СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИИ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК Советский патент 1973 года по МПК G01R33/16 G01N27/72 

1

Изобретение относится к технике измерений магнитных свойств ферромагнитных образцов малых сечений, к способам измерения магнитострикции тонких магнитных пленок и может быть использовано при разработке аппаратуры для контроля параметров тонких магнитных пленок.

Известен способ измерения магнитострикции тонких магнитных пленок, заключающийся в следующем. Исследуемый образец помещают в высокочастотное пробное поле датчика (измерительной катущки), направленное вдоль оси легкого намагничивания пленки. Образец подвергают воздействию (перемагничиванию) низкочастотного синусоидального поля, направленного вдоль оси трудного намагничивания пленки. Сигнал, снимаемый при этом с датчика, детектируют, усиливают и подают на один из входов осциллографа. На другой вход осциллографа поступает сигнал, пропорциональный величине низкочастотного поля. Магнитострикцию пленки определяют по величине магнитоупругого параметра (константы). Для этого измеряют расстояние мелсд|у M.aiKCHiMyMBMiH проницаемости плеики,,полученной на экране осциллографа, в недеформированном и деформированном состояниях образца. Дальнейшие вычисления позволяют определить магнитоупругий параметр и магнигострикцию пленки.

Известный способ характеризуется невысокой точностью измерения, которая обусловлена применением осциллографа и необходимостью измерения линейных размеров на его экране. Погрещность измерения этим способом равна ±10%. Кроме того, невозможность автоматизации процесса измерения увеличивает время измерения и не позволяет применить этот способ для множественного или непрерывного контроля.

Цель изобретения - повышение точности измерения и автоматизации процесса измерения магнитострикции тонких магнитных пленок.

Для этого по предлагаемому способу низкочастотное поле, направляемое вдоль оси -трудного намагничивания пленки, создают линейно нарастающим или линейно убывающим по отношению к среднему значению и преобразовывают зависимость проницаемости пленки от низкочастотного поля во временную зависимость. Сигнал, снимаемый при этом с датчика, дифференцируют и преобразовывают в сигнал прямоугольной формы, который повторно дифференцпруют. Из полученных таким образом сигналов выделяют управляющий сигнал, соответствующий переходу сигнала датчика через максимальное значение, который после задержки используют для изменения направления низкочастотного поля. О магнитострнкции судят по приращению среднего значения низкочастотного поля, возникающего при деформации образца.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - графики, поясняющие преобразование зависимости проницаемости пленки вдоль оси легкого намагничивания от поля вдоль оси трудного намагничивания: |,л /() во временную зависимость |а,л /(0; на фиг. 3- временные графики, поясняющие предлагаемый способ измерения.

Зависимость магнитной проницаемости пленки вдоль оси легкого намагничивания от поля вдоль оси трудного намагничивания Ят (см. фиг. 2а) имеет максимум при поле вдоль оси трудного намагничивания, равном полю анизотропии пленки Як. Если поле вдоль оси трудного намагничивания пленки изменять линейно, делая его нарастающим или убывающим, как изображено на фиг. 1 б, то проницаемость пленки |1л /(0 изменяется во времени ио закону, изображенному на фит. 1 0. Эта зависимость |л,л f(0 является периодической и имеет максимумы в моменты времени (, tz, ts, t), при которых линейно изменяющееся поле Ят равно полю анизотропии пленки /(Ят). Такое преобразование зависимости (0 во вреМеануоо; зав,и|оимо С:ТЬ М.(0 осуществляюгг в предлагаемом способе измерения магнитострикции тонких магнитных пленок. Оно позволяет осуществлять последующие операции над сигналом с датчика, так как этот сигнал является функцией времени.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения.

Исследуемый образец или участок образца пленки / помещен в высокочастотное поле датчика 2 и низкочастотное однородное поле, создавае|мое 1кату|щк;ой 3 истоЧНика поля. Катущка 3 питается от управляемого источника 4 линейно изменяющегося тока. Среднее значение линейно изменяющегося тока в катущке 3 измеряется прибором 5 магнитоэлектрической системы. Датчик 2 питается высокочастотным током измерителя приращений индуктивности датчика 6, сигнал Скоторого подается на первое дифференцирующее устройство 7. Сигнал с выхода первого дифференцирующего устройства подается на формирователь 5, а с него - на второе дифференцирующее устройство 9. Выходной сигнал с последнего поступает на схему задержки 10, а после него -на устройство 11 управления источником тока. Сигнал с устройства управления подается на вход источника 4 тока и изменяет направление изменения выходного тока источника.

