Устройство для определения статическиххарактеристик магнитных материалов

Союз Советских Социалистических Респубпик(51)М, Кл,з С 01 К 33/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Донецкий государственный университет(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 30 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 1 . Такие устройства содеркат 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.Получаемый сигнал пропорционален по перечной восприимчивости пленки.Для ТМП, используя теоретические .риближения, определяют намагниченность насыщения - 4 М и константу олей оной К и анизотр иив. 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 2. 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 магнитных материалов или их смесей пригодно для исследования образцов 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 исследования статических характеристик магнит 1 ных материалов, в частности для контроля тонких магнитных пленок по основным техническим характеристикам,С целью расширения диапазона измеряемых параметров в устройство для определения статических харак" теристик магнитных материалов, содержащее катушку индуктивности измери тельный генератор, опорный генератор, подключенные к выходам упомянутых генераторов последовательно сое" диненные смеситель, Фильтр низкой частоты, преобразователь частота-на-пряжение, а также блок управления, введены электромагнит, блок управле" ния частотой измерительного генера-. тора, последовательно соединенные дифференцирующий блок и самописец, коммутатор, выходом подключенный ко второму входу самописца, блох программного управления величиной магнитного 2 О поля, блок управления направлением магнитного поля и частотомер, вход которого подключен ко входу преобразователя частота-напряжение, выход которого соединен с первым входом бло" р ка управления частот измерительного генератора, входом дифференцирующего блока и третьим входом само" писца, первый вход коммутатора соединен с выходом блока управления величиной магнитного поля, второй36 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 . 4 О соединен со входом блока управления величиной магнитного поля, второй выход которого связан с электромагнитом.На Фиг. 1 изображена структурная45 схема устройства для определения поля анизотропии в ТМП; на Фиг, 2 гистерезисная зависимость л О от И на Фиг. 3 - схематическая гистерезисная зависимость Ь 4, преобразованная в постоянный сигнал от н.Устройство для определения статических параметров и ТИП содержит электромагнит 1 для создания управлЯемого магнитного полЯ с ТИП 2 в 55 качестве сердечника, катушку индуктивности 3, измерительный генератор 4, опорный генератор 5, блок 6 управления величиной магнитного поля, блок 7 управления направлени" ц) 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, самописец14, коммутатор 15 и частотомер 16.Устройство работает следующимобразом.Перед контролем ТИП частота измерительного гиЯратора 4 с помощью бло;ка 8 и частотомера 16, устанавливается равной частоте опорного генерато"ра 5. При установке ТМП на выноснуюиндуктивность контура измерительногогенератора 4 частота контура изменяется на величину М , т. е. внесениеТИП равносильно введению в контурсердечника,Катушка индуктивности 3 с ТМП 2 вкачестве сердечника, помещенная вмагнитное поле электромагнита 1,определяет частоту генератора 4, которая смесителем 9 сравнивается счастотой генератора 5, и разностьчастот через фильтр низкой частоты11, подается на преобразователь 12,а с него на вход У двухкоординатного самописца 14, вход Х которого связан с выходом коммутатора 15.На вход Х самописца 14 с блоков 6или 7 через коммутатор 15 подаетсяэлектрический сигнал, пропорциональный величине или азимутальному углуповорота магнитного поля относительно ТМП. Блок управления 10 управляетработой устройства, Дефференцирующийблок 13 Фиксирует экстемумы и точкиперегиба в регистрируемом сигнале.Частота .генератора 4 зависит отвеличины, перпендикулярной дифференциальной магнитной восприимчивостиХ- ям ( Н, - слабое переменное магнитное поле, перпендикулярное плоскости ТИП), которая, всвою очередь, является Функцией отвеличины и направления внешнего магн тного поля Х=%Й) . Изменениепо заданному закону приводит кизменению Х , что влечет за собойизменение индуктивности катушки индуктивности 3 с ТМП 2 .