Устройство для определения статическиххарактеристик магнитных материалов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К, АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нн819766 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 0405.79 (21)2765499/18-21 с присоединением заявки ¹ (51) М. К.з

G 01 R 33/12

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070481. Бюллетень N4 13

Дата опубликования описания 070481 (53) УДК621. 317. .44(088.8) А. М. Афонин, Ф. Г. Барьяхтар, В. A. Бес убенко, "-Ф. Л. Вайсман, Ю. И. Горобец, О. В. Ильчйшин и В. Н. Киселев (72) Авторы изобретения

Донецкий государственный университет (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ

XAPAKTEPHCTHK МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области проектирования и изготовления запоминающих устройств (ЗУ) на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), а более конкретно к аппаратуре контроля статистических характеристик тонких магнитных пленок (ТМП) в технологическом процессе изготовления

ЗУ на ЦМД.

Известны устройства для измерения статических характеристик ТМП с использованием магнитооптической техники g1) . Такие устройства содер>кат осветитель, поляризатор и анализатор, систему электромагнитов для 15 создания магнитных полей (параллельного и перпендикулярного плоскости образца), фотоусилитель, двухкоординатный самописец, устройство для крепления образца. 20

Модулированный поляризованный свет проходит через образец и синхронно детектируется на частоте модуляции.

Получае>ый сигнал пропорционален по- 25 перечной восприимчивости пленки.

Для ТМП, используя теоретические .риближения, определяют намагниченность насыщения — 4 N и константу одно< "..ной K и анизотр >пил.

Недостаток известных устройств заключается в небольшом диапазоне измерений.

Известно устройство для определения количества магнитного материала в образце, основанное на индуктивночастотном методе, состоящее из опорно. го высокостабилизированного генератора синусоидальных кОлебаний,. измерительного генератора, имеющего выносную индуктивность, смесителя частот, фильтра низкой частоты, преобразователя частота-напряжение и стрелочного индикатора P2). Помещение в соленоид образца в качестве сердечника приводит к сдвигу частоты измерительного генератора, пропорциональному количеству магнитного материала в образце.

Устройство, откалиброванное по известному процентному содержанию мат нитных материалов или их смесей пригодно для исследования образ>„ ов с неизвестным процентным содержанием известного магнитного наполнителя. Данное устройство позволяет определить количество магнитного, материала в непрозрачных изотропных массивных образцах, однако оно не может быть применено для исследова3

819766 ния статических характеристик магнит-! ных материалов, в частности для контроля тонких магнитных пленок по основным техническим характеристикам.

С целью расширения диапазона измеряемых параметров в устройство для определения статических характеристик магнитных материалов, содер1 жащее катушку индуктивности,,измерю тельный генератор, опорный генератор, подключенные к выходам упомянутых генераторов последовательно соединенные смеситель, фильтр низкой частоты, преобразователь частота-на- пряжение, а также блок управления, введены электромагнит, блок управления частотой измерительного генера-. тора, последовательно соединенные дифференцирующий блок и самописец, коммутатор, выходом подключенный ко второму входу самописца, блох программного управления величиной магнитного 29 поля, блок управления направлением магнитного поля и частотомер, вход которого подключен ко входу преобразователя частота-напряжение, выход которого соединен с первым входом бло" р5 ка управления частот измерительного генератора, входом дифференцирук1щего блока и третьим входом самописца, первый вход коммутатора соединен с выходом блока управления величиной магнитного поля, второй

Зц вход — с первым выходом блока управления, третий вход — с первым выходом блока управления направлением магнитного поля, вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а второй выход — с электромагнитом, третий выход блока управления соединен со вторым входом блока управления частотой измерительного генератора четвертый выход 4Î соединен со входом блока управления величиной магнитного поля, второй выход которого связ ан с электромагнитом.

На фиг. 1 изображена структурная

45 схема устройства для определения поля анизотропии в ТИП; на фиг. 2 гистерезисная зависимость g U от И„ на фиг. 3 — схематическая гистерезисная зависимость А4, преобразованная о в постоянный сигнал от н„.

Устрой ст во для определе ни я ст атических параметров и ТИП содержит электромагнит 1 для создания управляемого магнитного поля с ТИП 2 в качестве сердечника, катушку индуктивности 3, измерительный генератор 4, опорный генератор 5, блок

6 управления величиной магнитного поля, блок 7 управления направлени- @ ем магнитного поля, блок 8 управления частотой измерительного генератора, смеситель 9, блок управления

10, фильтр низкой частоты 11,преобразователь частота-напряжение 12, 65 дифференцирующий блок 13, самописец

14, коммутатор 15 и частотомер 16 °

Устройство работает следующим образом.

Перед контролем ТИП частота измерительного г иЯратора 4 с помощью бло; ка 8 и частотомера 16, устанавливается равной частоте опорного генератора 5. При установке ТИП на выносную индуктивность контура измерительного генератора 4 частота контура изменяется на величину й4, т. е. внесение

ТИП равносильно введению в контур сердечника.

Катушка индуктивности 3 с ТИП 2 в качестве сердечника, помещенная s магнитное поле электромагнита 1, определяет частоту генератора 4, которая смесителем 9 сравнивается с частотой генератора 5, и разность частот через фильтр низкой частоты

11, подается на преобразователь 12, а с него на вход Y двухкоординатного самописца 14, вход Х которого связан с выходом коммутатора 15.

На вход Х самописца 14 с блоков б или 7 через коммутатор 15 подается электрический сигнал, пропорциональный величине или азимутальному углу поворота магнитного поля относительно ТИП. Блок управления 10 управляет работой устройства, Дефференцирующий блок 13 фиксирует экстемумы и точки перегиба в регистрируемом сигнале.

