功能薄膜材料微波參數(shù)測試?yán)碚撆c技術(shù)研究.pdf

1、電路和元器件正朝著薄膜化和集成化的方向發(fā)展，鐵磁薄膜材料和鐵電薄膜材料作為新型電子功能薄膜材料，正因順應(yīng)這一發(fā)展趨勢而得以廣泛地研制和應(yīng)用，并在隱身、磁記錄系統(tǒng)、自旋閥、傳感器、相位連續(xù)可變的精密移相器、可調(diào)頻率的振蕩器和可調(diào)中心頻率的濾波器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。不同的應(yīng)用領(lǐng)域要求功能薄膜具有不同的材料特性，而微波復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率是基本的重要參數(shù)，直接決定材料的應(yīng)用范圍。目前功能薄膜材料的應(yīng)用己進入微波頻段，因此，在微波頻段準(zhǔn)確地

2、測試功能薄膜材料微波電磁參數(shù)對新型薄膜材料的研制和微電子器件和電路的設(shè)計是至關(guān)重要的。
　　 本文針對功能薄膜材料微波電磁參數(shù)的測試方法與測試技術(shù)進行研究，取得了一些有益的結(jié)論和成果，主要研究工作如下：
　　 1.鐵磁薄膜材料復(fù)磁導(dǎo)率終端短路測試方法研究：終端反射法采用短路終端微帶線作為測試夾具，通過對輸入端反射系數(shù)進行測試，從而得到被測薄膜的復(fù)磁導(dǎo)率。本文利用空氣微帶制作了終端短路測試夾具，對單端口測試網(wǎng)絡(luò)進行了分析，

3、研究了單端口網(wǎng)絡(luò)去嵌入方法，對置入被測樣品后的多層微帶結(jié)構(gòu)進行了分析，并在100MHz-10GHz頻段內(nèi)對鐵磁薄膜復(fù)磁導(dǎo)率進行了測試。其中本文首次提出了通過多層微帶分析直接確定薄膜復(fù)磁導(dǎo)率與被測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)尺寸及輸入端反射系數(shù)的關(guān)系，使測試結(jié)果不依賴于材料靜磁特性測試，也不需要另外制作標(biāo)準(zhǔn)樣品進行校準(zhǔn)，大大簡化了測試過程，降低了測試成本。
　　 2.鐵磁薄膜材料復(fù)磁導(dǎo)率傳輸測試方法研究：傳輸法采用二端口微帶線做為測試夾具，通過對二端

4、口S參數(shù)進行測試，從而得到被測薄膜的復(fù)磁導(dǎo)率。本文利用空氣微帶制作了傳輸法測試夾具，對二端口測試網(wǎng)絡(luò)進行了分析，研究了二端口網(wǎng)絡(luò)去嵌入方法，對置入被測樣品后的多層微帶結(jié)構(gòu)進行了分析，并在100MHz-10GHz頻段內(nèi)對鐵磁薄膜復(fù)磁導(dǎo)率進行了測試。其中本文首次通過空氣微帶構(gòu)建了傳輸法測試夾具，不僅便于將被測樣品置入測試夾具，而且降低了微帶線襯底材料對結(jié)果的影響，提高了測試準(zhǔn)確度。
　　 3.鐵磁薄膜材料電導(dǎo)率測試方法研究：由于鐵磁

5、薄膜為金屬薄膜，對其電導(dǎo)率的測試往往需要專用的儀器完成，且測試過程較為復(fù)雜。本文首次提出將支持向量機用于電導(dǎo)率測量，通過對單端口反射系數(shù)的仿真和測試，建立材料電導(dǎo)率與網(wǎng)絡(luò)反射系數(shù)的關(guān)系，從而直接從測得的網(wǎng)絡(luò)反射系數(shù)中提取薄膜的電導(dǎo)率。該方法可采用復(fù)磁導(dǎo)率測試所需的儀器和夾具完成，不需要借助專用的阻抗測試儀器，因此測試更加簡便、高效。
　　 4.鐵電薄膜材料復(fù)介電常數(shù)測試方法與技術(shù)的研究：由于鐵電薄膜通常為中低損耗薄膜，且厚度很薄

6、，為兼顧測試靈敏度與準(zhǔn)確度，本文提出將共面波導(dǎo)電路制作于陶瓷基片上，加載被測薄膜后，構(gòu)成多層共面波導(dǎo)諧振器，通過對多層共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行分析，推導(dǎo)出薄膜復(fù)介電常數(shù)與共面波導(dǎo)諧振器尺寸、諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系，再由測試所得數(shù)據(jù)提取出被測共面波導(dǎo)復(fù)介電常數(shù)。由于本文測試方法中，共面波導(dǎo)電路制作于陶瓷基片上而并非被測薄膜上，因此同一基片可對多個薄膜樣品進行測試，大大降低了測試成本。
　　 5.誤差分析：誤差在測試過程中是必然存在的，本