磁通量测试仪

德国马克斯普朗克化学研究所、美国爱荷华州立大学、俄罗斯乌拉尔联邦大学研究人员合作探测了富氢高温超导体中的捕获磁通量。相关研究近日发表于《自然-物理学》。该研究团队在SQUID磁强计中采用了非常规的磁测量方法，并探测了高压下两种接近室温超导体H3S和LaH10中的捕获磁通量。与传统磁化率测量不同，由于无外部磁场，捕获磁场的响应几乎不受金刚石压砧背景信号影响。在零场冷却和施加磁场冷却条件下，捕获磁场的行为证实了这些材料的超导性。研究人员发现明显缺乏的迈斯纳效应与样品内涡旋强钉扎效应有关。该方法还可用于研究多相样品或在常压下具有低超导分数的样品。通过高压下对氢化物中捕获磁场的测量，进一步证实了这些材料在高温下具有超导性。研究发现，在高压条件下，多种氢化物表现出超导现象，其超导临界温度可接近室温。然而，由于高压条件限制，实验研究存在一定困难，电输运测量一直是检测氢化物超导性的主要技术手段。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-023-02089-1

在全球半导体产业高速发展的今天，中国正以其前瞻性的战略布局和政策支持，推动国内半导体行业的跨越式发展。随着物联网、大数据和人工智能驱动的新计算时代的发展，我国对半导体器件的需求日益增长，对器件可靠性与性能指标的要求也越发严格。晶圆测试:质量与效率的保障 晶圆测试是半导体制造过程中不可或缺的一步，它能够确保芯片在制造过程中的每一个阶段都能达到设计规格和性能要求。自动化和高精度的测试设备可以显著提高测试速度，缩短生产周期；通过精确检测，确保每一片晶圆的可靠性和一致性，降低不良品率；有效的测试可以减少返工和废品，从而降低生产成本。 在晶圆测试中，磁性器件需要在磁场扫描下测试，而传统的设备和方法较为耗时，会增加芯片的制造成本。在晶圆上方以高扫速改变磁场是工业化大批量生产正面临的挑战，今天要为大家介绍的Hprobe 磁性自动测试设备，其专利的磁场发生器技术，可以完美应对这项挑战。Hprobe 磁性自动测试设备 Hprobe 磁性自动测试设备是通过实现每个器件的快速测试时间，以更高的通量对晶圆在磁场下进行电探测。其专利技术3D磁场发生器和Hcoil-2T磁场发生器，能够满足大规模生产中对晶圆级电子探测的要求，独特设计的磁场发生器通过电源供电和空气冷却，不需要复杂的液体冷却。快速：更高的磁扫率，每秒高达10000件样品，实现高通量测试，并与批量生产的测试时间相匹配。灵活：具有独立可控空间轴的三维磁场，用于垂直和平面磁场的任意组合。强大：单一方向的超高强度磁场，结合更快的扫描速度，可在20微秒内达到2特斯拉。 Hprobe 磁性自动测试设备使用100-300mm自动晶圆探针台。集成了磁场发生器的测试头被置于晶圆探针台上。测试设备与以下自动探针台兼容：TEL (Tokyo Electron Limited)、ACCRETECH、Electroglas。技术原理 1、三维磁场发生器：三维磁场发生器能够产生三维磁场，其中每个空间轴可被独立驱动。该发生器具有多种组态，可在特定的1D、2D或3D方向上更大化磁场强度或表面覆盖。磁场的扫描速率在场强和角度上是可控的，扫描速率可达每秒10000件样品。 2、Hcoil-2T 磁场发生器：Hcoil-2T 磁场发生器是一种创新性的超紧凑型技术，能够以更快的扫描速度在单一方向产生超强磁场。利用这项技术，可以在不到20微秒的时间内达到±2特斯拉磁场。主要特点平面内和垂直方向的高磁场强度磁场的三维控制场强和角度扫描（旋转场）嵌入式校准传感器自动化测试程序MRAM参数提取软件可用于100至300 mm晶圆与标准探针卡兼容完整且可定制的软件，可创建测试序列和自动探测空气冷却测试设备1、测试头：磁场发生器集成在测试头中，后者被安装在自动晶圆探针台上，与单个直流或射频探针和探针卡兼容。 2、仪表架：测试设备使用高端控制和传感设备。测试设备的仪器组态可以按照用户需求而配置。3、磁场校准套件：磁场发生器配有磁场校准组件，由三维磁传感器和自动定位系统组成，用于在与被测设备完全相同的位置校准磁场。 4、软件：带图形用户界面GUI（graphical user interface）的软件，用于磁场的生成、校准，以及MRAM和磁传感器的自动化电测量。软件还包括晶圆厂自动化和生产控制功能。IBEX平台（用于MRAM测试） IBEX平台与200毫米和300毫米自动晶圆探针台兼容，专用于测试MRAM磁性隧道结，以及基于自旋转移矩（STT-MRAM）、自旋轨道矩（SOT-MRAM）和电压控制（VC-MRAM）技术的位单元。