Способ исследования и неразрушающего контроля магнитных пленок Советский патент 1984 года по МПК G01N24/10 

//7/ ///

//7//.

УУУ/У:

фи.1 Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для исследования физических свойств и технологического неразрушагадего контроля качества магнитных пленок в процессе производства. Известен способ исследования магнитных пленок, основанный на регистрации спектров ферромагнитного резо,нанса (ФМР) от образцов, помешенных в резонатор стандартного радиоспектрометра pi 3. Недостатком данного способа является то, что размеры, исследуемых образцов ограничены размерами рабочей области резонатора, поэтому ис следование пленок больших размеров возможно лишь после предварительного их дробления на мелкие части. Вследствие этого точность и однозначность измерения физических параметров магнитных пленок, характеризукяцих объект исследования как целое, невысокий. Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования и неразрушающего контроля магнитных пленок/ заключающийся в разделении, последовательной регистрации и сравнении спектров ферромагнитного peso- нанаса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектроме.тра электронного парамагнитного -резонанса (ЭПР)Т2.. Однако известный способ характеризуется недостаточной пространствен ной разрешающей способностью. Это связано с тем, что избирательность рез нансного поглощения электромагнитной энергии по площади исследуемой пленки достигается путем локализации СВЧ-поля на выделенном элементе пленки за счет отверстия связи в резонаторе спектрометра ЭПР Согласно известному способу иссле дования магнитной пленки исследуе1« 1й образец рабочей магнитной пленки размещают с стороны резонатора; выделенную локальную область магнитной пленки возбуждают СВЧ-полем , распространягацимся от отверстия связи в стенке резонатора ЭПР с требу е олми формой и размерами, обусловлеинсшш пространствениой разр иаюцей способиостьЕо; регистрирую слект{яя 141Р и производят их обработку, кзучм одиородность магнитных Хёфактеристик пленки, образец переме щают отиосительио отверстия; Пространственная разрешающая спо« собиость данного способа ощзеделяется степенью локализации и интенсивиости И ..-компоненты СВЧ-поля на выделенном участке магнитной пленки Структуре СВЧ-попя в области отверстия носит 4 ложный немонотонный характер, т.е. характеризуется сильной иеоднородвостью. Попытки улучшить локализацию и однородность СВЧ-поля путем уменьшения размеров и конфигурации отверстия малоэффективны, так как сопряжены с потерей чувствительности метода. К недостаткам известного способа контроля относится также отсутствие . разрешающей способности по магнитным пленкам разных сторон пластины (по глубине ) образца. Технология изготовления эпитаксиальных ферритгранатовых структур (ЭФГС/ такова, что помимо рабочей пленки, осаждаемой на тщательно подготовленной поверхности подложки/, на противоположной стороне подложки образуется нерабочая пленка. Известный резонансный способ контроля не позволяет разделить сигналы от рабочей ,и нерабочей пленок.,, не прибегая к стравливанию нерабочей пленки, что существенно -органич-ивает его возможности . Таким образом, в ряде экспериментов по наблюдению спектров спин-волновых возбуждений {когда требуется иметь высокую пространственную однородность резонансных условийJ или же при технологическом контроле качества тонкопленочных магнитных структур I когда требуется высокая чувствительность и высокая пространственная разрешающая способность) известный способ оказывается малоэффек-, тивным. Цель изобретения - повышение пространственной ращрешакадей способности путем локального изменения параметров исследуемой пленки в процессе измерения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исследования и неразрушаюш,его контроля магнитных пленок, заключающемуся в разделении, последовательной регистрации и сравнении спектров ферромагнитного резонанса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра ЭПР, в зону резонанса вводят дополнительный образец и располагают его относительно исследуемого участка пленки на расстоянии магнитного дипольного взаимодействия, равном 1-5 толщины исследуемой магнитной пленки. Дополнительный образец выполнен из однородной монокристаллической бездефектной магнитной пленки в форме диска с диаметром, меньшим в 2-10 раз размера отверстия связи в резо- наторе спектрометра ЭПР. В отличие от известных технических решений, в которы.. для увеличения пространственного разрешения на выделенном элементе образца Локализуют один из |резонансных параметров : СВЧ-поле(Н)или .