[发明专利]三维磁场探针台测试系统及测试方法

说明书

一种三维磁场探针台测试系统及测试方法，三维磁场探针台测试系统包括：基座、三维电磁铁模块、样品承载模块、探针台模块、显微测量装置；三维电磁铁模块包括：三维电磁铁，磁铁桥架和励磁电源，三维电磁铁为五极电磁铁，包括一个垂直磁极和四个水平磁极或四极电磁铁，包括四个水平磁极；使用励磁电源同时为五个或四个磁极的线圈提供相应的电流同时获得包含水平方向和/或垂直方向组成的磁场、并且根据样品的几何尺寸，可以调整三维电磁铁的磁极之间的间距并选择样品台，最高可兼容24英寸样品进行测试，达到晶圆级样品测试探针台要求；本发明可实现三维磁场探针测试功能，满足较大样品的测试需求，稳定性高，并可以通过计算机软件自动控制。

技术领域

本发明涉及物理及半导体测试技术领域，特别是涉及一种可以提供三维磁场的探针台测试系统及测试方法。

背景技术

物理及半导体领域中，探针台测试是一种应用广泛的非破坏性测试手段，可用于测试材料样品或器件的电学特性、光电特性、高频特性(射频、微波、毫米波、太赫兹波)等。普通商用探针台，可以用来进行电学测试，无法提供磁场，磁场探针台测试系统可对材料样品或器件提供磁场，研究它们在磁场下的相关特性，其典型应用包括磁学、自旋电子学、半导体物理与器件、量子器件等。

随着对磁性器件和自旋电子器件研究的深入，磁场探针台需要满足多维度磁场和电学测试的需求，目前有技术人员提出集成磁场的探针台系统，能产生面内磁场或者垂直磁场，现有技术文件1(冯正等.二维磁场探针台测试系统[P].CN104950269A,2015-09-30.)公开了一种二维磁场探针台测试系统，但它存在不足之处，其磁场探针台主要提供一个维度(方向)或两个维度(方向)的磁场，无法产生三维磁场，不能满足研究材料或器件在复杂磁场方向变化情况下的特性测试需求；

现有技术文件2(魏发南等.可变结构三维磁场发生系统[P].CN110265204A,2019-09-20.)和现有文件3(杨海东.三维电磁铁[P].CN210039818U,2020-02-07.)所采用的三维磁铁结构形式结构较为复杂。并且现有技术技术1-3由于磁极间距不能过大会导致电磁铁产生的磁场强度无法满足测试需求，现有测试系统对样品和器件大小有限制，一般所测试样品较小，尺寸大约在10mm×10mm左右，在对尺寸较大的样品进行测试时需要进行切块处理。

发明内容

本发明的目的在于提出一种三维磁场探针台测试系统，可以解决现有磁场探针台不能产生任意方向三维矢量磁场和测试样品尺寸限制的问题；通过改变电磁铁通电方式可分别提供一维、二维、三维磁场，产生任意方向的三维矢量磁场，在线圈内部添加铁芯，生成的三维电磁场磁场强度有较大提升；且结构紧凑，探针平面剩余的空间大以便添加较多探针，同时兼容大尺寸样品的测试，根据需求可用于测试24英寸以下的样品，可广泛应用于物理及半导体测试的各种场景。

本发明的技术方案如下：

一种三维磁场探针台测试系统，其包括：基座，用于放置样品的样品承载模块，用于在不同测试磁场环境下测试样品的探针台模块，用于观测探针台模块和样品进行扎针操作采集图像数据的显微测量装置，以及三维电磁铁模块，所述三维电磁铁模块包括：励磁电源，安装在基座上的磁铁桥架，可拆卸地安装在磁铁桥架上在励磁电源的激励下产生磁场的三维电磁铁；所述样品承载模块包括：用于放置样品的样品台和用于移动样品台的位移台，其中样品台的样品盘面积最大可简兼容24英寸样品进行测试。

优选地，所述三维电磁铁为五极电磁铁，包括一个垂直磁极和四个水平磁极，四个水平磁极位于同一水平面内，在X轴上相对设置的两个水平磁极为第一水平磁极对，在Y轴上相对设置的两个水平磁极为第二水平磁极对，在五个磁极之间留有间隙，五个磁极之间的间距可容纳样品台的样品盘，并且每个磁极上都绕有线圈；或者