Способ измерения анизотропии тонкой магнитной пленки

 

Изобретение позволяет повысить точность измерения. Сигнал с генератора 1 переменного тока через конденсатор 2 переменной емкости и резистор 5 поступает на катушку (К) 3 Гельмгольца, создавая переменное магнитное поле (МП), которое измеряется вольтметром 4 переменного тока. Постоянный ток от источника 6 постоянного напряжения через амперметр 7 постоянного тока и дроссель 8 поступает на К 3 Гельмгольца и создает постоянное МП, которое измеряется амперметром 7 постоянного тока. Тонкая магнитная пленка помещается в измерительную К 9, сигнал с которой через компенсирующую К 10 подается на селективные микровольтметры 11,12, настроенные на вторую и третью гармоники (г) сигнала. К 3 Гельмгольца и измерительная К 9 установлены соосно так, что вектор МП всегда находится в плоскости тонкой магнитной пленки . Вращают тонкую магнитную-пленку вокруг нормали к ее плоскости и устанавливают ее в такое положение, при котором амплитуда второй Г индукции максимальна, измеряют зависимость амплитуды второй Г индукции от величины постоянного МП и определяют поле анизотропии как поле, в котором амплитуда третьей Г индукции равна нулю. 3 ил. I (Л со k о сд

C0IO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1347 54 А1 (gg 4 G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(21 ) 3842401 /24-21 (22) 15.01.85 (46) 23.10.87.Бюл.№ 39 (71) Ярославский государственный университет (72) В.II.Алексеев, В.Л.Левин, В.M.Мордвинцев и В.А.Папорков (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1023262, кл. G 01 В 33/02, 1982.

1 постоянного тока и дроссель 8 поступает на К 3 Гельмгольца и создает постоянное MII, которое измеряется амперметром 7 постоянного тока. Тонкая магнитная пленка помещается в из. мерительную К 9, сигнал с которой через компенсирующую К 10 подается на селективные микровольтметры 11,12, настроенные на вторую и третью гармоники (Г) сигнала. К 3 Гельмгольца и измерительная К 9 установлены соосно так, что вектор MII всегда находится в плоскости тонкой магнитной пленки. Вращают тонкую магнитную .пленку вокруг нормали к ее плоскости и устанавливают ее в такое положение, при котором амплитуда второй Г -индукции максимальна, измеряют зависимость амплитуды второй Г индукции от величины постоянного MI и определяют поле анизотропии как поле, в котором амплитуда третьей Г индукции равна нулю.

3 ил. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ

ТОНКОЙ МАГНИТНОЙ ПЛЕНКИ (57) Изобретение позволяет повысить точность измерения. Сигнал с генератора 1 переменного тока через конденсатор 2 переменной емкости и резистор 5 поступает на. катушку (К) 3

Гельмгольца, еоздавая переменное магнитное поле (МП), которое измеряется вольтметром 4 переменного тока.

Постоянный ток от источника 6 постоянного напряжения через амперметр 7

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1347054

Н -Н г™

a, = a. (— ") 1 — (-- — — -"); (1)

Й„ Й„

Н вЂ” Н (1 о) (1 (о к) (2)30 где а, а — амплитуды соответственно

1 второй и третьей гармоник индукции; а =2В,/3i, 35

В, — индукция насыщения;

Н вЂ” напряженность постоянного поля

На, — амплитуда напряженности переменного поля;

Н вЂ” напряженность поля аник зотропии.

Анализ выражений (1) и (2) показывает, что при Н = H„ aTo aa гармоника максимальна, а третья равна 45 нулю. макс Нп а = а— оН к (3) 50 где а — значение аг в поле Н, Нк °

Погрешность измерения Н„ определяется величиной отклонения Н, от Н „ в районе максимума аг или нуля а» в зависимости от способа измерения (фиг.i).

На дй= l

Нк (4) Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для измерения поля анизотропии тонких магнитных пленок в широком интервале

5 полей.

Цель изобретения — повышение точности измерения, На фиг.l и 2 показаны зависимости, поясняющие осуществление предлагаемого способа; на фиг.3 — установка для измерения Н„.

Сущность способа заключается в следующем.

В пермаллоевых одноосных тонких магнитных пленках ось трудного намагничивания (ОТН) лежит в плоскости пленки. Если вдоль ОТН такой пленки, обладающей незначительной угловой дисперсией анизотропии, одновременно действуют постоянное и синусоидальное переменное магнитные поля, в пленке возникают гармоники индукции.

При H — Н,„ Н„ H, + H àìïëèтуда второй и третьей гармоник опре- ;25 деляется выражениями где дЬ вЂ” относительная погрешность измерения Н„.

Устремляя Н, к Нк и пренебрегая членами второго порядка малости и более, иэ (1} — (4) получают

2 да2 дЬ 3 ама "с 1

2 (5) даэ

6h а, (6) где dhz, dh> — относительная погрешность измерения с помощью а и а ма кс a /a — относительная: погрешность измерения максимума а ; д а — погрешность измерен ния нуля а

Сравнивают результаты (5) и (6).

Для уменьшения dh необходимо уменьмакс шить да /а, или да /аа. Вели— чина да /ама" не может быть меньа г ше относительной погрешности измерительного прибора. Вклад в эту погрешность дает также нестабильность источников постоянного и переменного магнитных полей, Если суммарная погрешность составляет достаточно малую величину, например da /à г

= 0,005, т.е. класс точности приборов

0,5, погрешность дЬ все равно большая: д1т 0,055, т.е. на порядок выше погрешности используемых приборов.

