一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法，包括：步骤S1，制作软磁薄膜样品：采用高通量组合材料离子束溅射薄膜沉积系统，在钢化玻璃基片上制备多个组分含量不同的软磁薄膜样品，其中多个软磁薄膜样品在钢化玻璃基片上阵列式设置；步骤S2，提供一高通量电阻率测试仪：其包括一探针基板，承载多组四探针，所述多组四探针与多个软磁薄膜样品相对应阵列式设置；步骤S3，测试软磁薄膜样品电阻性能：将四探针接触软磁薄膜样品，测得电流值I及电位差V，一次性测试所述多个软磁薄膜样品，并采用高通量筛选技术对软磁薄膜样品进行测试；及步骤S4，计算电阻率。
【专利说明】-种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法 【技术领域】
[0001] 本发明设及一种物理量测试方法，尤其设及一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测 试方法。 【【背景技术】】
[0002] 软磁薄膜材料在记录磁头、垂直磁记录媒介、薄膜变压器W及电感器件等方面得 到广泛的应用。传统的铁氧体薄膜材料具有高的电阻率和高的磁导率的优点，但饱和磁化 强度却很低，尤其是当工作频率接近时，其磁导率急剧下降，但低的饱和磁化强度、低的电 阻率、高溫条件下的晶化倾向、低的居里溫度使得磁导率频谱发生多重共振，热稳定性变 差。铁钻合金薄膜具有高的饱和磁化强度，但低的电阻率和大的磁致伸缩使其很难获得良 好的软磁特性。
[0003] 电子器件的高效率、高频化、低维化和低损耗运样一个"两高两低"的发展趋势对 软磁薄膜材料提出了更高的要求，例如高的饱和磁化强度、低的矫顽力、高的电阻率、高的 磁导率、高的铁磁共振频率等。尤其是最近几年来，磁盘的记录单元从原来的单个畴区到现 在的单个磁性纳米颗粒，记录方式由原来的面内记录到现在的垂直记录，运些都使得磁盘 的记录密度呈指数上升。磁记录密度的增加一方面得益于磁头的发展，另一方面得益于优 质的磁性材料的开发。软磁薄膜材料作为垂直磁记录介质的衬底层，在高频率下要具有高 的电阻率，起到增加磁通使写入磁头更好地把信息写入记录介质的作用。
[0004] 目前常用的方式是制备软磁薄膜材料，然后通过四探针测试仪测试每块软磁薄膜 材料的电阻，因此测试大量的多比例组分软磁薄膜材料时测试效率低，耗费人工成本大，测 试周期长，同时在大量的测试中也容易产生实验误差。 【
【发明内容】
】
[0005] 为克服现有测试多元素、多比例软磁薄膜材料时，需要单个样品逐一测试，因此效 率低，成本高，耗时长等技术问题，本发明提供一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方 法。
[0006] 本发明解决技术问题的技术方案是提供一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试 方法，包括步骤Sl，制作软磁薄膜样品：采用高通量组合材料离子束瓣射薄膜沉积系统，在 钢化玻璃基片上制备多个组分含量不同的软磁薄膜样品，其中多个软磁薄膜样品在钢化玻 璃基片上阵列式设置;步骤S2,提供一高通量电阻率测试仪:其包括一探针基板，承载至多 组四探针，所述多组四探针与多个软磁薄膜样品相对应阵列式设置;步骤S3,测试软磁薄膜 样品电阻性能:将四探针接触软磁薄膜样品，测得电流值I及电位差V，一次性测试所述多个 软磁薄膜样品，并采用高通量筛选技术对软磁薄膜样品进行测试;及步骤S4,计算电阻率。
[0007] 优选地，所述所述四探针阵列是八行八列的阵列，每行八组四探针配置一电源，一 电流表，一电位差计。
[000引优选地，所述每组四探针包括第一探针、第二探针、第=探针及第四探针，第一探 针和第四探针连接电源，并连接电流表，第二探针和第=探针连接电位差计，四探针接触软 磁薄膜样品时，软磁薄膜样品有电流通过，同时内部产生电位差。
[0009] 优选地，所述第一探针与第二探针的间距，第二探针与第=探针的间距，第=探针 与第四探针的间距相等。
[0010] 优选地，所述钢化玻璃基片长X宽为80mmX 80mm。
[0011] 优选地，所述制备的软磁薄膜样品长X宽为IOmmX 10mm。
[0012] 优选地，所述步骤S4中，一组四探针接触一个组分含量的软磁薄膜样品，根据所述 测得的电位差V和电流值I，采用公式P = 2nSV(B〇iri计算软磁薄膜样品电阻率，其中P为软 磁薄膜样品电阻率，S为相邻探针间距，Bo为修正系数。
