一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置及其测量方法，包括装置探头主体短路微带线微波PCB板，在所述探头主体的背面完全由Cu覆盖，所述装置主体的正面印制电路工艺刻出一条微波传输线，所述传输线与背面的Cu通过侧面电镀Cu连接到一起，即与接地端短路。本发明专利技术中（一）磁性薄膜不需要与探头接触；（二）此测试方法对样品的尺寸没有限制；（三）其磁导率测试精度与传统短路微带线夹具的测试精度一致；（四）此测试方法可以在室温到475K内进行0‑10GHz频段的磁谱测试；（五）整个测试过程与短路微带线传输方法是一致的。本发明专利技术对于磁性器件在高温下的高频应用，磁性薄膜的变温磁导率测量的发展是非常重要的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利属于矢量网络测试
，具体地说涉及一种非接触式的矢量网络测试薄膜磁导率的装置。
技术介绍
高共振频率和高磁导率的磁性薄膜现在已广泛应用在许多微型器件中，例如：磁传感器、能量采集器、移相器、可调滤波器等。正常情况下，由于器件的热效应，微器件的工作温度要比室温高。因此，有必要对磁性薄膜的高温磁特性进行测试。众所周知，对于磁性薄膜静态磁特性随温度变化的测试，常用到的仪器有振动样品磁强计和超导量子干涉仪。而对于高频磁特性的研究，由于受到测量机制的限制，探测薄膜磁导率时需要把样品放到微波装置内部或者样品直接接触微波测试板。比如目前使用的短路微带线装置，一端通过黄铜与地短路连接，另一端通过通过焊接技术连接到SMA同轴接头的发射器上。通过这种方法测试时，需要把磁性薄膜推入到微波传输线夹具内部。在2003年，Ledieu等人发表一篇文章，基于上述短路微带线夹具测试铁磁薄膜的微波磁谱，通过加热整个装置使得温度能精确地控制在77-400K的范围，频率可以达到6GHz。然而，为了在更高温度下探测磁性薄膜的磁特性，必须研究出一种非接触式的测试方法。之后，在2011年，Hung等人发表了一篇关于测试温度可以高达423K的新的测试方法的文章，他们通过使用特定的近场微波探头来测量高频磁特性，其频率可以高达5 GHz。然而，这种测试方法为了得到足够的信号，样品虽然不需要与近场探头顶端接触，样品表面与近场探头的距离必须非常小，通常情况下此距离小于20 μm。这就必然导致这种测量方法的测试温度不能进一步提高，只能达到423 K。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供了一种全新的非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率装置，本专利技术装置操作方便、精度高、效率高。本专利技术的另一目的为提供上述非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率装置的测量方法。为解决本专利技术的技术问题采用如下技术方案：一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置，包括装置探头主体短路微带线微波PCB板，其中装置主体短路微带线微波PCB板是Rogers公司生产的RO4003C型号微波PCB板，所述装置主体短路微带线微波PCB板与插入式的SMA接头连接，所述SMA接头与矢量网络分析仪连接，所述装置主体的背面完全覆盖Cu，其厚度为35μm，所述探头主体的正面应用印制电路工艺刻出一条微波传输线，其宽度为1.9mm，厚度为35μm，所述微波传输线与装置主体的背面完全覆盖的Cu通过侧面电镀Cu连接到一起，即与接地端短路。所述装置探头主体短路微带线微波PCB板的特征阻抗与50Ω相匹配。一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置的测量方法，在非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置的微波传输线的正下方放置薄膜样品，薄膜样品放置在加热平台上，然后通过一个三维移动平台调整加热平台的加热平面的位置和高度，使薄膜样品的边缘刚好位于微波传输线的末端，加热装置的传感器放置在薄膜样品表面以便精确地检测温度变化，通过矢量网络分析仪可得到不同温度下的薄膜磁导率。为了得到高精度的测试结果使薄膜和微带线之间间隙小于0.5 mm。为了保证温度的误差范围不大于0.5 K，整个非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置放置在减振台上，以减少环境振动的影响。本专利技术的有益效果是：（一）磁性薄膜样品不需要与探头接触；（二）此装置测试方法对样品的尺寸没有限制；（三）其磁导率测试精度与传统短路微带线夹具的测试精度是一样的；（四）此装置的测试方法可以在室温到475K内进行0-10GHz的磁谱测试；（五）整个测试过程与短路微带线传输方法是一致的。本专利技术专利中，我们研发了一种非接触式测试磁性薄膜高频磁导率的装置及其测试方法，本方法中我们用到了自己设计的单端短路微带线探头，此方法的测试原理跟短路微带线传输理论是一致的。应用我们设计的探头，测试频率最高可以加到7GHz测试温度可以从室温加到475 K。