测试包括磁性层的多层结构的测试装置和方法与流程

1.本公开是关于测试多层结构的测试装置和方法，且特别是关于测试包括磁性层的多层结构。


背景技术：

2.以下内容是关于特性分析多层结构中的磁性层的测试装置和方法、测试磁性和磁电装置的测试装置和方法、特性分析磁性和磁电装置(例如磁阻式随机存取记忆体(magnetoresistive random access memory，mram)、硬盘驱动组件装置、磁性感测器装置和类似者)、测量磁性层性质的仪器和方法，以及相关的领域。


技术实现要素：

3.根据本公开的实施例，提供一种用于测试包括磁性层的多层结构的至少一个磁性参数的测试装置，包括设置为电磁性耦接至多层结构的波导、配置为外加磁场在多层结构和磁场感测器上的磁铁，以及设置为测量电磁性耦接至多层结构的波导的多个网络参数的网络分析仪，伴随磁铁外加磁场在多层结构上。
4.根据本公开的实施例，提供一种用于测试包括磁性层的多层结构的至少一个磁性参数的测试装置，包括设置为电磁性耦接至多层结构的波导、配置为外加磁场在电磁性耦接至波导的多层结构上的磁铁、设置为测量波导的多个s参数的网络分析仪，伴随多层结构电磁性耦接至波导且磁铁外加磁场在电磁性耦接至波导的多层结构上。测试装置还包括电子处理器，设定成执行以下步骤：控制网络分析仪和磁铁，以变化网络分析仪施加至波导的电磁信号的频率和变化在网络分析仪测量s参数期间由磁铁施加的磁场，用以产生s参数作为施加至波导的电磁信号的频率和磁铁施加的磁场的函数，以及基于所测量的s参数判定多层结构的磁性层的至少一个磁性性质，其中s参数作为施加至波导的电磁信号的频率和磁铁施加的磁场的函数。
5.根据本公开的实施例，提供一种测试包括磁性层的多层结构的方法，包括测量波导的一或多个网络参数，波导电磁性耦接至多层结构，一或多个网络参数作为在测量一或多个网络参数期间施加至多层结构的频率的函数和磁场的函数。方法还包括基于所测量的一或多个网络参数，判定多层结构的磁性层的至少一个磁性性质。
附图说明
6.当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开的各方面。应注意，根据工业中的标准方法，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚地讨论，可任意增加或减少各种特征的尺寸。
7.图1根据一实施例示意性绘示特性分析多层结构中的磁性层的测试仪器；
8.图2示意性绘示图1的仪器的波导和受测装置的透视分离图；
9.图3示意性绘示图1的仪器的波导的俯视图；
10.图4示意性绘示图2中表示的截面s-s；
11.图5和图6示意性绘示图1的仪器的磁铁的两个非限制性说明的实施例；
12.图7至图9示意性绘示本公开中特定实施例的一些操作原则；
13.图10和图11分别示意性绘示具有连续磁性层的受测装置的俯视图和侧截面图；
14.图12示意性绘示用于实验测量的磁阻式随机存取记忆体结构；
15.图13至图15展示特性分析图12的mram结构的实验结果；
16.图16和图17分别示意性绘示具有图案化磁性层的受测装置的俯视图和侧截面图；
17.图18根据一实施例示意性绘示特性分析多层结构中的磁性层的方法。
18.【符号说明】
19.8:受测装置
20.10:波导
21.12,13:磁铁
22.12
′
,13
′
:磁极
23.14:磁场感测器
24.16:高斯计
25.20:网络分析仪
26.22:电子处理器
27.23:屏幕
28.30:信号线
29.32:基板
30.34:接地平面
31.36,38:接地线
32.40:通孔
33.42:多层结构
34.44:磁性层
35.46:基板
36.48:间隙
37.50:表面
38.52:路径
39.54,56:磁极面
40.58:平板
41.60,62:图表
42.70,72:图式
43.76:连接区
44.80:mram结构
45.82:多层结构
46.84,86:磁性层
47.88,90,92:非磁性层
48.94,100:箭号
49.102:虚线
50.110:受测装置
51.112:高台
52.114:导电层