[0013] 与现有技术相比，本发明一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法具有W下优 点:采用高通量组合材料离子束瓣射薄膜沉积系统能一次性制备多个组分含量的软磁薄膜 样品，多个软磁薄膜样品阵列式设置，方便后续高通量电阻率仪测试，也利于由记录的数据 快速查找相应的软磁薄膜样品，高通量电阻率测试仪的四探针阵列式设置，能与软磁薄膜 样品一一对应接触测试，将探针基板上的多组四探针分别与对应的多组软磁薄膜样品接 触，一次性测得所述多组软磁薄膜样品的电流值I及电位差V。由测得的电位差、电流值及电 阻率计算公式，即可计算软磁薄膜样品的电阻率，可W根据测试结果，查找所需要电阻率的 组分含量软磁薄膜样品。从而解决了测试效率低，成本高，耗时长等问题，同时也可W减少 了实验误差。 【【附图说明】】
[0014] 图1是本发明一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法的操作流程示意图。
[0015] 图2是本发明一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法提供所要测试的软磁薄 膜材料示意图，包括64个IOmmX IOmm的组分含量不同软磁薄膜样品。
[0016] 图3是本发明一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法采用的高通量电阻率测 试仪结构示意图。
[0017]图4是图2所示一个软磁薄膜样品电阻性能巧聯示意图。
[0018] 图5是本发明一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法整体测试示意图。 【【具体实施方式】】
[0019] 为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施实例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明， 并不用于限定本发明。
[0020] 软磁材料（soft ma即etic material)是当磁化发生在矫顽力不大于lOOA/m的材 料，运样的材料称为软磁体。软磁材料具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，易于磁化，也 易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。典型的软磁材料，可W用最小的外磁场实现最 大的磁化强度，应用最多的软磁材料是铁娃合金(娃钢片）W及各种软磁铁氧体等。其中矫 顽力（coercive force，用化表示)是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁 感应强度B并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度 退回到零，该磁场称为矫顽磁场，又称矫顽力。
[0021] 请参考图I，本发明一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法包括步骤SI,制作 软磁薄膜样品；步骤S2，提供一高通量电阻率测试仪;步骤S3，测试软磁薄膜样品电阻性能； 及步骤S4，计算电阻率。其具体实施方案为：
[0022] 步骤SI,制作软磁薄膜样品：请参考图2,提供一钢化玻璃基片10,采用高通量组合 材料离子束瓣射薄膜沉积系统制备多比例组分的软磁薄膜样品101。在高通量组合材料离 子束瓣射薄膜沉积系统的制备腔内，配置铁、钻两个祀材于承载祀材的工作台上，钢化玻璃 基片10长X宽为SOmmXSOmm固定于底座的样品台上，掩模板固定于样品台和祀材之间，依 据软磁薄膜样品101的需求，选用适宜的掩模板，祀材位于掩模板上方，底座可旋转，并带动 样品台上钢化玻璃基片10旋转，掩膜板上设置有小孔，不同掩模板其上的小孔数量和孔径 不同。在此高通量组合材料离子束瓣射薄膜沉积系统，启动底座使钢化玻璃基片10水平方 向旋转，通过离子束瓣射祀材，在钢化玻璃基片10表面沉积制备成软磁薄膜样品101。
