CN111856091B - 一种精准推进探针的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种精准推进探针的方法，该方法能够对薄膜进行无损测量，尤其适用于半导体半导体薄膜，具体地，利用感应收缩簧的感应端超出导电弹性针头的一定距离进行测距，并根据测距结果控制推进速度和时间，且能够监测到探针与纳米级厚度薄膜的接触应力大小。该探针方法适合对半导体半导体薄膜进行无损、稳定、可重复的准确检测，同时也适合推广到其它薄膜材料的电学检测。

Description

一种精准推进探针的方法
技术领域
本发明涉及电学测试领域，具体而言，涉及一种精准探针实现对薄膜无损电学测量的方法。
背景技术
目前，常用于测量薄膜电学性质的方法主要为接触式探针法，探针为硬质金属，在测试能够承受一定压力且损伤不明显或可以忽略的薄膜材料时，可以使测试过程顺利进行，并保证测试数据具有一定的准确性和重复性。但在测试纳米级薄膜类型材料时，硬质金属探头压下的机械压力较大，对石墨烯及纳米级薄膜等材料易造成机械损伤，使得探针和样品之间接触不良，使测试过程不能顺利进行，或不能保证测试数据的准确度和重复性以及再现性。
为解决上述问题，有部分技术采用在薄膜上涂点状导电银浆，烘干后作为辅助测试点，或采用液体金属汞电极作为柔性电极。以上方法虽然均有一定效果，但是操作过程复杂、技术难度大或汞具有毒性，较难推广使用。
公布号为CN104422824A的专利公开了一种金属薄膜电阻率的测量方法，在金属薄膜的表面制作一层有机保护膜，先以第一速度将探针快速下降至有机保护膜表面，之后探针以第二速度扎破有机保护膜并缓慢下降至金属薄膜表面。该专利采用两种不同的探针速度，极大地减少了金属薄膜被扎破的几率，但是部分薄膜表面制备有机保护膜会影响薄膜的电学、光学性质，特别是半导体半导体薄膜。此外，CN104422824A也未公开下降至金属薄膜表面的判断方法，无法控制探针推进的终止时间，仍存在损坏薄膜的风险。因此，为实现完全无损薄膜的测试，仍亟待开发相关新技术方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种尤其适用于对半导体薄膜进行无损测量的精准推进探针的推进方法，该方法适合对半导体薄膜进行接触式无损、稳定、可重复的准确检测，同时也适合推广到其它薄膜材料的电学检测。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供的第一种精准推进探针的方法，其包括，如图1所示：
检测探针头距薄膜的距离，当小于预设距离D时，探针提升使探针头远离薄膜，随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜表面，推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜表面，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1；
监测探针头与薄膜之间距离的方法为，利用超出探针头一定距离D的感应端5进行测量，如图3所示。具体地，感应收缩簧4的一端与导电探针体固定，另一端为感应端5，且超出探针头一定距离D，感应收缩簧4不仅能够被动收缩，还具有主动收缩功能，能够在控制器的控制下主动收缩，感应端5还包含应力传感器，用于测试感应端5与薄膜的接触应力；感应收缩簧4为弹簧形状，导电针体1和探性针头设置于感应收缩簧4内，以保证探针无论以何种角度向薄膜靠近时感应收缩簧4末端的感应端5优先接触到薄膜。
优选地，感应收缩簧4的一端通过固定环3与导电探针体绝缘固定。
优选地，探针头为导电弹性针头2，导电弹性针头2与导电针体的一端部连接，且导电弹性针头与导电针体之间能够导电，以使导电弹性针头与薄膜接触时，导电弹性针头能够产生形变以防止破坏薄膜。
优选地，感应收缩簧4为上大下小的弹簧形状，使感应端5的截面积相对较小，满足小面积薄膜电极点的测量要求。
优选地，感应收缩簧4的感应端5截面为圆环，以减少对薄膜的接触损伤。
优选地，感应收缩簧4的感应端5被柔性材料包裹。
测量的对象优选为半导体半导体薄膜，但并不局限于半导体半导体薄膜，其还可适用于测量其它纳米级厚度的薄膜材料。
具体地，感应端5监测到其未接触到薄膜时，即检测到探针头与薄膜之间距离大于预设距离D，探针以第一速度V1推进，感应收缩簧不收缩；感应端5监测其到接触到薄膜时，即检测到探针头与薄膜之间距离等于预设距离D，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，具体地，V2小于V1。
优选地，感应端5监测其已接触到薄膜时，即检测到探针头与薄膜之间距离等于预设距离D，探针以第二速度V2推进，感应收缩簧的主动收缩速度和探针的推进速度同步变化，速度大小一致。
本发明提供的第二种精准推进探针的方法，其包括，如图2所示：
检测探针头距薄膜的距离；
当小于预设距离D时，判断该测试样品是否已经被破坏，若被破坏，更新测试样品；若未被破坏，探针提升使探针头远离薄膜，随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1；
所述判断该测试样品是否已经被破坏的方法为判断薄膜接触应力是否小于预设应力阈值。具体地，
感应端5监测其已接触到薄膜时，即检测到探针头与薄膜之间距离等于或小于预设距离D时，若感应端5检测到的应力达到或超出预设应力阈值时，确定薄膜已破坏；若感应端5检测到的阈值未达到预设应力阈值时，薄膜未被破坏。
