CN110736501A - 一种磁场探针台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种磁场探针台，包括：台面、至少一对探针座、至少一对电学探针、至少一对面内磁极、导磁结构、励磁线圈、励磁线圈供电单元及台面支撑装置；相对于传统探针台结构，本发明导磁结构与励磁线圈放置于台面下方，不会对电学探针和光学模块的配置造成干扰；并且节省了空间，能够允许配置台面下方的样品台、垂直磁铁；当物镜转动切换时，不会因为励磁线圈体积过大而使得光学模块中的物镜碰到线圈；本发明提出的磁极固定方式设置为相对磁极距离可调的模式，根据测试需求，设置磁极间距，适应不同的测试需要，本发明还可以与磁光克尔显微镜配合使用。

Description

一种磁场探针台

技术领域：

本发明属于测试测量技术领域，具体涉及一种磁场探针台。

背景技术：

能够集成磁场、电学和光学模块的测量系统对于电子器件的测试具有重要用途。但是，由于磁场发生模块(包括电磁铁)、电学模块(包括直流/高频交流探针等)、光 学探测模块(包括物镜等)均需要占据空间而不兼容，给系统集成带来极大难度。为了 达到较高磁场，一般需要使用铁磁物质作为磁极或磁靴，磁极或者磁靴需要距离样品较 近。同时，为了使系统能够兼容光学测试需要，需要在探针台上方距离样品较近的地方 有足够空间，以便容纳物镜等光学元件；为了进行电学测试，通常需要配置多个探针， 且探针需要与磁场发生装置及光学模块兼容。尤其是，当使用高放大倍率的物镜进行成 像测量时，需要样品与物镜距离很近(即，样品必须位于物镜成像的焦点上)，这为磁 场发生装置、电学测试装置与光学模块的兼容配置带来挑战。

当前的各种探针台很难实现多维度磁场，直流/交流探针和高倍显微成像的集成。

发明内容：

基于以上技术不足，本发明公开一种磁铁探针台，在集成了多维度磁铁和多功能测 试探针的基础上，可兼容高倍成像显微镜，能够解决以上难题。

本发明设计了一种磁场探针台结构，能够集成多维度磁场、电学测试模块。探针台能够兼容高倍物镜成像模块。

一种磁场探针台，包括：台面、至少一对探针座、至少一对电学探针、至少一对面内磁极、导磁结构、励磁线圈、励磁线圈供电单元及台面支撑装置；

所述台面为环形结构，面内磁极固定在台面下环形结构的内侧，探针座固定在台面 的上表面，电学探针安装在探针座上，导磁结构固定在台面的下表面，励磁线圈缠绕在导磁结构表面，励磁线圈供电单元为励磁线圈供电，台面支撑装置将台面固定在实验台上。

所述环形结构为封闭式环形结构或者开口式环形结构。

所述面内磁极具有磁极固定装置，每个面内磁极均通过其对应的固定装置被固定到 台面下环形结构的内侧，通过调节磁极固定装置能够调节磁极之间的距离。

所述探针座带有空间位移调节装置，能够调节三个维度的空间位置。

所述电学探针为直流探针或者微波探针。

所述面内磁极是产生平行于待测试样品表面的磁场的磁极。

在所述面内磁极之间放置待测试样品，且样品下面设置有样品台，待测试样品被放 置在样品台上。

所述待测试样品下方能够设置有垂直磁极。

所述待测试样品上方设置磁光克尔显微镜。

所述台面及探针座材料为无磁材料，所述面内磁极及导磁结构材料为铁磁性或者亚 铁磁性物质。

有益技术效果：

传统常用的铁磁结构是将励磁线圈缠绕于磁极周围，在集磁场、电学与光学测 试与一体的结构中，此种励磁线圈的配置会使得电学探针和光路的配置变得困难， 在空间上容易出现不兼容的难题。