附图说明图1为本专利技术非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率装置结构示意图；图2为本专利技术测试薄膜的示意图；图3为本专利技术测试样品CoZr薄膜的室温磁导率谱线分别用微带线装置和微带线探头测试谱线图；图4为本专利技术测试样品通过VSM研究薄膜的静态磁性与温度的关系图；图5为本专利技术测试样品CoZr变化关系薄膜的实部与虚部随温度的变化关系图；图中：1装置主体微波PCB板，2装置主体背面的Cu覆盖层，3微波传输线，4电镀Cu，5插入式SMA接头，6同轴电缆，7矢量网络分析仪，8薄膜样品，9薄膜样品的右侧边缘，10加热装置。具体实施方法下面结合附图和实例对本专利技术做进一步的说明。一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置，包括装置主体是加工过的Rogers公司生产的RO4003C型号微波PCB板，装置主体微波PCB板与插入式的SMA接头连接，所述SMA接头与矢量网络分析仪连接，在所述装置主体的背面完全由Cu覆盖，所述装置主体的正面应用印制电路工艺刻蚀出一条微波传输线，所述传输线与背面的Cu通过侧面电镀Cu连接到一起，即与接地端短路。微带线装置的特征阻抗与50Ω相匹配。如图1所示，一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置，装置主体是Rogers公司生产的RO4003C型号微波PCB板1，其尺寸为宽度10mm，长度18mm，厚度0.813mm。在所述装置主体的背面完全由Cu覆盖2，其尺寸为宽度10mm，长度18mm，厚度35μm。在所述装置主体的正面应用印制电路工艺刻蚀出一条微波传输线3其尺寸为宽度1.9mm，长度18mm，厚度35μm。在所述传输线与背面的Cu通过侧面电镀Cu4连接到一起，即与接地端短路，其尺寸为宽度10mm，长度0.813mm，厚度35μmmm。将非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置1与插入式的SMA接头5连接到一起，SMA接头5与矢量网络分析仪7通过同轴电缆6连接到一起。如图2所示，上述非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置的测量方法，将薄膜样品8放置在微波传输线3的正下方，并且保证薄膜样品8的右侧边缘9刚好位于微波传输线3的末端4，为了得到高精度的测试结果必须保证薄膜样品8的表面和微带线3之间的间隙小于0.5 mm。薄膜放置8在加热装置10的平台上面。然后通过一个三维平台控制器调整加热平台的加热平面的位置和高度，从而调整薄膜样品8的位置和高度。加热装置10的传感器放置在薄膜样品8表面以便精确地检测温度变化，从而保证温度的误差范围不大于0.5 K。整个测试系统放置在减振台上，以减少环境振动的影响，可以保证测试过程中薄膜样品8与探头微波传输线3的距离保持不变。接下来就可以开始测试了。根据传输线中的电磁波传输理论，可以得到矢量网络分析仪的S11参数与等效介电常数和磁导率的关系，扣除介电常数信号后可得到磁导率的数值，即磁导率通过计算不同步骤下的矢量网络分析仪S11参数而得到。首先，矢量网络分析仪空载时测得整个系统的S11，即只有探头与矢量网络分析仪连接。第二步，放置上样品得到一个S11。有效磁导率和介电常数都被改变了。第三步，为了剥离衬底介电常数的影响，在垂直于微带线的方向施加一个大于薄膜饱和场的磁场。这时，磁性薄膜没有高频响应。第四步，测量是加磁场后的空载微波探头的S11，磁场施加的方式与第三步完全一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置，其特征在于：包括装置探头主体短路微带线微波PCB板，所述装置主体短路微带线微波PCB板与插入式的SMA接头连接，所述SMA接头与矢量网络分析仪连接，所述装置主体的背面完全覆盖Cu，其厚度为35μm，所述探头主体的正面应用印制电路工艺刻出一条微波传输线，其宽度为1.9mm，厚度为35μm，所述微波传输线与装置主体的背面完全覆盖的Cu通过侧面电镀Cu连接到一起，即与接地端短路。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置，其特征在于：包括装置探头主体短路微带线微波PCB板，所述装置主体短路微带线微波PCB板与插入式的SMA接头连接，所述SMA接头与矢量网络分析仪连接，所述装置主体的背面完全覆盖Cu，其厚度为35μm，所述探头主体的正面应用印制电路工艺刻出一条微波传输线，其宽度为1.9mm，厚度为35μm，所述微波传输线与装置主体的背面完全覆盖的Cu通过侧面电镀Cu连接到一起，即与接地端短路。2.根据权利要求1所述的一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置，其特征在于：所述装置探头主体短路微带线微波PCB板的特征阻抗与50Ω相匹配。3.根据权利要求1或2所述的一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜玲，柴国志，李成毅，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62