监测探针头与薄膜之间距离的方法为，利用超出探针头一定距离D的感应端5进行测量，如图3所示。具体地，感应收缩簧4的一端与导电探针体固定，另一端为感应端5，且超出探针头一定距离D，感应收缩簧4不仅能够被动收缩，还具有主动收缩功能，能够在控制器的控制下主动收缩；感应端5还包含应力传感器，用于测试感应端5与薄膜的接触应力；感应收缩簧4为弹簧形状，导电针体1和弹性针头设置于感应收缩簧4内，以保证探针无论以何种角度向薄膜靠近时感应收缩簧4末端的感应端5优先接触到薄膜。
优选地，感应收缩簧4的一端通过固定环3与导电探针体绝缘固定。
优选地，探针头为导电弹性针头2，导电弹性针头2与导电针体的一端部连接，且导电弹性针头与导电针体之间能够导电，以使导电弹性针头与薄膜接触时，导电弹性针头能够产生形变以防止破坏薄膜。
优选地，感应收缩簧4为上大下小的弹簧形状，使感应端5的截面积相对较小，满足小面积薄膜电极点的测量要求。
优选地，感应收缩簧4的感应端5截面为圆环，以减少对薄膜的接触损伤。
优选地，感应收缩簧4的感应端5被柔性材料包裹。
测量的对象优选为半导体薄膜，但并不局限于半导体薄膜，其还可适用于测量其它纳米级厚度的薄膜。
具体地，感应端5监测到其未接触到薄膜时，即检测到探针头与薄膜之间距离大于预设距离D，探针以第一速度V1推进，感应收缩簧不收缩；感应端5监测其已接触到薄膜时，且检测到探针头距薄膜的距离等于预设距离D，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，具体地，V2小于V1。
优选地，感应端5监测其已接触到薄膜时，且检测到探针头与薄膜之间距离等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，感应收缩簧4不主动收缩，仅被动收缩，推进时间为T＝D/V2。在未达到推进时间，若感应端5的检测应力提前达到预设应力阈值时，控制器控制探针提前结束推进，防止对薄膜造成破坏。预设应力阈值为提前设定的探针损坏待测薄膜时，感应端5感测到的应力临界值。
优选地，当待检测薄膜为金属或半导体薄膜时，感应端5监测其已接触到薄膜时，控制器控制探针以第二速度V2推进，感应收缩簧4不主动收缩，仅被动收缩，推进时间为T＝D/V2。在未达到推进时间，若感应端5提前达到预设应力阈值，控制器控制探针提前结束推进，防止对薄膜造成破坏。预设应力阈值为提前设定的探针损坏待测薄膜时，感应端5感测到的应力临界值。
优选地，当待检测薄膜为多个薄膜电极点组成的电极阵列时，感应端5监测其已接触到薄膜时，控制器控制探针以第二速度V2推进时，感应收缩簧4不主动收缩，仅被动收缩，推进时间为T＝D/V2。在达到推进时间时，结束推进并记录感应端5的检测值，选择检测值相同的电极点进行测试对比，避免探针应力不同对测试结果产生影响。
本发明的有益效果在于：提供了一种精准推进探针的方法，该探头采用导电弹性针头与薄膜材料接触，该方法能够检测到探针推进过程中达到探针头与薄膜间预设距离时，改变推进速度，能够精准的控制再次推进时间，使探针头恰好接触薄膜而不损坏薄膜。本发明的方法还能监控电学测试过程中探针头与薄膜间的应力值，选择应力值相一致的测试点，能够极大地提高测试精准性，避免探针头应力差异对测试结果造成影响。
附图说明
图1本发明提供的第一种精准推进探针的方法流程图。
图2本发明提供的第二种精准推进探针的方法流程图。
图3为本发明测试过程中使用的一种无损测量薄膜的探针。
具体实施方式
通过以下具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由以下实施例了解本发明的优点与功效。此外，本发明也可以通过其他不同具体实施例加以施行或应用，在不悖离本发明之精神下进行各种修饰与变更。
[实施例1]
一种精准推进探针的方法：
利用超出探针头一定距离D的感应端5监测探针头与薄膜之间的距离，当检测到的距离小于预设距离D时，探针提升使探针头远离薄膜，然后以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜表面，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1；
[实施例2]
一种精准推进探针的方法：
利用超出探针头一定距离D的感应端5监测探针头与薄膜之间的距离，感应端5位于感应收缩簧4的一端，感应收缩簧4的另一端与导电探针体固定，且感应端5超出探针头一定距离D；
当检测到的距离小于预设距离D时，探针提升使探针头远离薄膜，然后以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜，推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1，且探针以第二速度V2推进时，感应收缩簧的主动收缩速度和探针的推进速度同步变化，速度大小一致。
[实施例3]
一种精准推进探针的方法：
利用超出探针头一定距离D的感应端5监测探针头与薄膜之间的距离，感应端5位于感应收缩簧4的一端，感应收缩簧4的另一端与导电探针体固定，感应端5且超出探针头一定距离D；
当小于预设距离D时，感应端5接触到薄膜，若感应端5检测到的应力达到或超出预设应力阈值时，确定薄膜已破坏；若感应端5检测到的阈值未达到预设应力阈值时，薄膜未被破坏。
若被破坏，更新测试样品；
