Способ контроля периода доменной структуры феррит- гранатовых пленок

 

Изобретение относится к исследованию магнитных • характеристик феррит-rpaHaiTO- вых пленок и может быть использовано при массовом автоматизированном контроле феррит ''ранатовых пленок при производстве устройств памяти на ЦМД. Цель изобретения - повышение точности определения периода доменной структуры. Поставленная цеЛь достигается путем измерения суммарной интенсивности деполяризованной компоненты рассеянного света при нулевом значении магнитного поля смещения и суммарной интенсивности в том же телесном угле после приложения поля смещения. Образец 1 помещают в магнитное поЛе катущки 2, освещают косым пучком поляризованного света конденсатора с угловой апертурой АК. прямой свет коллиматора блокируют фильтром-пр.обкой 3^ дифрагированный на доменной структуре свет проходит через объектив 4 с угловой апертурой АО, анализатор 5 и фокусируется окуляром 6 на приемном окне фотоприемника 7, fi и f2 - фокусные расстояния объектива и окуляра. 1 ил.. 1 табл..4is^ О VI sO>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 11 С 11/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.1 (21): 4798395/24 (22) 10.01 90 (46) 23.02.92, бюл. N 7 (71) Институт проблем управления (72) .Ю.О.Дружинин, А.Е..Краснов, А.Ф;Лунин и С;Е.Юрченко (53) 681.327.66(088.8) (56)1. Звездин А .К., Котов В.А. Магнитооптика тонких пленок. — M. Наука, 1988, 192с.

2. Sun М;-I, Automated Statlal filter .Station for bubble film characterizatlon.—

IEEE Trans. Magn.; 1980. v.16, р 139. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ .ПЕРИОДА ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ФЕРРИТ-ГРАНАТО ; ВЫХ ПЛЕНОК (57) Изобретение относится к исследованию магнитных характеристик феррит-гранатовых пленок и может быть использовано при массовом автоматизированном контроле. феррит ранатовых пленок при производстr

„„SU „„1714679А1 ве устройств памяти на ЦМД. Цель изобретения — повышение точности определения периода доменной структуры, Поставленная цеИь достигается путем измерения суммарной интенсивности деполяризованной компоненты рассеянного света при нулевом значении магнитного поля смещения и суммарной интенсивности в- том же телесном угле после приложения поля смещения; Образец 1 помещают в магнитное поле катушки 2, освещают косым пучком поляризованного света конденсатора с угловой апертурой Ак, прямой свет коллиматора блокируют фильтром-пробкой 3, дифрагированный на доменной структуре свет проходит через объектив 4 с угловой апертурой А0, анализатор 5 и фокусируется Я окуляром 6 на приемном окне фотоприемника 7, f> и fz — фокусные расстояния объектива и окуляра. 1 ил.„1 табл,.

1714679 к уменьшению точности измерения d, качество дифракционной картины и. следовательно, точность измерения б существенно 50 зависят от магнитооптического контраста доменной структуры в ФГ пленке, а с уменьшением толщины ФГ падает интенсивность

nep8oro дифракционного максимума, например для тонких ФГ пленок с субми ро нными доменами она составляет 10 -105 от интенсивности падающего света, что уменьшает чувствительность метода. Разрешающая способность метода определяИзобретение относится к области исследования магнитных характеристик ферромагнитных материалов и может быть использовано при создании накопителей памяти на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД) и вертикальных блоховских линиях (ВБЛ).

Известно, что основные xàðàêòåðèñòèки феррит-гранатовых (ФГ) пленок можно рассчитать, если известны три параметра, например толщина пленки h, период равновесной полосовой доменной структуры d u пбле коллапса ЦМД Н»оп, Измерение зна-. чений h и Н»о легко автоматизируется и не представляет трудностей. Значение 4 обычно измеряется визуальным магнитооптическим методом с помощью поляризационного микроскопа (1).

Однако данный способ трудно автоматизировать, что является недостатком в случае проверки ФГ пленок в .условиях массового и роизводства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, основанный на пространственной фильтрации лазерного излучения, дифрагирующего на полосовой доменной структуре и представляющего собой дифракционную картину в виде концентрических колец. Чтобы определить периоддоменной структуры, измеряют угол дифракции первого дифракцианного максимума Om (гп = 0,1,2.;.) в нулевом и некоторых фиксированных значениях. поля смещения Нсм, а затем определяют соответствующие им значения периода доменной структуры d (периода дифракционной решетки) по выражению dsln Î milu . далее Ilo известным соотношениям выясняют требуемые характеристики ФГ от пленок (Х вЂ” длина волны измерения, m — порядок дифракции). Данный способ позволяет автоматизировать процесс определения требуемых параметров ФГ пленок (2).

