Способ определения кристаллографических направлений в магнитных пленках с орторомбической анизотропией методом ферромагнитного резонанса

 

Изобретение относится к магнитометрии тонких пленок и может быть использовано для контроля их параметров при использовании в запоминающих устройствах . Цель изобретения - увеличение размеров доступных для контроля пленок. Цель достигается за счет ориентации пленки перпендикулярно внешнему магнитному полю, регистрации и анализа зависимости интенсивности линии поглощения от угла между вектором линейно поляризованного СВЧ-поля и выделенным направлением в плоскости пленки. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1 1) (si)s 6 01 R 33/05, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4773865/21 (22) 20.11.89 (46) 07.03.92, Бюл. М 9 (71) Мордовский государственный универ-. ситет им. Н.П.Огарева (72) H.Н.Ваньков и А.М Зюзин (53) 621.317 (088.8) (56) 1. Чечерников В.И. Магнитные измерения. — M.; Иэд-во M ГУ, 1969.

2. Makino Н., Hidaka Y. — Matt, Res; Bull., 1981, ч,16, р.957 — 966. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЧ) В

МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ С ОРТОРОМБИИзобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для измерения и контроля параметров пленок феррит-гранатов с орторомбической анизотропией, используемых в запоминающих и магнитооптических устройствах, Известны способы, позволяющие определять кристаллографические направления в кристаллах и, в частности, в монокристаллических пленках феррит-гранатов: рентгеновский метод, а также способ магнитного аниэометра (11.

Рентгеновский метод обладает достаточной точностью, однако отличается сравнительной трудоемкостью измерений.

При определейии направлений с помощью магнитного анизометра, может вноситься существенная ошибка, связанная.с анизотропией формы пленочного образца, а

ЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ МЕТОДОМ

ФЕРРОМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к магнитомет-. рии тонких пленок и может быть использовано для контроля их параметров при использовании в запоминающих устройствах. Цель изобретения — увеличение размеров доступных для контроля пленок.

Цель достигается за счет ориентации пленки перпендикулярно внешнему магнитному полю, регистрации и анализа зависимости интенсивности линии поглощения от угла между вектором линейно поляризованного СВЧ-поля и выделенным направлением в плоскости пленки. 1 ил. также с действием одноосной анизотропии, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения. кристаллографических направлений,.основанный на анализе угловой зависимости резонансного поля, коГда внешнее квазистатическое магнитное поле

Н измеряется в плоскости пленки (110), При зтам регистрируется угловая зависимость резонансного поля в плоскости пленки, по которой можно определить кристаллографические направления (2).

Однако данный способ сопряжен с серьезными трудностями в случае неразрушающих измерений и контроля параметров в образцах больших размеров. Регистрация угловых зависимостей резонансного поля в плоскости пленки предполагает параллельную ориентацию образца. и, как следствие, большое(не меньше диаметра образца) рас1718162 стояние между полюсными наконечниками электромагнита.. Последнее обстоятельство ограничивает максимальные значения внешнего магнитного поля и существенно снижает его однородность. В то же время, когда Н лежит вблизи оси трудного намагничивания и плоскости пленки, для регистрации резонанса необходимы большие значения внешнего магнитного поля (10 3 и более при частоте СВ I-поля 10 Гц).

Кроме того, большинство известных конструкций резонаторов с внешней связью (применение которых необходимо для неразрушающих измерений) не позволяет производить наблюдение ферромагнитного резонанса (ФМР) . при параллельной ориентации, поскольку в этом случае не обеспечивается ортогональность сверхвысокочастотного (СВЧ) поля й> и Н.

Те же конструкции, которые обеспечивают ортогональность ho и Н при одновременной параллельной ориентации образца относительно Н, не обладают возможностью создания высокочастотной модуляции внешнего магнитного поля; Данное обстоятельство сильно уменьшает чувствительность радиоспектрометров ФМР и тем самым сужает диапазон магнитных пленок, в которых возможно определять кристаллографические направления с помощью указанного способа.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу. определения кристаллографических направлений в пленках феррит-гранатов с орторомбической анизотропией методом ферромагнитного резонанса по угловой зависимости одной из его характеристик устанавливают пленку перпендикулярно внешнему магнитному полю, а затем производят регистрацию и анализ зависимости интенсивности линии поглощения от угла между вектором линей" но поляризованного СВЧ-поля и выделением в плоскости пленки.

Способ основан на свойстве, в силу которого симметрия анизотропии одной из характеристик ФМР при такой геометрии наблюдения, а именно интенсивности линии, соответствует симметрии кристаллографической, Данное устройство имеет следующее объяснение.