该系统能够在快速可变磁场和超窄脉冲信号下进行高通量测试。1、IBEX-P MRAM参数测试 IBEX-P系统以单通道或多通道配置运行，测试结构中包含过程控制和监控（PCM），因而可用于晶圆验收测试（WAT）时生产产量的统计过程控制（SPC）。 IBEX使用Hprobe的带有图形用户界面的专用一站式软件，既可在研发环节中手动操作，又可在全自动晶圆厂中自动操作。该软件包括专用于MRAM器件的更优化生产测试程序。 该系统采用Hprobe的磁场发生器专利技术，将磁场发生器集成到测试头中，后者安装在晶圆探针台上。 该测试设备由精选高端仪器驱动， 从而以更快的测试时间来表征MRAM磁性隧道结或位单元。涉及的仪器包括Keysight、Tektronix和NI等品牌，并使用Hprobe的专有构架模块集成。2、IBEX-F功能测试 IBEX-F系统专用于测试位阵列和片上系统（SoC）嵌入式MRAM存储器。 测试系统以单点或多点配置运行，用于MRAM阵列的表征和测试。其目的是进行产品开发、验证和鉴定，并转入生产。它还可用于嵌入式MRAM器件的大规模生产环境，在后端（BEOL）过程中进行芯片探测（CP）的筛选和分级。 该测试设备由精选高端仪器驱动，从而以更快的测试时间来表征MRAM磁隧道结或位单元。涉及的仪器包括Keysight、Tektronix和NI等品牌，并使用Hprobe的专有构架模块集成。关于MRAM 测试 与传统采用电荷存储数据的半导体存储器不同，MRAM（磁阻随机存取存储器）是一种非易失性存储器，使用磁化（例如电子自旋）方向来存储数据位。 与现有的半导体技术相比，MRAM具有许多优点，因为它本质上是非易失性的（例如，当电源切断时能够保存数据），同时还表现出非常好的耐久性（例如读/写周期数）和较低的运行功率。全新一代的MRAM为pSTT-MRAM（垂直自旋转移矩随机存取存储器），已被业界选择取代28/22nm以下技术节点的嵌入式闪存，目前各大半导体代工厂均可提供该产品。LINX 平台（用于传感器测试） LINX平台与200mm和300mm自动晶圆探针台兼容，用于测试基于xMR（磁阻）和霍尔效应技术的磁性传感器。该系统能够在静态和快速变化的磁场下进行测试，磁场在空间任何方向可控。LINX-1–磁性传感器测试仪 LINX-1测试仪专用于磁性传感器芯片的晶圆级分选。 该产品使用Hprobes的带有图形用户界面的专用一站式软件，以单通道或多通道配置来生成和校准磁场，包括静态或动态模式下优化的磁场生成模式。该系统具有可编程功能，可与用户的测试平台集成。 LINX-1采用Hprobe专有的磁场发生器技术，与3轴自动化测试头集成。它可以使用手动或自动加载的探针卡进行操作。 磁场的产生由高性能仪器驱动，以实现稳定的静态磁场或高扫描率的可变场。 仪器组包括Keysight、Tektronix和NI等品牌，并使用Hprobe的专有构架模块集成。关于传感器测试 磁性传感器检测由磁铁或电流产生的磁场和地磁场的强度。它们将磁场或磁编码信息转换成电信号，供电子电路处理。磁性传感器正变得越来越流行，因为它们可以用于多种应用场合，如传感位置、速度或运动方向。磁性传感器有以下几种类型： 霍尔效应传感器 霍尔效应传感器由半导体衬底上的条形载流导体构成，当置于磁通量中时，通过霍尔效应产生垂直于电流方向的电压。霍尔效应传感器被广泛应用于汽车和工业领域。AMR传感器 各向异性磁阻（AMR）传感器由条形或带状磁性各向异性材料组成，其等效电阻与磁化方向和导电方向的夹角有关。与其他磁电阻传感器相比，AMR传感器具有相对较低的磁电阻（MR）率。它们被用于工业、商业和空间技术，作为位移或角度传感器以及地磁场传感器。GMR传感器 巨磁阻（GMR）传感器具有三明治结构，由被界面导电层隔开的磁性薄膜组成。该传感器有两种电阻状态：当两个磁性层磁化方向平行时，器件为低阻态；而当两个磁性层磁化方向相反时，器件为高阻态。GMR传感器是一种温度稳定性好的精密磁场传感器。它们已被广泛应用于硬盘驱动器（HDD）行业以及工业应用中。TMR传感器 隧道磁阻（TMR）传感器由被隧穿势垒层分离的铁磁多层膜组成。TMR器件的电阻与两铁磁层磁化方向的夹角有关。与其它种类的磁场传感器相比，TMR传感器具有更好的信噪比、更高的精度、以及更低的功耗。TMR传感器在温度和寿命方面具有可靠稳定的性能。因此，TMR传感器在要求苛刻的应用中是首选。 