Способ исследования и неразрушающего контроля магнитных пленок

(19) (11) 3(51) 0 01 Ю 24/10 иГ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) 1, СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ И НЕ. РАЗРУЮМЗЦЕГО КОНТРОЛЯ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК, заключакв(ийся в,разделении, по- следовательной регистрации и сравнении спектров Ферромагнитного резонанса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), о т л и ч а ю щ и й-. с я тем, что, с целью повышения пространственной разрешающей способности путем локального изменения параметров исследуемой пленки в процессе измерения, в зону резонанса вводят дополнительный образец и располагают его относительно исследуемого участка пленки на расстоянии магнитного дипольного взаимодействия, равном 1-5 толщины исследуемой магнитной пленки,2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что дополнительный образец выполнен иэ однородной монокристаллической бездеФектной магнитной пленки в Форме диска с диа-метром, меньшим в 2-10 раз 1. размера отверстия связи в резонаторе спектрометра ЭПР,60 Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для исследования физическихсвойств и технологического неразрушакщего контроля качества магнитных пленок в процессе производства. 5Известен способ исследования магнитных пленок, основанный на регистрации спектров ферромагнитного резонанса (ФМР ) от образцов, помещенныхв резонатор стандартного радиоспектрометра Ц 13.Недостатком данного способа является то, что размеры, исследуемыхобразцов ограничены размерами рабочей области резонатора, поэтому исследование пленок больших размероввозможно лишь после предварительногоих дробления на мелкие части . Вследствие этого точность и однозначностьизмерения физических параметров магнитных пленок, характеризующихобъект исследования как целое, невысокий.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ исследования и неразрушающего контроля магнитныхпленок, заключающийся в разделении,последовательной регистрации и сравнении спектров ферромагнитного резонанаса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра электронного парамагнитного. резонанса (ЭПР) Г 23,Однако известный способ характеризуется недостаточной пространственной разрешающей способностью, Это 35связано с тем, что избирательность резонансного поглощения электромагнитной энергии по площади исследуемойпленки достигается путем локализации СВЧ-поля на выделенном элементе 40пленки за счет отверстия связи врезонаторе спектрометра ЭПР.Согласно известному способу исследования магнитной пленки исследуеьвй образец рабочей магнитной пленки размещают с внешней стороны резойатора выделенную локальную областьмагнитной пленки возбуждают СВЧ-полем, распространяюцимся от отверстия связи в стенке резонатора ЭНРс требуемае формой и размерами,обусловлеиньэщ пространственной разрешасщей способиостьюу регистрируютспектры ФИР и производят их обработку, изучая однородность магнитныххарактеристик пленки, образец перемещают относительйо отверстия.Пространственная разрешающая способиость данного способа определяется степенью локализации и интенсивности Н-компоненты СВЧ-поля навыделенном участке магниткой пленки.Структуре СВЧ-полн в области отверстия носит .сложный немонотонный характер, т.е. характеризуется сильнойиещнородностью. Попытки улучшить 65 локализацию и однородность СВЧ-поляпутем уменьшения размеров и конфигурации отверстия малоэффективны,так как сопряжены с потерей чувствительности метода.К недостаткам известногоспособаконтроля относится также отсутствиеразрешающей способности по магнитным пленкам разных сторон пластиныпо глубине ) образца. Телнологияизготовления эпитаксиальных ферритгранатовых структур (ЭФГС) такова,что помимо рабочей пленки, осаждаемой на тщательно подготовленнойповерхности подложки,. на противоположной стороне подложки образуется нерабочая пленка. Известныйрезонансный способ контроля не позволяет разделить сигналы от рабочейи нерабочей пленок не прибегая кстравливанию нерабочей пленки, чтосущественно органичивает его возможности.Таким образом, в ряде экспериментов по наблюдению спектров спин-волновых возбуждений когда требуетсяиметь высокую пространственную однородность резонансных условий ) илиже при технологическом контроле качества тонкопленочных магнитных струк.туркогда требуется высокая чувствительность и высокая пространственная разрешающая способность) известный способ оказывается малоэффективным.Цель изобретения " повышение пространственной ращрешающей способности путем локального изменения параметров исследуемой пленки в процессеизмерения.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу исследованияи неразрушающего контроля магнитныхпленок, заключающемуся в разделении,последовательной регистрации и сравнении спектров ферромагнитного резонанса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра Э 11 Р, в зону резонанса вводятдополнительный образец и располагаютего относительно исследуемого участка пленки на расстоянии магнитногодипольного взаимодействия, равном1-5 толщины исследуемой магнитнойпленки.