Способ анализа свойств ферромагнетиков Советский патент 1993 года по МПК G01R33/38 G01R33/12 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для анализа свойств тонкопленочных и ленточных образцов ферромагнетиков

Цель изобретения - повышение разрешающей способности при анализе отдельных слоев образца и точности анализа

Цель достигается тем что одновременно на образец воздействуют магнитным полем с амплитудой меняющейся по пилообразному закону в плоскости образца, и ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0.18 мкм, измеряют угол поворота плоскости поляризации отраженного от поверхности образца излучения, затем формируют и анализируют энергетический спектр фотоэлектронор эмипирующих с поверхности образца что обеспечивает повышение разрешающей способности при анализе отдельных слоев образца и точност ь проводимого анализа

Предлагаемый способ анализа свойств ферромагнетиков реализуется следующим образом. Измеряемый образец помещают в сверхвысоковакуумную камеру и создают в ней вакуугЛ 10 Па Затем образец подвергают одновременному воздействию монохроматического ультрафиолетового излучения и магнитного поля причем магнитное поле прикладывают в плоскости образца, а амплитуду изменяют по пилообразному закону. Под воздействием излучения из образца эмиттируют фотоэлектроны, одновременно под воздействием магнитного поля отраженное от поверхности образца излучение изменяет плоскость поляриза00

Јь

о о го

ции Вышедшие из образца фотоэлектроны анализируются по энергиям с помощью энергоанализатора в результате чего формируется т н знергетичесю и спектр вышедших фотоэлектронов те их распределение по энергиям Энергетиче гкий спектр отражает структуру валентных уровней элементов входящих в состав исследуемого образца интенсивность той или иной электронной линии отражает количе- ственное содержание элемента а значение энергии фотоэлектронов соответствует определенному электронному уровню т е ха рактеризует качественный химический состав Таким образом измерение интен- сивности вышедших фотоэлектронов и их энергии дает информацию о химическом со ставе исследуемой поверхности, Глубина выхода фотоэлектронов определяет глубину исследуемого слоя и составляет величину 0 5-2 нм

Измерение угла поворота плоскости по- ляризании отраженной от поверхности об разца части УФ излучения в зависимости от изменения величины и полярности прило жённого магнитного поля дает возможность построить т н магнитооптическую петлю ги стерезиса По петле гистерезиса определя ют такие магнитные свойства ферромагнетика как коэрцитивную силу поле насыщения и т д Глубина проникновения УФ-излучения в металлы составляет единицы нм что срнвнимо с глубипой выхо да фотоэлектронов и позволяет измерять магнитные свойства того же слоя химиче ский состав которого определяется методом УФЭС

Проводя совместный анализ результа тов определения химического состава и магнитных свойств приповерхностных слоев ферромагнетиков определяют зависимость химический состав магнитные свойства

Затем проводят постойной утонение образца путем воздействия на него напри- мер расфокусированным или сканирующим пучком ионов инертного газа в результате чего происходит травление поверхности образца на заданную глубину Расфокусированный или сканирующий пучок необходим д/)я удаления возможно большей анализируемой площади поверхности образца После окончания фавления вновь измеряет спектры фотоэлектронов и магнитооптическую петлю гистерезиса и производят опре- деление химического состава и магнитных свойств На этом цикл травления - измерение завершается

Конкретный пример реализации спосоОбразец пленки железа толщиной 100 нм имплантированный ионами азота с энергией 60 кЭв и дозой 5 101fi ион/см3 подвергают анализу при облучении ультра фиолетовым излучением Исследованы фото электронные спектры валентных уровней железа кислорода азота и углерода Угол падения УФ-излучения на поверхность исс ледуемого образца составляет 45° Магнит ные свойства коэрцитивную силу Не и угол вращения Керра ft измеряли в геомет рии меридиального эффекта Керра Диапазон полей пеоемагничивания составлял Э Послойное травление (утонение по верхности образца) осуществляли ионами аргона г энергией 500 ЭВ с плотность тока пучка л/20 мкА/см шаг травления 10 нм площадь сканирования пучка ионов по по верхности .10 мм

Анализ спектров валентных электронов исследованных элементов а также литера турные данные по исследованию пленок железа имплантированных ионами азота позволил сделать следующие выводы о наблюдаемом изменении магнитных свойств (Нс и ft) по толщине пленок железа

Высокие значения Нг и низкие значения ft вблизи поверхности пленки обусловлены частичным окислением железа в результате контакта пленки с атмосферой а также образованием карбидов железа Падение Нс и рост ft с началом обусловлены удалением этого слоя Присутствие кислорода и углерода в объеме пленки обусловлено их вхождением в пленку из остаточной атмосферы вакуумной камеры в процессе напыления

Последующий рост Нг и падение 0 приходятся на слои с максимальной концентрацией имплантированного азота В этом слое присутствуют фазы нитридов железа Дальнейшее уменьшение Нс и рост ft обусловлены удалением этого слоя

Наблюдаемые изменения Не и ft,кроме того частично обусловлены радиационными повреждениями возникающими при имплантации

Преимущество предложенного способа анализа свойств ферромагнетиков перед другими известными состоит в следующем

Повышается разрешающая способность способа при анализе отдельных слоев образца, т к осуществляется одновременно измерение как химического состава, так и магнитных свойств образца и их зависи мость.

Возрастает точность анализа так как отсутствует Ъперация переноса образца, т е перепозицировэния образца Кроме того использование способа наиболее эффективно при измерении характеристик тонкопленочных ферромагнетиков, обладающих переменным по толщине химическим составом, а значит, и магнитными свойствами.

Формула изобретения Способ анализа свойств ферромагнетиков, включающий одновременное воздействие на образец магнитного поля, с амплитудой, меняющейся по пилообразному закону в плоскости образца и монохро

матического излучения, измерение угла поворота плоскости поляризации отраженного от поверхности образца излучения, о т -| личающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности при анализе отдельных слоев образца и точности анализа, воздействуют на образец ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0.18 мкм, формируют и анализируют энергетический спектр фотоэлектронов, эмиттирующих с поверхности образца.

Использование в измерительной технике и для анализа свойств тонкопленочных ленточных образцов ферромагнетиков. Цель: повышение разрешающей способности при анализе отдельных слоев образца и точности анализа. Сущность изобретения: на образец одновременно воздействуют магнитным полем с амплигудои, меняющейся по пилообразному закону в плоскости образца и ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0.18 мкм измеряют угол поворота плоскости поляризации отраженного от поверхности образца излучения, затем формируют и анализируют энергетический спектр фотоэлектронов эмитт-ирующих с поверхности образца Положительный эффект: одновременно измеряют как химический состав, так и магнитные свойства образца, и устанавливаю их взаимосвязь Ј