Способ определения анизотропии тонких магнитных пленок и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>970286 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2811.80 (21) 3210247/18-21

t5 ) М. Кп.з с присоединением заявки ¹ 3009836/18-21

С 01 R 33/12

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621. 317.

44 (088 8) Опубликовано 30.10.82. Бюллетень ¹ 40

Дата опубликования описания 30 10 82

Московское ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (71) Заявитель (54) 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 ка-честве датчиков при изготовлении запоминающих устройств (ЗУ).

Известен способ измерения угловой дисперсии анизотропии TMII, включающий воздействие на пленку высокочастотным магнитным полем, приложенным в плоскости пленки перпендикулярно оси легкого намагничивания (1 3.

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 TMII, расположенной на полосковой линии передачи, вокруг оси, перпендикулярной плоскости пленки, при сохранении взаимной перпендикулярности на1 правлений внешнего магнитного поля и СВЧ-поля и определение угловой дисперсии анизотропии по кривым эависимостей резонансного поглощения от угла между направлением внешнего магнитного поля и осью трудного на ° магнич; вания ТМП при постоянной величине внешнего поля.

Величину угловой дисперсии анизотропии определяют как полуширину кривой на 0,6 ее высоты. Кроме того, величину угловой дисперсии аниэотропии определяют по характерному излому зависимости ширины линии ФМР от частоты. Устройство для осуществления известного способа содержит полосковую линию передачи с ТМП, находящуюся в магнитном поле, создавае мом кольцами Гельмгольца, и лимб в плоскости ТМП. Проводник полосковой линии передачи выполнен прямолинейным. Направление внешнего магнитного поля совпадает с продОльной осью симметрии полосковой линии передачи (2).

Недостатком способа является высокая трудоемкость, обусловленная необходимостью снимать целый ряд зависимостей для определения угловой дисперсии аниэотропии, что делает его неприменииым для оперативного контроля магнитных свойств ТМП в производсвтенных условиях. Необхо970286

20 димасть располагать источник магнитНОГО ПОЛЯ HB OCM ПОЛОСКОВОЙ ЛИНИИ передачи приводит к унели:.ению габаритов известного устройства и потребляемой им мощности.

Цель изобретения — снижение трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, чта согласно способу определения анизотропии тонких магнитных пленок,нключающему вращение, пленки, расположенной на полосковой линии передачи, вокруг оси, перпендикулярной плоскости пленки при сохранении взаимной перпендикулярности направ лений внешнего магнитного поля и

СВЧ-поля, полосковую линию передачи вращают вокруг ее продольной оси симметрии, которая перпендикулярна направлению внешнего магнитного поля, при этом угловую дисперсию аниэотрапии н плоскости пленки определяют как угол между направлением внешнего поля и осью легкого намагничивания ТМП, н пределах которого величина резонансного поля постоянна, а угловую дисперсию анизатропии в пространстве определяют как угол между направлением внешнего магнитного поля и плоскостью ТМП, в пределах которого величина резонансного поля постоянна, В результате, в известное устройство для осуществления способа определения аниэотропии ТМП, содержащее полосковую линию передачи, с размещенной на ней тонкой магнитной пленкой, источник магнитного поля и лимб в плоскости, перпендикулярной плоскости пленки, введен дополнительный лимб н плоскости, перпендикулярной плоскости пленки, проводник полосковой линии передачи выполнен н виде меандра, при этом продольная ось симметрии полосковой линии передачи перпендикулярна 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 анизатрации ТМП, на фиг.3 и 4 приведены зависимости резонансных полей Hp от направления внешнего магнитного поля относительно оси легкого намагничивания (М ) и плоскости ТМП (6 ) .соответственно.

Полосковая линия передачи содержит проводник 1, выполненный в виде меандра в плоскости полосковой линии передачи, заземленное основание 2, поворотный столик 3, на котарам расположена ТМН„ лимб 4 в плоскости TNtT, коаксиальна-полосковые переходники 5, дужку 6 с прижимным нннтом и дополнительный лимб 7 н

f5

65 плоскости, перпендикулярной плоскости ТМП. установка для определения угловой дисперсии анизотрапии ТМП содержит генератор СВЧ 8, полосковую линию 9 передачи, источник 10 внешнего магнитного поля, например кольца Гельмгольца, ось которога перпендикулярна оси полосковой линии 9 передачи, детектор 11, усилитель 12 и регистратор 13, например осциллограф. Источник 10 подключен через потенциометр 14 и амперметр 15 к трансформатору 16. Потенциометр 14 подключен также к входу Х регистратора 13.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемый образец устанавливается на поворотном столике 3 полосковой линии 9 передачи (фиг.1). При одновременном воздействии на пленку электромагнитного поля СВЧ, возбуждаемого н полосковой линии, и ! перемагничинающего поля Н, создаваемого источником 10, в ТМП, при условии взаимной перпендикулярности этих полей, возникает (CMP). Кривая резонансного поглощения СВЧ-мощности пленкой регистрируется на экране осциллографа 13.

Вращая поворотный столик 3, изме ряют предельный угол (Ч О), при котором величина Hp не изменяется.

Этот угол и будет соответствовать величине угловой дисперсии анизотропии в плоскости пленки. В случае превышения предельного угла величина резонансного поля изменяется„ что приводит к смещению резонансной кривой. Затем, вращая полосковую ли-нию передачи вокруг ее продольной

Оси симметрии, измеряют угол, при котором Hp постоянна. Этот угол (eo) равен угловой дисперсии аниэотропии в пространстве.