[0023] 高通量组合材料离子束瓣射薄膜沉积系统是用于高通量组合材料忍片制备的专 用高效锻膜装置。该系统采用全新的高真空、多腔体设计思路，将原位储祀换祀和原位热处 理集成在一起，并配备了辅助离子源沉积的离子束瓣射系统，实现了高均一性、高致密度、 高纯度、高分辨率的组合材料忍片制备。该系统包括瓣射腔、储祀腔、换祀腔、原位热处理腔 和进样腔，精确控制连续移动掩模系统，使材料瓣射到样品区域的次数和时间不同，从而能 够在钢化玻璃基片10上制备多达上百万个不同组分的梯度沉积、顺序沉积等软磁薄膜样品 101。
[0024] 在钢化玻璃基片10表面沉积制备64个IOmmX IOmm软磁薄膜样品101，按从左到右 依次编号为1-64,形成八行八列的阵列，软磁薄膜样品101组分含量不同，组分包括铁、钻及 氧，其中铁、钻及氧质量百分比范围分别为:60-70%、29-39%、0-1%，软磁薄膜样品101膜 层厚度为0.1mm。
[0025] 步骤S2,提供一高通量电阻率测试仪1:请参考图3,高通量电阻率测试仪1包括一 探针基板11、四探针13、电源15、电流表17及电位差计19。探针基板11用于承载多组四探针 13,本实施例为64组，是八行八列的阵列设置，与多个软磁薄膜样品101相对应，一组四探针 13包括从左到右依次排列的第一探针131、第二探针132、第=探针133、第四探针134,均为 金属材质，设置在一条直线上，并且第一探针131与第二探针132的间距，第二探针131与第 立探针132的间距，第立探针131与第四探针132的间距均相等，每一行八组四探针13配置一 电源15,一电流表17及一电位差计19,第一探针131和第四探针134接通电源15,并连接电流 表17,第二探针132和第=探针133连接电位差计19, 一组四探针13测试一个比例组分的软 磁薄膜样品101。
[0026] 步骤S3,测试软磁薄膜样品电阻性能:先将高通量电阻率测试仪1预热，估测软磁 薄膜样品101电阻或电阻率的范围，并依此范围设置适宜的量程，接着放置软磁薄膜样品 101，将阵列排布的四探针13与软磁薄膜样品101接触，第一探针131与第四探针134连接的 电源15提供恒定电流，使软磁薄膜样品101有电流通过，同时内部产生了电位差，从电流表 17读出电流值I，从电位差计19读出电位差V。
[0027] 之所W采用四探针法测量电阻，是因为四探针13和软磁薄膜样品101接触时有一 个接触电阻，运个接触电阻很大，如果用第一探针131和第四探针134同时测量电流和电位 差，接触电阻就会影响测量的结果。第二探针132和第=探针133间的电压是电位差计19采 用补偿法测量的，只要第二探针132和第=探针133之间没有电流的泄露，就能够避免接触 电阻带来的误差，提高测量的精度。本测试方法利用加速试验对软磁薄膜样品101进行高通 量筛选，直接在同一时间一次性完成多个软磁薄膜样品101电阻性能测试。高通量筛选 化igh throughput screening,HTS)技术是指W分子水平和细胞水平的实验方法为基础， W微板形式作为实验工具载体，W自动化操作系统执行试验过程，W灵敏快速的检测仪器 采集实验结果数据，W计算机分析处理实验数据，在同一时间检测数W千万的软磁薄膜样 品101，并W得到的相应数据库支持运转的技术体系，它具有微量、快速、灵敏和准确等特 点。
[0028] 请参考图5,高通量电阻率测试仪1测试软磁薄膜样品101时的整体效果图，软磁薄 膜样品101中的点103为高通量电阻率测试仪1测试软磁薄膜样品101时，四探针13与软磁薄 膜样品101的接触位置。
[0029] 步骤S4,计算电阻率:采用高通量电阻率测试仪1对软磁薄膜样品101电阻率进行 测试，根据第一探针131与第四探针134间测得的电流I和第二探针132与第=探针133间测 得的电仿差V,就前PH+當m疆瞪的由阳莖0，
[0030]
[0031] P = CV/! (2-1)
[0032] 其中C为探针系数，由制造厂对探针间距进行测定后确定，并提供给用户，Dl为第 一探针131与第二探针132间的间距，D2为第二探针132与第S探针133间的间距，D3为第S 探针133与第四探针134间的间距，四个探针等间距排列，用相邻探针间距用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)是在样品无穷大时导出，当样品的几何尺寸比探针的间距大很多倍，可 W看成无穷大，因此可由公式P = 23iSV/I计算样品的电阻率;如果被测样品不是无穷大，而 是厚度，横向尺寸一定，运时利用四探针法测量电阻率时，就不能直接采用公式(2-2)，进一 步的分析表明，在四探针法中只要对公式(2-2)引入适当的修正系数Bo即可，Bo与软磁薄膜 样品101的尺寸与探针间距修正函数及样品形状与测量位置修正函数有关(可由相应的数 表查得），此时：