Частота .генератора 4 зависит от величины, перпендикулярной дифференциальной магнитной восприимчивости

Х ЯМ (Н, — слабое переменное магнитное поле, перпендикулярное плоскости ТИП), которая, в свою очередь, является функцией от величины и направления внешнего магн тного поля Х,,=%(Й) . Изменение

1 по заданному закону приводит к 1 изменению Х„, что влечет за собой изменение индуктивности катушки индуктивности 3 c TNII 2 .и, как следствие, изменение частоты измерительного генератора 4.

Последовательно имеем йу-юя-ь|.= ъ,-д -ь4 >

Ь4 — изменение внешнего магнитного поля по величине или направлению, ЬЖ - изменение намагниченности образца, вызванное изменением внешнего магнитного поля, 6Х - изменение дифференциальной магнитной восприимчивости ТИП в зависимости от gP аЬ вЂ” изменение индуктивности измерительного генератора 4

8197бб изменение резонансной частоты измерительного генератора 4;

AV - изменение напряжения „преобразованное в постоянный сигнал.

Таким образом, изменяя величину и направление внешнего магнитного поля и фиксируя изменение. частоты измерительного генератора 4 получают информацию о магнитных характеристиках TNII поскольку, начиная с некоторых значений магнитных полей (в зависимости от направления эти поля отличаются по величине), дальнейшее изменение частоты не происходит, так как ТМП перемагничивается и переходит в полностью намагниченное состоя,ние. Величины этих полей фиксируются. (и используются для определения стати-. ческих параметров ТМП.

Намагниченность насыщения 4 Хй определяют, помещая ТМП в изменяющееся по величине внешнее магнитное поле H„, перпендикулярное плоскости ТМП. Из зависимости ajar-f(И„), преобразованной в постоянный сигнал преобразователем 12, определяют величины магнитных полей й„" и Н„" использующихся для нахождения 4 У Мз.

Формула для нахождения 4 7Гмз, полученная теоретически и подтвержденная экспериментально, имеет вид

Н ++ = УМ г

1 5 с На фиг. 2 схематически показана гистереэисная зависимость аО от Н„ и указаны поля H„H H использующиеся для нахождения 4ХМЗ и опРеделяемые дифференцирующим блоком 13.

При определении константы одноосной анизотропии К необходимо предварительное исследование распределения анизотропии в плоскости ТМП для нахокдения оптимального направления перемагничивания и исключения влияния вкладов других видов анизотропии (кубической орторомбической, связанной с отклонением оси легкого намагничивания от нормали в плоскости ТМП и т. д.). Для этого внешнее постоянное по величине магнитное поле, па- раллельное плоскости ТМП Н„ создаваемое электромагнитном 1, при помощи блока 7 вращают в плоскости пленки на 360 и фиксируют при помощи самоо писца 14 изменение частоты генератора 4 в зависимости от азимутального угла поворота магнитного поля вокруг ТМП.

При помощи дифференциального бло ка 13 на графике распределения анизотропии в плоскости ТМП определяют положение минимального изменения частоты д 4» н генератора 4.

При вращении прн помощи блока 7 электромагнита 1 внешнее магнитное по е и„устанавливается вдоль направления минимального изменениялМ,„„ .выбранного в результате вращения поля. При помощи блока 6 управле,ния полем величина Н„ изменяется от

0 до И», при котором прекращается изменение частоты генератора 4.

Зависимость а =УЖ ) фиксируется при помощи самописца 14. Сигнал на самописец для фиксирования н», вырабатывается дифференциальным блОком 13.

Константа анизотропии Кв определяется по формуле (Н + Ч Иs) Ns у", Л

Из графика =1Ж ) легко определявтся поле H », используемое для опре деления К„.

Использование предлагаемого устройства для определения поля анизотропии

ТМП позволяет осуществить контроль непрозрачных образцов и образцов с

20 размерами доменов менее 1 мкм для контроля которых практически невозможно использовать магнитооптические устройства .

Формула изобретения

Устройство для определения статических характеристик магнитных материалов, содержащее катушку индуктивности, измерительный генератор, опорный генератор, подключенные к выходам упомянутых генераторов последовательно соединенный смеситель, фильтр низкой частоты и преобразователь частота-напряжение, а также блок управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров, в него введены электромагнит, блок управления час4Р тотой измерительного генератора, последовательно соединенные дифференцирующий блок и самописец, коммутатор, выходом подключенный ко второму входу самописца, блок программного уп45 Равления величиной магнитного поля, блок управления направлением магнитного поля и частотомер, вход которого подключен ко входу преобразователя частота-напряжение, выход которого

О соединен с первым входом блока упРавления частотой измерительного генератора, входом дифференцирующего блока и третьим входом самописца, первый вход коммутатора соединен с выходом блока управления величиной

55 магнитного поля, второй вход — с первым выходом блока управления, третий вход — с первым выходом блока удравления направлением магнитного поля, вход которого соединен со вторым выход дом блока управления, а второй выходс электромагнитом, третий выход блока управления соединен со вторым входом блока управления частотой измерительного генератора, четвертый вид (ход совдинен со входом блока управ819766

ВНИИПИ Заказ 1381/26 Тираж 732 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгортд,ул.Проектная,4 ления величиной магнитного. поля, второй выход которого связан с электромагнитом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Josephs R. М. А. I. Р. Cont

Proc. 1973, Р 10, р. 286 (1972) .

2. Патент США Р 3808524 кл. G 01 R 33/12, 1974 (прототип).