Однако при уменьшении периода доменной структуры происходит уширение первого дифракционного максимума и увеличение угла дифракции 8m, что приводит

45 ется механическими размерами фильтра и точностью измерения расстояния от фильтра до приемника. Кроме того, механический фильтр рассчитан на определенную пространственную частоту (определенный размер доменной структуры). Это ограничивает универсальность способа и требует набора фильтров для определения характеристики разных материалов с различными размерами доменной структуры.

Учитывая, что применяемые в настоящее время ФГ пленки могут обладать слабой магнитооптической контрастностью доменной структуры, при этом разработчики ЦМД и В БЛ устройств стремятся испольэовать тонкие пленки с все более уменьшающимися размерами доменов (1,20,5 мкм), применение такого способа для массового контроля ФГ пленок может быть затруднено.

Целью изобретения является повышение точности определения периода доменной структуры магнитных ФГ пленок за счет измерения суммарной интенсивности деполяризованной компоненты рассеянности света при нулевом значении магнитного поля смещения и суммарной интенсивности в том же телесном угле после приложения поля смещения.

Сущность способа заключается в том. что изменение интенсивности света, рассеянного на доменной структуре в заданный телесный угол при меняющемся поле, функционально связано с изменением периода этой структуры.

На чертеже приведена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Образец феррит-гранатовой (ФГ) пленки 1, помещенный в магнитное поле, создаваемое катушкой 2, освещается косым пучком поляризованного света конденсатора с угловой. апертурой А», прямой свет коллиматора блокируется фильтр-пробкой 3, дифрагированной на доменной структуре ФГ пленки, расположенной перед передней фокальной плоскостью обьектива 4 с угловой апертуройАо,проходитчереэобъектив4,ана.. лизатор 5 и фокусируется окуляром 6 на приемном окне фотоприемника 7. На чертеже фокусные рассеяния обьектива 4 и окуляра б обозначены соответственно как f и f<

Как известно, предельный или граничный период dr пространственной структуры, освещаемой монохроматическим светом с длиной волны А через конденсатор с апертурой А» и наблюдаемой через объектив с апертурой А, определяется как

А бг, п+7ц

1?14679 где n — относительный коэффициент пре-.. ломления света иммерсионной среды, за-. полняющей пространство между ФГ, пленкой 1 и объективом 4.

При приближении периода наблюдав; 5 мой структуры к граничному (б dr) падает контраст изображения структуры, что связа-. но с изменением структуры оптического сигнала, проходящего через объектив.

Как известно, амплитуда оптического 10 поля S(x), которым освещается исследуемая пространственная структура с точностью до фазового множителя сходящейся волны, мо-.. жет быть представлейа функцией Гаусса х 15

Sа(х) = а(х) е wp где. а(х) - аМплитуда поля сходящейся вол 20 х — координата в плоскости образца Г пленки;

М4 — ширина гауссова пучка.

Так как образец (ФГ пленка) осуществ,ляет фаэовую модуляцию оптического сигнала, то амплитуду сигнала в переднейфокальнай плоскости объектива можно определить как

S(x) - Sp(x)e p (x) где m — коэффициент модуляции, р (х) — функция модуляции.

Разлагая экспоненциальную функцию в ряд и ограничивая его первым членом, пол-. учаем представление входного сигнала, используемого для задания исходных данных, 5

В спектральной области, т.е. в плоскости фильтра Ф, входной сигнал можно пред- .. ставить сверткой спектра $о(в) гауссова пучка и Фурье-образа выражения в квадратных скобках, т.е. 40

S (в) -. $, (в) Э F(1 + Jm ф (х)), Фурье-образ функции модуляции может быть представлен как

Ff rp(x)QFfsln ао, xJ = $(в — ао), где и- круговая пространственная часто га; 45 ао —. пространственная частота функ-. ции модуляции (во = — )

2л б д —. дельта-функции Дирака. .Учитывая, что F(1) $(м ), получим - 50

S(ca ) $.(в)+ Jm Зо(а — },. .