и, как следствие,изменение частоты измерительногогенератора 4.Последовательно имеемЬУ-д Ь Ь-ьХ-ьЖ-ЬФ,Ь 4 - изменение внешнего магнитного поля по величине илинаправлению,ЬЙ - изменение намагниченностиобразца, вызванное изменением внешнего магнитногополя,ЬХ- изменение дифференциальной магнитной восприимчивости ТИП в зависимостиот аИ6 Ь - изменение индуктивностиизмерительного генератора 4Ь 1 - изменение резонансной частоты измерительного генератора 4;АО - изменение напряжения преобразованное в постоянныйсигнал.Таким образом, изменяя величинуи направление внешнего магнитногополя и фиксируя изменение. частотыизмерительного генератора 4 получаютинформацию о магнитных характеристиках ТМП, поскольку, начиная с некоторых значений магнитных полей (в зависимости от направления эти поляотличаются по величине), дальнейшееизменение частоты не происходит, таккак ТМП перемагничивается и переходит в полностью намагниченное состоя,ние. Величины этих полей фиксируются(и используются для определения статических параметров ТМП.Намагниченность насыщения 4 УИопределяют, помещая ТМП в изменяющееся по величине внешнее магнитное поле К , перпендикулярное плоскости ТМП. Из зависимости ь 4:(К),преобразованной в постоянный сигналпреобразователем 12, определяют величины магнитных полей н" и Нциспользующихся для нахождения 4 TМз.Формула для нахождения 4 Тмз , полученная теоретически и подтвержденная экспериментально, имеет видН +Н:УМ гз сНа фиг. 2 схематически показанагистереэисная зависимость ьО от Ни указаны поля Н и Н",использующиеся для нахождения 4 Умз и определяемыедифференцирующим блоком 13,При определении константы одноосной анизотропии Кнеобходимо предварительное исследование распределения анизотропии в плоскости ТМП длянахождения оптимального направленияперемагничивания и исключения влияния вкладов других видов анизотропии(кубической орторомбической, связанной с отклонением оси легкого намагничивания от нормали в плоскости ТМПи т. д.). Для этого внешнее постоянное по величине магнитное поле, па-раллельное плоскости ТМП и создаваемое электромагнитном 1, при помощи блока 7 вращают в плоскости пленкина 360 и фиксируют при помощи самоописца 14 изменение частоты генератора 4 в зависимости от азимутального угла поворота магнитного полявокруг ТМП.При помощи дифференциального бло ка 13 на графике распределения ани"зотропии в плоскости ТМП определяютположение минимального изменения частоты ь 4 н генератора 4.При вращении прн помощи блока 7электромагнита 1 внешнее магнитное поле и устанавливается вдоль направления минимального изменениялМц ,выбранного в результате вращенияполя, При помощи блока б управле,ния полем величина Н изменяется отО до Н, при котором прекращаетсяизменение частоты генератора 4.Зависимость аЖКЖ) фиксируется припомощи самописца 14. Сигнал на самописец для фиксирования к, вырабатывается дифференциальным блОком 13,Константа анизотропии К определяется по. формуле64 ф Мхйе) ИЛИз графика д=Ж)легко определявтся поле И, используемое для опре деления К.Использование предлагаемого устройства для определения поля анизотропииТМП позво)яет осуществить контрольнепрозрачных образцов и образцов с20 размерами доменов менее 1 мкм дляконтроля которых практически невозможно использовать магнитооптическиеустройства,Формула изобретенияУстройство 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 час тотой измерительного генератора, последовательно соединенные дифференци" рующий блок и самописец, коммутатор, выходом подключенный ко второму входу самописца, блок программного уп равления величиной магнитного поля,блок управления направлением магнитного поля и частотомер, вход которого подключен ко входу преобразователя частота-напуЫжение, выход которогосоединен 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 вхо дом блока управления частотой измерительного генератора, четвертый вид(ход соединен со входом блока управ/26 Тираж 732 Подписное ВНИИПИ каэ Филиал ППП "Патент",г.ужгортд,ул,Проектная ления величиной магнитного, поля, второй выход которого связан с электромагнитом.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.,3 ояерЛь Р. М. А. . Р. СопйРгос. 1973, Р 10, р. 286 (1972). 2. Патент США Р 3808524кл. О 01 Р 33/12, 1974 (прототип).