一種彈性探針陣列多通道電阻測量方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種兼容于溫度、磁場平臺的彈性探針陣列多通道電阻測量方法以及探針裝置，所述測量方法包括：測量時將彈性探針陣列直接緊壓在樣品上，置入溫度或磁場測量平臺；使用四探針Van?der?Pauw法，每四個探針為一組可同時獲得2n個區(qū)域的局部電阻率隨溫度或磁場的變化曲線。本發(fā)明的方法可實現(xiàn)多通道的同時測量，提高測量效率及實現(xiàn)微區(qū)測量，最終實現(xiàn)密集分布組分輸運特性的測量。
【專利說明】一種彈性探針陣列多通道電阻測量方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電阻率測量領(lǐng)域，尤其涉及一種兼容于溫度、磁場平臺的彈性探針陣列多通道電阻測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻率是薄膜材料最重要的電特性之一。隨著集成電路由超大規(guī)模向甚大規(guī)模發(fā)展，薄膜材料的電阻率成為器件設(shè)計和制造過程中選擇材料、控制工藝條件的主要依據(jù)和決定器件質(zhì)量的關(guān)鍵因素，其測試技術(shù)已成為器件設(shè)計制造過程中和半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中所采用的最為廣泛的工藝監(jiān)控手段之一，因此受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。
[0003]商業(yè)化以及實驗室里比較普及的設(shè)備種類幾乎集中于材料的結(jié)構(gòu)和組分的表征方面。譬如，對芯片各個微區(qū)組分的鑒定可以使用X射線波長色散譜(WDS)或X射線能譜(EDS);對晶格常數(shù)的確定可以使用X射線衍射儀；界面或截面結(jié)構(gòu)可以使用透射電子顯微鏡(TEM)等等。另外，如熒光、透射等與光學(xué)性能相關(guān)的快速表征手段也有相應(yīng)的商業(yè)化設(shè)備。
[0004]通過高通量組合薄膜技術(shù)沉積了連續(xù)組分的薄膜之后，如何測量密集分布組分輸運特性成為制約這項技術(shù)發(fā)展的一個重要因素。目前實驗室普遍使用的商業(yè)化物性測量系統(tǒng)PPMS (Physical Property Measurement System)每次最多只能測量3個樣品，對組合薄膜而言測量效率低，且不能滿足組合薄膜微區(qū)測量要求。這種方法主要是把樣品切割成一個個小塊，對每小塊樣品進行測量。掃描的優(yōu)勢是能進行自動化操作，且可以保證樣品的完整性。但就測量本身而言并不能節(jié)省很多時間。相比于掃描技術(shù)，集成探測技術(shù)可以加快表征速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為提高測量效率及實現(xiàn)微區(qū)測量，本發(fā)明提供一種集成表征技術(shù)對氧化物功能材料的電阻、介電、磁性進行快速測量的裝置及其測量方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種兼容于溫度、磁場平臺的彈性探針陣列多通道電阻測量方法，包括如下步驟:
[0007]1.測量時將彈性探針陣列直接緊壓在樣品上，置入測量溫度或磁場測量平臺。
[0008]所述彈性探針陣列為nXn微彈簧探針陣列，n = 4Xk, k為大于等于2的整數(shù)，每兩個最近鄰的測量點之間的間距小于1_。將由共磁控濺射法制備的二元組合薄膜切成IcmX Icm的樣本小塊。
[0009]2.使用四探針Van der Pauw法，每四個探針為一組可同時獲得2n個區(qū)域的局部電阻率隨溫度或磁場的變化曲線。
[0010]3.采用單通道復(fù)用的模式來構(gòu)建外圍的測試電路，從而將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號。
[0011]4.對于連續(xù)組分的組合薄膜，實際測量得到的物理性質(zhì)為采樣點位置的函數(shù)，通過數(shù)值模擬的方式將測試系統(tǒng)得到的原始數(shù)據(jù)還原為實際的分布函數(shù)，從而獲得樣品的電阻率分布。
[0012]本發(fā)明通過集成陣列能實現(xiàn)多通道的同時測量；使用微彈簧探針作為測量電極實現(xiàn)快速無損測量，即可以保證與樣品的良好接觸，也無需制作人工電極；同時利用Van derPauw測量法可直接獲得材料本征物理量電阻率。
[0013]把同類探測設(shè)備元件大量的集成到一個和組合薄膜尺寸接近的區(qū)域，同時探測樣品不同部位的信號就可以事半功倍，極大地縮短測量時間，提高了空間分辨能力，可建立更加準確的材料相圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1示出用于測量組合薄膜的彈性探針裝置；
[0015]圖2示出探針裝置的彈性探針陣列。
【具體實施方式】
