Способ измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок

Союз Советских Социалистических Республик(51) М Гасударственныи камит Совета Министров ССС по делам изооретений и открытий(45) Дата опубликования описания 28.05.77 К 621.317.76(71) Заявител ЕНИЯ КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛИХ ТОНКИХ МАГНИТНЫХЕНОК СПОСОБ ИЗМ ЦИЛИНДРИЧЕ 2 Изобретение относится к неразрушающим методам контроля качества и свойств ферромагнитных материалов, а именно, к определению магнитных характеристик ципиндрических тонких магнитных пленок и может быть использовано в производстве получения однородных, по магнитным свойствам, их образцов.Известен способ измерения коэрцитивной силы тонких магнитных пленок путем предварительного намагничивания пленки вдоль оси легкого намагничивания.При измерении коэрцитивной силы этим способом вдоль оси легкого намагничивания действуют два импульса поля: один намагничивает пленку до насыщения, другой разрушает это состояние.По оси трудного намагничивания подают импульс поля опроса, сигнал считывания с пленки от которого зависит по амплитуде и полярности от величины разрушающего поля и обращается в нуль, если разрушающий импульс поля полностью размагничивает пленку. При этом амплитуда разрушающего поля равна коэрцитивной силе пленки 1 . Недостатком данного способа измерения является зависимость результатов измерения от магнитной вязкости, за котооой равенство нулю сигнала считывания с пленки обеспечивает при некотором превышении разрушающего поля по сравнению с истинным значением коэрцитивной силы. Это устраняется в способе измерения коэрцитивной ситы тонких магнитных пленок, в котором О разрушение намагниченности пленки вдопьоси легкого намагничивания осуществляют полем постоянного тока регулируемой величины,а При измерении коэрцитивной силы этимспособом по оси легкого намагничивания воздействуют двумя полями, первым импульсным полем предварительно намагничивают ппенку до насыщения, другим полем постоян- О ного тока регулируемой величины разрушают это состояние. По оси трудного намагничивания подают импульс поля опроса магнитного состоянияи пленки, По величине разрушающего поля, при которой сигнал 25 считывания переходит с пленки через нуль10 Целью изобретения является упрощениепроцесса измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок иповышение точности.Это достигается тем, что в известном 45способе измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок путем намагничивания пленки по оси легкогонамагничивания, разрушения остаточной индукции ппенки вдоль этой оси и опроса маг Онитного состояния пленки перемагничиванием ее по оси трудного намагничивания,опрос магнитного состояния пленки осуществляют перемагничиванием ее синусоидальным полем до появцения во вторичнойэ,д,с. гормонических составляющих, выделяют третью гармонику и в момент уменьщения напряжения этой гармоники до нулярегистрируют величину разрушающего поля,соответствующего коэрцитивной силе,и меняет знак, определяют коэрцитивнуюсилу пленки.Сигнал считывания, индуцируемый потоком перемагничивания пленки и несущийинформацию о ее магнитном состоянии, 5наблюдают на экране осциллографа, а величину постоянного тока считывают по шкале стрелочного прибора,Преобразвание информации о магнитномсостоянии пленки в сигнал считывания ипередачу его для наблюдения на экранеосциллографа осуществляют схемами, в которых образец цилиндрической тонкой магнитной пленки (ЦТМП) является их составным элементом 215Наблюдение сигнала считывания на экране осциллографа приводит к тому, чтопроцесс измерения при этом длителен иутомитепен, точность зависит от фиксацииоператором момента перехода через нуль 28сигнала считывания на экране осцилпографа и отсчета величины постоянного токапо шкапе стрелочного прибора. Фиксация сигнала считывания по другому индикатору, кроме осциллографа, усложняет всю 25аппаратуру контроля.Преобразование информации о магнитномсостоянии пленки в сигнал считывания ипередача его для наблюдения на экране осциллографа схемами, в которых образец ЦТМПявляется их составным элементом, приводит к тому, что кроме сигнала считывания, вызванного потоком перемагничивания,в пленке наводится перемагничивающим полем сигнал помехи, Йля компенсации помехи применяют схемы, настройка которыхзависит от переходного сопротивления контактов в местах подключения образца ЦТМПк другим элементам схем. На фиг. 1 а изображена кривая намагничивания пленки по оси легкого намагничивания и график изменения магнитных полей по этой кривой; на фиг. 16 изображена кривая намагничивания пленки по оси трудного намагничивания и график изменения синусоидального поля по этой кривой за один период; на фиг. 2 изображена блоксхема установки, позволяющей осуществить предлагаемый способ измерения коэрцитивнои силы цилиндрических магнитных пленок,Установочным импульсом. тока 1 (см.фиг. 1 а), создающим поле в направленииоси легкого намагничивания, намагничивают пленку до насыщения в одно из устойчивых состояний, Регулируя величинупостоянного тока 2, противоположной полярности импульса тока 1 и создающегополя также вдоль оси легкого намагничивания, разрушают остаточную индукциюпленки. Затем подают синусоидальный токопроса, создающий поле 3 (см. фиг. 16)вдоль оси трудного намагничивания.При воздействии на пленку синусоидального поля происходит перемагничиваниеее по оси трудного намагничивания, Приэтом индукция (В) в пленке изменяетсяв соответствии с кривой намагничиванияпо гармоническому закону только на ли- нейном участке кривой. На втором участке кривой индукция в пленке не изменяеъся по гармоническому закону и в ее составе появляются высшие нечетные гармоники, из которых максимальной амплитудой обладает третья гармоника. В составевторичной э.