若未被破坏，探针提升，使探针头远离薄膜，距离大于D后，再以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜表面，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1。
[实施例4]
一种精准推进探针的方法：
利用超出探针头一定距离D的感应端5监测探针头与薄膜之间的距离，感应端5位于感应收缩簧4的一端，感应收缩簧4的另一端与导电探针体固定，感应端5且超出探针头一定距离D；
当小于预设距离D时，感应端5接触到薄膜，若感应端5检测到的应力达到或超出预设应力阈值时，确定薄膜已破坏；若感应端5检测到的阈值未达到预设应力阈值时，薄膜未被破坏。
若被破坏，更新测试样品；
若未被破坏，探针提升，使探针头远离薄膜,距离大于D后，再以第一速度V1推进；当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜表面，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1；
探针以第二速度V2推进过程中，感应收缩簧4不主动收缩，仅被动收缩，在达到推进时间T时，结束推进，并记录感应端5的检测值，选择检测值相同的测试点进行对比，避免探针应力差异对测试结果造成影响。

Claims (9)

1.一种精准推进探针的方法，其特征在于，
利用超出探针头一定距离D的感应端监测探针头与薄膜之间的距离，感应端位于感应收缩簧的一端，感应收缩簧的另一端与导电探针体固定，且感应端超出探针头一定距离D；
当检测到的距离小于预设距离D时，探针提升使探针头远离薄膜，随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜，推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜表面，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1；探针以第二速度推进时，感应收缩簧的主动收缩速度和探针的推进速度同步变化，速度大小一致；
所述感应收缩簧为弹簧形状，导电针体和弹性针头设置于感应收缩簧内，以保证探针无论以何种角度向薄膜靠近时感应收缩簧末端的感应端优先接触到薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种精准推进探针的方法，其特征在于，
利用超出探针头一定距离D的感应端监测探针头与薄膜之间的距离，感应端位于感应收缩簧的一端，感应收缩簧的另一端与导电探针体固定，感应端且超出探针头一定距离D；
当小于预设距离D时，感应端接触到薄膜，若感应端检测到的应力达到或超出预设应力阈值时，确定薄膜已被破坏；若感应端检测到的阈值未达到预设应力阈值时，薄膜未被破坏；
若被破坏，更新测试样品；
若未被破坏，探针提升使探针头远离薄膜，随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜表面，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1。
3.根据权利要求2所述的一种精准推进探针的方法，其特征在于，
利用超出探针头一定距离D的感应端监测探针头与薄膜之间的距离，感应端位于感应收缩簧的一端，感应收缩簧的另一端与导电探针体固定，感应端且超出探针头一定距离D；
当小于预设距离D时，感应端接触到薄膜，若感应端检测到的应力达到或超出预设应力阈值时，确定薄膜已被破坏；若感应端检测到的阈值未达到预设应力阈值时，薄膜未被破坏；
若被破坏，更新测试样品；
若未被破坏，探针提升使探针头远离薄膜；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜推进时间为T＝D/V2；
当等于预设距离D时，探针以第二速度V2推进，使探针头接近薄膜表面，推进时间为T＝D/V2；
当大于预设距离D时，探针控制器控制探针以第一速度V1推进；随着探针推进，当等于预设距离时，探针以第二速度V2推进，推进时间为T＝D/V2，V2＜V1；
探针以第二速度V2推进过程中，感应收缩簧不主动收缩，仅被动收缩，在达到推进时间T时，结束推进，并记录感应端的检测值，选择检测值相同的测试点进行对比，避免探针应力不同对测试结果造成影响。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种精准推进探针的方法，其特征在于，
感应收缩簧的一端与导电探针体固定，另一端为感应端，且超出探针头一定距离D，感应收缩簧不仅能够被动收缩，还具有主动收缩功能，能够在控制器的控制下主动收缩；感应端还包含应力传感器，用于测试感应端与薄膜的接触应力。
5.根据权利要求4所述的一种精准推进探针的方法，其特征在于，感应收缩簧为上大下小的弹簧形状，使感应端的截面积相对较小，满足小面积薄膜电极点的测量要求。
6.根据权利要求5所述的一种精准推进探针的方法，其特征在于，感应收缩簧的感应端截面为圆环，以减少对薄膜的接触损伤。
7.根据权利要求6所述的一种精准推进探针的方法，其特征在于，感应收缩簧的感应端被柔 性材料包裹。
8.根据权利要求7所述的精准推进探针的方法，其特征在于，测量的对象为半导体薄膜。
9.根据权利要求7所述的精准推进探针的方法，其特征在于，测量的对象为纳米级厚度的薄膜。
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