Способ измерения магнитострикции тонких магнитных пленок заключается в следующем.

Образец пленки помещают в высокочастотное поле датчика и в низкочастотное поле. Низкочастотное поле создают линейно изменяющимся и преобразовывают зависимость проницаемости пленки от этого поля во временную зависимость. При нарастании низкочастотного поля Ят от нуля (см. фиг. 3,е) проницаемость пленки |Ял также нарастает (см. фиг. 3,а). В момент времени ti (см. фиг. 3) низкочастотное поле становится равным полю анизотропии пленки Я, а проницаемость пленки (Лл достигает своего максимального значения (см. фиг. 3,а). Дальнейшее возрастание низкочастотного поля приводит к уменьшению проницаемости пленки. Так как образец пленки / помещен в поле датчика 2, то индуктивность этого датчика, а также выходной сигнал измерителя приращений индуктивности датчика изменяются по тому же закону, что и проницаемость пленки, т. е. на вход дифференцирующего устройства 7 подают сигнал (см. фиг. 3,а), который дифференцируют дифференцирующим устройством 7 п получают сигнал (см. фиг. 3,6), который формирователем 5 преобразуется в сигнал прямоугольной формы (см. фиг. 3,в).

В момент времени i, сигнал на выходе дифференцирующего устройства 7 равен нулю, а на выходе формирователя 8 изменится полярность выходного сигнала на противоположную. Выходной сигнал формирователя 8 подвергают повторному дифференцированию устройством 9 и получают сигнал (см. фиг. 3,г), который аадержикают «а щремя з (см. фиг. 3,д).

На фиг. 3,д изображены сигналы только отрицательной полярности, которые используются в качестве управляющих сигналов. Таким образом, в момент времени + ts сигнал с выхода схемы 10 задержки подают на устройство П управления источником тока. Выходной сигнал с этого устройства воздействует на управляемый источник 4 линейно изменяющегося тока. В момент времени 2 (см. фиг. 3,е) изменяется направление изменения тока и поля Ят - ток и поле начинают убывать.

Начиная с момента времени tz под воздействием убывающего поля Ят (см. фиг. 3,е) проницаемость пленки цл начинает возрастать (см. 3,а).

Процесс повторяется. В момент времени 4 вырабатывается управляющий сигнал (см. фиг. 3,г), а в момент времени /4 зН-4 поле Ят снова изменяет направление изменения - оно возрастает. В дальнейщем процесс повторяется.

Таким образом, поле Ят будет линейно изменяться, т. е. нарастать или убывать, по отношению к своему среднему значению. Среднее значение этого поля Ят.ср равно полю анизотропии пленки Як.

Величину среднего значения измеряют прибором магнитоэлектрической системы, который градуируют непосредственно в значениях поля.

Для измерения магнитострикции в образце создают деформацию различными способами в зависимости от конкретного образца, который подвергают исследованию. Она может быть создана, например, путем приложения растягивающего или сжимаюшего усилия, или путем изгиба подложки, на которую нанесена пленка. При деформации образца пленки изменяется ее поле анизотропии. Это приводит к изменению среднего значения (приращению) низкочастотного поля Ят. По знаку приращения среднего значения поля Я.ср судят о знаке магнитострикции пленки, а по величине приращения - о величине магнитострикции. Знак и величину приращения поля отсчитывают непосредственно по прибору 5, включенному в цепь источника поля. Предмет изобретения Способ измерения магнитострикции тонких магнитных пленок с одноосной анизотропией по магнитоупругому параметру воздействием на исследуемый образец пленки высокочастотного пробного поля, направленного вдоль оси легкого намагничивания пленки, и низкочастотного поля, направленного вдоль оси трудного намагничивания пленки, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения и автоматизации процесса измерения, низкочастотное поле создают линейно нарастающим или линейно убывающим по отнощению к своему среднему значению и преобразовывают зависимость отр огаицаемости пленки, от низкочастотного поля во временную зависимость; сигнал, снимаемый при этом с датчика, дифференцируют п преобразовывают в сигнал прямоуголъной формы, который повторно дифференцируют, из полученных сигналов выделяют управляющий сигнал, соответствующий переходу сигаала датчика через свое максимальное значение, который после задержки используют для изменения направления низкочастотного ноля и по приращению среднего значения низкочастотного поля, возникающего при деформации образца, судят о магнитострикции.

Hr

e

r

III

i..,

i-H

T7I

ТP r

f, tz ij i