Способ контроля однородности цилиндрических тонких магнитных пленок и устройство для осуществления способа Советский патент 1977 года по МПК G01R33/12 

а второй выход фазового детектора подключен к второму входу первого сумматора. На фиг. 1 показан график приращения амплитуды и фазы напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. от изменения толщины и индукции насыщения магнитного слоя пленки; на фиг. 2 - блок-схема установки, реализующей предлагаемый способ контроля однородности цилиндрических тонких магнитных пленок вдоль их образующей. Кривую намагничивания участка цилиндрической тонкой магнитной пленки вдоль образующей (вдоль оси трудного намагничивания) можно представить в виде ломаной линии, первый участок который проходит через начало координат под углом, а второй параллелен оси абсцисс. Пересечение обоих участков происходит в точке с координатами Я/,, BS (Hh - поле анизотропии, BS - индукция насыщения). При воздействии на пленку синусоидального поля происходит перемагничивание ее вдоль оси трудного намагничивания, при этом индукция (Bs) в пленке изменяется в соответствии с кривой намагничивания по гармоническому закону только на линейном участке кривой. На втором участке кривой индукция в пленке цг изменяется по гармоническому закону и в ее составе появляются высшие нечетные гармоники, из которых максимальной амплитудой обладает третья гармоника. В составе вторичной э.д.с. перемагничивающего тока также появляются гармонические составляющие. Выражение для амплитуды напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. имеет вид .. 16i..lO-«A f4/ rf l-(Yf (1) J J где / - частота перемагничивающего тока; Етг - амплитуда напряжения третьей гармоники;Л - число витков вторичной обмотки намагничивающего устройства; BS -индукция насыщения магнитной пленки;R - радиус проволочной подложки; d - толщина слоя магнитной пленки; Я/i - поле анизотропии пленки; Нт - амплитуда перемагничивающего поля. Выражение для мгновенного значения напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. можно записать в виде е, .,„, sin (w, + тв) где - начальный фазовый сдвиг. Из выражений 1 и 2 видно, что при одновременном изменения толщины d и магнитной индукции 5s участков пленки по длине контролируемого образца амплитуда и фаза напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с являются функциями переменных т. р, (d, 5,) и t т, (и, В,) при f const и Яй Я„,, Номинальным значениям толщины ном и магнитной индукции насыщения Bs соотБвтствуют значения амплитуды и фазы напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. Еот, и 1|)о (фиг. 1). Возможность раздельного определения толщины d и магнитной индукции насыщения Ss участков контролируемого образца ЦТМП по длине основана на различном характере изменений амплитуды и фазы напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. при изменении толщины и магнитной индукции участков этого образца по длине. Если воспользоваться системой координат (Е), то малому изменению параметров Ad и ABs соответствуют отрезки прямых, расположенных в плоскости (oj), Е) соответственно под углами ф1 и ф2 к оси Е (фиг. 1). С учетом этого систему уравнений (3) можно предстаВИТЬ в виде Еп, -Еот, + /«lAa cos -f i -j- /WjAS cos pa, (jj ), -f- т,Лй sin (fi -f sin «pa, (4-) где Ad и ABs - соответственно положительные приращения толщины и магнитной индукции насыщения участка контролируемого образца ЦТМП; mi, m2, /Пз и ОТ4 - масштабные коэффициенты, имеющие размерности от, 5/мкм, те, й/Г, те, град/мкм, т град/Г. Если амплитуду напряжения Е-т умножить на коэффициент т4з1пф2, а фазу этого напряжения умножить на коэффициент /Пгсозф2, то разность полученных после преобразований сигналов зависит лишь от приращений толщины магнитного слоя контролируемого участка ЦТМП, т. е. (Ет, Еот,) т sin 9, - (;) - ф,) /йа cos ср, d ( sin «fa cos cpj - m,n, sin f cos (p,), Ш - М ( Sin , COS f 1 - -/ttjOT, sin piCos(f,.(5) Аналогичным образом можно получить разность сигналов, зависящую лишь от изменения магнитной индукции, т. е. Шв, - А5 sin , cos pi - - /и,да, sin ср,. Коэффициенты вычисляют следующим образом: измеряют амплитуду (Еот,) и фазу (фо) апряжения третьей гармоники вторичной .д.с., соответствующие номинальной толщине () магнитного слоя и номинальной индукии насыщения (Bs участка контрольного бразца ЦТМП; измеряют амплитуду („ d) фазу (ofd) напряжения третьей гармоники торичной э.д.с., соответствующие известной толщине (d) магнитного слоя и номинальной индукции насыщения (В ) участка контрольного образца ЦТМП; измеряют амплитуду («„ BS и фазу (г13д ) напряжения третьSей гармоники вторичной э.