поляризующее магнитное поле 1Но)(что достигается аппаратурными методамиЛ;,, предлагаемый способ состоит в. локальном изме нении (возмущении} параметров самой спиновой системы исследуемого образ ца путем магнитного дипольного взаимодействия с дополнительным образцом, формирующим требуемые смещения резонансных и граничных условий в то время, как резонансные условия м гут выполняться сразу для всего образца и оставаться в достаточной степени однородными. Расстояние между поверхностями исследуемой пленки и дополнительного образца в виде магнитной пленк задают равными 1-5 толщины исследуе NMx магнитных пленок. Нижняя границ обусловлена технич ескими требованиями достижения бесконтактного зазор верхняя - величиной разнесения разе нансных условий ферромагнитного резонанса (смещение линий друг от дру га Ь т«е. разретиающей способностью линий поглощения от локальной и от интегральной областей исследуемой пленки.. На Фиг. 1 приведена схема устройства, реализукяцего предлагаемлй способ, на фиг. 2 - ene.KTEtj ФМР магнитной пленки системы,УЗ , Fe зависимости от расстояния f между дополнительным образцом и исследуемой магнитной пленкой (а - резонанс от локальной области, б - поглощение от всего образца, возбуждаемое неоднородным СВЧ-полем у отверстия связи резонатора, рабочая частота 9,3 РГц ). На фиг. 1 обозначено: 1 - рабочая 2 - нерабочая магнитные плёнки образ ца/, 3 - подложка; 4 - отверстие связи в боковой стенке резонатора, 5 резонатор; € - дополнительный образец. Нд- внешнее статическое поле, Н - СЬЧ-поле. Способ осуществляют в- слрдукяцей последовательности. Дополнительный образец располагают в отверстии резонатора, размещают исследуемую магнитйую пленку на расстоянии I от контрольного обраэца, обеспечивающем их эффективное магнитное взаимодействие и равном 1-5 толщины исследуемой пленки; у отверстия связи резонатора возбуждаю СВЧ-поле, регистрируют спектры поглслцения ФМР от локальной области HlOT остальной части исследуемой пленки} производят обработку .спектро от локальной области магнитной пленки; исследуемую область пленки пере(«ещают относительно контрольного образца при исследовании однородности пленки. ,. Дополнительный образец 6 представ пяет собой диск диаметром, меньшим в 2-10-раз размера отверстия свяэи в резонаторе спектрометра ЭПР, и выполнен из однородной монокристаллической бездефектной магнитной пленки. , Магнитное взаимодействие исследуемой пленки и дополнительного образца приводит к локальному изменению магнитной знергии и:граничных условий для возбуждения спин-волновых колебаний на выделенном элементе исследуемой магнитной плёнки. Эти изменения проявляются в выделении спектра и резонансного поглощения, характеризунвдего локальную область исследуемой пленки, определяемую размерами дополнительного образца € рабочей магнитной пленки 1, относительно спектра 6, характеризуняцего остальную часть исследуемой пленки. Спектры, приведенные на фиг. 2 , показывают изменение разрешающей спообности предлагаемого способа в за-, висимости от степени магнитного взаиме-действия исследуемой магнитной пленки 1 и дополнительного образца 6 при изменении расстояния t между ними. Jlepe. .ещ.ение исследуемой пленки отсительно дополнительного образца позволяет исследовать всю пленку с заданным пространственным разрешением. Стравливание нерабочей пленки 2 приводит к изменению спектра б,, но не сказывается на форме и положении спектра и, (фиг. 2),.что подтверждает наличие магнитного взаимодействия дополнительного образца только с рабочей пленкой 1. Таким образом, изобретение позволяет повысить пространственную разрешающую способность резонансного метода контроля до размеров дополнительного образца (0,02-2 мм) при сохранении высокой однородности СВЧ-поля, поляризующего магнитного поля и хгохранении Ш:1сокой чувствительности метода. П р и м е р..Исследуют параметры рабочей магнитной пленки образца диаметром 60 км. Состав магнитной пленки , -Толщина рабочей пленки hj 5,3 мкм, нерабочей h 4,9 мкм. Намагниченность насыщения 139 кА/м. Рабочая частота прямоугольного резонатора 9,3 ГГц. Дополнительный образец диаметром 1 мм имеет магнитные параметры: толщ.ина магнитной пленки Rh ( 4,4 кнсм, нгьмагниченность насыщения 4ПМ5 22 кА/к, напряженность поля одноосной анизотропии Hq 120 кА/м. Ширина линии ФМР от локального участка составляет 2дН 91 А/м, что значительно меньше ширины лннни интегрального поглощения. Исследование спектров ФМР, полученных на различных расстояних t между исследуемой пленкой и дополнительным образцом,

позволяет оптимизировать указанное расстояние (l-5)f.

Предлагаемой способ по сравненик с известными позволяет повысить пространственную разраиакяцую способность по поверхности магнитной пленки и по отн яйению к обратной нерабочей

магнитной пленке до размеров 0,033 мм, точность измерения локальных параметров магнитных пленок, в том числе и ширину линии ФМР до 5-10%, а также упростить работу по подготовке образцов путем исключения стравливания нерабочей пленки.

1. СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ И HE :РАЗРУШАИЦЕГО КОНТРОЛЯ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК, заключакхоийся в .разделении, по сшедовательной регистрации и сравнении спектров ферромагнитного резонанса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), отличающий-, с я тем, что, с целью повышения пространственной разреша1Ь1цей способности путем локального изменения параметров исследуемой пленки в процессе измерения, в зону резонанса вводят дополнительный образец и располагают его относительно исследуемого участка пленки на расстоянии магнитного дипольного взаимодействия, равном 1-5 толщины исследуемой магнитной пленки. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный образец выполнен из однородной монокристаплической бездефектной магнитной пленки в форме диска с диаметром, меньшим в 2-10 раз размера отверстия связи в резонаторе спектрометра ЭПР.

367

Сриг.г.

368