[0036] P =化 SV(BoI 厂 1 (2-3)
[0037] 因此由公式(2-3)即可计算软磁薄膜样品的电阻率。
[0038] 与现有技术相比，本发明一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法具有W下优 点:采用高通量组合材料离子束瓣射薄膜沉积系统能一次性制备多个组分含量的软磁薄膜 样品101，多个软磁薄膜样品101阵列式设置，方便后续高通量电阻率仪1测试，也利于由记 录的数据快速查找相应的软磁薄膜样品101，高通量电阻率测试仪1的四探针13阵列式设 置，能与软磁薄膜样品101-一对应接触。将探针基板11上的多组四探针13分别与对应的多 组软磁薄膜样品101接触，一次性测得所述多组软磁薄膜样品101的电流值I及电位差V。由 测得的电位差、电流值及电阻率计算公式，即可计算软磁薄膜样品101的电阻率，可W根据 测试结果，查找所需要电阻率的组分含量软磁薄膜样品101。从而解决了测试效率低，成本 高，耗时长等问题，同时也可W减少了实验误差。
[0039] W上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用W限制本发明，凡在本发明原则之 内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法，其特征在于，包括： 步骤Sl，制作软磁薄膜样品：采用高通量组合材料离子束溅射薄膜沉积系统，在钢化玻 璃基片上制备多个组分含量不同的软磁薄膜样品，其中多个软磁薄膜样品在钢化玻璃基片 上阵列式设置； 步骤S2，提供一高通量电阻率测试仪:其包括一探针基板，承载至多组四探针，所述多 组四探针与多个软磁薄膜样品相对应阵列式设置； 步骤S3,测试软磁薄膜样品电阻性能：将四探针接触软磁薄膜样品，测得电流值I及电 位差V，一次性测试所述多个软磁薄膜样品，并采用高通量筛选技术对软磁薄膜样品进行测 试； 及步骤S4,计算电阻率。2. 如权利要求1所述的一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法，其特征在于:所述 四探针阵列是八行八列的阵列，每行八组四探针配置一电源，一电流表，一电位差计。3. 如权利要求1所述的一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法，其特征在于:所述 每组四探针包括第一探针、第二探针、第三探针及第四探针，第一探针和第四探针连接电 源，并连接电流表，第二探针和第三探针连接电位差计，四探针接触软磁薄膜样品时，软磁 薄膜样品有电流通过，同时内部产生电位差。4. 如权利要求3所述的一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法，其特征在于:所述 第一探针与第二探针的间距，第二探针与第三探针的间距，第三探针与第四探针的间距相 等。5. 如权利要求1所述的一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法，其特征在于:所述 钢化玻璃基片长X宽为80mm X 80mm。6. 如权利要求1所述的一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法，其特征在于:所述 制备的软磁薄膜样品长X宽为IOmm X 1〇_。7. 如权利要求1所述的一种软磁薄膜材料表面电阻高通量测试方法，其特征在于:步骤 S4中，一组四探针接触一个组分含量的软磁薄膜样品，根据所述测得的电位差V和电流值I， 采用公式P = S3ISV(Bt)Ir1计算软磁薄膜样品电阻率，其中P为软磁薄膜样品电阻率，S为相邻 探针间距，Bo为修正系数。
【文档编号】G01R27/08GK105954591SQ201610283377
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】向勇, 臧亮, 林辰
【申请人】宁波国际材料基因工程研究院有限公司