Устройство для измерения параметров тонких магнитных пленок

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социанистическмх Республин(51)М. Кл.з О 01 й 33/05 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытийА.А.Глущенко, В.И. Курочкин, А,Я.Лаптиенко и Е. Ф.ХодосозСпециальное конструкторско-технологическое бюро.Донецкого Физико-технического института АН(щаинской ССРи Донецкий физико-технический институт АН Украийской ССР(54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК,магнитных явлений и может быть использовано в измерительной техникедля измерения параметров тонких магнитных пленок (ТМП),Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является устройство,которое содержит генератор высокойчастоты, датчик с исследуеьим образцом, катушки модуляции, амплитудныйдетектор высокочастотного сигнала,селективный усилитель и синхронныйдетектор, а также пиковый преобразователь и стробирующее устройство, и 15позволяет измерять параметры тонкихмагнитных пленок по модуляционнойметодике 713.Недостатком известного устройстваявляется ограниченные функциональные 26возможности (измеряются семь параметров ТМП).Цель изобретения - расширениедиапазона измеряемых параметров.Поставленная цель достигается 25тем, что в устройство, содержащеегенератор высокой частоты, датчик сподложкой, последовательно соединен",ные амплитудный детектор, дифферен-:циальный, усилитель, селективный уси литель, синхронный детектор, регистрирующий прибор, через переключатель связанный с выходами синхронного детектора и дифференциального усилителя, н модулятор, через формирователь опорной частоты подключенный ко вторым входам синхронного детектора и селективного усилителя, введены регулирующий элемент и блок стабилизации выходного напряжения, связанный с выходом амплитудного детектора, генератор высокой частоты выполнен перестраиваеьим, при этом входЫ регулирующего элемента подключены к выходам перестраиваемого генератора высокой частоты и блока стабилизации выходного напрявения, а выход - со входом амплитудного детектора.Кроме того, в устройстве датчик выполнен дифференциальным в виде двух катушек, в одной иэ которых помещен Псследуемий образец на подложке, а в другой - подложка, и конструктивно объединен с двумя амплитуднымн детекторами.На чертеже приведена блок-схема устройства.Устройство состоит из нерестраиваемого генератора 1 высокой частоты, регулирующего элемента 2, дифферен 86 866 1циального датчика 3, помещенного вмагнитное поле магнитной системы 4,и состоящего из двух плоских спиральных катушек 5, в одной из которыхразмещена подложка б, в другой - исследуемый образец 7 ТМП на подложкеи амплитудных детекторов 8, блока 9стабилизации выходного напряжения,дифференциального усилителя 10, селективного усилителя 11, переключателя 12, регистрирующего прибора 13,синхронного детектора 14, Формирователя 15 опорного напряжения и модулятора 16Дифференциальный датчик 3 помещенв магнитное поле. Сигнал с перестраиваемого генератора 1 высокой частоты, 15снабженного устройством для раэвертки частоты, через регулирующий элемент 2 подается на катушки 5 датчика3. Сигнал с датчика 3 детектируется.амплитудными детекторами 8. Выходной 2 Осигнал амплитудных детекторов 8 подается на вход дифференциального усилителя 10. Кроме того, на выходеодного из амплитудных детекторов.включен блок 9 стабилизации выходного напр ения, управляющий работой ре25гулирую го элемента 2,Выход дифференциального усилителя 10 соединен со входом селективного усилителя 11 и одним из входов(положение А) переключателя 12. На ЗОвыходе переключателя 12 включен регистрирующий прибор 13 (напримердвухкоординатный самописец), развертка которого осуществляется от перестраиваемого генератора 1 высокой З 5частоты. При работе устройства помодуляционной методике (переключатель12 находится в положении В) сигналс выхода дифференциального усилителя 10 поступает на вход последова Отельно соединенных селективного усилителя 11 и синхронного детектора 14.С выхода синхронного детектора 14сигнал через переключатель 12 (положение В) поступает на регистрирующийприбор 13. Опорный сигнал селективного усилителя 11 иэ синхронногодетектора 14 задается формирователем15 опорного напряжения, вход которого соединен с одним из выходов модулятора 16, который вырабатываетсигнал модуляции магнитного поля.Устройство работает следующимобразом.Образец 7 ТМП с подложкой помещают в одну из катушек 5 дифференци- ззального датчика 3, в другой катушкерасполагают точно такую же подложкуб, но без образца ТМП. Дифференциальный датчик 3 вместе с образцом ТМПпомещают в магнитное поле, создавае щмое магнитной системой 4. Напряжениес перестраиваемого генератора 1 высокой частоты через регулирующийэлемент 2 поступает на катушки 5 диф.ференциального датчика 3. При этом б 5 на катушках датчика напряжение высокой частоты различно из-за того, что в одной из катушек размещен образец.В связи с тем, что выходное напряжение детектора стабилизировано блоком 9 стабилизации, разность напряжений на входах дифференциального усилителя пропорциональна поглощениювысокочастотной энергии образцом.