專利名稱：Mems薄膜磁學特性在線測試結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的為一種MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微電子機械系統(tǒng))薄膜磁學性能測量的方法，跟待測樣品在同一條件下制作陪管單元，測得陪管單元的磁學性能就反應了樣品的相應性能。本發(fā)明還涉及一種MEMS薄膜磁學特性在線測試結構，用于磁導率、磁化強度和矯頑力等的測量。
背景技術：
在設計、制造MEMS器件如微機械傳感器和微執(zhí)行器中，薄膜是很重要的構件。磁性MEMS器件，作為MEMS器件發(fā)展的一個重要方向，有著廣泛的應用前景。而薄膜材料的磁學特性對這些器件的性能有很大的影響，有些器件如高密度磁性存儲器，其性能就直接依賴于薄膜的磁學性質。MEMS薄膜磁學在線測試結構為的是能實時監(jiān)控MEMS器件的行為，是磁性MEMS器件走向自動化的必備部分，因此有著十分重要的意義。
由于體材料的磁學性質和薄膜的磁學性質具有很大的差異性，薄膜材料的磁學性質不能用體材料的磁學性質來代替。上個世紀90年代以來，國內外的專家學者對薄膜磁性的測量作了很多有益的探索，相繼提出了各種各樣的測試方法，具有代表意義的有沖擊法，磁軛法，罐形磁芯法，微波法，磁秤法等。
上述傳統(tǒng)的薄膜磁性測試結構，測量的都是宏觀幾何尺度上的膜，不適合于MEMS尺寸上膜的磁特性測量。因而我們需要采用新的方法測量薄膜的磁學性質。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于MEMS薄膜磁學在線測試的結構，實現MEMS薄膜磁學特性(如磁導率、磁化強度和矯頑力等)的實時測量。
本發(fā)明提供了一種采用陪管單元測量MEMS薄膜磁學特性的方法，其中的陪管單元是和待測的樣品在完全相同的工藝條件下(如溫度、組分和厚度等)制得的跟待測樣品距離很近用于測量的單元。
本發(fā)明中的陪管單元上采用光刻技術制作了兩組條狀線圈(勵磁線圈和感應線圈)。在勵磁線圈上加電壓(或電流)使陪管單元磁化，由法拉第電磁感應定律可知，會在陪管單元上的感應線圈中產生感應電動勢(閉合時會有感應電流)。通過測量勵磁線圈所加電壓(或電流)可以算出對應陪管單元的磁場強度H，通過測量感應線圈感應產生的感應電動勢(或感應電流)可以算出對應陪管單元的磁感應強度B，于是就得到了陪管單元的B-H關系，進而得到樣品的磁導率、磁化強度和矯頑力等磁學參數。
如單匝線圈寬為W，陪管單元寬為b，陪管單元厚度為2a，通過線圈的電流為I，陪管單元的相對磁導率為μ，則理論計算得條狀線圈在陪管單元中心處產生的磁感應強度(由于厚度很小，忽略高度上對中心產生磁場)為 當取a＝1μm，b＝60μm，W＝6μm，μ＝10000，(μ0＝4π×10-7N/A2)當單匝線圈中電流加到0.412667mA時即可在樣品中心處產生1T的磁場。由上述計算可知，本發(fā)明的測試結構工作的電流很微弱，因而對要測量的樣品影響很小，是實現樣品在線磁學特性測量的一個很好的測試結構。


從下面參照附圖的說明中，將可以更好地了解本發(fā)明的目的、結構特征和優(yōu)點。其中圖1為表示帶有本發(fā)明實施例的整體結構圖。
圖2為表示本發(fā)明實施例近圖和測量參數圖。
圖3為表示本發(fā)明實施例截面圖。
圖4為表示本發(fā)明實施例的底層線圈俯視圖。
圖5為表示本發(fā)明實施例的上層線圈俯視圖。
圖6為表示本發(fā)明矩形陪管單元結構實施例的結構圖。
