Устройство для измерения параметров тонких магнитных пленок

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 801078371 А Ц 5 В О 01 В 33/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Донецкий физико-техническийинститут АН Украинской ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 862087, кл. О 01 В 33/12, 1979.2. Авторское свидетельство СССРР 868661, кл. О 01 Б 33/05, 1979(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯПАРАМЕТРОВ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК,содержащее соединенные генераторвысокой частоты и высокочастотныйконтур,. 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.Проведение экспресс-анализа ТМПна такой установке трудноосущестнимо, а сама установка конструктивнодостаточно сложна.Целью изобретения является повышение точности измерений как динамических, так и статических параметров ТМП.Цель достигается тем, что вустройстве для измерения параметровтонких магнизнх пленок, содержащемсоединенные генератор высокой частоты и высокочастотный контур, соединенные синхронный детектор и регистратор, генератор низкой частоты,электромагнит, катушку модуляции,расположенную на электромагните, иблок питания электромагнита, причемпервый и второй выходы генераторанизкой частоты соединены соответственно с катушкой модуляции и опорнымвходом синхронного детектора, первыйи нторой выходы блока питания электромагнита подключены соответственнок электромагниту и второму входу регистратора, а высокочастотный контуррасположен в рабочем объеме электромагнита, н качестве генератора высокой частоты использован автодин,выход которого соединен с нходомсинхронного детектора.Антодин перестраивается н диапазоне 20-200 мГц и совмещает в себефункции генератора высокочастотногосигнала и приемника-измерителя.Предварительные исследования показали, что в отличие от измеренийметодом ФМР немагнитная подложка,например из галлий-гадолиниевогограната, практически не влияет наизмеряемые характеристики тонкоймагнитной 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 дляисследования магнитных характеристик веществ известно, Однако область применения таких антодиновобычно ограничена областью частот1-30 мГц. Выбранный диапазон частот20-200 мГц обусловлен тем, что резонанс доменных границ ЦМД имеетместо на частотах 50-200 мГц и дажевыше, Однако при увеличении верхнего предела частоты автодина больше 200 мГц существенно усложняетсяего конструкция, Высокая чувствительность и широкая полоса частотгенерации применяемого автодина20-200 мГц) достигнута за счетприменения в схеме автодина специальных ламп-нувисторов.На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на Изобретение стносится к техникемагнитных измерений и наиболее эффективно может быть использованопри технологическом контроле статических и динамических параметровэпитаксиальных феррит-гранатовых 5магнитных пленок с цилиндрическимимагнитными доменами.Устройства такого типа имеют недостаточную точность измерений, построение кривой поглощения энергии 10ДГ ведется, в основном, по точками требует больших затрат времени.Кроме того, эти устройства не позволяют измерять такие важные статические параметры ТМП как поле анизотропии и намагниченность насыщения.Известно устройство для определения параметров эпитаксиальныхферрит-гранатовых пленок, н которомна исследуемую пленку воздействуютэлектромагнитным полем с последующим получением спектра ферромагнитного резонанса при различных ориентациях оси легкого намагничиванияи направления магнитного поля и фиксируют переход доменной структурыферрит-гранатовой пленки из ненасыщенного состояния в насыщенноев области частот 10-100 мГц 1.Однако использование устройстватребует сложной и дорогостоящейаппаратуры, необходимости примейенияспециальных резонаторов, отстройкиот сигнала, получаемого от немагнитной подложки, а также характеризуется невозможностью проведенияизмерений при частотах свыше 100 мГц.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для измерения параметров 40тонких магнитных пленок, содержащеесоединенные генератор высокой частоты и высокочастотный контур, соединенные синхронный детектор и регистратор, генератор низкой частоты, 45электромагнит, 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 23.