Устройство для измерения параметров тонких магнитных пленок

 

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК, содержащее соединенные генератор высокой частоты и высокочастотный контур,, соединенные синхронный детектор и регистратор, генератор низкой частоты, электромагнит, катушку модуляции , расположенную на электромагните , и блок питания электромагнита , причем первый и второй выходы генератора низкой частоты соединены соответственно с катушкой модуляции и опорным входом синхронного детектора, первый и второй выходы блока питания электромагнита подключены соответственно к электромагниту и второму входу регистратора, а высокочастотный контур расположён в рабочем объеме электромагнита, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в качестве генератора высокой частоты использован автодин, выход косл торого соединен с входом синхронного детектора. 00 оо

CCNO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1078371 А

3 5п G 01 R 33/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 34 770 52/1 8-21 (22) 26.07.82 (46) 07 ° 03.84. Вюл. 9 9 (72) Е.Ф.Ходосов, A.Ô.Êoíoâàëoâ, A,Â.3èHîýóê, Г.Н.Манянин, А.Я.Лаптиенко и A.A.Глущенко (71) Донецкий физико-технический институт AH Украинской ССР (53) 621.31?.44 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 862087 кл. G 01 R 33/12, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 868661, кл. G 01 R 33/05, 1979 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК, содержащее соединенные генератор высокой частоты и высокочастотный контур,. соединенные синхронный детектор и регистратор, генератор низкой частоты, электромагнит, катушку модуляции, расположенную на электромагните, и блок питания электромагнита, причем первый и второй выходы генератора низкой частоты соединены соответственно с катушкой модуляции и опорным входом синхронного детектора, первый и второй выходы блока питания электромагнита подключены соответственно к электромагниту и второму входу регистратора, а высокочастотный контур расположен в рабочем объеме электромагнита, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьыения точности измерений, в качестве генератора высокой часС тоты использован автодин, выход которого соединен с входом синхронного детектора.

1078371

Проведение экспресс-анализа ТМП на такой установке трудноосущестнимо, а сама установка конструктивно достаточно сложна.

Целью изобретения является повышение точности измерений как динамических, так и статических параметров ТМП.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения параметров тонких магнизн х пленок, содержащем соединенные генератор высокой частоты и высокочастотный контур, соединенные синхронный детектор и регистратор, генератор низкой частоты, электромагнит, катушку модуляции, расположенную на электромагните, и блок питания электромагнита, причем первый и второй выходы генератора низкой частоты соединены соответственно с катушкой модуляции и опорным входом синхронного детектора, первый и нторой. выходы блока питания электромагнита подключены соответственно к электромагниту и второму входу регистратора, а высокочастотный контур расположен в рабочем объеме электромагнита, н качестве генератора высокой частоты использован автодин, выход которого соединен с нходом синхронного детектора.

Антодин перестраивается н диапазоне 20-200 мГц и совмещает в себе функции генератора высокочастотного сигнала и приемника-измерителя.

Предварительные исследования показали, что в отличие от измерений методом ФМР немагнитная подложка, например из галлий-гадолиниевого граната, практически не влияет на измеряемые характеристики тонкой магнитной пленки на основе эпитаксиально выращенной феррит-гранатовой системы.

Это позволяет размещать исследуемую ТМП непосредственно в высокочастотном контуре автодина и существенно упростить конструкцию установки. Использование антодина для исследования магнитных характеристик веществ известно. Однако область применения таких антодинов обычно ограничена областью частот

1-30 мГц. Выбранный диапазон частот

20-200 мГц обусловлен тем, что резонанс доменных границ ЦМД имеет место на частотах 50-200 мГц и даже выше. Однако при увеличении верхнего предела частоты автодина больше 200 мГц существенно усложняется его конструкция. Высокая чувствительность и широкая полоса частот генерации применяемого автодина (20-200 мГц 1 достигнута за счет применения в схеме автодина специальных ламп-нувисторов.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на

Изобретение стносится к технике магнитных измерений и наиболее эффективно может быть использовано при технологическом контроле статических и динамических параметров эпитаксиальных феррит-гранатовых 5 магнитных пленок с цилиндрическими магнитными доменами.

Устройства такого типа имеют недостаточную точность измерений, построение кривой поглощения энергии 10

ДГ ведется, в основном, по точкам и требует больших затрат времени.

Кроме того, эти устройства не позволяют измерять такие важные статические параметры ТМП как поле ани- )5 зотропии и намагниченность насыщения.

Известно устройство для определения параметров эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок, н котором на исследуемую пленку воздействуют электромагнитным полем с последующим получением спектра ферромагнитного резонанса при различных ориентациях оси легкого намагничивания и направления магнитного поля и фиксируют переход доменной структуры феррит-гранатовой пленки из ненасыщенного состояния в насыщенное в области частот 10-100 мГц (1).