Величина Ьаэ определяется тремя факторами: шумами измерительного тракта и наводками, что устраняется использованием малошумящей аппаратуры и хорошей экранировкой, и неидеальностью реальных селективных усилителей. Последнее приводит к тому, что вместе с третьей гармоникой частично измеряется и вторая. Следовательно, для обеспечения требуемои в еличины d а не о охо димо, ч т о бы ам " о спаблялась селективным усилителем, настроенным на а,до уровня не превышающего да,т.е.ослабление второй гармоники фильтром, настроенным на частоту, третьей гармоники, должно составлять

2 макс величину порядка -(20 1p----) дБ.

Я

3 да., макс

Полагаи а г а, длЯ dh =- 0,01 получают, что вторая гармоника должна ослабляться на 30 дБ, Это может быть осуществлено с помощью промышленных приборов.

1347054

55

Таким образом, измерение поля анизотропии с помощью третьей гармоники позволяет уменьшить погрешность до 1Х и менее, Однако формулы (1) и (2), а следовательно, и (5) и (6) получены в . " предположении, что ОТН совпадает с направлением поля. Если пленка устанавливается так, что между ОТН и направлением поля существует некоторый угол и вектор поля лежит в плоскости пленки (ОТН пермаллоевых пленок тоже лежит в плоскости пленки) при перемагничивании пленки может возникнуть гистерезис, и в зависимости а (Н,Н,Н ), а (Н,Н,Н ) будут отличные от (1) и (2). В этом случае получить аналитические выражения, подобные (1) и (2), нельзя, поэтому задача решается численно.

Расчет показывает, что при <р ф 0 в поле 11 — Н к третья гармоника уже не обращается точно в ноль, а лишь .стремится к некоторому минимальмин ному значению, причем поле Н = Н где достигается минимум а, не совпадает с Н „ и увеличивается с ростом

На фиг.? представлены зависимости

Н„" (Ц>) и а "а" (g), откуда видно, что с ростом у величина ама"c(p) уменьшается. Поэтому критерием совпадения ОТН с направлением поля может быть максимум а (у).

На фиг.1 приведены зависимости а /аа от Н /Н„ и а /аа от Н,/Нн при

Н /Н„ = 1.

На фиг.2 приведены зависимости

Н, /Н от у и а "а"с /а от, где

Н " " — постоянное поле, в котором а,(1- ) достигает минимума, а макс значение а в этом же поле.

На фиг.3 приведена схема,установки для измерения Н„.

Пример. Исследования проводят на плоских одноосных тонких магнитных пленках Fe-Ni-Co осажденных на стеклянную подложку методом ионноплазменного распыления в постоянном ориентирующем магнитном поле 160 Э.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит генератор

1 переменного тока, конденсатор 2 переменной емкости, катушки 3 Гельмгольца с константой поля 47 Э/А, вольтметр 4 переменного тока, эталонный резистор 5, источник 6 постоянного напряжения„ амперметр 7 постоянного тока, дроссель 8 индуктивнос5

35 тью 0,7 Гн, измерительную катушку 9 с пленкой, компенсирующую катушку

10, селективные микровольтметры 11 и 12.

Сигнал с генератора 1 через конденсатор 2 и резистор 5 поступает на катушки 3 Гельмгольца, создавая переменное магнитное поле, которое измеряется вольтметром 4 по величине падения напряжения на резисторе 5.

Постоянный ток от источника 6 через амперметр 7 и дроссель 8 поступает в катушки 3 Гельмгольца, создавая постоянное магнитное поле которое измеряется с помощью амперметра 7.

Конденсатор 2, настроенный в резонанс с катушками 3, служит для развязки по постоянному току цепи генератора 1. индуктивность дросселя 8 много больше индуктивности катушек 3, поэтому переменный ток в цепи дросселя много меньше, чем в катушках 3.

Исследуемая тонкая магнитная пленка помещается в измерительную катушку 9, сигнал с которой через включенную ей навстречу компенсирующую ка— тушку 10 подается на селективные микровольтметры ll и 12, настроенные на вторую и третью гармоники сигнала.

Катушки 3 поля и измерительная катушка устанавливаются соосно так, что вектор магнитного поля всегда находится в плоскости Исследуемой пленки.

Установив некоторую амплитуду переменного магнитного поля Н и меняя величину постоянного магнитного поля Н, находят область, где значение а (Н,) максимально, дополнительно вращают пленку вокруг оси, перпендикулярной плоскости пленки, добиваясь совпадения OTH пленки и вектора поля, критерием чего служит максимум второй гармоники в зависимости от угла поворота, затем определяют поле

Н,, в котором а (Н ) = О.

Погрешность измерения Н „ не превышает 0,5X.. Измерения проводятся в диапазоне частот 180 — 300 Гц, в полях Н «6 20 Э, Н 90 Э.

Формула изобретения

Способ измерения анизотропии тонкой магнитной пленки, включающий перемагничивание пленки в направлении оси трудного намагничивания пере134?054 аг ао

1 з1/а„

Т,0

М рад

-И О

Составитель А.Дивеев

Редактор И.Горная Техред А.Кравчук . Корректор А.Тяско

Заказ 5118/45

Тираж 729 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

bio делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4 менным и постоянным магнитными полями, измерение зависимости амплитуды второй гармоники индукции в пленке от .величины постоянного магнитного поля при фиксированном переменном магнитном поле .и определение постоянного магнитного поля, при котором амплитуда второй гармоники индукции максимальна, отличающийся О тем, что, с целью повышения точности, не меняя величины постоянного магнитного поля, вращают пленку вокруг нормали к плоскости пленки и устанавливают пленку в такое положение, при которбм амплитуда второй гармоники индукции максимальна, измеряют зависимость амплитуды третьей гармоники индукции от величины постоянного магнитного поля и определяют поле анизотропии как поле, в котором амплитуда третьей гармоники индукции равна нулю.