Дополнительный образец выполнен изоднородной монокристаллической бездефектной магнитной пленки в формедиска с диаметром, меньшим в 2-10раэ размера отверстия связи в резонаторе спектрометра ЭПР,В отличие от известных технических решений,. в которы.; для увеличения пространственного разрешенияиа выделенном элементе" образца локализуют один из 1 резонансных параметров: СВЧ-поле (Н) или поляризующеемагнитное поле (Нз)тто достигается1065750аппаратурными методами предлагае- в резонаторе спектрометра ЭПР, и вы. ьнй способ состоит в.локальном изме- полнен из однородной монокристаллинении возмущении) параметров самой , ческой бездефектной магнитной пленки. спиновой системы исследуемого образ- Магнитное взаимодействие исслеца путем магнитного дипольного вза-: дуемой пленки и дополнительного обимодействия с дополнительным образ разца приводит к локальному иэменецом, формирующим требуемые смещения нию магнитной энергии и граничных резонансных и граничных условий в условий для возбуждения спин-волновых то время, как резонансные условия мо- колебаний на выделенном элементе исгут выполняться сразу для всего об- следуемой магнитной пленки. Эти из.- разца и оставаться в достаточной 10. менения проявляются в выделении спек- степени однородными. тра ы резонансного поглощения, хаРасстояние между поверхностями рактеризующего локальную область исследуемой пленки и дополнитель- исследуемой пленки, определяемую ного образца в .виде магнигной пленки размерами дополнительного образца 6 задают равными 1-5 толщины исследуе рабочей магнитной пленки 1, относиььх магнитных пленок. Нижняя граница тельно спектра Ь, характеризующего обусловлена техническими требовани- остальную часть исследуемой пленки. ями достижения бесконтактного зазора, Спектры, приведенные на фиг. 2 верхняя - величиной разнесения резо-; показывают изменение разрешаииадй спонансных условий ферромагнитного ре-обности предлагаемого способа в за-. эонанса (смещение линий друг от дру- . висимости от степени магнитного вэаига ), т,е. разрешающей способностью мсдействия исследуемой магнитной плен- линий поглощения от локальной и от . ки 1 и дополнительного образца 6 интегральной областей исследуемой при изменении расстояния 1 между ними. пленки. 25 ,Переешение исследуемой пленки отН 1 сительно дополнительного образцапозволяет исследовать всю пленку с висимости от рассто ни КСтравливание нерабочей пленки 2приводит к изменению спектра б но висимости от расстояния между доне сказывается на форме и положении полнительным образцом и исследуеспектра ы, (Фиг. 2), .что подтверждамой магнитной пленкой (а - резонанс .ет наличие магнитного взаимодействия от локальной области, б - поглощедополнительного образца только с рание от всего образца, возбуждаемоенеоднородным СВЧ-полем у отверстия 35 бочей пленкой 1. связи резонатора, рабочая частота/2 9 3 р),аким образиэобрение поз вд ф. ляет повысить пространственную разрешающую способность резонансного 2 - НЕРабОЧаЯ МаГНИТНЫЕ ПЛЕНКИ ОбРаэ- метода контроля до размеров допо- ца; 3 - подложка, 4 - отверстие свя нительного образца 0,022 юю) при зи в боковой стенке резонатора, 5 -сохранении высокой однородности резонатор; 6 - дополнительный обра- СВЧ-поля, поляризукщего магнитного зец. Но- внешнее статическое поле, , поля и сохранении высокой чувстви- Н- СВЧ-поле.тельности метода.Способ осуществляют в следующей45 и р и м е рИсследуют параметры последовательности. рабочей магнитной пленйк образцаДополнительный образец распола- диаметром 60 мм, Состав магнитнОЙгают в отверстии резонатора, Разме- - . пленки " 1 ре 0.толщина рабочей щают исследуемую магнитную пленкупленки Ь = 5,3 мкм, нерабочей Ь на расстоянии . от контРольного Об" 5 О 4,9 мкм. Намагниченность насыщенияг раэца, обеспечивающем их эффективное139 кА/м, Рабочая частота прямоуголь.магнитное взаимодействие и Равном. ного резонатора 9,3 ГГц, Дополнитель-5 толщины исследуемой пленки, у ный образец диаметром 1 мм имеет маготверстия связи резонатора возбуждакт. нитные параметрыг толщина магнитной СВЧ-поле, регистрируют спектры по-пленки щ4 4 мкм намагничеи. глощения ФМР от локальной области ность насыщения 4 ПМэ = 22 кА/м, напря 5 ь ф ф иот остальной части исследуемойженность поля одноосйой анизотропиипленки; производят обработку .спектрОВ , :Н, 120 кА/м. от локальной области магнитной пленки," исследуемую область пленки пере- Ширина линии ФМР от локального мещают относительно контрольного. 60.участка составляет 2 ьн = 91 А/м, что образца при исследовании однородно-значительно меньше ширины линии инсти пленки. тегрального поглощения. ИсследованиеДополнительный образец 6 представ- ,спектров ФИР, полученных на различляет собой диск диаметром, меньшим ных расстояних 6 между исследуемой в 2-10 раз размера Отверстия связи . 65 пленкой и дополнительным образцом,1065750 магнитной пленке до.размеров 0,03- 3 мм, точность измерения локальных параметров магнитных пленок, в том числе и ширину линии ФИР до 5-10, а также упростить работу по подготовке образцов путем исключения стравливания нерабочей пленки,Составитель В,ИайоршииТехред И. Иетелева Коррект Редактор Л. Филь Шароши аказ 11033/44Ыилиал ППП еПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,позволяет оптимизировать указанное расстояние (1-516.Предлагаежй способ по сравненик с известными позволяет повысить пространственную разрешающую способность по поверхности магииной пленки и 5 по отношению к обратной нерабочей Тираж 828 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Иосква, Ж, Ра