Способ измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок Советский патент 1977 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к неразрушаюшим методам контроля качества и свойств ферромагнитных материалов, а именно, к определению магнитных характеристик ципиндрических тонких магнитных пленок и

может быть использовано в производстве получения однородных, по магнитным свойствам, их образцов.

Известен способ измерения коэрцитивной силы тонких магнитных пленок путем предварительного намагничивания пленки вдоль оси легкого намагничивания.

При измерении коэрцитивной силы этим способом вдоль оси легкого намагничивания действуют два импульса поля: один намагничивает пленку до насыщения, другой разрушает это состояние.

По оси трудного намагничивания подают импульс поля опроса, сигнал считывания с пленки от которого зависит по амплитуде и полярности от величины разрушающего поля и обращается в нуль, если разрущающий импульс поля полностью размагничивает пленку. При атом амплитуда разрушающего пол равна коэрцитивной силе пленки 1 . Не-

достатком данного способа измерения является зависимость результатов измерения от магнитной вязкости, за КОТОРОЙ равенство нулю сигнала считьшания с пленки обеспечивает при некотором превышении разрушающего поля по сравнению с истинным значением коэрцитивной силы. Это устраняется в способе измерения коэрцитивной си- ты тонких магнитных пленок, в котором разрушение намагниченности пленки вдоль оси легкого намагничивания осуществляют полем постоянного тока регулируемой величины.

При измерении коэрцитивной силы этим способом по оси легкого намагничивания воздействуют двумя полями, первым импульсным полем предварительно намагничивают пленку до насыщения, другим полем постоянного тока регулируемой величины разрушают это состояние. По оси трудного намагничивания подают импульс поля опроса магнитного состоянияи пленки. По величине разрущающего поля, при которой сигнал считывания переходит с пленки через нуль

и меняет знак, определяют коэрцитивную сипу пленки.

Сигнал считывания, индуцируемый потоком перемагничивания пленки и несущий информацию о ее магнитном состоянии,

наблюдают на экране осциллографа, а величину постоянного тока считьшают по шкале, стрелочного прибора.

Преобразвание информации о магнитном состоянии пленки в сигнал считывания и передачу его для наблюдения на экране осциллографа осуществляют схемами, в которых образец цилиндрической тонкой магнитной пленки (ЦТМП) является их составным элементом 2EJ .

Наблюдение сигнала считывания на экране осциллографа приводит к тому, что процесс измерения при этом длителен и утомителен, точность зависит от фиксации оператором момента перехода через нуль сигнала считывания на экране осциллографа и отсчета величины постоянного тока по шкале стрелочного прибора. Фиксация сигнала считывания по другому индикатору, кроме осциллографа, усложняет всю аппаратуру контроля.

Преобразование информации о магнитном состоянии пленки в сигнал считывания и передача его для наблюдения на экране осциллографа схемами, в которых образец ЦТМП является их составным элементом, приводит к тому, что кроме сигнала считывания, вызванного потоком перемагничивакия в пленке наводится перемагничиваюшим полем сигнал помехи. Для компенсации поме- хи применяют схемы, настройка которых зависит от переходного сопротивления контактов в местах подключения образца ЦТМП

к другим элементам схем.

Целью изобретения является упрощение процесса измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок и повышение точности.

Это достигается тем, что в известном способе измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок путем намагничивания пленки по оси i легкого намагничивания, разрушения остаточной индукдни пленки вдоль той ойи и опроса маг нитного состояния плейки перемагничива- нием ее по оси трудного намагничивания, опрос магнитного состояния пленки осуществляют перемагничиванием ее синусоидальным полем до появления во вторичной э.д.с. гормонических составляющих , выделяют третью гармонику и в момент уменьшения напряжения этой гармоники до нуля регистрируют величину разрушающего попя, соответствующего коэрцитивной

На фиг. 1 а изображена кривая намагничивания пленки по оси легкого намагничивания и график изменения магнитных полей по этой кривой; на фиг. 16 изображена кривая намагничивания пленки пО оси трудного намагничивания и график изменения синусоидального поля по этой кривой за один период; на фиг. 2 изображена блоксхема установки, позволяющей осуществит предлагаемый способ измерения коэрцитивной силы цилиндрических магнитных пленок

Установочным имлульсом. тока 1 (см. фиг. 1а), создающим поле в направлении оси легкого намагничивания, намагничивают пленку до насыщения в одно из устойчивых состояний. Регулируя величину постоянного тока 2, противоположной полярности импульса тока 1 и создающего поля также вдоль оси легкого намагничивания, разрушают остаточную индукцию пленки. Затем подают синусоидальный ток опроса, создающий поле 3 (см. фиг. 1б) вдоль оси трудного намагничивания.