关于Hprobe 法国Hprobe公司成立于2017年，总部位于具有“法国硅谷”的美誉格勒诺布尔，是SPINTEC（全球领先的自旋电子学研究实验室之一）的一家衍生公司。 法国Hprobe基于独有的三维磁场发生器等专利技术，致力于为磁性器件和传感器的晶圆级表征和测试提供系统解决方案。目前产品提供的服务内容涵盖磁技术开发所有阶段，能针对性的为MRAM（STT、SOT、VCMA）和磁性传感器（TMR、GMR等）进行表征和测试提供专用设备和服务。 依托投资方的自身优势，普瑞亿科半导体事业部聚焦国内半导体产业工艺发展，与Hprobe协力打造国内领先的晶圆级表征和测试系统解决方案，致力于为中国半导体行业客户提供研究级和生产级的MRAM和磁检测解决方案和服务支持。

磁性测量是指对磁场和磁性材料进行测量，通过磁测量来测量其它物理量。 基本被测量包括磁通量Φ，磁感应强度B，磁场强度H，磁化强度M等。1785年，库仑发现电荷间和磁极间作用力的库仑定律和磁库仑定律，揭开了磁测量历史的序幕。1819---1820年奥斯特发现电流的磁效应以及安培等发现关于电流之间磁相互作用力的安培作用力定律，1831年法拉第发现关于变化磁通感生电动势的电磁感应定律，使人类对宏观磁现象有了全面而本质的认识，并导致1832年高斯单位制的开始形成，真正的磁测量才得以实现。由于高校的管理模式及制度，磁测量仪器大多养在“深闺”，大量科研资源潜能没有得到充分发挥。为解决这个问题并加速释放科技创新的动能，中央及各级政府在近几年来制订颁布了关于科学仪器、科研数据等科技资源的共享与平台建设文件。2021年1月22日，科技部和财政部联合发布《科技部 财政部关于开展2021年度国家科技基础条件资源调查工作的通知（国科发基〔2020〕342号）》，全国众多高校和科研院所将各种科学仪器上传共享。其中，对磁测量仪器的统计分析或可一定程度反映科研领域相关仪器的市场信息（注：本文搜集信息来源于重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台，不统计用于生物体的磁测量仪器，不完全统计分析仅供读者参考）。不同地区（省/市）仪器分布情况本次统计，共涉及磁测量仪器的总数量为301台，涉及26省（直辖市/自治区），144家单位。其中，北京市共享磁测量仪器数量最多达83台，占比28%，涉及29所高校、研究院所和企事业单位等，北京如此高的占比主要是由于其拥有数量众多的科研院所。仪器所属学科领域分布仪器所属类型分布从仪器所属学科领域分布可以看出，磁测量仪器主要用于物理学和材料科学研究。需要注意的是，以上统计存在交叉分布的情况，即该仪器同时属于多类学科领域。结果显示，物理学和材料科学标签重合度很高。此外，地球科学领域的仪器占比也较高，达12%，排名第三，仪器其所属单位主要为地震、地质领域的科研院所。从仪器类型分布图中可以看出，磁测量仪器绝大部分被归类到了计量仪器和物性性能测试仪器。仪器所属单位性质分布那么这些仪器主要分布在哪些单位呢？统计结果表明，共享磁测量仪器主要分布于高校中，占比达61%，这一结果主要是因为共享仪器平台的仪器由高校上传所致，统计结果并不能体现出此类仪器的市场分布。此外，统计结果中的政府部门主要和海洋探测有关。磁测量仪器数量TOP8这些磁测量仪器主要品牌为Quantum Design和Lake Shore，均为美国品牌。Quantum Design公司是世界知名科学仪器制造商，其研发生产的一系列磁学测量系统及综合物性测量系统已成为全球先进的测量平台，广泛分布于世界上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的尖端实验室。Lake Shore公司成立于1968年，位于美国俄亥俄州哥伦布市，是低温与磁场科研设备的国际领导者。主要产品包括：振动样品磁强计、低温真空探针台、霍尔效应测量系统、低温控温仪、低温传感器、高斯计、磁通计等。可以看出，目前我国高校院所的磁测量仪器仍以进口为主，国外品牌占主流。本次共享磁测量仪器盘点，涉及Quantum Design、Lake Shore、AGICO、Brockhaus、Oxford、2G、Durham、Marine Magnetics、MicroSence、ADE、中国计量技术开发总公司、Evico Magnetics、理研电子株式会社、Cryogenic、Princeton Measurements Corporation、安捷伦、岩崎通信机株式会社、NSG等七十多家厂商，呈现出二超多强局面。