[0016]測量時將如圖1中所示的彈性探針裝置直接緊壓在樣品上，并置入測量溫度或磁場測量平臺。所述彈性探針裝置具有IcmX Icm的方形測量區(qū)域，上述測量區(qū)域包括彈性探針陣列，所述彈性探針陣列為nXn微彈簧探針陣列，其中n = 4Xk，k為大于等于2的整數(shù)。
[0017]圖1中所示的彈性探針陣列包括但不限于8X8微彈簧探針陣列，即在上述IcmX Icm的方形測量區(qū)域中集成了 64根探針，且每兩個最近鄰的測量點之間的間距小于Imm0
[0018]對應(yīng)于上述彈性探針裝置，將例如由共磁控濺射法制備的二元組合薄膜切成IcmXlcm的小塊，每兩個最近鄰的測量點之間的間距小于1mm。上述二元組合薄膜是指兩種元素組合而成的薄膜，但是本發(fā)明不限于二元組合薄膜，本發(fā)明所述的彈性探針裝置以及利用上述彈性探針裝置進行的多通道電阻測量方法同樣適用于三元、四元乃至多元組合薄膜的電阻、介電、磁性等特性的表征。
[0019]如圖2中所示，通過SQUID掃描近場微波顯微技術(shù)測量樣本小塊的介電性質(zhì)，使用四探針Van der Pauw法，將彈性探針陣列分成16組，每四個彈性探針為一組，使用電阻掃描設(shè)備可同時獲得16個區(qū)域的局部電阻率隨溫度或磁場的變化曲線。
[0020]隨后，采用單通道復(fù)用的模式來構(gòu)建外圍的測試電路以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號。
[0021]對于連續(xù)組分的組合薄膜，實際測量得到的物理性質(zhì)為采樣點位置的函數(shù)，通過數(shù)值模擬的方式將測試系統(tǒng)得到的原始數(shù)據(jù)還原為實際的分布函數(shù)，從而獲得樣品的電阻率分布。最終能夠快速地描繪出二元甚至多元組合薄膜的相圖。
[0022]至此，上述描述已經(jīng)詳細的說明了本發(fā)明的探針陣列以及彈性探針陣列多通道電阻測量方法，相對于現(xiàn)有的電阻測量方法，本發(fā)明提出的方法通過集成探針陣列實現(xiàn)多通道的同時測量；使用微彈簧探針作為測量電極實現(xiàn)快速無損測量，即可以保證與樣品良好接觸，也無需制作人工電極；同時利用Van der Pauw測量法可直接獲得材料本征物理量電阻率，從而提高測量效率及實現(xiàn)微區(qū)測量，最終實現(xiàn)密集分布組分輸運特性的測量。前文描述的實施例僅僅只是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其并非用于限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可對本發(fā)明做任何的修改，而本發(fā)明的保護范圍由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種兼容于溫度、磁場平臺的彈性探針陣列多通道電阻測量方法，包括如下步驟: 一.測量時將彈性探針陣列直接緊壓在樣品上，置入溫度或磁場測量平臺；以及 二.使用四探針Vander Pauw法，每四個探針為一組可同時獲得2n個區(qū)域的局部電阻率隨溫度或磁場的變化曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性探針陣列多通道電阻測量方法，特征在于: 所述彈性探針裝置具有IcmXlcm的方形測量區(qū)域，每兩個最近鄰的測量點之間的間距小于1mm，且所述彈性探針陣列為nXn微彈簧探針陣列，其中n = 4Xk，k為大于等于2的整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性探針陣列多通道電阻測量方法，特征在于:所述樣品為由共磁控濺射法制備的二元組合薄膜，其被切成IcmXlcm的樣本小塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性探針陣列多通道電阻測量方法，特征在于: 在步驟二之后還包括以下步驟: 三、采用單通道復(fù)用的模式來構(gòu)建外圍的測試電路，從而將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號；以及 四、對于連續(xù)組分的組合薄膜，實際測量得到的物理性質(zhì)為采樣點位置的函數(shù)，通過數(shù)值模擬的方式將測試系統(tǒng)得到的原始數(shù)據(jù)還原為實際的分布函數(shù)，從而獲得樣品的電阻率分布。
5.一種探針裝置，包括: 具有IcmX Icm的方形測量區(qū)域；以及 上述測量區(qū)域包括彈性探針陣列，其為nXn微彈簧探針陣列，且每兩個最近鄰的測量點之間的間距小于1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的探針裝置，其中 n = 4Xk，k為大于等于2的整數(shù)。
【文檔編號】G01R27/02GK103472304SQ201310422062
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】金魁, 袁潔, 許波 申請人:金魁