д.с., соответствующие номинальной толщине () магнитного слоя и известной индукции насыщения (Bs) участка контрольного образца ЦТМП; определяют приращения амплитуды и фазы напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. от изменения толщины (Ad) магнитного слоя и индукции насыщения участков контрольных образцов ЦТМП ,d Em,d - Earn,; - to EmA Eom, - d), ; вычисляют коэффициенты т, COS р, ДЯ.„ BSДФй ffl.COSep rr: ; ОТ, Sin ср, Определение приращения толщины магнитного слоя (Ас) индукции насыщения (ABs) участков контролируемых образцов ЦТМП по отнощению к номинальным значениям толщины (Ином) и индукции насыщения (Bs ) производят в таком порядке: измеряют амплитуду (Ет,) и фазу (ij)) напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с.; из выражений (5) и (6) определяют требуемые значения At и ASs, которые могут быть определены из графического построения (фиг. 1). Для этого измеряют амплитуды и фазы напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. в соответствии с выражениями (1-5) для вычисления коэффициентов. По измеренным значениям амплитуд и фаз напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. в выбранном масщтабе на график наносят точки О, В и С. Через точки О и В, О Е С проводят отрезки прямых, которые являются направлениями изменения малых приращений толщин (М) магнитного слоя и индукции насыщения (A5s) участков образцов ЦТМП; измеряют амплитуду (Ет,) и фазу (ф) напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с..соответствующих толщине (d) магнитного слоя и индукции насыщения (ABs) участков контролируемого образца; по измеренным значениям амплитуды (Ет,) и фазы (ф) напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. на график наносят точку Л; через точку А проводят отрезки прямых, параллельные отрезкам ОВ и ОС; точки пересечения проведенных через точку А отрезков прямых с отрезками прямых ОВ и ОС проектируют на координатные оси; из отсекаемых на координатных осях отрезков определяют соответствующие прираще1Г11я амплитуд (Л/;„„й п АЕ,,,, Б) и флз (А-фй и Афд) напряжениятретьей гармоники вторичной э.д.с.; приращения толщины (Ad) магнитного слоя и индукции насыщения (ABs) участков образцов ЦТМП определяют из выражений или М MZ sin It nil COS fl ИЛИ Д5, -f т cos ср2 «4Sin 2 Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 синусоидального напряжения, усилитель 2 мощности, проходной датчик 3, состоящий из длинной первичной обмотки и короткой вторичной обмотки, избирательный усилитель 4, на выходе которого подключаются последовательно соединенные амплитудный детектор 5 и первый сумматор 6, и последовательно соединенные фазовый детектор 7 и второй сумматор 8. Выход первого сумматора б подключен к одному входу блока 9 регистрации, к другому входу которого подключен выход второго сумматора 8. Второй выход амплитудного детектора 5 подключен к второму входу второго сумматора 8, а второй выход фазового детектора 7 - к второму входу первого сумматора 6. Устройство работает следующим образом. С помощью генератора 1, усилителя 2 мощности и датчика 3 создается переменное синусоидальное поле, перемагничивающее испытуемые участки пленки, при помещении образца цилиндрической тонкой магнитной пленки в отверстие датчика до насыщспня вдоль трудной оси памагнмчиванпя. Из напряжения вторичной обмотки датчика 3 выделяется и усиливается избирател1;ным усилителем 4 гармоника. Напряжение третьей гармоники вторичной э.д.с. с выхода избирательного усилителя 4 поступает на амплитудный детектор 5 и фазо1 ый детектор 7. После детектирования уровни напряжений, соответствующие поминальным значениям толщины fifuoM и индукции насыщения BS участка цилиндрическои тонкой магнитной пленки, компенсируются опорными напряжениями, а уровни напряжений, соответствующие приращениям толщины Arf и индукции насыщения ABs участков ЦТМП, умножаются на коэффициенты и с выходов детекторов 5 и 7 поступают на входы сумматоров б и 8. С выхода амплитудного детектора 5, соединенного последовательно с входом первого сумматора б, поступает напряжение, умноженное на коэффициент т431иф2, а с второго выхода амплитудного детектора 5, подключенного к второму входу второго сумматора 8, поступает напряжение, умноженное на коэффициент т,Щ. С выхода фазового детектора 7, соединенного последовательно с входом второго сумматора 8, поступает папряжение, умноженное i.i;i коэффициент /nicostpi, а с второго выхода

фазового детектора 7, подключенного к второму входу первого сумматора 6, поступает напряжение, умноженное на коэффициент

т2СОЗф2.

