[发明专利]一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明具体涉及一种测量软磁薄膜高频磁导率的方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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S^empty，计算得出空的谐振腔的等效介电常数ε^empty；

(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S^substrate，计算得出此时的等效介电常数ε^substrate；

(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S^film；

(7)计算获得软磁薄膜的高频磁导率μ^film。

作为本发明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。

作为本发明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。

作为本发明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。