Способ определения анизотропии тонких магнитных пленок и устройство для его осуществления

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 281180 (21) 3210247/18-21 151) М, Кп,з с присоединением заявки Мо 3009836/18-21 Сг 0 1 й 3 3/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 30.10,82. Бюллетень Мо 40 Дата опубликования описания 30.10. 82 Московское ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническоеучилище им. Н.Э. Баумана(71) Заявитель 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения и контроля магнитных и магниторезистивных свойсвт тонких магнитных пленок (ТМП ), используемых в качестве датчиков при изготовлении запоминающих устройств (ЗУ).Известен способ измерения угловой дисперсии анизотропии ТМП, включающий воздействие на пленку высокочастотным магнитным полем, приложенным в плоскости пленки перпендикулярно оси легкого намагничивания Г 1 ).Однако данный способ трудоемок и не позволяет определять угловую дисперсию анизотропии ТМП с остаточной доменной структурой.Известен способ определения аниэотропии ТМП методом раэночастотного Ферромагнитного резонанса (ФМР) и устройство для его осуществления. Способ включает вращение ТМП, расположенной на полосковой линии передачи, вокруг оси, перпендикулярной плоскости пленки, при сохранении взаимной перпендикулярности направлений внешнего магнитного поля и СВЧ-поля и определение угловой исперсии анизотропии по кривым эависимостей резонансного поглощенияот угла между направлением внешнегомагнитного поля и осью трудного намагнич; вания ТМП при постоянной величине внешнего поля.Величину угловой дисперсии анизотропии определяют как полуширинукривой на 0,6 ее высоты. Кроме того,величину угловой дисперсии аниэотропии определяют по характерному излому зависимости ширины линии ФМРот частоты. Устройство для осуществления известного способа содержитполосковую линию передачи с ТМП, находящуюся в магнитном поле, создаваемом кольцами Гельмгольца, и лимб вплоскости ТМП. Проводник полосковой линии передачи выполнен прямолинейным. Направление внешнего магнитного поля совпадает с продОльнойосью симметрии полосковой линии передачи 2).Недостатком способа является высокая трудоемкость, обусловленнаянеобходимостью снимать целый ряд зависимостей для определения угловойдисперсии анизотропии, что делаетего неприменимым для оперативногоконтроля магнитных свойств ТМП в 0 производсвтенных условиях. Необхо 97028620 димость распологать источник магнитНОГО поля е 1 а Оси полОскОВОЙ лие 1 иипередачи приводит к унеличению габаритов известного устройства и потребляемой им мощности,Цель изобретения - снижение трудоемкости,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу определения анизотропии тонких магнитныхпленок,включающему вращение. пленки,расположенной на полосковой линии передачи, вокруг оси, перпендикулярной плоскости пленки при сохранениивзаимной перпендикулярности направлений внешнего магнитного поля иСВЧ-поля, полосковую линию передачивращают вокруг ее продольной осисимметрии, которая перпендикулярнанаправлению внешнего магнитного поля, при этом угловую дисперсию аниэотропии н плоскости пленки определяют как угол между направлениемвнешнего поля и осью легкого намагничивания ТМП, н пределах котороговеличина резонансного поля постоянна, а угловую дисперсию анизотропии в пространстве определяют как угол между направлением внешнего магнитного поля и плоскостью ТМП, впределах которого величина резонансного поля постоянна,В результате, в известное устройство для осуществления способа определения аниэотропии ТМП, содержащееполосковую линию передачи, с размещенной на ней тонкой магнитной пленкой, источник магнитного поля и лимб в плоскости, перпендикулярной плоскости пленки, введен дополнительныйлимб н плоскости, перпендикулярной плоскости пленки, проводник полосковой линии передачи выполнен н видемеандра, при этом продольная ось симметрии полосковой линии передачиперпендикулярна направлению магнитного поля источника. На фиг.1 изображено устройство для осуществления способа представляющее собой полосковую линию передачи с лимбами; на фиг,2 приведена блок-схема установки для определения угловой дисперсии анизотропии ТМП,на фиг.