53.120:方法
54.122,124,126,128,132,134,136,140,142,144:步骤130:储存库
55.a1,a2,b1,b2:信号
56.f:频率
57.δf:半峰全宽
58.f
res
:共振频率
59.g:接地线
60.h:磁场
61.hk:各向异性场
62.h
ext
:施加的磁场
63.h
rf
:rf磁场
64.m:磁化强度
65.s:信号线
66.s1,s2:信号
67.s
11
,s
12
,s
21
,s
22
:参数
68.s-s:截面
69.γ:旋磁比
具体实施方式
70.为了实现提及主题的不同特征，以下公开内容提供了许多不同的实施例或示例。以下描述组件、配置等的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，而不是限制性的。例如，在以下的描述中，在第二特征之上或上方形成第一特征可以包括第一特征和第二特征以直接接触形成的实施例，并且还可以包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可以在各种示例中重复参考数字和/或字母。此重复是为了简单和清楚的目的，并且本身并不表示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
71.此外，本文可以使用空间相对术语，诸如“在
…
下面”、“在
…
下方”、“下部”、“在
…
上面”、“上部”等，以便于描述一个元件或特征与如图所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的取向之外，空间相对术语旨在包括使用或操作中的装置的不同取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向上)，并且同样可以相应地解释在此使用的空间相对描述符号。
72.多种产品中使用包括一或多个磁性层的多层结构，例如以下非限制性说明的示例：磁阻式随机存取记忆体(magneto resistive random access memory，mram)、硬盘驱动(hard disk drive，hdd)组件、磁性感测器和类似者。mram作为具体的示例，其包括具有磁性层的磁性多层结构，且磁性层性质影响mram表现。因为具有相邻层和不具有相邻层的磁
field)作为替代，其通过给出b场其中μo是自由空间(例如，空气或真空或例如n2的惰性气体环境)的磁导率(permeability)。
76.图1绘示的测试装置进一步包括网络分析仪20，其设置为测量波导(waveguide)10的网络参数，其中波导10电磁性耦接至受测装置8，且磁铁12外加磁场h在受测装置8上。在绘示的示例中，网络分析仪20是测量散射参数(scattering parameter，也称为s参数)的向量网络分析仪(vector network analyzer，vna)，且在绘示的示例中连接向量网络分析仪20以施加rf激发信号s1和测量rf传递信号s2。更普遍而言，网络分析仪20设置为测量网络参数，例如s参数(如所示)或是y参数、z参数、h参数、t参数、abcd参数、多个上述的组合及/或类似者。所测量的电子网络包括电磁性耦接(例如，在绘示的示例中在ghz或其他rf频率下)至受测装置8的波导10，且磁铁12、磁铁13外加磁场h在受测装置8上。
77.继续参考图1，电子处理器22(例如绘示的计算机，或是服务器计算机、网络分析仪20的电子处理器或类似者)设定成处理所测量的网络参数，以判定相连(associated)多层结构(亦即受测装置8)的磁性层的至少一个磁性性质。在绘示的示例中，在磁场h的各个数值分析所测量的网络参数，用以提取由受测装置8的磁性层中的吸收所造成的吸收结构的共振频率和fwhm。通过分析吸收峰或结构的共振频率作为磁场h的函数，可以判定有效各向异性场通过分析吸收结构的fwhm(亦即δf)作为共振频率的函数，可以判定阻尼常数。在绘示的示例中所判定的磁性层的磁性参数是有效各向异性场和阻尼常数，但可以类似地判定磁性层通常的其他磁性参数。在非限制性说明的示例中，电子处理器22包括具有屏幕23的计算机，其中可以显示所判定的有效各向异性场及/或阻尼常数在屏幕23上。
