一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法技术

本发明专利技术提供一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法，只需要与软磁薄膜样品基片相同的基片而无需外加磁场即可获得软磁薄膜的高频磁导率。测试核心部件包括谐振腔、微波同轴连接器、测试样品和基片，测试时，分别测试谐振腔、基片和样品三者的微波反射系数，通过计算可以获得软磁薄膜高频磁导率。本发明专利技术方法在高频磁导率测试中有效地提高了准确度和测试效率，尤其是使得软磁薄膜低频磁导率表征更加稳定。

A Method for Measuring High Frequency Permeability of Soft Magnetic Films

The invention provides a method for measuring high-frequency permeability of soft magnetic film, which can obtain high-frequency permeability of soft magnetic film only by using the same substrate as the sample substrate of soft magnetic film without external magnetic field. The core components of the test include resonator, microwave coaxial connector, test sample and substrate. The microwave reflection coefficients of resonator, substrate and sample are tested respectively during the test. The high frequency permeability of soft magnetic film can be obtained by calculating. The method of the invention effectively improves the accuracy and test efficiency in the high frequency permeability test, especially makes the low frequency permeability characterization of the soft magnetic film more stable.

【技术实现步骤摘要】
一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法
本专利技术具体涉及一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法。
技术介绍
现代科技离不开高性能的高频磁性器件，而设计和研制这些高频磁性器件的基本前提是准确知道所用材料的基本电磁参数，当器件向小型化发展时，要求器件所用的功能薄膜材料也越来越多。应用中软磁薄膜的复数磁导率是决定器件性能和适用性的重要因素，对于微米或纳米级厚度的薄膜，其厚度太薄，体积太小，磁信号较弱，给测量带来了极大的困难。目前测试磁性材料磁导率和共振频率的方法主要有波导法和同轴法，对于体积较大的块体材料是十分合适的，而对于厚度约50纳米的软磁薄膜，在上述两种方法中，磁信号就很弱，难以准确测试。此外，采用上述两方法测试时，放置样品过程的要求极为苛求，也使得测试操作需要很多繁琐步骤。如采用短路微带谐振腔的方法测试软磁薄膜磁导率(申请号：201410012235.2)，需要加上一个几十到一百多奥斯特大小的磁场，磁场方向平行于微波磁场方向，该磁场的施加一定程度上影响了谐振腔内微波磁场的分布，得到的磁导率也是一定小磁场下的磁导率。如能在测试中不外加磁场，测试操作流程和精度将进一步得到提高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法，来解决现有测试需要外加磁场、操作流程复杂、精准度差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法，包括：(1)准备两片基片，在其中一片基片上沉积一层软磁薄膜，形成测试样品，所述测试样品的一面为软磁薄膜面，与所述软磁薄膜面相对应的一面为基片面；(2)测试所述测试样品的软磁薄膜的厚度；(3)将微波同轴连接器的输入端连接网络分析仪，将微波同轴连接器的轴出端的中心连接谐振腔,所述谐振腔具有上腔壁、下腔壁、前腔壁和后腔壁，所述上腔壁、下腔壁、前腔壁和后腔壁围成一中空长方体结构，当微波信号自所述网络分析仪通过所述微波同轴连接器进入所述谐振腔时，微波电场E的方向与所述上腔壁和下腔壁垂直，微波磁场H的方向与所述上腔壁和下腔壁平行，微波磁场H的方向与所述前腔壁和后腔壁平行；(4)测量空的谐振腔的反射系数Sempty，计算得出空的谐振腔的等效介电常数εempty；(5)将所述基片放入所述谐振腔中，测量所述基片的反射系数Ssubstrate，计算得出此时的等效介电常数εsubstrate；(6)将所述测试样品放入所述谐振腔中，所述软磁薄膜面朝上放置,所述软磁薄膜的磁化强度M的方向垂直于所述微波磁场H的方向，测量所述测试样品的微波反射系数Sfilm；(7)计算获得软磁薄膜的高频磁导率μfilm。作为本专利技术所述一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法的一种优选方案，步骤(1)中，所述两片基片的材质和尺寸均相同。作为本专利技术所述一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法的一种优选方案，步骤(1)中，所述两片基片是通过微纳加工工艺切割的。作为本专利技术所述一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法的一种优选方案，步骤(2)中，所述软磁薄膜的厚度通过轮廓仪和扫描电镜两者测试综合获得。作为本专利技术所述一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法的一种优选方案，步骤(3)中，所述谐振腔为镀金铍铜导体。作为本专利技术所述一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法的一种优选方案，步骤(4)中，所述空的谐振腔的等效介电常数εempty的计算公式为：式(Ⅰ)中c0为真空中的光速，j为虚部符号，lempty为谐振腔空余部分的长度，lsample为谐振腔中测试样品的长度，f为测量频率。作为本专利技术所述一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法的一种优选方案，步骤(5)中，所述等效介电常数εsubstrate的计算公式为：式(Ⅱ)中c0为式真空中的光速，j为虚部符号，lempty为谐振腔空余部分的长度，lsample为谐振腔中测试样品的长度，f为测量频率。作为本专利技术所述一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法的一种优选方案，步骤(7)中，所述高频磁导率μfilm的计算公式为：式(III)中c0为式真空中的光速，j为虚部符号，lempty为谐振腔空余部分的长度，lsample为谐振腔中测试样品的长度，f为测量频率，d为软磁薄膜厚度，A为标度系数。与现有技术相比，本专利技术提出的一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法，在基于微扰法基础上无需外加磁场情况下对软磁薄膜磁导率的测试，测试原理科学，准确率高，重复性好，操作方便，易于推广和普及。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，图1为本专利技术测试软磁薄膜的高频磁导率时谐振腔内的微波电场和微波磁场的分布图；图2为本专利技术的一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法在实施例1中的结构示意图；图3为本专利技术在谐振腔内放入测试样品时软磁薄膜面内磁化强度M与微波磁场H的关系图；图4为本专利技术的一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法所测得厚度为50nm的FeNB软磁薄膜的磁导率随频率的关系图。其中：1为谐振腔、2为微波同轴连接器、3为测试样品、4为基片、5为网络分析仪。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。其次，本专利技术利用结构示意图等进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。本专利技术设计一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法，无需外加磁场即可获得软磁薄膜的高频磁导率。测试的夹具主要是基于微扰法的谐振腔结构，其结构如图1所示，谐振腔1为镀金的铍铜导体，谐振腔1左侧与微波同轴连接器2右侧同轴接头的中心连接，当微波信号通过微波同轴连接器2进入谐振腔1时，微波电场E的方向在谐振腔1腔体内是垂直上下的，微波磁场H的方向则是平行于谐振腔1腔体内壁。将镀有软磁薄膜的测试样品3放入谐振腔1中，软磁薄膜面向上放置，如图2所示。此时，软磁薄膜面垂直于微波电场E的方向，且平行于微波磁场H的方向。在进行软磁薄膜磁导率的测量时，微波同轴连接器2的左侧直接连接测试设备网络分析仪5。软磁薄膜磁化强度M在软磁薄膜面内，并且放置时磁化强度M方向垂直于微波磁场H，从而产生了对谐振腔1微波磁场H的微扰，如图3所示。软磁薄膜磁化强度对微波场的微扰引起传输线特征参量的不连续和单端口微波信号反射系数S的显著变化，通过计算可以得出软磁薄膜的高频磁导率。具体的测量过程分为三步：1)通过测量空谐振腔1结构的反射系数Sempty，计算得出空的谐振腔1的等效介电常数εempty；2)测量放入基片4时谐振腔1的结构的反射系数Ssubstrate，计算出此时的等效介电常数εsubstrate；3)测量放入测试样品3时谐振腔1的结构的反射系数Sfilm，可计算出薄膜的磁导率μfilm，计算中所用到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法，其特征是，包括：(1)准备两片基片，在其中一片基片上沉积一层软磁薄膜，形成测试样品，所述测试样品的一面为软磁薄膜面，与所述软磁薄膜面相对应的一面为基片面；(2)测试所述测试样品的软磁薄膜的厚度；(3)将微波同轴连接器的输入端连接网络分析仪，将微波同轴连接器的轴出端的中心连接谐振腔，所述谐振腔具有上腔壁、下腔壁、前腔壁和后腔壁，所述上腔壁、下腔壁、前腔壁和后腔壁围成一中空长方体结构，当微波信号自所述网络分析仪通过所述微波同轴连接器进入所述谐振腔时，微波电场E的方向与所述上腔壁和下腔壁垂直，微波磁场H的方向与所述上腔壁和下腔壁平行，微波磁场H的方向与所述前腔壁和后腔壁平行；(4)测量空的谐振腔的反射系数S

