾何尺寸比探針的間距大很多倍，可 W看成無窮大，因此可由公式P = 23iSV/I計(jì)算樣品的電阻率;如果被測樣品不是無窮大，而 是厚度，橫向尺寸一定，運(yùn)時(shí)利用四探針法測量電阻率時(shí)，就不能直接采用公式(2-2)，進(jìn)一 步的分析表明，在四探針法中只要對(duì)公式(2-2)引入適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)Bo即可，Bo與軟磁薄膜 樣品101的尺寸與探針間距修正函數(shù)及樣品形狀與測量位置修正函數(shù)有關(guān)(可由相應(yīng)的數(shù) 表查得），此時(shí)：
[0036] P =化 SV(BoI 廠 1 (2-3)
[0037] 因此由公式(2-3)即可計(jì)算軟磁薄膜樣品的電阻率。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法具有W下優(yōu) 點(diǎn):采用高通量組合材料離子束瓣射薄膜沉積系統(tǒng)能一次性制備多個(gè)組分含量的軟磁薄膜 樣品101，多個(gè)軟磁薄膜樣品101陣列式設(shè)置，方便后續(xù)高通量電阻率儀1測試，也利于由記 錄的數(shù)據(jù)快速查找相應(yīng)的軟磁薄膜樣品101，高通量電阻率測試儀1的四探針13陣列式設(shè) 置，能與軟磁薄膜樣品101-一對(duì)應(yīng)接觸。將探針基板11上的多組四探針13分別與對(duì)應(yīng)的多 組軟磁薄膜樣品101接觸，一次性測得所述多組軟磁薄膜樣品101的電流值I及電位差V。由 測得的電位差、電流值及電阻率計(jì)算公式，即可計(jì)算軟磁薄膜樣品101的電阻率，可W根據(jù) 測試結(jié)果，查找所需要電阻率的組分含量軟磁薄膜樣品101。從而解決了測試效率低，成本 高，耗時(shí)長等問題，同時(shí)也可W減少了實(shí)驗(yàn)誤差。
[0039] W上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明原則之 內(nèi)所作的任何修改，等同替換和改進(jìn)等均應(yīng)包含本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法，其特征在于，包括： 步驟Sl，制作軟磁薄膜樣品：采用高通量組合材料離子束濺射薄膜沉積系統(tǒng)，在鋼化玻 璃基片上制備多個(gè)組分含量不同的軟磁薄膜樣品，其中多個(gè)軟磁薄膜樣品在鋼化玻璃基片 上陣列式設(shè)置； 步驟S2，提供一高通量電阻率測試儀:其包括一探針基板，承載至多組四探針，所述多 組四探針與多個(gè)軟磁薄膜樣品相對(duì)應(yīng)陣列式設(shè)置； 步驟S3,測試軟磁薄膜樣品電阻性能：將四探針接觸軟磁薄膜樣品，測得電流值I及電 位差V，一次性測試所述多個(gè)軟磁薄膜樣品，并采用高通量篩選技術(shù)對(duì)軟磁薄膜樣品進(jìn)行測 試； 及步驟S4,計(jì)算電阻率。2. 如權(quán)利要求1所述的一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法，其特征在于:所述 四探針陣列是八行八列的陣列，每行八組四探針配置一電源，一電流表，一電位差計(jì)。3. 如權(quán)利要求1所述的一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法，其特征在于:所述 每組四探針包括第一探針、第二探針、第三探針及第四探針，第一探針和第四探針連接電 源，并連接電流表，第二探針和第三探針連接電位差計(jì)，四探針接觸軟磁薄膜樣品時(shí)，軟磁 薄膜樣品有電流通過，同時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生電位差。4. 如權(quán)利要求3所述的一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法，其特征在于:所述 第一探針與第二探針的間距，第二探針與第三探針的間距，第三探針與第四探針的間距相 等。5. 如權(quán)利要求1所述的一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法，其特征在于:所述 鋼化玻璃基片長X寬為80mm X 80mm。6. 如權(quán)利要求1所述的一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法，其特征在于:所述 制備的軟磁薄膜樣品長X寬為IOmm X 1〇_。7. 如權(quán)利要求1所述的一種軟磁薄膜材料表面電阻高通量測試方法，其特征在于:步驟 S4中，一組四探針接觸一個(gè)組分含量的軟磁薄膜樣品，根據(jù)所述測得的電位差V和電流值I， 采用公式P = S3ISV(Bt)Ir1計(jì)算軟磁薄膜樣品電阻率，其中P為軟磁薄膜樣品電阻率，S為相鄰 探針間距，Bo為修正系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01R27/08GK105954591SQ201610283377
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】向勇, 臧亮, 林辰
【申請(qǐng)人】寧波國際材料基因工程研究院有限公司