78.继续参考图1且进一步参考图2至图4，更详细地描述作为示例的波导10和受测装置8与波导10的电磁性耦接。图2中展示波导10和受测装置8的透视分离图。图3中示出波导10的俯视图(不包括受测装置8)。图4中示出图2中标记的截面s-s。所绘示的波导10是具有接地的共平面波导(coplanar waveguide with ground，cpwg)，其包括设置在介电质板或基板32的第一侧(本文中称为前侧)上的信号线30和设置在介电质板或基板32的相对第二侧(本文称为背侧)上的接地平面34。作为示例的cpwg具有在cpwg的前侧上的g-s-g(ground-signal-ground)结构，其中g-s-g结构包括两条平行的接地线36和接地线38，以及平行于两条平行的接地线36、接地线38且设置在接地线36、接地线38之间的信号线30。一或多个导电通孔40穿过介电质板或基板32以连接两条平行的接地线36、接地线38和背侧的接地平面34。在一些非限制性说明的实施例中，介电质板或基板32是ro4003积层板(laminate board)，然而可以根据所测试的受测装置8的频率范围来使用其他积层板或其他绝缘材料(例如fr4)。若向量网络分析仪20设计为50-ohm，波导10将适当地表现加载至向量网络分析仪20的相符的50-ohm，然而与相符条件的一些偏差也在考虑范围内，例如在一些非限制性的实施例中波导10是50-ohm
±
10％。若测量网络参数的其他类型，波导10可以设置为具有适合的开路或短路终端或类似者。
79.参考图4，受测装置8包括具有至少一个磁性层44的多层结构42。通常而言，多层结构42设置在提供受测装置8结构支撑的基板46上。在一些非限制性说明的示例中，基板46可
以是硅基板或另一个类型的半导体(例如，砷化镓、磷化铟等)、氧化硅(sio
x
)基板、非磁性金属基板、陶瓷基板、石英或类似者。根据非限制性说明的示例，磁性层44可以包括铁(fe)、钴(co)、镍(ni)，或其他磁性元素或磁性元素的合金或化合物。除了一或多个磁性层44之外，多层结构42包括的一或多个层可包括非磁性材料，其普遍上具有相对的磁导率在0.9≤μr≤1.1的范围中，然而具有在此范围之外的μr的非磁性材料也在考虑范围内。多层结构42设置在具有接地的共平面波导10的前侧上，其中在多层结构42和g-s-g结构之间具有间隙48。在一些实施例中，间隙48是1毫米或小于1毫米；普遍而言，较小数值的间隙48改善在波导10和多层结构42之间的电磁性耦接。在受测装置8的基板46的厚度大于1毫米的情况下，为了达成1毫米或更小的间隙48，受测装置8适当地定向如图4中所示，其中多层结构42(且更具体是多层结构42的前侧表面50)面向g-s-g结构的信号线30、接地线36、接地线38，且基板46背对(亦即远离)g-s-g结构的信号线30、接地线36、接地线38。可以使用例如非磁性粘合剂、环氧树脂、硅氧树脂或类似者的连接剂(bonding agent)将受测装置8安装在波导10上。在一些实施例中，通过涂布在具有接地的共平面波导10上的阻焊层(solder mask)控制在多层结构42和g-s-g结构的信号线30、接地线36、接地线38之间的空隙，使得受测装置8可以物理上放置成直接接触具有接地的共平面波导10，且阻焊层确保电感中分离的间隙48。在另一个方法中，若受测装置8是全晶圆(full wafer)(例如3吋硅晶圆)，波导10可以选择性包括适合大小的凹槽用以放置硅晶圆受测装置在其中，凹槽可以包括支撑挂具(boss)或立起(standoff)而以精准距离从g-s-g结构的信号线30、接地线36、接地线38撑住晶圆。在一些这样的方法中，可以选择性省略粘合剂或其他连接剂。