Прямолинейный участок полоскового проводника 1, направление которого перпендикулярно продольнс - : оси симметрии (штрухпунктирная линия) полосковой линии перецачи обеспечивает сохранение условия ФМР (взаимную перпендикулярность внешнего магнитного поля Н и СВЧ поля h) при понороте ТМП в пространстве относительно оси симметрии основания 2 полосковой линии.

Исследуемый образец ТМП помещают.под полосковым проводником 1 на поворотном столике 3, который в плоскости ТМП может вращаться на 360

Столик 3 плотно насажен в цилиндрическое гнездо заземленного основания 2, Полировачная поверхность столика 3 находится в одной плоскости с основанием 2. Полосковый проводник 1, рассчитанный на волновое сопротивление в 50 Ом, имеет ширину

970286 равную 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 коакси lJlbHD-ïoëocêoâûì переходникам 5, посредством которых линия соединяется с СВЧ трактом установки. Отсчет углов вращения столика 3 и заземленного основания 2 относительно 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 лередачи 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 следующ!ге парамет, ры с соответствующими погрешностями. "поле анизотрапии Нк (+ 1,2Ъ); каэрцитивную силу Нс (2 1,5% :; величину резонансного поля Нр «1,03); ширину линии резонансного поглощения !Н (+ 1,4%). Измерение резонансного поля Hp производится ло наблюдаемой кривой резонансного логлощения с точностью не хуже 1,0Ъ,(при использовании осциллографа ). Неизменность резонансного поля Hp npu этом фиксируется с точностью порядка 0,1%.

На фиг.3 и 4 приведены зависимости резонансных полей Нр ат направления внешнего магнитного поля отнасггтельна аси л гкого :-!ама .ничиванин в плоскости ТМП (Ч ) и относительно плоскости ТМП (9 ), соответственно для ТМП состава 16Fe — 75N i

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, соответственна. В данном случае Vrl=

25о 9,! 20

Таким образом, предлагаемый способ позволяет праизва чть визуальный контроль качетсва ТМП. Так ТМП, испальэуемге для управления цилиндриыскими магнитными доменами (ПМД )

В Ру, имеют толщину 0,3-0,5 мкм. При

Фарг.!ула изобретения

1„ Способ определения анизотро,;ни тонких ..; „", низ,!!»!х riëå!.,o, вклю4Âþr!1r;й вр ««. *е ние пленки расГ(а л зжеинсй на лола к BoA лилин l редачн, вокруг аси i! .= pïåíär-.. róëëðíoé лясс!!ости пленки лри сахра, -:,".и :. взаимной пертгендикулярнасти налраэлени " . внешнего магнитно.-а поля и СВЧ-поля, а т л и ч а ю шийся тем, чта, с целью снижения трудоемкости, полосковую линию передачи вращают

40 вокруг ее лропальн зй ocl-: "..н!метрии, которая перпендикулярна направлению внешнега магнитного галя, грн этс-,м угловую дисперсию анизатрапии в плоскости пленки определяют как угол

45 между направлением зн:=! и ега поня и осью легка!"а иамагничиваг.ия - анкой магнитной пленки, в пределах ката" рога величина резанан=на:-а паля постоянна, а угловую диспер. ию анизотрогии в пространстве определяют как угол между направлением вне!.него магнитного поля и плоскостью тонкой магинтной пленки, в пределах которого величина резонансного паля по55 стоянна

2, Устройство для осуществления .способа па и. !, содержащее полосковую линию передачи с размещенной на ней тонкой магнитной пленкой, источник магнитного поля и лимб в плоскости тонкой магнитной пленки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введен дополнительный лимб в лласкас-.и, перпендикулярной плоскости пленки, лpoBojJHHK полосковой

65 линии передачи выполнен в виде меанд5

25 наличии магнитной анизотралии, перпендикулярной плоскости пленки, .в

ТМП такой толщины возможна перестройка магнитной доменной структуры пленки из состояния однородной намагниченности в плоскости в состояние с неколлннеарной доменной структурой. Переход пленки в "эакритическре" 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 аниэатролии IYII в пространстве лри изготовлении аллликаций иэ ТМП для ЗУ на ЦМД.

Этст контроль легко осуществляется с помощью предлагаема",а способа, что позволяет на ранней стадии изготовления 3V отбраковывать материал, предназначенный для изготовления магии-.арезиствных датчиков считывания. Эта в свою очередь значительна сскратит затраты и повысит производительность труда.

970286

12 220 б

®V8. 2 ра, при этом продольная ось симметрии полосковой линии передачи перпендикулярна направлению магнитного поля источника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1. Суху P. Магнитные тонкие плен ки. М., "Мир", 1967, с. 181

2. Лесник А.Г., Наведенная магнитная аниэотропия. К., "Наукова думка", 1976, с. 143.

970?86 нр (Wza

2С

1О

У го

Ив, — — -- -ам

1 дI

4 ! ! (гра4 0(град) — — + — - — — +.

10 20 30 40 Я И

Фиг ( ю

Фиг. ю

Эакаэ 8382/56 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретеннй и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель С. Шумилишская

Редактор Н. Гришанова Техред С.Мигунова Корректор M. Ватрушкнна