Однако использование устройства требует сложной и дорогостоящей аппаратуры, необходимости примейения специальных резонаторов, отстройки от сигнала, получаемого от немагнитной подложки, а также характери- З5 зуется невозможностью проведения измерений при частотах свыше 100 мГц.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения параметров 4Q тонких магнитных пленок, содержащее соединенные генератор высокой частоты и высокочастотный контур, соединенные синхронный детектор и регистратор, генератор низкой частоты, 45 электромагнит, катушку модуляции, расположенную на электромагните, и блок питания электромагнита, причем первый и второй выходы генератора низкой частоты соединены соответственно с катушкой модуляции и опорным входом синхронного детектора, первый и второй выходы блока питания элект° ромагнита подключены соответстненно к электРомагниту и втоРому вхоДУ регистратора, а высокочастотный контур расположен в рабочем объеме электромагнита Г23.

Недостатками известного устройства являются невысокая чувствительность, обусловленная детектировани- 60 ем сигнала непосредственно с датчика; наличие раздельных систем генерации ВЧ сигнала и его измерения, наличие ТМП на подложке и отдельно самой подложки. 65

1078371 фиг. 2 — зависимость поглощения высокочастотной энергии магнитной пленкой от величины магнитного поля Н „; на фиг. 3 — зависимость расстройки частоты автодина ьи /2л от величины магнитного поля Н пл

Исследуемый образец тонкой магнитной пленки 1 помещен в высокочастотный контур 2 автодина 3, помещенный между палюсными наконечниками электромагнита 4, который может вращаться вокруг своей вертикальной оси. Генератор 5 низкой частоты служит для питания катушек модуляции магнита, кроме того, с него подается опорное напряжение на синхронный детектор б. Сигнал поглощения с выхода синхронного детектора 6 поступает на вход регистратора 7. Величина поля электромагнита задается с блока 8 питания. Кроме того устройство содержит частотомер 9 и катушку модуляции 10.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец тонкой магнитной пленки 1 помещают в высокочастотный контур 2 автодина 3 таким образом, чтобы высокочастотное поле автодина 3 прикладывалось вдоль оси легкого намагничивания исследуемой пленки 1, т.е. перпендикулярно ее плоскости. Измерения проводятся в нулевом поле смещения. Автодин. 3 настраивается на одну из возможных частот, измеряемых частотомером 9 в диапазоне 20-200 мГц. Регулировкой тока с блока 8 питания электромагнита 4 изменяется величина магнитного поля H „„, тем самым изменяется добротность системы высокочастотный контур 2 плюс тонкая магнитная пленка 1 и получается сигнал на выходе автодина 3, который с выхода автодина 3 поступает на синхронный детектор 6, на опорный вход которого поступает сигнал с генератора 5, соединенного также с катушкой 10 Модуляции. С выхода синхронного детектора сигнал поступает на вход регистратора 7, на вход .х поступает напряжение с блока 8 питания. В ре гистраторе 7 записывается спектр поглощения высокочастотной мощности, состоящей из двух кривых, В качестве иллюстрации на фиг.2 представлен спектр поглощения эпи-. таксиальной феррит-гранатовой системы (Eu 7m, 1, Са) (Fe, Пе ) 0 12 толщиной 2,5 мкм. Участок 11 кривой соответствует резонансу доменных границ, а участок 12 — переходу пленки в однодоменное состояние, т.е. эффективному полю анизотропии

Н = Н4 — 4 3 Мз. Участок 11 имеет

10 сильную зависимость от частоты автодина 3 в диапазоне частот 20200 мГц, а участок 12 в укаэанном диапазоне от частоты не зависит.

15 Устройство позволяет одновременно определять как динамические, так и статические параметры ТМП. Определение параметров магнитной пленки 1 по измеренному спектру поглощения осуществляется следующим образом, По первому участку кривой можно судить о резонансном поле Н,, ширине линии поглощения 4Н (расстояние между экстремумами первой производной) и коэффициента затухания d-= с1 Н

2НРез

Поворачивая электромагнит 4 во- круг своей оси (относительно нормали к поверхности пленки) и записывая соответствующие спектры поглощения можно определить магнитную аниэотропию в плоскости пленки 1. Для определения намагниченности насыщения необходимо приложить высокочастотЗ5 .ное поле параллельно оси легкого намагничивания пленки и параллельно внешнему магнитному полю Н >„, создаваемое электромагнитом 4. Изменяя магнитное поле Н„д и изменяя тем

40 самым магнитное состояние образца, изменяется индуктивность системы пленки 1 плюс высокочастотный контур 2, что находит свое выражение в расстройке частоты автодина 3 а изменением внешнего магнитного поля и можно судить о поле коллапса Н „ и поле эллиптической неустойчивости (фиг.3), знание которых дает возможность определить 47Мз.

Время записи спектра поглощения на одной заданной частоте составля-, ет не более двух минут.

1078371

018

Редактор А.Шандор

Заказ 957/40 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

08

14

40 8Р f80 re >, ð

Нам hg

ОФи1. 7

Составитель N. Бухаров

Техред Ж.Кастелевич Корректор В.сутяга