Так как фотоприемник 7 регистрирует суммарную интенсивность оптического сйг-. . нала, то его сигнал пропорционален величи- не 55

Данное выражение учитывает зависимость контролируемого периода доменнойструктуры от величины магнитногб поля смещения Н на границе оптического разрешения. Так, например, если е = 0.5ео, то бн = dr. При увеличении поля Н возможно контролировать размер доменной структу- . ры практически до величины dH = бг/(1 +

+0,25) dr - dr 0,25, т.е. в пределах 257.

Пример. Для контроля периода доменной структуры образец феррит-гранатовой пленки освещают зеленым линейно поляризованным светом с длиной волны А=

= 0,53 мкм, применяют беэыммерсионные объективы (n = 1) с условием А» = Ap - 0,5. В этом случае предельный или граничный период пространственной структуры бг - L.

Зафиксируем согласно пре)слагаемому способу величину ео суммарной интенсивности деполяриэованной компоненты све- та, рассеянного на периодический доменный структуре в заданный телесный угол при нулевом поле смещения (dp:. < dr).

Увеличим поле смещения Н до величины, при которой наблюдается падение интенсивности рассеянного в заданный телесный угол света, при ен = — ео получим dH- Я, «1 при ея 0 получим d il /(1 + 0,25). Данный

Щ.

8o = m f I So (Ш-40а Я 4 й> .

Ф где а -2л /d„;.

Так как гауссов пучок имеет гауссовспектр, то аппраксимируем функцию Гаусса

ISp (Q)) I прямоугольником высотой ip (ин тенсивность падающего на ФГ пленку света) и основанием Wp (ширина гауссова пучка).

Поэтому в случае а (вг, ео = m I p7Fp .

2 41 .

При приложении к образцу ФГ пленки 1 магнитного поля смещения напряженностью Н изменяется частота функции модуля- ции. В силу этого фотоприемник 7 будет регистрировать величину,.зависящую от Ilo ля Н, создаваемого катушкой 2

2 °

2 Мо

Вводя безразмерный коэффициент К как отношение суммарной интенсивности е к суммарной интенсивности деполяризованной компоненты света ео, с учетом по.грешности измерения д е получим ен 4- де ен де . k oak — — — - — и — =

Wo

Отсюда получим

Д

1. ен п(А» + Ао) (1 + — (— — —" + — ) )

А о+/Ч(2 Ео Ео. 17.14679

Составитель A.Àíóôðèåâ

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор С.Шевкун

Редактор С.Пекарь

Заказ 698 Тираж :. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-.35, Рауаская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 способ опробован на образцах, приведенных в таблице.

Изобретение имеет следующие преимущества перед прототипом: возможность бо-. лее просто автоматизировать процесс измерений периода доменнОЙ структуры, легкость конструкции, которая может быть выполнена в виде насадки к пбляризационному фазоконтрастному микроскопу,,малая погрешность измерений, Все указанные преимущества обеспечивают достижение высокой точности автоматизированного контроля .измерения периода доменной структуры. - .

Формула изобретения

Способ контроля периода доменной структуры феррит-гранатовых пленок, заключающийся в приложении к пленке магнитного поля смещения, перпендикулярного поверхности пленки, освещении пленки монохроматическим линейно- поляризованным светом, блокировании нерассеянной компоненты света и изменении величины магнитного поля смещения, отл ича ю щийс ятем,что, с целью повышения точности способа; реги.стрируют величину ер суммарной интенсивности дероляризованной компоненты света, рассеянного на периодической доменной структуре в заданный телесный угол при нулевам гюле смещения. увеличивают поле смещения до величины Н, при которой

5 наблн)дается падение. интенсивности рассеянного.в заданный телесный угол деполяризованного авета, регистрируют величину ен его суммарной интенсивности и определяют период d> доменной структуры фер-.

10 рит-гранатовой пленки иэ выражения

А

1 ен п(А +А )(1+ =(— — — = — )) а,, А о+и 2 ео 8о

15 где де — эквивалентная интенсивность дробовых.шумов фотодетектора ;

А» — угловая апертура освещающего монохроматического света;

20 А — длина волны монохроматического с.вета;

h: - коэффициент преломления иммерсионной среды. заполняющей заданный телесный угол;

25 А —,.угловая апертура заданного телесного угла.