З и 4 приведены зависимостирезонансных полей Нр от направления внешнего магнитного поля относительно оси легкого намагничивания ( М )и плоскости ТМП ( 9 ) соответственно. Полосковая линия передачи содержит проводник 1, выполненный в виде меандра в плоскости полосковой линии передачи, заземленное основание 2, поворотный столик 3, на котором расположена ТМН лимб 4 в плоскости ТМП, коаксиально-полосковыепереходники 5, дужку 6 с прижимнымвинтом и дополнительный лимб 7 н 30 15 25 30 35 40 45 50 55 60 65 плоскости, перпендикулярной плоскости ТМП.установка для определения угловой дисперсии анизотропии ТМП содержит генератор СВЧ 8, полосковуюлинию 9 передачи, источник 10 внешнего магнитного поля, например кольца Гельмгольца, ось которого перпендикулярна оси полосковой линии 9 передачи, детектор 11, усилитель 12и регистратор 13, например осциллограф. Источник 10 подключен черезпотенциометр 14 и амперметр 15 ктрансформатору 16. Потенциометр 14подключен также к входу Х регистратора 13,Способ осуществляется следующимобразом.Исследуемый образец устанавливается на поворотном столике 3 полосковой линии 9 передачи (фиг.1). Приодновременном воздействии на пленку электромагнитного поля СВЧ, возбуждаемого н полосковой линии, иперемагничинающего поля Н, создаваемого источником 10, в ТМП, при условии взаимной перпендикулярностиэтих полей, возникает (ФМР), Криваярезонансного поглощения СВЧ-мощности пленкой регистрируется на экранеосциллографа 13,Вращая поворотный столик 3, измеряют предельный угол ( Ч О), при котором величина Нр не изменяется.Этот угол и будет соответствоватьвеличине угловой дисперсии анизотропии в плоскости пленки. В случаепревышения предельного угла величина резонансного поля изменяетсячто приводит к смещению резонанснойкривой. Затем, вращая полосковую линию передачи вокруг ее продольнойОси симметрии, измеряют угол, прикотором Нр постоянна. Этот угол (Оо)равен угловой дисперсии аниэотропиив пространстве.Прямолинейный участок полоскового проводника 1, направление которого перпендикулярно продольнод: осисимметрии ( штрухпуе 1 ктире 1 ая линия)полосковой линии перецачи обеспечивает сохранение условия ФМР (взаимную перпендикулярность внешнего магнитного поля Н и СВЧ поля ) припонороте ТМП в пространстве относительно оси симметрии основания 2полосковой линии.Исследуемый образец ТМП помещают.под полосковым проводником 1 наповоротном столике 3, который в плоскости ТМП может вращаться на 360Столик 3 плотно насажен в цилиндрическое гнездо заземленного основания 2, Полировачная поверхностьстолика 3 находится в одной плоскости с основанием 2. Полосковый проводник 3, рассчитанный еа волновоесопротивление в 50 Ом, имеет ширинуравную 4 мм. Расстояние между полосковым проводником 1 и заземленным основанием 2 равно 0,8 мм. Полосковый проводник 1 закрепляется на некоторых участках галасковай линии с помощью изоляторов из пенопласта, прикрепленных к заземленному основанию 2. Дужка 6 с прижимным винтом, изготовленная из изоляционного материала, служит для регулировки зазоров в линии на участке размещения ТМП. Полосковый проводник 1 припаивается к коаксиально-палоскавым переходникам 5, посредством которых линия соединяется с СВЧ трактом установки. Отсчет углов вращения столика 3 и заземленного основания 2 относительна перемагничивающего поля осуществляется па рискам, нанесенным на поверхности лимбов с точностью.да 0,5 градусов. Выполнение проводника 1 полосковой линии передачи в виде меандра позволяет расположить полосковую линию передачи таким образом, чтобы ее продольная ось симметрии была перпендикулярна направлению внешнего магнитного поля, что облегчает вращение полосковой линии при сохранении условия ФМР и позволяет уменьшить габариты установки.Способ позволяет измерить при произвольном направлении внешнего магнитного поля следующие парамет, ры с соответствующими погрешност.