Способ определения кристаллографических направлений в магнитных пленках с орторомбической анизотропией методом ферромагнитного резонанса Советский патент 1992 года по МПК G01R33/05 

w

Ј

Изобретение относится к магнитометрии тонких пленок и может быть использовано для контроля их параметров при использовании в запоминающих устройствах. Цель изобретения - увеличение размеров доступных для контроля пленок. Цель достигается за счет ориентации пленки перпендикулярно внешнему магнитному полю, регистрации и анализа зависимости интенсивности линии поглощения от угла между вектором линейно поляризованного СВЧ-поля и выделенным направлением в плоскости пленки. 1 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для измерения и контроля параметров пленок феррит-гранатов с орторомбической анизотропией, используемых в запоминающих, и магнитооптических устройствах.

Известны способы, позволяющие определять кристаллографические направления в кристаллах и, в частности, в монокристаллических пленках феррит-гранатов: рентгеновский метод, а также способ магнитного анизометра 1.

Рентгеновский метод обладает достаточной точностью, однако отличается сравнительной трудоемкостью измерений.

При определении направлений с помощью магнитного анизометра, может вно- ситься существенная ошибка, связанная с анизотропией формы пленочного образца, а

также с действием одноосной анизотропии.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения кристаллографических направлений, основанный на анализе угловой зависимости резонансного поля, когда внешнее квазистатическое магнитное поле Н измеряется в плоскости пленки (110). При этом регистрируется угловая зависимость резонансного поля в плоскости пленки, по которой можно определить кристаллографические направления 2.

Однако данный способ сопряжен с серьезными трудностями в случае неразрушающих измерений и контроля параметров в образцах больших размеров. Регистрация угловых зависимостей резонансного поля в плоскости пленки предполагает параллельную ориентацию образца.и, как следствие, большое (не меньше диаметра образца) расХ|

00

(X

КЭ

стояние между полюсными наконечниками электромагнита Последнее обстоятельство ограничивает максимальные значения внешнего магнитного поля и существенно снижает его однородность. В то же время, когда Н лежит вблизи оси трудного намагничивания и плоскости пленки, для регистрации резонанса необходимы большие значения внешнего магнитного поля (103 и более при частоте СВЧ-поля 109 Гц).

Кроме того, большинство известных конструкций резонаторов с внешней связью (применение которых необходимо для неразрушающих измерений) не позволяет производить наблюдение ферромагнитного резонанса (ФМР) - при параллельной ориентации, поскольку в этом случае не обеспечивается ортогональность свёрхвысокочастотного (СВЧ) поля.-ho и п. Те же конструкции, которые обеспечивают ортогональность Ь0и Н при одновременной параллельной ориентации образца относительно И, не обладают возможностью создания высокочастотной модуляции внешнего магнитного поля. Данное обстоятельство сильно уменьшает чувствительность радиоспектрометров ФМР и тем самым сужает диапазон магнитных пленок, в которых возможно определять кристаллографические направления с помощью указанного способа.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу.определения кристаллографических направлений в пленках феррит-гранатов с орторомбической анизотропией методом ферромагнитного резонанса по угловой зависимости одной из его характеристик устанавливают пленку перпендикулярно внешнему магнитному полю, а затем производят регистрацию и анализ зависимости интенсивности линии поглощения от угла между вектором линейно поляризованного СВЧ-поля и выделением в плоскости пленки.

Способ основан на свойстве, в силу которого симметрия анизотропии одной из характеристик ФМР при такой геометрии наблюдения, а именно интенсивности линии, соответствует симметрии .кристаллографической, Данное устройство имеет следующее объяснение.

Известно, что интенсивность линии ФМР пропорциональна мощности СВЧ-поля, поглощаемой при резонансе, которая определяется антиэрмитовыми компонентами тензора ВЧ-вослриимчивости. В случае линейно поляризованного СВЧ-поля можно показать, не теряя общности, что

указанная интенсивность определяется мнимой частью соответствующей диагональной компоненты тензора ВЧ-восприим- чивости. Если принять, что ВЧ-п.ол е

совпадает с осью X локальной системы координат, ось Z направлена вдоль вектора намагниченности М, совпадающего с внешним магнитным полем и нормалью к плоскости пленки, то отмеченная мнимая часть

0 будет иметь вид

V2

О)

5

0

хх

уН Н + Нки +Нк|соз2уз

аа 2 Н +2 Нки + Ню где у-гиромагнитное отношение; а- параметр затухания; Н - внешнее магнитное поле; Нки эффективное поле одноосной анизотропии;

HKI - поле орторомбической-анизотропии;

р - угол между вектором СДЧ-поля и осью легкого намагничивания в плоскости пленки.