【技术特征摘要】
1.一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法，其特征是，包括：(1)准备两片基片，在其中一片基片上沉积一层软磁薄膜，形成测试样品，所述测试样品的一面为软磁薄膜面，与所述软磁薄膜面相对应的一面为基片面；(2)测试所述测试样品的软磁薄膜的厚度；(3)将微波同轴连接器的输入端连接网络分析仪，将微波同轴连接器的轴出端的中心连接谐振腔，所述谐振腔具有上腔壁、下腔壁、前腔壁和后腔壁，所述上腔壁、下腔壁、前腔壁和后腔壁围成一中空长方体结构，当微波信号自所述网络分析仪通过所述微波同轴连接器进入所述谐振腔时，微波电场E的方向与所述上腔壁和下腔壁垂直，微波磁场H的方向与所述上腔壁和下腔壁平行，微波磁场H的方向与所述前腔壁和后腔壁平行；(4)测量空的谐振腔的反射系数Sempty，计算得出空的谐振腔的等效介电常数εempty；(5)将所述基片放入所述谐振腔中，测量所述基片的反射系数Ssubstrate，计算得出此时的等效介电常数εsubstrate；(6)将所述测试样品放入所述谐振腔中，所述软磁薄膜面朝上放置,所述软磁薄膜的磁化强度M的方向垂直于所述微波磁场H的方向，测量所述测试样品的微波反射系数Sfilm；(7)计算获得软磁薄膜的高频磁导率μfilm。2.如权利要求1所述的测量软磁薄膜高频磁导率的方法，其特征是：步骤(1)中，所述两片基片的材质和尺寸均相同。3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓渝，章强，邢园园，臧涛成，马春兰，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32