CN1790046A - Mems薄膜磁学特性在线测试结构 - Google Patents

Abstract

一个MEMS薄膜磁性在线测试结构，由一组励磁线圈和一组感应线圈组成。这两组线圈由光刻技术形成于和待测样品薄膜同一条件下生长的陪管单元上。在励磁线圈上加电压(或电流)将中间的陪管单元磁化，感应线圈会产生感应电流(或电动势)。励磁线圈和感应线圈的电流(或电压)为磁场的度量。

Description

MEMS薄膜磁学特性在线测试结构

技术领域

本发明涉及的为一种MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微电子机械系统)薄膜磁学性能测量的方法，跟待测样品在同一条件下制作陪管单元，测得陪管单元的磁学性能就反应了样品的相应性能。本发明还涉及一种MEMS薄膜磁学特性在线测试结构，用于磁导率、磁化强度和矫顽力等的测量。

背景技术

在设计、制造MEMS器件如微机械传感器和微执行器中，薄膜是很重要的构件。磁性MEMS器件，作为MEMS器件发展的一个重要方向，有着广泛的应用前景。而薄膜材料的磁学特性对这些器件的性能有很大的影响，有些器件如高密度磁性存储器，其性能就直接依赖于薄膜的磁学性质。MEMS薄膜磁学在线测试结构为的是能实时监控MEMS器件的行为，是磁性MEMS器件走向自动化的必备部分，因此有着十分重要的意义。

由于体材料的磁学性质和薄膜的磁学性质具有很大的差异性，薄膜材料的磁学性质不能用体材料的磁学性质来代替。上个世纪90年代以来，国内外的专家学者对薄膜磁性的测量作了很多有益的探索，相继提出了各种各样的测试方法，具有代表意义的有冲击法，磁轭法，罐形磁芯法，微波法，磁秤法等。

上述传统的薄膜磁性测试结构，测量的都是宏观几何尺度上的膜，不适合于MEMS尺寸上膜的磁特性测量。因而我们需要采用新的方法测量薄膜的磁学性质。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于MEMS薄膜磁学在线测试的结构，实现MEMS薄膜磁学特性(如磁导率、磁化强度和矫顽力等)的实时测量。

本发明提供了一种采用陪管单元测量MEMS薄膜磁学特性的方法，其中的陪管单元是和待测的样品在完全相同的工艺条件下(如温度、组分和厚度等)制得的跟待测样品距离很近用于测量的单元。

本发明中的陪管单元上采用光刻技术制作了两组条状线圈(励磁线圈和感应线圈)。在励磁线圈上加电压(或电流)使陪管单元磁化，由法拉第电磁感应定律可知，会在陪管单元上的感应线圈中产生感应电动势(闭合时会有感应电流)。通过测量励磁线圈所加电压(或电流)可以算出对应陪管单元的磁场强度H，通过测量感应线圈感应产生的感应电动势(或感应电流)可以算出对应陪管单元的磁感应强度B，于是就得到了陪管单元的B-H关系，进而得到样品的磁导率、磁化强度和矫顽力等磁学参数。

如单匝线圈宽为W，陪管单元宽为b，陪管单元厚度为2a，通过线圈的电流为I，陪管单元的相对磁导率为μ，则理论计算得条状线圈在陪管单元中心处产生的磁感应强度(由于厚度很小，忽略高度上对中心产生磁场)为：

当取a＝1μm，b＝60μm，W＝6μm，μ＝10000，(μ₀＝4π×10^-7N/A²)当单匝线圈中电流加到0.412667mA时即可在样品中心处产生1T的磁场。由上述计算可知，本发明的测试结构工作的电流很微弱，因而对要测量的样品影响很小，是实现样品在线磁学特性测量的一个很好的测试结构。

附图说明

从下面参照附图的说明中，将可以更好地了解本发明的目的、结构特征和优点。其中：

图1为表示带有本发明实施例的整体结构图。

图2为表示本发明实施例近图和测量参数图。

图3为表示本发明实施例截面图。

图4为表示本发明实施例的底层线圈俯视图。

图5为表示本发明实施例的上层线圈俯视图。

图6为表示本发明矩形陪管单元结构实施例的结构图。

图7为表示本发明圆形陪管单元结构实施例的结构图。

具体实施方式

现参照附图来说明本发明的优选实施例。在附图中，相同的标号表示相同的零件和单元。

参见图1，MEMS薄膜测试结构包括基片6、基片上绝缘层5、样品7和陪管测试部分。陪管测试部分包括陪管单元4、励磁线圈1、感应线圈2和线圈与陪管单元间的绝缘层3。陪管测试部分应在与样品距离较近的空间内。

如图3所示，本发明用光刻的方式制作立体线圈1和2，不可密绕，本发明采用间隔打孔连接的方式实现层与层间线圈的连接。穿孔要与陪管单元有一定间隙，以实现陪管单元与线圈绝缘。

下面给出具体的工艺过程：

在基片上(一般用单晶硅)生长一层厚度为500的绝缘层(一般为SiO₂)，在上面溅射生长厚度为5000的金属Cu层，光刻后作为立体测量线圈的下层(形状如附图4示)，然后在生长一层厚度为500绝缘层，用以实现测量线圈和陪管单元电绝缘用，用阴版套刻一次以去除生长绝缘层的起伏，接着再在同一条件下同时溅射MEMS样品薄膜和陪管单元(如附图1所示)，然后再生长一层厚度为500绝缘层，光刻上下连接孔，最后生长上层线圈(如附图5示)并压焊、封装。

上面介绍的是本发明的主要工艺过程，陪管单元也可以作成矩形、圆形和椭圆等形状(如附图6和7示)。

应该理解的是，本发明不局限于本说明书所述的具体实施例。相反，本发明被认为覆盖了包括权利要求的构思与范围内的各种各样的修正和等效安排。上面权利要求与广义的解释一致，以便包罗所有这些修正以及等效的结构和功能。

Claims (8)

1.一个MEMS薄膜磁性在线测试结构，包括：

一个片基；

在该片基上形成的绕陪管单元的一组感应线圈和一组励磁线圈，以及它们之间的绝缘层。

2.根据权利要求1的MEMS薄膜磁性在线测试结构，其特征在于：感应线圈和励磁线圈为利用光刻生成的立体结构。

3.根据权利要求1的MEMS薄膜磁性在线测试结构，励磁线圈上加的电压值(或电流值)和同时在感应线圈上测得电压值(或电流值)提供了磁场的度量，进而可得到待测样品膜的磁导率、磁化强度和矫顽力等磁学参数。

4.根据权利要求1的MEMS薄膜磁性在线测试结构，下层线圈上生长的绝缘层要利用双层阴阳版套刻工艺消除在其上生长陪管单元的起伏。

5.根据权利要求1的MEMS薄膜磁性在线测试结构，其特征在于：光刻的感应和励磁立体线圈不能密绕，要把一个连接孔做在每组线圈两相邻线条中间部分，实现上下层线圈的连接。

6.根据权利要求1的MEMS薄膜磁性在线测试结构，其特征在于：陪管单元跟待测样品单元是在同一工艺条件(包括如生长温度、组分等)下生长的，厚度与待测样品单元相同。

7.根据权利要求1的MEMS薄膜磁性在线测试结构，励磁线圈和感应线圈的形状为光刻的扁平条状。

8.根据权利要求1的MEMS薄膜磁性在线测试结构，陪管单元还可以做成如圆形、椭圆、长方形等各种环状结构。

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