一种利用液体导电层辅助测量的电学探针测量法的制作方法

本发明涉及测量电学属性领域，尤其涉及一种利用液体导电层辅助测量的电学探针测量法。

背景技术：

传统的微探针（microprobe）手段可用来将探针直接接触到样品表面，形成导通，来测量材料样品（例如晶圆）的电学属性，比如面电阻（sheetresistance），磁隧穿效应电阻(tmr)，以及电压/电流关系曲线。

为了能有效的测量电学属性，一个“良好”的电学接触是重要的一点。因此，探针末端多由高导电率的金属材料制成。针对样品接触层材料为低电导率，薄金属氧化物层以及离子注入层的样品，探针应该具备刺穿能力。以磁随机存取存储器（mram）为例，为了实现成功的测量，顶层的面电阻（rt），底层的面电阻（rb）和隧穿层电阻（ra）的阻值比例关系都要调整到适当的范围。特别是磁随机存取存储器的测量，不仅是探针，甚至是样品的层级结构也需要特别设计来保证有效的测量（顶层的面电阻rt，底层的面电阻rb和隧穿层电阻ra的阻值比例关系），这个对样品的制备是一个额外的强硬要求，局限了传统测量手段。

对于微探针，其悬臂梁的直径约在1微米左右，依靠这么纤细的尺度结构与顶层薄膜材料建立导电接触是有挑战的，特别是当顶层材料为低电导率、薄金属氧化物层以及离子注入层的样品。针对不同的测量应用需求，需要不同设计的探针。例如特别的悬臂梁构造，探针衬底材料和镀膜的接触端材料。在微米/亚微米这个物理尺度范围，强机械的探针设计几乎是材料科学一个两难的困局。除此以外,在样品表面和探针末端的物理硬接触，会引发不可逆转的在探针表面的金属镀膜层形成摩擦损耗。不仅影响探针的使用寿命，其测量的准确性和可重复性都受到严重影响（参考附图1）。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术中的不足，提供一种非接触性的、测量准确、不影响样品的电学探针测量方法。

本发明采用的技术方案是：一种利用导电液体辅助测量的电学探针测量法，首先将导电液体置于样品表面形成导电液体层，通过调整导电液体层的厚度和导电液体的电导性来控制导电液体层的电阻属性；其次将探针尖与导电液体相接触，导电液体做为探针和样品间的导通介质。

作为本发明的进一步改进，所述导电液体层为一个完整的导电液体层。

作为本发明的进一步改进，所述导电液体层为导电液体区域。

作为本发明的进一步改进，所述调整导电液体层的厚度方法包括纺锤法。

作为本发明的进一步改进，所述探针尖浸入导电液体层。

作为本发明的更进一步改进，所述导电液体为电解质溶液或液体金属（合金）。

本发明采用的有益效果是：本发明具备如下优点：1、辅助的导电液层做为导通探针和样品的桥梁，可以避免探针接触末端的磨损磨耗，因此大幅度的延长了探针的寿命；2、通过有效控制接触面，电学测量的准确性和可重复性大大提升；3、由于导体液体层的电阻值可以调节，因而降低了对磁隧穿效应电阻(tmr)各层间电阻的调节。4、探针不再直接接触样品表面，避免了在样品表面留下印痕，从而使微探针技术成为真正意义上的无损测量。通过本发明，标准微探针可以被应用到更加广泛的领域中。

附图说明

图1为现有技术的示意图。

图2为本发明的实施例1的示意图。

图3为本发明的实施例2的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明。

一种利用导电液体辅助测量的电学探针测量法，首先将导电液体置于样品表面形成导电液体层，通过调整导电液体层的厚度和导电液体的电导性来控制导电液体层的电阻属性；其次将探针尖与导电液体相接触，导电液体做为探针和样品间的导通介质。

不同于传统直接把探针接触到样品顶层的做法，在本发明中，探针尖可以搭/贴在导电液体层表面，或者浸入导电液体层。

对于某些坚硬的易氧化的金属顶层，使用导电率高的导电液体。导电液体层还能和金属氧化物作用，去除氧化物层，达到建立电接触的作用。

以对磁随机存取存储器（超薄金属膜）为例，进一步介绍本发明，见图2和图3。

实施例1，首先将导电液体置于磁随机存取存储器的表面形成连续的导电液体层，通过调整导电液体层的厚度和导电液体的电导性来控制导电液体层的电阻属性；其次将探针尖与导电液体相接触，导电液体做为探针和样品间的导通介质。导电液体可以是电解质溶液，或者是液体金属（合金），导电液的面电阻（rs）可以由电解质的浓度或者液态金属（合金）的成分比例来控制，液体电阻的ra值可以由液体膜层的厚度决定。使用纺锤（spindle）法来控制导电液体层的厚度：把液体滴在样品表面后，高速旋转加载着样品的台面，膜的厚度由转速和旋转的时间来决定。

其中rt为顶层的面电阻，rb为底层的面电阻，ra为隧穿层电阻，本公式是对固定ra值的一种定型后阻值关系的调节（post-manipulation）的顶层的面电阻rt，底层的面电阻rb和隧穿层电阻ra的阻值比例关系。

实施例2，首先将导电液体置于磁随机存取存储器的表面，在探针的pin脚下面和周边引入导电液小区域，实现电流/电压由探针到样品的导通，通过调整导电液体层的厚度和导电液体的电导性来控制导电液体层的电阻属性；其次将探针尖与导电液体相接触，导电液体做为探针和样品间的导通介质。导电液体可以是电解质溶液，或者是液体金属（合金），导电液的面电阻（rs）可以由电解质的浓度或者液态金属（合金）的成分比例来控制，液体电阻的ra值可以由液体膜层的厚度决定。

其中rt为顶层的面电阻，rb为底层的面电阻，ra为隧穿层电阻，本公式是对固定ra值的一种定型后阻值关系的调节（post-manipulation）的顶层的面电阻rt，底层的面电阻rb和隧穿层电阻ra的阻值比例关系。

本发明具备如下优点：1、辅助的导电液层做为导通探针和样品的桥梁，可以避免探针接触末端的磨损磨耗，因此大幅度的延长了探针的寿命；2、通过有效控制接触面，电学测量的准确性和可重复性大大提升；3、由于导体液体层的电阻值可以调节，因而降低了对磁隧穿效应电阻(tmr)各层间电阻的调节。4、探针不再直接接触样品表面，避免了在样品表面留下印痕，从而使微探针技术成为真正意义上的无损测量。通过本发明，标准微探针可以被应用到更加广泛的领域中。

本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。