圖7為表示本發(fā)明圓形陪管單元結構實施例的結構圖。
具體實施例方式
現參照附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在附圖中，相同的標號表示相同的零件和單元。
參見圖1，MEMS薄膜測試結構包括基片6、基片上絕緣層5、樣品7和陪管測試部分。陪管測試部分包括陪管單元4、勵磁線圈1、感應線圈2和線圈與陪管單元間的絕緣層3。陪管測試部分應在與樣品距離較近的空間內。
如圖3所示，本發(fā)明用光刻的方式制作立體線圈1和2，不可密繞，本發(fā)明采用間隔打孔連接的方式實現層與層間線圈的連接。穿孔要與陪管單元有一定間隙，以實現陪管單元與線圈絕緣。
下面給出具體的工藝過程在基片上(一般用單晶硅)生長一層厚度為500的絕緣層(一般為SiO2)，在上面濺射生長厚度為5000的金屬Cu層，光刻后作為立體測量線圈的下層(形狀如附圖4示)，然后在生長一層厚度為500絕緣層，用以實現測量線圈和陪管單元電絕緣用，用陰版套刻一次以去除生長絕緣層的起伏，接著再在同一條件下同時濺射MEMS樣品薄膜和陪管單元(如附圖1所示)，然后再生長一層厚度為500絕緣層，光刻上下連接孔，最后生長上層線圈(如附圖5示)并壓焊、封裝。
上面介紹的是本發(fā)明的主要工藝過程，陪管單元也可以作成矩形、圓形和橢圓等形狀(如附圖6和7示)。
應該理解的是，本發(fā)明不局限于本說明書所述的具體實施例。相反，本發(fā)明被認為覆蓋了包括權利要求的構思與范圍內的各種各樣的修正和等效安排。上面權利要求與廣義的解釋一致，以便包羅所有這些修正以及等效的結構和功能。
權利要求
1.一個MEMS薄膜磁性在線測試結構，包括一個片基；在該片基上形成的繞陪管單元的一組感應線圈和一組勵磁線圈，以及它們之間的絕緣層。
2.根據權利要求1的MEMS薄膜磁性在線測試結構，其特征在于感應線圈和勵磁線圈為利用光刻生成的立體結構。
3.根據權利要求1的MEMS薄膜磁性在線測試結構，勵磁線圈上加的電壓值(或電流值)和同時在感應線圈上測得電壓值(或電流值)提供了磁場的度量，進而可得到待測樣品膜的磁導率、磁化強度和矯頑力等磁學參數。
4.根據權利要求1的MEMS薄膜磁性在線測試結構，下層線圈上生長的絕緣層要利用雙層陰陽版套刻工藝消除在其上生長陪管單元的起伏。
5.根據權利要求1的MEMS薄膜磁性在線測試結構，其特征在于光刻的感應和勵磁立體線圈不能密繞，要把一個連接孔做在每組線圈兩相鄰線條中間部分，實現上下層線圈的連接。
6.根據權利要求1的MEMS薄膜磁性在線測試結構，其特征在于陪管單元跟待測樣品單元是在同一工藝條件(包括如生長溫度、組分等)下生長的，厚度與待測樣品單元相同。
7.根據權利要求1的MEMS薄膜磁性在線測試結構，勵磁線圈和感應線圈的形狀為光刻的扁平條狀。
8.根據權利要求1的MEMS薄膜磁性在線測試結構，陪管單元還可以做成如圓形、橢圓、長方形等各種環(huán)狀結構。
全文摘要
一個MEMS薄膜磁性在線測試結構，由一組勵磁線圈和一組感應線圈組成。這兩組線圈由光刻技術形成于和待測樣品薄膜同一條件下生長的陪管單元上。在勵磁線圈上加電壓(或電流)將中間的陪管單元磁化，感應線圈會產生感應電流(或電動勢)。勵磁線圈和感應線圈的電流(或電壓)為磁場的度量。
文檔編號G01N27/72GK1790046SQ20041009876
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權日2004年12月16日
發(fā)明者劉林生, 劉肅, 豐家峰, 韓秀峰, 黃慶安, 李偉華 申請人:劉林生