本发明提出的一种磁场探针台，将励磁线圈放置于导磁结构周围，且导磁结构 与励磁线圈放置于台面下方，不会对电学探针和光学模块的配置造成干扰；另外， 导磁结构和励磁线圈固定于台面下方，除了具有美观的优势之外，还节省了空间， 能够允许台面下方的样品台(为了统一名称，本发明不涉及样品台的位移)、垂直磁 铁单元等结构的配置；并且，当物镜转动切换时，不会因为励磁线圈体积过大而使 得物镜碰到线圈；电磁铁结构中，其它条件不变的情况下，如果将相对的磁极间距 减小，则磁极间的磁场增大，但可容纳样品的尺寸(或称操作空间)变小；反之， 增加相对磁极间的距离，操作空间变大，但磁场会减小。本发明提出的磁极固定方 式设置为相对磁极距离可调的模式，可以使产品能被用户调节，根据测试需求，设 置磁极间距，适应不同的测试需要。台面上表面留有光滑的表面，可以用真空吸附 的方法固定探针座，而且探针座的数量可以根据测试需求增减，或者随意变换探针 座固定的角度和位置。相比于磁吸附的固定模式，本发明使用真空吸附固定方式， 避免产生干扰磁场信号。

本发明的面内磁极的数量可以根据测试需要增加或者减少，亦可以添加垂直磁场，且可以与磁光克尔显微镜配合使用，磁光克尔显微镜为至少一对偏振片作为起 偏器或者检偏器，使用光学成像的方法的看到样品磁性的变化。而传统的探针台结 构无法与磁光克尔显微镜集成使用。

附图说明：

图1为本发明实施例的一种磁场探针台的俯视图；

图2为本发明实施例的一种磁场探针台的开口环形结构俯视图；

图3为本发明实施例的一种磁场探针台的仰视图；

图4为本发明实施例的一种磁场探针台的开口环形结构仰视图；

图5为本发明实施例的一种磁场探针台添加光学模块与垂直磁极的三维立体图；

其中，1-台面，2-探针座，3-电学探针，4-面内磁极，5-导磁结构，6-励磁线圈， 7-台面支撑装置，8-光学模块，9-垂直磁极，10-待测试样品，11-样品台。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明型进行详细说明，一种磁场探针台，如图1、 图3所示，包括：台面1、至少一对探针座2、至少一对电学探针3、至少一对面内磁极 4、导磁结构5、励磁线圈6、励磁线圈供电单元及台面支撑装置7；

所述台面1为环形结构，面内磁极4固定在台面1下环形结构的内侧，探针座2固 定在台面1的上表面，电学探针3安装在探针座2上，导磁结构5固定在台面的下表面， 励磁线圈6缠绕在导磁结构5表面，励磁线圈供电单元为励磁线圈供电，台面支撑装置 7将台面固定在实验台上，本实施例台面支撑装置7为三根支撑柱结构。

本实施例台面支撑装置为三根柱形结构；

所述环形结构为封闭式环形结构或者开口式环形结构，如图2、图4所示。

所述面内磁极4具有磁极固定装置，每个面内磁极4均通过其对应的固定装置被固定到台面下环形结构的内侧，通过调节磁极固定装置能够调节磁极之间的距离。

所述导磁结构5的一端与一对面内磁极4中的一个面内磁极之间留有间隙或者不留 间隙，导磁结构5的另一端与一对面内磁极4中的另一个面内磁极之间留有间隙或者不留间隙。

所述探针座2为真空吸附式探针座底或者滑道式探针座或者采取其它固定方式的探 针座。

若所述探针座2为真空探针座，则真空探针座底部带有真空吸盘，借助吸气泵通过吸气管吸气从而将探针座固定于台面1上，且要求固定真空探针座对应处的台面1为光 滑表面。

所述探针座2带有空间位移调节装置，能够调节三个维度的空间位置，探针座X方向调节旋钮(水平方向中左右调节)，探针座Y方向调节旋钮(水平方向中上下调节)， 探针座Z方向调节旋钮(垂直方向调节)。

