[發(fā)明專利]一種巨磁阻薄膜的力電磁耦合行為的檢測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110350027.X
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102508179A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮雪;張長興;董雪林
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01R33/14
• 分類號: G01R33/14;G01L1/24;G01R27/08
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種巨磁阻薄膜的力電磁耦合行為的測量裝置，該裝置包括用于產(chǎn)生不同強(qiáng)度的均勻磁場的磁場發(fā)生器、巨磁阻薄膜磁滯回線測量光路、薄膜應(yīng)力測量光路、放置待測試件的光學(xué)減震和力加載平臺(tái)(14)和薄膜電阻探針測量儀(12)；其特征在于：

薄膜電阻探針測量儀的探頭與所述的試件(15)接觸測電阻，所述試件(15)放置在磁場發(fā)生器所產(chǎn)生的均勻磁場內(nèi)；

所述的巨磁阻薄膜磁滯回線測量光路依次包括第一激光器(1a)、第一孔狀可調(diào)光闌(6a)、起偏棱鏡(7)、第一反光鏡(4a)、第二反光鏡(4b)、第二孔狀可調(diào)光闌(6b)、檢偏棱鏡(8)、透鏡(9)和光電檢測器(10)；第一激光器(1a)、第一孔狀可調(diào)光闌(6a)、起偏棱鏡(7)和第一反光鏡(4a)位于同一光軸上；所述的第一激光器(1a)發(fā)出的激光通過第一孔狀可調(diào)光闌(6a)后經(jīng)過起偏棱鏡(7)變成線偏振光，此偏振光經(jīng)過第二反光鏡(4b)反射到試件(15)上，經(jīng)過試件(15)反射的光束經(jīng)過第二反光鏡(4b)反射通過第二孔狀可調(diào)光闌(6b)，然后光束經(jīng)過檢偏棱鏡(8)和透鏡(9)后到達(dá)光電檢測器(10)，光電檢測器(10)檢測接收光束光強(qiáng)強(qiáng)度；第二反光鏡(4b)、第二孔狀可調(diào)光闌(6b)、檢偏棱鏡(8)、透鏡(9)和光電檢測器(10)位于同一光軸上；所述的試件(15)置于光學(xué)減震和力加載平臺(tái)(14)上；

所述的薄膜應(yīng)力測量光路包括第二激光器(1b)、空間濾波器(2)、校準(zhǔn)器(3)、第三反光鏡(4c)、第四反光鏡(4d)和CCD相機(jī)(5)；第二激光器(1b)、空間濾波器(2)、校準(zhǔn)器(3)和第三反光鏡(4c)在同一光軸上；所述的第二激光器(1b)發(fā)出的激光直接通過空間濾波器(2)和校準(zhǔn)器(3)后，產(chǎn)生多束平行光經(jīng)過第三反光鏡(4c)反射到試件(15)，經(jīng)試件(15)表面反射后又經(jīng)過第四反光鏡(4d)反射到達(dá)CCD相機(jī)(5)，利用CCD相機(jī)(5)捕捉經(jīng)過樣品反射的光束。

2.按照權(quán)利要求1所述的一種巨磁阻薄膜的力電磁耦合行為的測量裝置，其特征在于：所述的磁場發(fā)生器采用亥姆霍茲線圈、電磁鐵或螺線管。

3.按照權(quán)利要求1所述的一種巨磁阻薄膜的力電磁耦合行為的測量裝置，其特征在于：在所述的放置待測試件的光學(xué)減震和力加載平臺(tái)(14)兩側(cè)各放置第一支架(17a)和第二支架(17b)，所述的第二反光鏡(4b)、第四反光鏡(4d)、CCD相機(jī)(5)、第二孔狀可調(diào)光闌(6b)、檢偏棱鏡(8)、透鏡(9)、光電檢測器(10)與第一支架(17a)固定連接；所述的第一激光器(1a)、第二激光器(1b)、空間濾波器(2)、校準(zhǔn)器(3)、第一反光鏡(4a)、第三反光鏡(4c)、第一孔狀光闌(6a)、起偏棱鏡(7)與第二支架(17b)固定連接。

4.按照權(quán)利要求3所述的一種巨磁阻薄膜的力電磁耦合行為的測量裝置，其特征在于：所述的第二反光鏡(4b)和第四反光鏡(4d)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副安置在第一支架(17a)上，所述的第一反光鏡(4a)和第三反光鏡(4c)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在第二支架(17b)上。