80.参考图1、图2和图4，绘示的实施例中的磁场h定向垂直于波导10的信号线30的方向。这会普遍提供磁性层44中最强的共振吸收；然而，和此定向的一些偏差也在考虑范围内。所绘示的信号线30是笔直的；然而，具有蜿蜒形状或近似受测装置8的布置的其他几何配置的信号线30也在考虑范围内。此外，虽然所绘示的波导10是具有g-s-g结构的信号线30、接地线36、接地线38的cpwg，但只要波导10可以电磁性耦接至受测装置8，可以使用其他类型的波导10。例如，波导10是包括信号线30和背侧接地平面34但省略两个平行接地线36、接地线38的微带线(microstrip)的一实施例也在考虑范围内。
81.参考图1且进一步参考图5和图6，可以多样化设置磁铁12、磁铁13。图5和图6绘示两个非限制性的示例。图5的磁铁是包括磁通量路径52连接的第一磁极12
′
和第二磁极13
′
的双磁极电磁铁，其中磁通量路径52由高磁性磁导率材料(例如钴(co)、铁(fe)、高磁导率钢、cofe合金或类似者)所制成。图6的磁铁是包括第一磁极12
′
的单磁极电磁铁，而使用对称配置在第一磁极12
′
的磁极面的相对两侧的两个第二磁极面54、第二磁极面56替代第二磁极。磁通量分布(flux spreading)和磁通量增强(flux enhancing)平板58提供磁通量从第一磁极12
′
返回至两个第二磁极面54、第二磁极面56。平板58由高磁性磁导率材料(例如钴(co)、铁(fe)、高磁导率钢、cofe合金或类似者)所制成。这些仅仅是说明的示例，且更普遍而言可以使用可以产生磁场h的任何配置的电磁铁。
82.参考图7，当高频率信号穿过多层结构42时，大部分信号吸收发生在磁性层44中。图7中示意性绘示信号吸收，其绘制电磁场强度作为深度的函数，其中深度是撞击在多层结构42的前侧表面50上的rf信号(例如在一些实施例中在ghz的范围内)的深度。如图所示，电磁场强度在磁性层44中渐少最多，对应于主要在磁性层44中的电磁场的吸收。应注意的是，
本文示出图7和一些其他绘示的示例只包括两个非磁性层和设置在这两个非磁性层之间的磁性层44，更普遍而言多层结构可以包括实质上任何数量的磁性层，其可以包括相同或不同的材料。类似地，图7中示出单一磁性层44，更普遍而言多层结构42可以包括一个、两个、三个或更多个磁性层。
83.在多层结构包括两个或多个磁性层的受测装置中，本文揭露的特性分析仪器和方法对最接近磁电多层结构42的表面50的磁性层最敏感。这是有益的，因为在多个磁电装置中(例如mram)，最接近多层结构的表面的磁性层影响装置表现最强烈。然而，本文揭露的特性分析仪器和方法也可有效测量距离表面更远的第二个(或更多个)磁性层的磁性性质。
84.通过考量集肤深度(skin depth)(亦即，rf信号穿透进材料的深度)可以最佳理解这些敏感度方面。在十亿赫兹(ghz)频率的金属通常具有集肤深度的数量级在数百纳米(nm)。另外，集肤深度取决于频率。因此通过控制信号频率，可达成数百纳米内的良好的空间解析度以探查具体的多层结构。更具体而言，集肤深度δ是：
[0085][0086]
其中ρ是材料的电阻，f是测量集肤深度的频率，μr是材料的相对磁导率，μo＝4π
×
10-7
h/m是真空磁导率常数，且μ＝μrμo。根据两个非限制性说明的示例，对于铜(cu)：δ
cu
(1khz)＝2.1mm，δ
cu
(1mhz)＝67μm，且δ
cu
(1ghz)＝2.1μm；对于铁(fe)：δ
fe
(1khz)＝0.16mm，δ
fe
(1mhz)＝5.03μm，且δ
fe
(1ghz)＝0.16μm。当磁性多层置于磁场中且施加rf信号，会发生磁性层造成的强烈吸收。rf信号强度随着深度衰减，如图7中所示。因此，可理解在具有多个磁性层的多层结构中，吸收信号主要来自在表面或接近表面的磁性层。所以当共振频率正比于施加的磁场，通过增加施加的磁场可以增加共振频率，其可以调整rf信号的集肤深度。当频率越高，探查的深度越浅。因此，在具有两个或多个磁性层的多层结构中，信号主要来自接近表面的磁性层，但通过移向较低的频率也可以特性分析更深的磁性层(对应于式(1)指出的较大的集肤深度)。
[0087]
参考图8，不限制于操作的任何特定理论，而可通常地将基于磁性层44中的共振效应操作本文揭露的测试仪器和方法测量的rf信号。当磁性材料的磁矩未对准外部的磁场h，图8中示意性示出以频率f进动的磁矩。此频率f正比于外部的磁场h。当施加的rf信号的频率符合磁性层44在磁场h的共振频率f