- ми, "поле анизотрапии Нк (+ 1,2 Ъ); каэрцитивную силу Нс (1 1,5); величину резонансного поля Нр ("1,0); ширину линии резонансного поглощения дН (+ 14). Измерение резонансного поля Нр производится по наблюдаемой кривой резонансного поглощения с точностью не хуже 1,0,(при использовании осциллографа ). Неизменность резонансного поля Нр при этом фиксируется с точностью порядка 0,1.На фиг.З и 4 приведены зависимости резонансных полей Нр ат направления внешнего магнитного поля относительна аси легкого нама-ничиванин в плоскости ТМП ( Ч ) и относитэльно плоскости ТМП (9 ), соответственно для ТМП состава 16 Ге - /5 й ( 9 Со. По этим зависимостям легко определяются углы, в пределах которых Нр не изменяет своего значения, а, значит, величина угловых дисперсий ТМП в плоскости и в пространстве, ко торые численно равны этим углам, соответственно. В данном случае Чц=25 9 20 оТаким образом, предлагаемый способ позволяет праизвачть визуальный контроль качетсва ТМП. Так ТМП, испальэуемне для управления цилиндриюскими магнитными доменами (ЩЧД ) В У, имеют толщину 0,3-0,5 мкм. Прифарчла изобретения 1 Способ определения анизотроаии тонких ;,гнит ых пленок, включающий врГ.;ение пленки распаэженнсй на пола клвай лиин и;:редачн,вокруг аси .,-.;рпендикулярнай плоскости пленки прн сахран,".и:. взаимнойперпсндикулярнас:и налраэленн : внешнего магнитнаа поля и СВЧ-поля,а т л и ч а ю щ и й с я тем, чта,с целью снижения трудаемкасти, полосковую линию передачи вращают 40 вокруг ее продольной оси симметрии,которая перпендикулярна направлениювнешнега магнитного паля, грн этомугловую дисперсию анизатрапии вплоскости пленки определяют как угол 45 между направлением вн шнега паля иосью легкого иамагничнва:-;ля анкоймагнитной пленки, в пределах катарога вел;".чина резонансна:-а па-.я постоянна, а угловую дисперсию анизо трогии в пространстве определяют какугол между направлением внешнегомагнитного поля и плоскостью тонкоймагинтной пленки, в пределах которого величина резонансного паля по стоянна2, Устройство для осуществленияспособа па и, 1, содержащее полосковую линию передачи с размещеннойна ней тонкой магнитной пленкой,источник магнитного поля и лимб вплоскости тонкой магнитной пленки,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтов него введен дополнительный лимб вплоскости, перпендикулярной плоскости пленки, проводник полосковой 65 линии передачи выполнен в виде меанд 5 10 15 20 25 наличии магнитной анизатрапии, перпендикулярной плоскости пленки, .в ТМП такой толщины возможна перестройка магнитной доменной структуры пленки из ссстояния однородной намагниченности в плоскости в состояние с неколлннеарной доменной структурой. Переход пленки в "закритическре" состояние приводит к значительному уменьшению магниторезистивного эффекта, а, следовательно, к уменьшению сигнала считывания ат ЦМД. Поэтому довольно остро встает вопрос а пооперационном контроле угло-вой дисперсии анизотропин ТМП в пространстве при изготовлении аппликаций из ТМП для ЗУ на ЦМД.батат контроль легко осуществляется с помощью предлагаемого способа, что пазваляет на ранней стадии изготовления ЭУ отбраковывать материал, предназначенный для изготовления магии.арезнствных датчиков считывания. Эта в своюочередь значительна сократит затраты и повысит производительность труда.970286 об б иг. 2 ра, при этом продольная ось симметрии полосковой линии передачи перпендикулярна направлению магнитного поля источника.Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе 1, Суху Р. Магнитные тонкие пленки. М., "Мир", 1967, с. 181 2. Лесник А.Г., Наведенная магнитная аниэотропия. К., "Наукова думка", 1976, с. 143,Составитель С. Шумилишскаяишанова Техред С.Мигунова Корректс Редант Ватрушкнн акаэ 8382 Подписн омитета СССРоткрытийая наб., д. 4/5 П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,56 Тир ВНИИПИ ГосУДаРс по делам иэо 13035, Москва, Ж аж 717венного ретений 5, РаушУ(граб00 0 0(град)-- + - -- . - + Ю И 30 40 50 00 Фиг 4