Способ неразрушающего измерения намагниченности насыщения и констант анизотропии ферромагнитных пленок Советский патент 1992 года по МПК G01R33/05 

Изобретение относится к радиоэлектронике и электронной технике и может быть использовано при измерении магнитных параметров ферромагнитных пленок (например, намагниченности насыщения, констант анизотропии) как в процессе их производства, так и при изготовлении спин- волновых пленочных СВЧ-приборов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 показана конструкция устройства, реализующего способ измерения параметров ферромагнитных пленок; на фиг.2 - частотные зависимости мощности отраженного СВЧ-сигнала.

Измерительная установка состоит из магнитной системы 1. измерительной секции 2. СВЧ-генерэтора 3, направленногоот- ветвителя 4, детектора 5, индикатора 6. Измерительная секция 2 (фиг.1 б) представляет собой антенную систему, состоящую из диэлектрической подложки, сплошного металлического электрода 8, микрополосковой линии 9, двух микрополосковых антенн 10, расположенных параллельно друг другу на расстоянии I, измеряемой ферромагнитной пленки 11, расположенной на диэлектрической подложке 12. Микрополосковая линия 9 подсоедичлется к измерительной установке через сверхвысокочастотиый коаксиальный кабель 13.

Последовательность действия при измерении намагниченности насыщения и констант анизотропии ферромагнитной пленки состоит в следующем.

Собирают измерительную секцию, которая состоит из исследуемой ферромагнит- ной пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ) толщиной L, выращенной на диэлектрической подложке из гадолиний-галлиево- го граната (ГГГ) ферромагнитную пленку накладывают на антенную систему, состоящую из двух параллельных микрополосковых антенн шириной W, расположенных на

fc

сл ел ю

ю

расстоянии I. Измерительную секцию помещают в магнитную систему, создающую постоянное магнитное поле напряженностью Но, направленное вдоль оси антенн спиновых волн. При этом реализуется режим возбуждения поверхностной спиновой волны. С помощью СВЧ-генератора измеряют частотные зависимости отраженной мощности СВЧ-сигнала Ротр f(ft) npii двух различных направлениях магнитного поля Но относительно кристаллографических осей пленки, что реализуется поворотом пленки относительно поля Н0. Как видно из фиг.2, зависимость Ротр. f (со) имеет осциллирующий характер, а значения волновых чисел в точках минимумов зависимостей Р0тр f (ы) определяются при А $012 0 из простого соотношения:

kn--2f.(D

где р- угол ориентации оси периодичности магнитного поля относительно направления распространения спиновой волны;

I - расстояние между микрополосковы- ми антеннами.

При повороте пленки происходит смещение минимумов зависимости Р0тр f (w), связанное с влиянием кубической анизотропии. Кривая 1 на фиг.2 соответствует ориентации поля Но вдоль , кривая 2 - ориентации поля Но вдоль оси 110.

Измеряют значение частот, соответствующих любому n-му минимуму на зависимости Ротр f (ft) сначала при ориентации магнитного поля Н0 вдоль кристаллографической оси 110 (сои110), а затем - при ориентации Но вдоль кристаллографической оси 112 (ом ). Определяют величиА

К

Мо

ну поля кубической анизотропии Н с помощью соотношения:

UA . .1- lt,. fr,i 110l2i1/2 /о

У ЗТ

где КА- константа кубической анизотропии;

Мо - намагниченность;

j 2,28 МГц/Э - магнитомеханическое отношение.

Так, при определении Н по любому пику зависимостей Ротр f( СУ), представленных на фиг.2, получим НА -56Э.

Измеряют значения частот, соответствующие трем минимумам (произвольным, с номерами п.п и п) на частотной зависимости Ротр f (w) при ориентации поля Н0 вдоль оси 112 и определяют значение намагниченности М0 и поля одноосной анизотропии Ни КИ/М0 (Ки - константа одноосной анизотропии) с помощью соотношений:

Mo l()(P -Pr,)-(av:i-tUh.2)(pn,-Pg)W

XI1М-Рп К J(IV- Р„ )L ,

I«.i.Me(p.+Pl,)

12м0(р;-рп)

(з)

НИ Мо-НА(O

где Pn - многочлен, зависящий от kn - волнового числа спиновых волн.

В длинноволновом приближении (kn « I) Pn определяется с помош,ью соотношения

р - - L(5)

Hn--jP2-

Значения М0, НА, Ни могут быть определены с помощью выражений (2) - (4) по измерению частот, соответствующих любым минимумам на зависимости Ротр f (ft), что дает возмохшость определения усредненных значений параметров М0, КА, Ки по большему количеству экспериментальных точек на зависимости

Ротр f И.

Формула изобретения Способ нерэзрушающего измерения намагниченности насыщения и констант анизотропии ферромагнитных пленок, включающий одновременное воздействие на пленку постоянного магнитного поля и СВЧ магнитного поля, изменение направления постоянного магнитного поля относительно кристаллографических осей пленки и определение параметров пленки из дисперсионного соотношения, отличаю щи й- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, воздействуют на две параллельно расположенные области пленки постоянным и СВЧ магнитными полями, на частотной зависимости СВЧ отраженной мощности при каждой ориентации постоянного магнитного поля фиксируют точки, соответствующие минимальному значению этой мощности.

i

Изобретение относится к радиоэлектронике и электронной технике и может быть использовано при измерении параметров ферромагнитных пленок как в процессе их производства, так и при изготовлении пленочных спин-волновых СВЧ-приборов. Сущность способа заключается в том, что спиновые волны возбуждают СВЧ переменным магнитным полем одновременно в двух областях исследуемой ферромагнитной пленки и при каждой ориентации постоянного магнитного поля измеряют частоты спиновых волн, соответствующие минимумам частотной зависимости СВЧ-мощности, отраженной от исследуемоТо образца а искомые параметры пленки определяют по измеренным значениям частот с помощью дисперсионных соотношений.2 ил.

ФИГ.la

отр

«г. и г - ни но

о

4$00

4950

xy NAyjKi a mcnuQQQOQOp(gsS

10 , 10

8

$000

$050