res
，会发生强烈吸收。共振频率f
res
由下式给予：
[0088][0089]
其中f
res
是共振频率，γ是旋磁比(gyrometric ratio)，h
ext
是施加的磁场h，h
rf
是rf磁场(参考图8)，hk是各向异性场(anisotropy field)，且ms是饱和磁化强度(saturation magnetization)。因此，通过测量磁性层44的峰值位置(即f
res
)h
keff
和拟合式(2)至所得到的f
res
与h
ext
的线性关系，从在不同磁场的rf扫描数据库可以提取有效各向异性场h
keff
(例如，在一实施例中由所给予)。例如，参考图8中示出的f
res
与h
ext
的绘示图表
60。从f
res
与h
ext
的线性关系的截距获得有效各向异性场此外，由于磁性层44中的共振与共振频率f
res
的关系，从吸收结构的半峰全宽(δf)的变化可以提取阻尼常数，如图8的δf/2与f
res
的绘示图表62中所示。从δf/2与f
res
的线性关系的斜率可以获得阻尼常数(有时称为α)。
[0090]
参考图9，示意性示出网络分析仪20对散射参数(s参数)的测量。在顶部图式70中，施加至和受测装置8具有电磁性耦接的波导10的入射rf信号是a1，且测量的rf信号是传递信号b2，使得测量的s参数是
[0091][0092]
在底部图式72中，施加至和受测装置8具有电磁性耦接的波导10的入射rf信号是a2，且测量的rf信号是传递信号b1，使得测量的s参数是
[0093][0094]
在另一个实施例中，施加至和受测装置8具有电磁性耦接的波导10的入射rf信号是a1，且测量的rf信号是反射信号b1，使得测量的s参数是
[0095][0096]
在又另一个实施例中，施加至和受测装置8具有电磁性耦接的波导10的入射rf信号是a2，且测量的rf信号是反射信号b2，使得测量的s参数是
[0097][0098]
针对这些测量，若向量网络分析仪20设计为50-ohm，波导10适当地表现加载至向量网络分析仪20的相符的50-ohm，例如在一些非限制性的实施例中波导10是50-ohm
±
10％。若测量其他类型的网络参数(例如y参数、z参数、h参数、t参数及/或abcd参数)，波导10可以设置为具有适合的开路或短路终端或类似者。
[0099]
参考图10和图11，分别示出具有连续磁性层44的连续多层结构42的受测装置8的俯视图和侧截面图。换而言之，多层结构42形成单一简单连接区76(参考图10)，且磁性层44和多层结构42延伸至相同空间(coextensive)。在一些非限制性说明的示例中，磁性层44可以具有100nm或更小的厚度，然而更大厚度的磁性层44也在考虑范围内。因为在这些层中rf信号吸收低(参考图7和相关描述)，多层结构42的非磁性层可以具有广范围的厚度。在一些非限制性说明的实施例中，非磁性层具有厚度在0.1nm至1000nm的范围中，然而在此范围之外的层厚度也在考虑范围内。在一些非限制性说明的实施例中，磁性层44具有100ohm/sq或更小的电阻，然而更大电阻的磁性层44也在考虑范围内。
[0100]
参考图12，示出作为受测装置8的磁阻式随机存取记忆体(mram)结构80，其可以使用类似于图1的测试仪器实际执行实验。mram结构80包括多层结构82，其具有顶部磁性层84、第二(更深)磁性层86，和非磁性层88、非磁性层90、非磁性层92。箭号94表示rf信号从波导10穿透至mram结构80中的方向，其开始于多层结构82的前侧表面50。
[0101]
参考图13至图15，示出图12的mram的实验数据，其使用类似于图1的测试仪器所获
得。图13绘制测量的网络参数s
21
的强度作为rf频率的函数。图13中示出的各个大致水平的数据线对应于施加磁场h的单一数值，并且位置较低的数据线具有增加的磁场强度，如箭号100所示。使用约32.5ghz的背景峰值(其无关于磁性层84中的吸收)归一化数据线和垂直偏移(offsetvertically)以空间上分隔数据线。磁性层84造成的吸收峰或结构是沿着图13中表示的虚线102的结构。图14绘制磁性层84造成的吸收峰或结构的共振频率f
