СВЧ-детектор спектрометра ферромагнитного резонанса Российский патент 2024 года по МПК G01R33/05 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля качества и однородности магнитных пленок путем регистрации (записи) спектров ферромагнитного резонанса от локальных участков тонкопленочных образцов.

Известен чувствительный элемент сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса [Патент РФ № 2691996, МПК G01R 33/60, G01N 24/10, опубл. 19.06.2019, Бюл. №17], содержащий экранированный корпус из немагнитного материала, в котором размещена печатная плата. Нижняя сторона печатной платы представляет собой экран с измерительным отверстием круглой формы. На верхней стороне платы над измерительным отверстием находится отрезок полосковый линии, являющийся индуктивным элементом.

Также известен чувствительный элемент сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса с частотной подстройкой [Патент РФ № 2707421, МПК G01R 33/20, опубл. 26.11.2019, Бюл. №33], часть, взаимодействующая с измеряемым участком образца, которого выполнена в виде экрана с измерительным отверстием круглой формы. Над отверстием расположен индуктивный элемент.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является СВЧ-головка сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса [Патент РФ № 2715082, МПК G01R 33/05, опубл. 25.02.2020, Бюл. №6], содержащая печатную плату, нижняя сторона которой служит экраном с измерительным отверстием круглой формы. Над отверстием на верхней стороне печатной платы расположен одно-, двух- или многовитковый индуктивный элемент. Измерительное отверстие является локализованным источником высокочастотного магнитного поля, взаимодействующим с локальным участком исследуемого образца.

Недостатком известных устройств является существенная неоднородность распределения магнитного СВЧ-поля по площади измерительного отверстия.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение однородности магнитного СВЧ-поля, локализованного в области измерительного отверстия.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в СВЧ-детекторе спектрометра ферромагнитного резонанса, содержащем корпус из немагнитного материала и печатную плату, на нижней стороне которой расположен экран с измерительным отверстием, над которым на верхней стороне платы установлен индуктивный элемент, новым является то, что измерительное отверстие представляет собой прямоугольный вырез в электромагнитном экране, в центре которого располагается индуктивный элемент, выполненный в виде отрезка проводящей линии или многовитковой катушки.

Сопоставительный анализ с наиболее близким аналогом показывает, что заявляемое устройство отличается формой измерительного отверстия и возможностью применения полоскового или многовиткового индуктивного элемента. Отверстие имеет прямоугольную форму, например, квадратную, за счет чего и достигается увеличение однородности распределения магнитного
СВЧ-поля.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен чертеж заявляемого устройства с разнесенными частями. На фиг. 2 приведены чертеж печатной платы и разрез платы в продольной плоскости индуктивного элемента. На фиг. 3 представлен чертеж нижней части печатной платы. На фиг. 4 изображены силовые линии магнитного СВЧ-поля с внешней стороны заявляемого устройства и устройства-прототипа.

СВЧ-детектор спектрометра ферромагнитного резонанса, содержит (фиг. 1) экранированный корпус (1), на верхней части которого зафиксирован разъем (2). Корпус (1) и разъем (2) выполнены из немагнитных материалов. В нижней части корпуса (1) закреплена печатная плата (3). На верхней стороне печатной платы (3, фиг. 2) в центре расположен индуктивный элемент (4). Нижняя сторона печатной платы (3) покрыта слоем проводника, образующим электромагнитный экран (5). В центре электромагнитного экрана (5, фиг. 3) находится измерительное отверстие (6), имеющее прямоугольную форму, например, квадратную.

СВЧ-детектор спектрометра ферромагнитного резонанса работает следующим образом (фиг. 1). Заявляемое устройство с помощью разъема (2) подключают к спектрометру ферромагнитного резонанса [Патент РФ № 2784818, МПК G01R 33/05, опубл. 29.11.2022, Бюл. №34]. Магнитное СВЧ-поле, генерируемое индуктивным элементом (4, фиг. 2) локализуется вблизи измерительного отверстия (6), расположенного на нижней стороне печатной платы (3). Исследуемый образец из магнитного материала размещают со стороны электромагнитного экрана (5) печатной платы (3). Исследование ферромагнитного резонанса проводят на локальном участке образца, находящимся под воздействием однородного СВЧ-поля, непосредственно под измерительным отверстием (6). Измеренный сигнал (фиг. 1) с печатной платы (3) через разъем (2) передается на соответствующий блок спектрометра ферромагнитного резонанса. Исследование всей поверхности магнитной пленки (фиг. 2) осуществляется путем изменения положения образца относительно измерительного отверстия (6).

Технический результат подтверждается изображениями силовых линий магнитного СВЧ-поля на расстоянии 0,1 мм от электромагнитного экрана (5), представленными на фиг. 4. В верхней части приведены изображения силовых линий магнитного поля в области измерительного отверстия устройства-прототипа (7) и распределение амплитуды магнитного СВЧ-поля в этой области (8). Ниже представлены изображения силовых линий магнитного поля в области измерительного отверстия заявляемого устройства (9) и распределение амплитуды магнитного поля в этой области (10). Зеленым цветом обозначены области, где амплитуда магнитного поля изменяется менее чем на 15% от максимального значения. Площади измерительных отверстий одинаковы и равны 1 мм². Диаметр круглого измерительного отверстия устройства-прототипа равен  мм, сторона квадратного отверстия заявляемого изобретения – 1 мм. Черными линиями на рисунках обозначены границы измерительных отверстий. Мощность на входе устройств равна 10 мВт, частота магнитного СВЧ-поля 3 ГГц. Площади областей с изменением амплитуды магнитного СВЧ-поля менее чем на 15 % составили ~0,47 мм² для устройства-прототипа и ~0,78 мм² для заявляемого устройства. Таким образом, СВЧ-детектор спектрометра ферромагнитного резонанса обеспечивает равномерное распределение магнитного поля на ~78 % площади измерительного отверстия, в ~1,6 раза больше, чем в ближайшем аналоге, что подтверждает заявляемый технический результат.

Использование: для неразрушающего контроля качества и однородности магнитных пленок путем регистрации спектров ферромагнитного резонанса от локальных участков тонкопленочных образцов. Сущность изобретения заключается в том, что СВЧ-детектор спектрометра ферромагнитного резонанса, содержащий корпус из немагнитного материала и печатную плату, на нижней стороне которой расположен экран с измерительным отверстием, над которым на верхней стороне платы установлен индуктивный элемент, при этом измерительное отверстие представляет собой прямоугольный вырез в электромагнитном экране, в центре которого располагается индуктивный элемент, выполненный в виде отрезка полосковой линии или многовитковой катушки. Технический результат: повышение однородности распределения магнитного СВЧ-поля, локализованного в области измерительного отверстия. 4 ил.

СВЧ-детектор спектрометра ферромагнитного резонанса, содержащий корпус из немагнитного материала и печатную плату, на нижней стороне которой расположен экран с измерительным отверстием, над которым на верхней стороне платы установлен индуктивный элемент, отличающийся тем, что измерительное отверстие представляет собой прямоугольный вырез в электромагнитном экране, в центре которого располагается индуктивный элемент, выполненный в виде отрезка полосковой линии или многовитковой катушки.