Способ контроля периода доменной структуры феррит-гранатовых пленок Советский патент 1992 года по МПК G11C11/14 

Изобретение относится к области исследования магнитных характеристик ферромагнитных материалов и может быть использовано при создании накопителей памяти на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД) и вертикальных блоховских линиях (ВБЛ).

Известно, что основные характеристики феррит-гранатовых (ФГ) пленок можно рассчитать, если известны три параметра, например толщина пленки h,(Период равновесной полосовой доменной структуры d и пбле коллапса ЦМА Нкоп, Измерение зна-. чений h и Нкоп легко автоматизируется и не представляет трудностей. Значение d обычно измеряется визуальным магнитооптическим методом с помощью поляризационного микроскопа 1.Однако данный способ трудно автоматизировать, что является недостатком в случае проверки ФГ пленок в условиях массового производств;а.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, основанный на пространственной фильтрации лазерного излучения, дифрагирующего на полосовой доменной структуре и представляющего собой дифракционную картину-в виде концентрических колец. Чтобы определить период доменной структурь. измеряют угол дифракции первого дифракционного максимума вт (т 0.1,2...) в нулевом и некоторых фиксированных значениях, поля смещения Нем, а затем определяют соответствующие им значения периода доменной структуры d (периода дифракционной решетки) по выражению dsin тЯ и . далее по известным соотношениям выясняioT требуемые характерибтики ФГ от пленок (Л -длина волны измерения, ni - порядок дифракции). Данный способ позволяет автоматизировать процесс определения требуемых параметров ФГ пленок 2.

Однако при уменьшении периода доменной структуры проис){одит уширение первого дифракционного максимума и увеличение угла дифракции вт , что приводит к уменьшению точности измерения d, качество дифракционной картины и, следовательно, точность измерения d существенно зависят от магнитооптического контраста доменной структуры в ФГ пленке, а с уменьшением толщины ФГ падает интенсивность первого дифракционного максимума, например для тонких Ф Г пленок с субмикро иными доменами она составляет 10-10 от интенсивности падающего света, что уменьшает чувствительность метода. Разрешающая способность метода определяется механическими размерами фильтра и точностью измерения расстояния от фильтра до приемника. Кроме того, механический фильтр рассчитан на определенную пространственную частоту (определенный размер доменной структуры). Это ограничивает универсальность способа и требует набора фильтров для определения характеристики разных материалов с различными размерами доменной структуры.

Учитывая, что применяемые в настоящее время ФГ пленки могут обладать слабой магнитооптической контрастностью доменной структуры, при этом разработчики ЦМД и В БЛ устройств стремятся использовать тонкие пленки с все более уменьшающимися размерами доменов (1,20,5 мкм), применение такого способа для массового контроля ФГ пленок может быть затруднено.

1Делью изобретения является повышение точности определения периода доменной структуры магнитных ФГ пленок за счет измерения суммарной интенсивности деполяризованной компоненты рассеянности света при нулевом значении магнитного поля смещения и суммарной интенсивности в том же телесном угле после приложения поля смещения.

Сущность способа заключается в том, что изменение интенсивности света, рассеянного на доменной структуре в заданный телесный угол при меняющемся поле, функционально связано с изменением периода этой структуры..

На чертеже приведена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Образец феррит-гранатовой (ФГ) пленки 1, помещенный в магнитное поле, создаваемое катушкой 2, освещается косым пучком поляризованного света конденсатора с угловой апертурой Ак, прямой свет коллиматора блокируется фильтр-пробкой 3, дифрагированной на доменной структуре ФГ пленки, расположенной перед передней фокальной плоскостью объектива 4 с угловой апертурой АО, проходитчерез объектив4, ана лизатор 5 и фокусируется окуляром б на приемном окне фотоприемника 7. На чертеже фокусные рассеяния объектива 4 и окуляра 6 обозначены соответственно как ff и fi|

Как известно, предельный или граничный период drпространственной структуры, освещаемой монохроматическим светом с длиной волны Я через конденсатор с апертурой АК и наблюдаемой через объектив с апертурой АО, определяется как Я