res
与施加的磁场h
ext
(亦即，施加磁场h的大小)的关系。图15绘制磁性层84造成的吸收峰或结构的半峰全宽δf作为共振频率f
res
的函数。
[0102]
如图13中所示，当磁性多层结构82置于磁场h中(例如，由图1的磁铁12、磁铁13所施加)且施加rf信号(例如，通过图1的网络分析仪20)，会发生磁性层84造成的强烈吸收。因为取决于频率的集肤深度，rf信号强度随着深度衰减，如前述参考的式(1)。因此，可以认为即使在具有多个磁性层(例如具体绘示的多层结构82的两个磁性层84、磁性层86)的mram结构多层结构82中，参数s
21
主要来自于在表面50或接近表面50的磁性层84。换而言之，沿着图13中表示的虚线102的吸收峰或结构是来自于磁性层84，而非来自于更深的埋藏式磁性层86。然而，尽管此处未测试，也可以考虑通过充分减少输入信号(例如测量参数s
21
用的信号a1)的rf频率，可能可以增加式(1)的集肤深度而也能提取更深的埋藏式磁性层86的信息。可预期更深的埋藏式磁性层86在低于沿着磁性层84造成的虚线102的吸收峰或结构的频率下表现出第二(更弱的)吸收峰或结构。
[0103]
在mram结构多层结构82中，磁性层84的有效各向异性场和最终制造的marm装置中的热稳定性与数据保持具有强相关。阻尼常数α影响写入(write)效率和写入电流。测量连续mram结构80的这些参数在制造marm装置之前提供磁性层84的验证，因此可以在高代价的制造之前抛弃缺陷的mram结构胚料(blank)。
[0104]
mram制造制程可能影响mram结构的磁性性质。有利的是，图1的测试仪器也可以用于特性分析图案化多层结构的磁性层，以使用图案化对磁性层的影响。
[0105]
图16和图17分别示意性绘示具有图案化磁性层的受测装置110的俯视图和侧截面图。绘示的受测装置110具有mram多层结构82，其具有顶部磁性层84、更深的第二磁性层86和非磁性层88、非磁性层90非磁性层92，如图12的mram结构80。然而，在受测装置110中使用适合的图案化制程(例如，微影定义的蚀刻)来图案化多层结构82，以形成装置高台(mesa)112的二维(two dimensional，2d)阵列。因为受测装置110的mram多层结构82经过图案化以形成相互分离的高台112(相对于连续多层结构，例如图10和图11的受测装置8中具有连续磁性层44的连续多层结构42)，图案化多层结构82可能具有高的整体片电阻(sheet resistance)。为了处理这个情况，所绘示的受测装置110进一步包括下方的连续导电层114设置在基板46上且设置在图案化多层结构82下方，从而在相互分离的高台112之间提供减少的电阻。根据非限制性说明的示例，导电层114可以是层状的铜(cu)、铝(al)、钽(ta)、钛(ti)、cun、tan、tin或类似者。根据非限制性说明的示例，导电层114可以具有100ohm/sq或更小的片电阻。图16和图17的受测装置110的高台112的磁性层84(在一些可考虑的实施例中也包括更深的磁性层86)的磁性性质可以使用图1的测试仪器进行特性分析，实质上相同于测量连续层mram结构80(参考图12)的方法，如参考图13至图15的描述。
[0106]
现在参考图18，描述所绘示的特性分析多层结构的磁性层的测试方法120。根据本
文非限制性说明的实施例，参考图1的测试仪器描述图18的测试方法120，此测试仪器可以执行测试方法120。然而，具有执行测试方法120的步骤的必需硬体(例如适合的磁场源、适合的波导、适合的电子设备以在rf频率下通电波导和测量波导的网络参数等)的其他测试仪器也可以用于实现图18的测试方法120。
[0107]
在步骤122，受测装置8安装在波导10上。例如，可以使用连接剂(粘合剂、环氧树脂、胶等)或将受测装置8放置进适合大小的凹槽(未示出)来完成。在步骤124，操作磁铁12、磁铁13以第一磁场强度施加磁场h。在步骤124的磁铁稳定所需的适当时间之后执行步骤126，使用磁场感测器14测量施加的磁场强度。可替代的是，若磁场强度是推断自步骤124中用于通电磁铁12、磁铁13的电源，那么可合适地省略磁场测量步骤126。在步骤128，在所选的超额频率范围测量s参数或其他网络参数(例如，在图13的非限制性说明的示例中，30至50ghz的超额频率范围)。步骤128适合由向量网络分析仪20执行，其中向量网络分析仪20设定成扫描向量网络分析仪20施加至的波导10的入射rf信号(例如，量测s