5.按照權(quán)利要求1所述的一種巨磁阻薄膜的力電磁耦合行為的測量裝置，其特征在于：所述的第一激光器(1a)和第二激光器(1b)采用不同頻率的激光器。

6.一種采用如權(quán)利要求1所述裝置的巨磁阻薄膜的力電磁耦合行為的檢測方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

a).利用磁場發(fā)生器給試件(15)提供不同強(qiáng)度的均勻磁場，使試件磁化，調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度至實(shí)驗(yàn)所需磁場強(qiáng)度，記錄該磁場的磁場強(qiáng)度H；

b).利用光學(xué)減震和力加載平臺(tái)對試件(15)進(jìn)行力加載；

c).打開第一激光器(1a)，使第一激光器發(fā)出的光束通過第一孔狀光闌(6a)，調(diào)節(jié)通過光束強(qiáng)弱，由第一孔狀光闌調(diào)節(jié)后的光束通過起偏棱鏡(7)后變成線偏振光，此偏振光通過第一反光鏡(4a)反射到試件(15)表面，經(jīng)試件表面反射到第二反光鏡(4b)上，經(jīng)過第二反光鏡(4b)反射的線偏振光通過第二孔狀光闌(6b)，通過第二孔狀光闌調(diào)節(jié)后的線偏振光經(jīng)過檢偏棱鏡(8)后通過透鏡(9)到達(dá)光電檢測器(10)，由光電檢測器(10)測量出所接收到的光束的光強(qiáng)強(qiáng)度C；

d).利用標(biāo)準(zhǔn)的已知磁化性質(zhì)的樣品代替試件(15)，重復(fù)步驟c)，測得該標(biāo)準(zhǔn)樣品的反射光束光強(qiáng)強(qiáng)度C′，由磁場強(qiáng)度H計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度B′，試件(15)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B通過下式計(jì)算：

B=CC′B′]]>

e).調(diào)節(jié)磁場發(fā)生器產(chǎn)生磁場強(qiáng)度，重復(fù)步驟c)，測量出在不同磁場強(qiáng)度H下試件(15)的光強(qiáng)強(qiáng)度C，計(jì)算得到在不同磁場強(qiáng)度下試件的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，繪制試件的磁滯回線；

f).打開第二激光器(1b)，讓激光經(jīng)過空間濾波器(2)，經(jīng)過濾波后的光束通過校準(zhǔn)器(3)產(chǎn)生多束平行光，多束平行光經(jīng)過第三反光鏡(4c)反射到試件(15)表面，經(jīng)過試件表面反射后的光束經(jīng)過第四反光鏡(4d)反射到達(dá)CCD相機(jī)(5)，用CCD相機(jī)捕捉反射光束；

g).通過CCD相機(jī)獲取相鄰發(fā)射光束之間的平均距離D，通過測量得到激光束的反射角φ，設(shè)定試件(15)與CCD相機(jī)之間的光程距離L，相鄰平行光束平均的原始距離D₀，通過下式計(jì)算試件薄膜的基底曲率κ：

κ=cosφ2L(1-DD0)]]>

h).通過Stoney公式建立薄膜應(yīng)力和基底曲率的關(guān)系式：

σ=Eshs2κ6hf(1-υs)]]>

計(jì)算得到薄膜的平均應(yīng)力σ，上式中h_f、h_s分別為薄膜厚度和基底厚度，E_s為基底材料的楊氏模量，υ_s為基底材料的泊松比；試件薄膜的基底曲率κ；

i).開啟薄膜電阻探針測量儀，將帶有探針的測薄膜電阻探頭接觸到試件表面，讀出電流探針的輸入電流I和兩電壓探針之間的電壓U；

j).測薄膜電阻的測量儀四探針沿一條直線等間距分布，其中外側(cè)兩根探針為電流輸入探針，中間兩根探針為電壓測量探針，則由下式計(jì)算薄膜材料電阻率ρ：

ρ=πIn2UIhf]]>

式中h_f為薄膜厚度；

k).最終由測得的巨磁阻薄膜電阻率ρ、試件磁感應(yīng)強(qiáng)度B、薄膜應(yīng)力σ，得到巨磁阻薄膜電阻率ρ同磁感應(yīng)強(qiáng)度B和薄膜應(yīng)力σ的耦合關(guān)系式為：

ρ＝ρ(σ，B)。