С амплитудных детекторов 8 датчика 3 сигнал поступает на входы дифФеренциального усилителя 10, а также на вход блока 9 стабилизации выходного напряжения амплитудного детектора, который управляет работой регулирующего элемента 2 таким образом, что выходное напряжение детектора 8 поддерживается постоянным в широком диапазоне частот,Датчик 3 с дифференциальным усилителем 10 балансируется (при отсутствии образца ТМП) совместно в широком диапазоне частот, С выхода усилителя 10 сигнал поступает на входприбора 13(переключатель 12 в положении А). Развертка прибора 13 пооси Х осуществляется от устройствадля развертки частоты перестраиваемого генератора 1 высокой частоты,В положении В переключателя 12 устройство работает по модуляционнойметодике. Модулятором 16 осуществляется низкочастотная, модуляциямагнитного поля.При перемагничивании пленки внешним низкочастотным магнитным полем,приложенным перпендикулярно высокочастотному пробному полю (возникающему в цепи катушки 5 датчика 3 (засчет протекающего в ней тока высокойчастоты), изменение напряжения высокой частоты в катушке пропорционально дифференциальной проницаемости Мобразца ТМП.Сигнал с выхода дифференциальногоусилителя 10 поступает на вход последовательно соединенных селективного усилителя 11 и синхронного детектора 14. Опорный сигнал селективного усилителя 11 и синхронного детектора 14 вырабатывает формирователь 15 опорного напряжения, на вход которого поступает сигнал с модулятора 16,С выхода синхронного детектора 14 сигнал поступает через переключатель12 (в положении В) на вход прибора 13. В зависимости от положения ТМП относительно намагничивающего низкочастотного поля, .на регистрирующем приборе отображается зависимость дифференциальной магнитной проницаемости от напряженности поля в направлении оси легкого или трудного намагничивания.По модуляционной методике измеряются следующие параметры ТМП: дифФеренциальная проницаемость в направлении оси легкого намагничивания,изменение дифференциальной проницаемости в направлении оси трудного намагничивания, величина дифференциальной проницаемости магнитных пленок. Остальные параметры можно определять и модуляционной методикой, и без 5 модуляционной .Выполнение генератора высокой частоты перестраиваемым, а также использование новых элементов - регулирующего элемента и блока стабилизации выходного напряжения амплитудного детектора, позволяет увеличить количество измеряемых параметров путем измерения частотных характеристик ТМП.Кроме того, выполнение датчика дифференциальным, содержащим две катушки, в одной из которых размещен образец ТМП на подложке, а в другой подложка, позволяет измерять характеристики именно тонкой магнитной плен ки без подложки.Устройство позволяет получить спектры поглощения высокочастотной энергии в ТМП, На основании исследований этих спектров можно исследоватьспектры колебаний доменов в доменной решетке, определять параметры, характеризующие резонанс доменной стенки (подвижность доменной стенки и ее эФфективную массу, коэффициент магнитной вязкости). Кроме того, предлагаемое устройство позволяет определять величину напряженности поля аниэотропии, изучать влияние типа магнитной структур" на спектры по глощения, устойчивость доменной решетки и влияние различного типа неоднородностей (дефектов точечных и линейных, элементов управления доменами,имплантированных ионов, структуры доменной стенки и др.) на 40 свойства решетки ТМП. Формула изобретения1. Устройство для измерения параметров тонких магнитных пленок, содержащее генератор высокой частоты, датчик с подложкой, последовательно соединенные амплитудный детектор, дифференциальный усилитель, селективный усилитель, синхронный детектор, регистрирующий прибор,через переключатель связанный с выходами синхронного детектора и дифференциального усилителя, и модулятор, через формирователь опорной частоты подключенный ко вторым входам синхронного детектора и селективного усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров, в него введены регулирующий элемент и блок стабилизации выходного напряжения, связанный с выходом амплитудного детекторагенератор высокой частоты выполнен перестраиваеьим, при этом входы регулирующего элемента подключены к выходам пврестраиваемого генератора высокой частоты и блока стабиливации выходного напряжения, а выход - со входом амплитудного детектора.2Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что датчик выполнен дифференциальным в виде двух катушек, в одной из которых помещен исследуемый образец на подложке, а в другой - подложка, и конструктивно объединен с двумя амнлитудными детекторамиисточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР В 346692, кл. С 01 й ЭЗ/12, 1972.868661 ь е, данилинаАстолош оставит ехред и Корректор екмар еРедактор С. Юско 6 Тираж 735ВНИИПИ Росударственного комитетапо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб. одписное Заказ 831 5 Проектная, 4 илиал ППП фПатент",г. Ужго