[发明专利]微纳米尺寸图形化薄膜阵列的介电测试系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于微纳米尺寸图形化薄膜阵列的介电测试系统，包括：用于测试介电性能的测试单元；绝缘的样品台，样品台上设有第一样品台电极和第二样品台电极；第一样品台电极和第二样品台电极分别与测试单元电连接；相对平行的第一电极和第二电极；第一电极与第一样品台电极电连接，第二电极与第二样品台电极电连接；第一电极和第二电极之间用于夹设微纳米尺寸图形化薄膜阵列；绝缘的测试夹具，其位于样品台上，测试夹具开设有用于放置第一电极、第二电极和微纳米尺寸图形化薄膜阵列的样品槽，测试夹具可拆卸连接有绝缘的紧固单元，紧固单元的一端位于样品槽内且用于对第一电极加压。

技术领域

本发明涉及微型薄膜的介电测试装置领域，尤其涉及一种微纳米尺寸图形化薄膜阵列的介电测试系统及方法。

背景技术

介电性能是材料特性的重要组成部分，介电特性测量可以为许多电子应用提供介电常数、介电损耗、磁导率等关键信息。材料的介电特性测试通常使用网络分析仪、阻抗分析仪、LCR表等仪器，根据样品的种类，配合特定的样品测试夹具，在不同温度和电磁场环境中进行测试。近年来，研究者发现在不同外加磁场下某些材料的介电性能会发生变化，称为材料的磁介电特性。具有磁介电特性的薄膜材料在多场传感器和换能器等器件中具有重要应用前景。

薄膜材料的磁介电特性测试通常与介电性能测试相似。用现有成熟的介电测试夹具可以基本满足较大尺寸的样品测试需要，包括平面尺度较大但厚度在微纳米尺度的薄膜样品。随着器件尺寸的微型化，微型点状薄膜单元及其图形化阵列在器件中会运用得越来越广泛。但对于平面尺寸低于微米尺度的图形化薄膜阵列的介电和磁介电性能测试，目前有效测试的手段还比较有限。

目前测试块材或平面尺寸较大的薄膜材料介电性能的方法是：在样品表面镀电极后放置在测试夹具上(通常使用Pt或Au等金属单层或多层电极)，直接用银胶或焊接等方法将导电金属丝从样品电极表面连接出来，与测试连接线连接，最后通过测试仪器进行介电性能测试。但这种方法无法对平面尺寸低于微米尺度的图形化薄膜阵列的介电和磁介电性能进行测试测试，因为一般电学测试使用的导电金属丝(Pt、Au等金属)直径一般大于20微米，而微纳米尺度的图形化薄膜尺寸太小，导电金属丝的尺寸一般大于单个微纳米尺度薄膜单元的平面面积，因此无法将导电金属丝精确地焊接在样品电极表面。此外，由于导电金属丝的尺度限制，在用银胶粘连时，银胶极易覆盖到薄膜样品电极之外的区域，直接与基片或非测试区域的薄膜接触，产生较大的界面缺陷和损耗，而微纳米尺寸的薄膜样品本身的信号较弱，界面处产生的损耗会产生极大的测试噪声，严重影响测试结果。测试过程汇中被广泛使用的PCB样品台，其中铜电极之间有PCB板相连接，与PCB板可能形成非常小的等效介质电容，由于微纳米尺度薄膜单元的介电信号较弱，等效电容可能影响测试结果。因此，必须开发一种新的测试仪器和方法来满足相关需求。

针对微纳米尺度图形化薄膜阵列，目前的可行测试方法是纳米探针法。该方法是利用纳米尺度的探针与图形化薄膜单元接触，然后在探针上施加电压测试反馈信号。该方法可以测试很小尺度的纳米薄膜，具有一定的精度。但是对于大面积密集排布的图形化薄膜阵列，探针法的测试效率很低；同时，探针法测试过程需要配合纳米尺度高精度位移装置，设备昂贵，操作过程复杂，测试成本很高。此外，在现有的探针系统里加入可调节磁场、变温系统等会明显增加测试系统的复杂程度，并进一步提高测试成本。探针法测试的后续数据处理过程也需要专业的软件，数据处理过程复杂。