Известно, что интенсивность линии

ФМР пропорциональна мощности СВЧ-поля, поглощаемой при резонансе, которая определяется антиэрмитовыми компонентами тензора ЯЧ-восприимчивости. В случае линейно поляризованного СВЧ-поля можно показать, не теряя общности, что

55 указанная интенсивность определяется мнимой частью соответствующей диагональной компоненты тензора ВЧ-восприимчивости. Если принять, что ВЧ-поле совпадает с осью Х локальной системы координат, ось Z направлена вдоль вектора намагниченности М, совпадающего с внешним магнитным полем и нормалью к плоскости пленки, то отмеченная мнимая часть будет иметь вид H H + Нк. + Нк(cos "" аа 2 Н +2 Нк + Нк где ) - гирамагнитное отношение, а- параметр затухания;

Н вЂ” внешнее магнитное поле;

Нки- эффективное поле одноосной анизотропии, Нц — поле орторомбической анизотропии, p — угол между вектором СВЧ-поля и осью легкого намагничивания в плоскости пленки.

Как следует из формулы (1), должна существовать угловая зависимость;гх, а следовательно, и интенсивности линии ФМР 1, которая пропорциональна y>x . Направлея нию СВЧ-поля в плоскости пленки, при котором достигается максимум интенсивности линии ФМР, будет соответствовать ось легкого намагничивания в этой плоскости, направлению минимума — ось трудного немагничивания. При положительном знаке константы орторомбической анизотропии ось легкого намагничивания (максимум интенсивности) соответствует кристаллографической оси <100>, ось трудного намагничивания (минимум интенсивности) — оси <110>. При отрицательном знаке константы — соответственно осям

<110> и <100>, Таким образом, регистрируя угловую зависимость интенсивности линии ФМР при перпендикулярной ориентации плоскости пленки относительно Й, можно по полученной зависимости определить расположение осей анизотропии в плоскости пленки. Зто позволяет при известном знака константы орторомбической анизотропии определить расположение кристаллографических направлений.

На чертеже приведена зависимость интенсивности линии ФМР от угла между вектором линейно поляризованного ВЧ-поля и выделенным направлением в плоскости пленки при перпендикулярной ориентации последней относительно внешнего квазистатического поля.

17181 б2 л, ул Уб ЛЮ 3еg

Составитель Л. Устинова Р

Техред М,Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор С: Пекарь

Заказ 879 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета flQ изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 tal °

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Пример. Для определения осей анизотропии используют эпитаксиальные пленки феррит-гранатов, выращенные на подложках гадолиний-галлиевого граната с ориентацией <110>, При измерениях образец закрепляют в держатель, позволяющий вращать пленку относительно оси, перпендикулярной к ее плоскости, и располагают вплотную к отверстию связи цилиндрического резонатора, входящего в состав радиоспектрометра РЭ-1301. Изменяют азимутальный угол (угол между ВЧ-полем и выделенным направлением в плоскости пленки), регистрируют линию поглощения и измеряют ее интенсивность по углам, соответствующим экстремальным значениям интенсивности, и определяют положения осей аниэотропии.

Таким образом, предлагаемый" способ позволяет для определения кристаллографических направлений в пленках с орторомбической анизотропией использовать перпендикулярную ориентацию плоскости пленки относительно внешнего магнитного, поля и производить неразрушающие измерения при меньшим. межполюсном про. странстве магнита, что, как.следствие; существенно расширяет диапазон магнитных пленок, в которых можно определять кристаллографические направления.:

B связи с тем. что резонансные поля при параллельной ориентации пленки относительно внешнего квазистатического магнитного поля значительно превышают (при

6 направлениях Н вблизи оси трудного намагничивания в плоскости пАенки) резонансное поле при перпендикулярной ориентации, предлагаемый способ исклю5 чает связанную с большими техническими сложностями необходймость обеспечения больших значений внешнего магнитного поля, Кроме того, предлагаемый способ по10 зволяет испольэовать для регистрации

ФМР с целью определения кристаллографических направлений любые известные конструкции резонаторов с внешней связью (в том Числе и с ВЧ-модуляцией магнитного

15 поля) и обеспечивать тем самым высокую чувствительность и точность измерений.

Формула изобретения

Способ определения кристаллографи20 ческих направлений в магнитных пленках с орторомбической анизотропией методом ферромагнитного резонанса по угловой зависимости одной иэ.,его характеристик, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью расшире25 ния функцйональных возможностей диапазона используемых магнитных. пленок и повышения чувствительности, устанавливают пленку перпендикулярно внешнему магнитному полю, а затем производят

30 регистрацию и анализ зависимости интенсивности линии поглощения от угла между вектором линейно поляризованного СВЧполя и выделенным направлением в плоскости пленки