д.с. перемагничиввющего токатакже появляются гармонические составляющие. Выражение для амплитуды напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с.имеет вид:2 3/2Е, =6 1 О фБРф (д)э Ыгде Е -амплитуда напряжения третьейзгармоники;-число витков вторичной обмоткинамагничивающего устройства;-толщина слоя магнитной пленки;Н -поле внизотропии пленкиН -амплитуда перемвгничивающего поля.При достаточно больших значениях перемагничивающего поля Нт чпеном в квадратных скобках выражения 1) можно пре 5небречь и после сложных преобразователейполучим:Е =8 1 о МЕФ (а)35 где Ф -магнитный поток насыщения пленки;Ф =ЯВИВ =ВВ10где б -сечение контролируемого участкапленки. При разрушении до нуля остаточной индукции пленки постоянным полем по осилегкого намагничивания, перемагничиванияпленки по оси трудного намагничивания непроисходит и гармонические составляющиев индукции пленки не появляются. Гармонические составляющие во вторичной э.д.с.,обусловленные изменением потока перемагничивания пленки, также не появляются.Таким образом, момент отсутствия гармонических составляющих в индукции пленки и во вторичной э.д.с. при перемагничивании пленки синусоидальным полем по оситрудного намагничивания и разрушении донуля остаточной индукции постоянным полем по оси легкого намагничивания, свидетельствует о величине этого поля, соответ- З 0ствует коэрцитивной силе пленки.Величину разрушающего поля можно определить без выражения для напряженностиполя вокруг проводника с током, т.е,:Нпр =;-Ъ(4)где Н -напряженность поля на поверхпрности проводника с током;3 - амплитуда тока, протекающегопо проводнику;403 -диаметр проводника,В момент разрушения до нуля остаточной индукции пленки постоянным полем пооси легкого намагничивания величина разрушающего поля соответствует коэрцитив 45ной силе пленки, т.е.:(5)где Й - коэрцитивная сила пленки;с0 -диаметр проволочной подложки сцилиндрической тонкой магнитной пленкой. 50Для регистрации разрушающего поля,соответствующего коэрцитивной силе пленки, в момент отсутствия гармоническихсоставляющих, которые возникают в индукции пленки и во вторичной э.д,с. при перемагничивании пленки по оси трудного намагничивания переменным синусоидальным полем, из состава вторичной э.д.с. выделяюттретью гармонику и фиксируют уменьшениенапряжения этой гармоники до нуля.60 Блок-схема установки, позволяющей осуществить предлагаемый способ измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок (см., фиг, 2), включает источник 1 импульсного намагничиваюшего тока, источник 2 постоянного тока регулируемой величины, образец с цилиндрической тонкой магнитной пленкой 3, закрепленный в контактных зажимах 4 и 5, резистор б,амперметр 7, генератор 8 синусоидального напряжения, электронный вольтметр 9, резистор 10,первичную обмотку 11 намагничивающего устройства, вторичную обмотку 12 намагничивающего устройства, избирательный усилитель 13, вольтметр 14.Импульсное поле Н, (см. фиг. 1 а), намагничиваюшее до насыщения образец пленки 3 по оси легкого намагничивания, создают током от источника 1. Поле (см.фиг, 1 а), разрушающее остаточную индукцию образца пленки 3 (фиг. 2) по оси легкого намагничивания, создают током от источника 2. Величину тока измеряют амперметром 7.Поле Н (фиг. 16)перемагничивающее образец пленки 3 (см. фиг, 2) по оси трудного намагничивания, создают в первичной обмотке 11 намагничиваюшего устройства током от генератора 8. Внутренняя вторичная обмотка 12 намагничиваю- щего устройства охватывает образец пленки 3 на участке 1-2 мм.Необходимое значение намагничивающего тока в обмотке 11 устанавливают изме нением выходного напряжения генератора 8 и контролируют вольтметром 9 на резисторе 10, Третью гармонику из состава вторичной э.д.с. выделяют и усиливают избирательным усилителем 13, Уменьшение напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. при увеличении тока в образце ЦТМП 3 от источника 2 фиксируют вольтметром 14.При достижении стрелкой вольтметра 14 нулевого значения шкалы регистрируют величину тока в образце пленки 3 амперметром 7. Величину поля, разрушающего остаточную индукцию образца пленки 3 до нуля и соответстующего коэрцитивной силе, определяют из выражения (2).Использование данного способа измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок по сравнению с существующими способами обеспечивает упрощение процесса измерений, упрощение аппаратуры контроля и повышение точности измерения.Формула изобретения Способ измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок путем намагничивания пленки по оси легкого намагничивания, разрушения остаточной индукции пленки вдоль этой оси и опроса магнитного состояния пленки перемагничиванием ее по оси трудного намагничивания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса измерения и повышения точности, опрос магнитного состояния пленки осуществляют перемагничиванием ее синусоидальным полем до появления во вторичной э.д.с. гармонических 15 составляющих, выделяют третью гармоникуи в момент уменьшения напряжения этойгармоники до нуля регистрируют величинуразрушающего поля, соответствующего коэрцитивной силе,Источники информации, принятые во вни:мание при экспертизе,1, Авторское свидетельство М 168320М. Кл. 06 Д 14/01, 18.11.65. (аналог).2. Сб. Методы измерения основных параметров цилиндрических тонких магнитныхпленок для запоминающих устройств,3. Сб. фЗапоминающее устройство, Тонкие магнитные пленкиф, Изд-во "Науками,Я.1968. 76-78 (прототип),Заказ 453/21 Тираж 1052 Подписное БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП фПатентф, г, Ужгород, ул. Проектная, 4