Как следует из формулы (1), должна су5 ществовать угловая зависимость ;$х , а следовательно, и интенсивности линии ФМР I,

которая пропорциональна х . Направлению СВЧ-поля в плоскости пленки, при которомдостигаетсямаксимум

0 интенсивности линии ФМР, будет соответствовать ось легкого намагничивания в этой плоскости, направлению минимума - ось трудного немагничивания. При положительном знаке константы орторомбической ани5 зотропии ось легкого намагничивания (максимум интенсивности) соответствует кристаллографической оси 100 , ось трудного намагничивания (минимум интенсивности)- оси 110. При отрицательном

0 знаке константы - соответственно осям 100.

Таким образом, регистрируя угловую зависимость интенсивности линии ФМР при перпендикулярной ориентации плоско5 сти пленки относительно п, можно по полученной зависимости определить расположение осей анизотропии в плоскости пленки. Это позволяет при известном знаке константы орторомбической анизот0 ропии определить расположение кристаллографических направлений.

На чертеже приведена зависимость ин- тенсивности линии ФМР от угла между вектором линейно поляризованного ВЧ-поля и

5 выделенным направлением в плоскости пленки при перпендикулярной ориентации последней, относительно внешнего квазистатического поля.

Приме р. Для определения осей ани- зотропии используют эпитаксиальные пленки феррит-гранатов,- выращенные на подложках гадолиний-галлиевого граната с ориентацией 1 10 При измерениях обра- зец закрепляют в держатель, позволяющий вращать пленку относительно оси, перпендикулярной к ее плоскости, и располагают вплотную к отверстию связи цилиндрического резонатора, входящего в состав ..ра- диоспектрометра РЭ-1301. Изменяют азимутальный угол (угол между ВЧ-полем и выделенным направлением в плоскости пленки), регистрируют линию поглощения и измеряют ее интенсивность по углам, соот- ветствующим экстремальным значениям интенсивности, и определяют положения осей анизотропии.

Таким образом, предлагаемый-способ позволяет для определения кристал логра- фических направлений в пленках с ортором- бической анизотропией использовать перпендикулярную ориентацию плоскости пленки относительно внешнего магнитного, поля и производить неразрушающие изме- рения при меньшим межполюсном пространстве магнита, что, как,следствие, существенно расширяет диапазон магнитных пленок, в которых можно определять кристаллографические направления. ;

В связи с тем, что резонансные поля при параллельной ориентации пленки относительно внешнего квазистатического магнитного поля значительно превышают (при

Т ..

Д,Редактор С; Пекарь

Составитель Л. Устиноваf, °

Техред М.МоргенталКорректор Т. Палий

направлениях Н вблизи оси трудного намагничивания в плоскости п/генки) резонансное поле при перпендикулярной ориентации, предлагаемый способ исключает связанную с большими техническими сложностями необходимость обеспечения больших значений внешнего магнитного поля.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет использовать для регистрации ФМРс целью определения кристаллографических направлений любые известные конструкции резонаторов с внешней связью (в том Числе и с ВЧ-модуляцией магнитного поля) и обеспечивать тем самым высокую чувствительность и точность измерений.

Формула изобретения Способ определения кристаллографических направлений в магнитных пленках с орторомбической анизотропией методом ферромагнитного резонанса по угловой зависимости одной из,его характеристик, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей диапазона испрльзуемых магнитны пленок и повышения чувствительности, устанавливают пленку перпендикулярно внешнему магнитному полю, а затем производят регистрацию и анализ зависимости интенсивности линии поглощения от угла между вектором линейно поляризованного СВЧ- поля и выделенным направлением в плоско- сти пленки.

SO410

&0