21
的说明性示例中的施加信号a1)，以及测量扫描入射rf信号的各个数值所回馈的rf信号(例如，测量量测s
21
的说明性示例中的传递信号b2)。所绘示的向量网络分析仪20方便于执行步骤128，而在其他实施例中可以提供分开的供给源和测量电子组件来完成。用于rf扫描的数据包括步骤126所测量(或者替代地，使用查找表或其他经验上的磁场能量关系并从施加至磁铁12、磁铁13的电能推断而得)的磁场强度，且rf扫描的多个测量阶段的s
21
数值储存在缓冲区、数据库或其他收集数据的储存库130中。
[0108]
在决定步骤132，判定最新的磁场强度是否已达到所需测量的强度。若没有，则进行至步骤134，操作磁铁12、磁铁13以施加下一个磁场强度，且在磁铁稳定于新的强度之后进行至步骤126以(选择性)测量新的磁场强度和取得下一次rf扫描。
[0109]
在决定步骤132，若最新的磁场强度已达到所需测量的强度，则进行至步骤136，从储存库130获得所收集的数据，且针对各个rf扫描(亦即，针对步骤124、步骤134中设定的各个磁场强度)判定磁性层44(例如绘示的受测装置8)或磁性层84(例如受测装置mram结构80或受测装置110)造成共振的共振频率f
res
和fwhm(亦即δf)。可以通过多个方法判定共振峰值和fwhm，例如通过曲线拟合共振结构代表的匹配滤波器(matched filter)、通过峰值侦测演算法(peak detector algorithm)侦测扫描数据的第一导数(first derivative)的零值(例如，(ds
21
)/df＝0，其中df是rf频率的微分)或类似者。可以根据共振结构的详细形状而以不同方式判定fwhm。本文使用“半峰全宽”，更普遍而言，在步骤136使用适合判定共振结构的特征宽度(本文中称为fwhm或δf)。在步骤140，使用共振频率判定有效各向异性场例如前述使用式(2)拟合f
res
与h
ext
的数据。在步骤142，从δf/2与f
res
的线性关系的斜率判定阻尼常数α。在步骤144，计算机或其他电子处理器22的屏幕23上适当地展示所得数据(例如判定的及/或判定的α，可选择一同包括基础数据，例如根据图13示例性示出的rf扫描数据及/或图14及/或图15的推导图表)。尽管方法120判定和α两者，在一些实施例中可替代的是，可以考量仅仅判定其中一个数值。在另一种变化的实施例中，可以展示以不同方式制定的磁性层的磁性参数。
[0110]
若计算机化磁铁12、磁铁13和向量网络分析仪20和可选的磁性感测器读出装置
(如高斯计16)，且电子处理器22具有根据程序控制这些装置的数据连接(例如usb连接或类似者，或是无线蓝牙连接或类似者)，图18绘示的测试方法120可以是自动化的。在这样的情况下，唯一的手动步骤可能是初始的受测装置安装步骤122，且在一些实施例中可能包括测试启动。
[0111]
以下内容将描述一些额外的实施例。
[0112]
在非限制性说明的实施例中，揭露一种用于测试包括磁性层的相连多层结构的至少一个磁性参数的测试装置。测试装置包括波导、磁铁和网络分析仪。波导设置为电磁性耦接至相连多层结构。磁铁配置为外加磁场在相连多层结构和磁场感测器上。网络分析仪设置为测量电磁性耦接至相连多层结构的波导的网络参数，伴随磁铁外加的磁场在相连多层结构上。在一些实施例中，测试装置进一步包括设定成处理所测量的网络参数的电子处理器，以判定相连多层结构的磁性层的至少一个磁性性质。在一些实施例中，至少一个磁性性质包括相连多层结构的磁性层的有效各向异性场。在一些实施例中，至少一个磁性性质包括相连多层结构的磁性层的阻尼常数。在一些实施例中，设置网络分析仪测量的网络参数包括一或多个s参数、y参数、z参数、h参数、t参数及/或abcd参数。在一些实施例中，波导包括具有接地的共平面波导(cpwg)。在一些实施例中，具有接地的共平面波导包括在具有接地的共平面波导的前侧上的g-s-g结构，其中g-s-g结构包括平行的两接地线，以及平行于两接地线且设置在两接地线之间的信号线。在一些实施例中，磁铁配置为产生磁场，此磁场具有的磁场向量垂直于具有接地的共平面波导的信号线的方向。