所述电学探针3为直流探针或者微波探针。

所述面内磁极4即为产生平行于待测试样品10表面的磁场的磁极。

在所述面内磁极4之间放置待测试样品10，且待测试样品10下面设置有样品台11，样品被放置在样品台11上，如图5所示。

所述待测试样品10下方能够设置有垂直磁极9。

所述待测试样品10上方设置磁光克尔显微镜，磁光克尔显微镜即为光学模块8。

所述台面1及探针座2材料为无磁材料，所述面内磁极4及导磁结构5材料为铁磁性或者亚铁磁性物质。

本发明提出的磁场探针台系统含有探针台台面1，探针座2，电学探针3(直流探针或者交流探针)，面内磁极4，导磁结构5，励磁线圈6，探针台支撑装置7。其中，探 针台台面1制作材料可以为铝，铝合金，铜，无磁不锈钢等，台面上表面全部或者部分 区域具有光滑表面，其中光滑的表面应该占台面上表面总面积的一半以上；探针座2的 主体结构为无磁材料制作(除部分螺钉或弹簧可能带有磁性外)，带有真空吸盘，可在 抽气泵的作用下吸附于台面1；电学探针3可以为直流探针或者高频交流探针；探针座 2具有微调旋钮，可以在多个空间维度对探针进行调节；磁极4的制作材料可以选择但 不局限于铁、钴、镍等铁磁金属，或其合金，或包含此元素的化合物等，磁极周围无线 圈缠绕；需要指出的是，本发明提出的磁场探针台可以为闭合结构，如图1所示，也可 以为开口式结构，如图2所示；磁极4可以有4个，两两相对，如图1所示；磁极4也 可以只有1对；磁极4以螺丝或者滑槽等结构固定于探针台台面下方，而且，相对磁极 的距离可以调节；导磁结构5材料可以为铁、钴、镍等铁磁金属，或其合金，或包含此 元素的磁性化合物等，但不限于此；导磁结构5上绕有励磁线圈6；导磁结构5固定于 探针台台面1下方；台面1与支撑柱7连接，从而可以平稳地放置在平面之上。

磁极4固定于台面1下方，相对磁极的间距可调，其实现方式可以由多种，例如， 将磁极上留出若干滑槽结构，台面下方留有若干螺孔，用螺钉穿过滑槽并固定在螺孔中， 从而将磁极固定，通过调节滑槽相对于螺钉的位置，从而调节磁极位置；另一个示例是， 在磁极上留出若干通孔，在台面下方留出若干螺纹孔，通过控制磁极上通孔与台面螺纹 孔的对应关系，并用螺钉固定，可以控制磁极的位置。

工作时，通过磁铁线圈供电模块，向励磁线圈时间电流，可以在相对的磁极之间感应出磁场；通过调节相对的磁极间距，可以在高磁场与大的操作空间之间取得折中，从 而使系统适应不同的测试环境。

本发明提出的磁场探针台可以与磁光克尔显微镜结合使用。探针台通过支撑柱7放 置于水平面上，探针座2和探针真空吸附于台面上方。样品通过样品台11固定于磁极 之间。磁光克尔显微镜光路系统，即光学模块8位于探针台上方，如图5所示。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领 域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发 明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁场探针台，其特征在于：

该探针台包括：台面、至少一对探针座、至少一对电学探针、至少一对面内磁极、导磁结构、励磁线圈、励磁线圈供电单元及台面支撑装置；

所述台面为环形结构，面内磁极固定在台面下环形结构的内侧，探针座固定在台面的上表面，电学探针安装在探针座上，导磁结构固定在台面的下表面，励磁线圈缠绕在导磁结构表面，励磁线圈供电单元为励磁线圈供电，台面支撑装置将台面固定在实验台上。

2.根据权利要求1所述的磁场探针台，其特征在于：

所述环形结构为封闭式环形结构或者开口式环形结构。

3.根据权利要求1所述的磁场探针台，其特征在于：

所述面内磁极具有磁极固定装置，每个面内磁极均通过其对应的固定装置被固定到台面下环形结构的内侧，通过调节磁极固定装置能够调节磁极之间的距离。

4.根据权利要求1所述的磁场探针台，其特征在于：

所述探针座带有空间位移调节装置，能够调节三个维度的空间位置。

5.根据权利要求1所述的磁场探针台，其特征在于：

所述电学探针为直流探针或者微波探针。

6.根据权利要求1所述的磁场探针台，其特征在于：

所述面内磁极即为是产生平行于待测试样品表面的磁场的磁极。

7.根据权利要求1所述的磁场探针台，其特征在于：

在所述面内磁极之间放置待测试样品，且样品下面设置有样品台，待测试样品被放置在样品台上。

8.根据权利要求7或者权利要求8所述的磁场探针台，其特征在于：

所述待测试样品下方能够设置有垂直磁极。

9.根据权利要求7或者权利要求8所述的磁场探针台，其特征在于：

所述待测试样品上方设置磁光克尔显微镜。

10.根据权利要求1所述的磁场探针台，其特征在于：

所述台面及探针座材料为无磁材料，所述面内磁极及导磁结构材料为铁磁性或者亚铁磁性物质。

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