Недостатками известного устройства являются невысокая чувствительность, обусловленная детектировани ем сигнала непосредственно с датчика; наличие раздельных систем генерации ВЧ сигнала и его измерения, наличие ТМП на подложке и отдельно самой подложки. 65фиг. 2 - зависимость поглощениявысокочастотной энергии магнитнойпленкой от величины магнитного поля Н; на фиг. 3 - зависимостьрасстройки частоты автодина ди /2 лот величины магнитного поля НплИсследуемый образец тонкой магнитной пленки 1 помещен в высокочастотный контур 2 автодина 3, помещенный между палюсными наконечниками электромагнита 4, который можетвращаться вокруг своей вертикальнойоси. Генератор 5 низкой частотыслужит для питания катушек модуляциимагнита, кроме того, с него подается опорное напряжение на синхронныйдетектор б. Сигнал поглощения с выхода синхронного детектора б поступает на входрегистратора 7. Величина поля электромагнита задаетсяс блока 8 питания. Кроме того устройство содержит частотомер 9 и катушку модуляции 10,Предложенное устройство работаетследующим образом.Исследуемый образец тонкой магнитной пленки 1 помещают в высокочастотный контур 2 автодина 3 таким образом, чтобы высокочастотноеполе автодина 3 прикладывалось вдольоси легкого намагничивания исследуемой пленки 1, т.е. перпендикулярноее плоскости. Измерения проводятсяв нулевом поле смещения. Автодин. 3настраивается на одну из возможныхчастот, измеряемых частотомером 9в диапазоне 20-200 мГц. Регулировкойтока с блока 8 питания электромагнита 4 изменяется величина магнитного поля Н , тем самым изменяетсядобротность системы высокочастотныйконтур 2 плюс тонкая магнитная пленка 1 и получается сигнал на выходеавтодина 3, который с выхода автодина 3 поступает на синхронный детектор б, на опорный вход которогопоступает сигнал с генератора 5,соединенного также с катушкой 10 модуляции. С выхода синхронного детектора сигнал поступает на входрегистратора 7, на вход .х поступаетнапряжение с блока 8 питания. В регистраторе 7 записывается спектрпоглощения высокочастотной мощности, сострящей из двух кривых,В качестве иллюстрации на фиг,2представлен спектр поглощения эпи-.таксиальной Феррит-гранатовой системы (Ец, Тп, У, Са) (Ее, Пе) 0толщиной 2,5 мкм. Участок 11 кривой 5 соответствует резонансу доменныхграниц, а участок 12 - переходу пленки в однодоменное состояние, т,е. эффективному полю анизотропии Н = Н 4 - 4 Ъ Мз. Участок 11 имеет 10 сильную зависимость от частоты автодина 3 в диапазоне частот 20- 200 мГц, а участок 12 в укаэанном диапазоне от частоты не зависит, 115Устройство позволяет одновременно определять как динамические, таки статические параметры ТМП. Определение параметров магнитной плевки 1по измеренному спектру поглощенияосуществляется следующим образом,По первому участку кривой можно судить о Резонансном поле Н,Рез, шиРине линии поглощения 4 Н (расстояниемежду экстремумами первой производной) и коэффициента затухания о(.=АН2 НРПоворачивая электромагнит 4 во-круг своей оси (относительно нормали к поверхности пленки) и записываясоответствующие спектры поглощенияможно определить магнитную аниэотропию в плоскости пленки 1. Для определения намагниченности насыщениянеобходимо приложить высокочастотЗ 5,ное поле параллельно оси легкогонамагничивания пленки и параллельновнешнему магнитному полю Н , создаваемое электромагнитом 4, Изменяямагнитное поле Нд и изменяя тем 40 самым магнитное состояние образца,изменяется индуктивность системыпленки 1 плюс высокочастотный контур 2, что находит свое выражениев расстройке частоты автодина 3 о 45 изменением внешнего магнитного поляи можно судить о поле коллапса Ни поле эллиптической неустойчивости(фиг,3), знание которых дает возможность определить 47 Мз.50Время записи спектра поглощенияна одной заданной частоте составля-,ет не более двух минут,1078371 Ода О 7 РР 4 д,у, Р Нам Ж Составитель М.Б Техред Ж.Кастел ров ч Коррек утяга ндор акто з 957/4 ПодписноеР ППП фПатент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 и ВНИИПИ Гос по делам 113035, Иоскв