[0113]
在非限制性说明的实施例中，揭露一种用于测试包括磁性层的相连多层结构的至少一个磁性参数的测试装置。测试装置包括波导、磁铁、网络分析仪和电子处理器。波导设置为电磁性耦接至相连多层结构。磁铁配置为外加磁场在电磁性耦接至波导的相连多层结构上。网络分析仪设置为测量波导的s参数，伴随相连多层结构电磁性耦接至波导且磁铁外加磁场在电磁性耦接至波导的相连多层结构上。电子处理器设定成控制网络分析仪和磁铁，以变化网络分析仪施加至波导的电磁信号的频率以及变化在网络分析仪测量s参数期间磁铁施加的磁场，用以产生s参数作为施加至波导的电磁信号的频率以及磁铁施加的磁场的函数。电子处理器进一步设定成基于s参数的测量，判定相连多层结构的磁性层的至少一个磁性性质，其中s参数作为施加至波导的电磁信号的频率以及磁铁施加的磁场的函数。在一些实施例中，设定电子处理器判定的至少一个磁性性质包括磁性层的有效各向异性场及/或阻尼常数。在一些实施例中，波导包括共平面波导。在一些实施例中，共平面波导具有在共平面波导的前侧上的g-s-g结构，其中g-s-g结构包括平行的两接地线，以及平行于两接地线且设置在两接地线之间的信号线。在一些实施例中，磁铁配置为产生磁场，此磁场具有磁场向量垂直于共平面波导的信号线的方向。
[0114]
在非限制性说明的实施例中，揭露一种测试包括磁性层的多层结构的方法。测量电磁性耦接至多层结构的波导的一或多个网络参数，一或多个网络参数作为在测量网络参数期间施加至多层结构的频率的函数以及磁场的函数。基于所测量的一或多个网络参数，判定多层结构的磁性层的至少一个磁性性质。在一些实施例中，一或多个网络参数包括s参数、y参数、z参数、h参数、t参数或abcd参数。在一些实施例中，判定至少一个磁性性质包括判定多层结构的磁性层的有效各向异性场和多层结构的磁性层的阻尼常数之中至少一者。
在一些实施例中，波导包括具有接地的共平面波导。在一些实施例中，具有接地的共平面波导包括在具有接地的共平面波导的前侧上的g-s-g结构，其中g-s-g结构包括平行的两接地线，以及平行于两接地线且设置在两接地线之间的信号线，且方法进一步包括在具有接地的共平面波导的前侧上设置多层结构，而将波导电磁性耦接至多层结构。在一些实施例中，在具有接地的共平面波导的前侧上设置多层结构时，多层结构和g-s-g结构之间具有1毫米或小于1毫米的间隙。在一些实施例中，施加至多层结构的磁场具有磁场向量垂直于波导的信号线的方向。
[0115]
在非限制性说明的实施例中，揭露一种测试包括磁性层的多层结构的方法。测量电磁性耦接至多层结构的波导的一或多个网络参数(包括s参数、y参数、z参数、h参数、t参数或abcd参数)，一或多个网络参数作为在测量网络参数期间施加至多层结构的频率的函数以及磁场的函数。基于所测量的一或多个网络参数，判定多层结构的磁性层的至少一个磁性性质。
[0116]
在非限制性说明的实施例中，揭露一种测试包括磁性层的多层结构的方法。测量电磁性耦接至多层结构的波导的一或多个网络参数，一或多个网络参数作为在测量网络参数期间施加至多层结构的频率的函数以及磁场的函数。基于所测量的一或多个网络参数，判定多层结构的磁性层的有效各向异性场和多层结构的磁性层的阻尼常数α之中至少一者。
[0117]
前面概述一些实施例的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本公开的观点。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他制程和结构的基础，以实现相同的目的和/或实现与本文介绍的实施例相同的优点。本领域技术人员还应该理解，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。