В сумматорах 6 и 8 эти напряжения, предварительно умноженные в детекторах 5 и 7на соответствующие коэффициенты, суммируются между собой.

Напряжение, зависящее только от изменений толщины d участка ЦТМП, с выхода сумматора 6 подается на один вход блока регистрации, а напряжение, зависящее только от изменений индукции насыщения BS участка ЦТМП, с выхода сумматора 8 подается на другой вход блока регистрации.

Измеренные в блоке регистрации значения напрял ений, зависящих только от изменения толщины Ad и только от изменения индукции насыщения ABs участков ЦТМП по графикам или таблицам, переводятся в величины измеряемых толщины и индукции насыщения пленки или отсчитываются по отградуированным щкалам стрелочных приборов блока регистрации.

Перед началом измерений устройство настраивается по контрольным образцам ЦТМП в следующем порядке.

В отверстие датчика 3 помещается образец ЦТМП с номинальными значениями толщины duoM и индукции насыщения BS. Опорными напряжениями в детекторах 5 и 7 компенсируются напряжения, соответствующие номинальным значениям толщины и индукции насыудения, а показания щкал стрелочных приборов блока регистрации устанавливаются на необходимые значения.

В отверстие датчика 3 помещается образец ЦТМП с номинальным значением толщины rfjioM и известным значением индукции насыщения BS, отличающимся от Bs. Изменением величины напряжения на втором выходе фазового детектора 7 устанавливается на выходе сумматора 6 напряжение, соответствующее показаниям щкалы стрелочного прибора блока регистрации номинальной толщины ном образца ЦТМП.

В отверстие датчика 3 помещается образец ЦТМП с номинальным значением индукции насыщения Й5„о„ и известным значением толщины d, отличающимся от . Изменением величины напряжения на втором выходе амплитудного детектора 5 устанавливается на выходе сумматора 8 напряжение, соответствующее показаниям щкалы стрелочного прибора блока регистрации номинальной индукции насыщения 5s „ образца ЦТМП. Изменением величины напряжения на первом выходе амплитудного детектора 5 устанавливается на выходе сумматора 6 напряжение, соответствующее показаниям щкалы стрелочного прибора блока регистрации известной толщины образца ЦТМП.

В отверстие датчика 3 помещается образец ЦТМП с номинальным значением толщины flfnoM и известным значением индукции насыщения BS, отличающимся от Bs Изменением величины напряжения на первом выходе фазового детектора 7 устанавливается на выходе сумматора 8 напряжение, соответствующее показаниям щкалы стрелочного прибора блока регистрации известной индукции насыщения образца ЦТМП. Изменением величины напряжения на втором выходе фазового детектора 7 подстраивается величина напряжения на выходе сумматора 6.

При необходимости описанные операции повторяются.

Изменения величины напряжений до необходимых значений на выходах амплитудного детектора 5 и фазового детектора 7 при настройке устройства по контрольным образцам ЦТМП являются операциями экспериментального определения соответствующих коэффициентов и умножения на них детектируемых амплитуды и фазы напряжения третьей гармоники вторичной Э.Д.С., поступивщих на вход детекторов 5 и 7. .

Формула изобретения

1.Способ контроля однородности цилиндрических тонких магнитных иленок вдоль образующей путем намагничивания их переменным полем и измерением амплитуды третьей

гармоники вторичной Э.Д.С., отличающийся тем, что, с целью упрощения раздельного контроля отдельных параметров участков пленки, фиксируют амплитуду переменного намагничивающего тока, преобразуют амплитуду и фазу напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. в пропорциональные сигналы и вычитают из них составляющие, соответствующие приращению отдельных параметров.

2.Устройство для осуществления опособа по п. 1, содержащее генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, проходной датчик и избирательный усилитель, соединенные последовательно, и блок регистрации, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными амплитудным детектором и первым сумматором, а также последовательно соединенными фазовым детектором и вторым сумматором, причем вход амплитудного детектора и вход фазового детектора подключены к выходу избирательного усилителя, выход первого сумматора подключен к одному входу блока регистрации, а выход второго сумматора подключен к другому входу блока регистрации, второй

выход амплитудного детектора подключен к второму входу второго сумматора, а второй выход фазового детектора подключен к второму входу первого сумматора.

.

От,

/ /1

I

«