dr

п()) где n -относительный коэффициент преломления света иммерсионной среды, запблняющей пространство между ФГ пленкой 1 и объективом 4. При приближении периода наблюдаемой структуры к граничному (d cidr) падает контраст изображения структуры, что связано с изменением структуры оптического сигнала, проходящего через объектив. Как известно, амплитуда оптического поля S(x), которым освещается исследуемйя пространственная Структура сточностыр до фазового множителя сходящейся волны, может быть представлена функцией Гаусса ; : .... :.2 -;. . : So(x) a(x)e . , где а(х) - амплитуда ПОЛЯ сходящейся врлны; .:.; „ , . / ....- X - координата в плоскости образца фГ пленки; Wo - ширина гауссова пучка. Так как образец (ФГ пленка) осуществляет фазовую модуляцию оптического сигнала, то амплитуду сигнала в передней фокальной плоскости объектива можно определить как; S(x) So(x)(x) . где m - коэффициент модуляции, (х) - функция модуляции. Разлагая экспоненциальную функцию в ряд и ограничивая его первым членом, получаем представление входного сигнала, используемого для задания исходных данных. В спектральной области, т.е. в плоскости фильтра Ф, входной сигнал можно представить сверткой спектра Зб(у) гауссова пучка и Фурье-образа выражения в квадратных скобках, т.е.. S(ft)) So (ft)®FI1-i-jm (хЯ. Фурье-образ функции модуляции может быть представлен как F ftfc х S(ft -(%), где о) круговая пространственная частота; ftJb - Пространственная частота фунх / - 2Яч- - - -: ции модуляции () : d :-дельта-функции Дирака.: . Учитывая, что S(a). получим S(u))( u)) + jmSo(ft)-fiJb),« Так как фотоприемник 7 регистрирует суммарную интенсивность оптического сигнала, то его сигнал пропорционален величйне , :.. .,. -; .-,-,..IOtr ij,- - .:I So(tt))nJ. где ov-2fl: /d Так как гауссов пучок имеет гауссов спектр, то аппроксимируем функцию Гаусса ISo (ф) Р прямоугольникам высотой IP (интенсивность падающего на Ф Г пленку света) и основанием Wo (ширина гауссова пучка). Поэтому в случае СЛ: Ctv , о т . При приложении к образцу Ф Г пленки 1 магнитного поля смещения напряженностью Н изменяется частота функции модуляции. В силу этого фотоприемник 7 будет регистрировать величину, зависящую от поля Н, создаваемого катушкой 2 EH m2|o u;r-u)t(H)+. Вводя безразмерный коэффициент К как отношение суммарной интенсивности ЕН к суммарной интенсивности деполяризованной компоненты света о, с учетом погрешности измерения 5 е получим н ;t 5е k±dk Ь о (Or-fik (Н) Отсюда получим А ,1 ен .дБ n(A,+Ao)H-(l-g±g)l Данное выражение учитывает зависимость контролируемого периода доменной структуры от величины магнитногЬ поля смещения Н на границе оптического разрешения.Так, наприг ер, если н 0,5ео , то н г. При увеличении поля Н возможно . контролировать размер доменной структуры практически до величины dH dr/(t + 0,25) dr-dr-0,25, т.е. в пределах 25%. Пример. Для контроля периода доменной структуры образец феррит-гранатовой пленки освещают зеленым Линейно поляризованным светом с длиной волны Лг - 0,53 мкм, применяют.безцммерсионные объективы (п 1) с условиеМ:Ак АО 0,5. В этом случае предельный или граничный период пространственной структуры dr А Зафиксируем согласно предлагаемому способу величину о суммарной интенсивности деполяризованной компоненты свеTdi рассеянного на периодический доменный структуре в заданный телесный угол при нулевом поле смещения (do; dr). Увеличим поле смещения Н до величины, при которой наблюдается падение интеисивности рассеянного в заданный телесный угол света, при Сн получим dn- Я, при Си О получим dH А /(1 + 0.25). Данный способ опробован на образцах, приведенных в таблице. Изобретение имеет следующие преимущества перед прототипом: возможность более просто а,в тома тизировать процесс измерений периода доменной структуры, легкость конструкции, которая может быть выполнена в. виде, насадки к пбляризационному фазоконтрастному микроскопу, малая погрешность измерений. Все указанные преимущества обеспечивают достижение высокой точности автоматизированного контроля измерения периода доменной структуры. Формула изобретения Способ контроля периода доменной структуры феррит-гранатовых пленок, заключающийся в приложении к пленке магнитного поля смещения, перпендикулярного поверхности пленки, освещении пленки монохроматическим линейно- поляризованным светом, блокировании нерассеянной кОмтюнеиты света и изменении величины магнитного поля смещения, о т л и ч а ю щ и и с ятем, что, с целью повышения точности способа, регйстрируют величину ЕО суммарной интенсивности деполяризованной компоненты света, рассеянного на периодической доменной структуре в заданный телесный угол при нулевом поле смещения, увеличивают поле смещения до величины Н, при которой наблюдается П1адение интенсивности рассеянного в за данный телеснцй угол деполяризованного света, регистрируют величину н его суммарной интенсивности и определяют период dH доменной структуры феррит-гранатовой пленки из выражения .1 ЕН +де, (А« + 2 где де - эквивалентная интенсивность /узобовых шумов фотодетектора; АК- угловая апертура освещающего монохроматического света: Я-длина волны монохроматического Света; , ,,.. - , ,,. . . . h - коэффициент преломления иммерсионной среды заполняющей заданный телесныйугол;Ар- угловая апертура заданного телесного угл;а.:

Изобретение относится к исследованию магнитных • характеристик феррит-rpaHaiTO- вых пленок и может быть использовано при массовом автоматизированном контроле феррит ''ранатовых пленок при производстве устройств памяти на ЦМД. Цель изобретения - повышение точности определения периода доменной структуры. Поставленная цеЛь достигается путем измерения суммарной интенсивности деполяризованной компоненты рассеянного света при нулевом значении магнитного поля смещения и суммарной интенсивности в том же телесном угле после приложения поля смещения. Образец 1 помещают в магнитное поЛе катущ- ки 2, освещают косым пучком поляризованного света конденсатора с угловой апертурой АК. прямой свет коллиматора блокируют фильтром-пр.обкой 3^ дифрагированный на доменной структуре свет проходит через объектив 4 с угловой апертурой АО, анализатор 5 и фокусируется окуляром 6 на приемном окне фотоприемника 7, fi и f2 - фокусные расстояния объектива и окуляра. 1 ил.. 1 табл..4is^ О VI sO>&