При воздействии на пленку синусоидального поля происходит перемагничивакие ее по оси трудного намагничивания. При этом индукция (в) в пленке изменяется в соответствии с кривой намагничивания по гармоническому закону только на линейном участке кривой. На втором участке кривой индукция в пленке не изменяется по гармоническому закону и в ее составе появляются высшие нечетные гармоники, из которых максимальной амллиту- дои 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 :

.г /м 2тЗ/Й

Е ш/16-10 ,(-) J , U)

где Р -амплитуда напряжения третьей гармоники;

N -число витков вторичной обмотки намагничивающего устройства;

f -частота перемагничивающего тока;

Bg -индукция насыщения магнитной пленки;

К -раднус проволочной подложки;

d -толщина слоя магнитной пленки;

UK -поле анизотропии пленки;

-амплитуда перемагничивающего поля.

При достаточно больших значениях пере магничивающего поля Нт членом в квадратных скобках выражения fl) можно пре- небречь и после сложных преобразователей получим : 8-1оЛгФ. где Ф. -магнитный поток насыщения пленки;. BgS (3) где 5 -сечение контролируемого участка пленки. При разрушении до нуля остаточной индукции пленки постоянным полем по оси легкого намагничивания, перемагничивания пленки по оси трудного намагничивания не происходит и гармонические составляющие в индукции пленки не появляются. Гармонические составляющие во вторичной э.д.с. обусловленные изменением потока перемагничивания пленки, также не появляются. Таким образом, момент отсутствия гар- монических составляющих в индукции пленки и во вторичной э.д.с. при перемагничивании пленки синусоидальным полем по оси трудного намагничивания и разрущении до нуля остаточной индукции постоянным полем по оси легкого намагничивания, свиде тельствует о величине этого поля, соответ ствует коэрцитивной силе пленки. Величину разрущающего поля можно определить без выражения для напряженности поля вокруг проводника с током, т.е.: НПР А (4) где -напряженность поля на поверхности проводника с током; Э - амплитуда тока, протекающего по проводнику; D -диаметр проводника. В момент разрушения до нуля остаточной индукции пленки постоянным полем по оси легкого намагничивания величина разрущающего поля соответствует коэрцитивной силе пленки, т.е.: Й() где Н - коэрцитивная сила пленки; D -диаметр проволочной подложки с цилиндрической тонкой магнитной пленкой. Для регистрации разрущающего поля, соответствующего коэрцитивной силе пленки, в момент отсутствия гармонических составляющих, которые возникают в индук- нии пленки и во вторичной э.д.с. при пере- 55

магничивании пленки по оси трудного намагничивания переменным синусоидальным полем, из состава вторичной э.д.с. выделяют третью гармонику и фиксируют уменьщение напряжения этой гармоники до нуля.

ких магнитных пленок по сравнению с существующими способами обеспечивает упрощение процесса измерений, упрощение аппаратуры контроля и повышение точности измерения. Блок-схема установки, позволяющей осуществить предлагаемый способ измерения коэрцитивной силы цилиндрических тонких магнитных пленок (см.. фиг. 2), включа- ет источник 1 импульсного намагничивающего тока, источник 2 постоянного тока регулируемой величины, образец с цилиндрической тонкой магнитной пленкой 3, закрепленный в контактных зажимах 4 и 5, резистор 6 амперметр 7, генератор 8 синусоидального напряжения, электронный вольтметр 9, резистор 10,первичную обмотку 11 намагничивающего устройства, вторичную обмотку 12 намагничивающего устройства, избирательный усилитель 13, вольтметр 14. Имлульсное поле Н (см. фиг. 1а), намагничивающее до насыщения образец пленки 3 по оси легкого намагничивания, соз- -,,-,/ дают током от источника 1. Поле (см. фиг, 1а), разрущающее остаточную индукцию образца пленки 3 (фиг. 2) по оси легкого намагничивания, создают током от источника 2. Величину трка измеряют амперметром 7. Поле Н (фиг. 1б), перемагничиваю- щее образец пленки 3 (см. фиг. 2) по оси трудного намагничивания, создают в первичной обмотке 11 намагничивающего устройства током от генератора 8, Внутренняя вторичная обмотка 12 намагничивающего устройства охватывает образец пленки 3 на участке 1-2 мм. Необходимое значение намагничивающего тока в обмотке 11 устанавливают изменением выходного напряжения генератора В и контролируют вольтметром 9 на резисторе 10, Третью гармонику из состава вторичной э.д.с. выделяют и усиливают избирательным усилителем 13. Уменьшение напряжения третьей гармоники вторичной э.д.с. при увеличении тока в образце ЦТМП 3 от источника 2 фиксируют вольтметром 14. При достижении стрелкой вольтметра 14 нулевого значения щкалы регистрируют величину тока в образце пленки 3 ам- перметром 7. Величину поля, разрущающего остаточную индуки:ию образца пленки 3 до нуля и соответстующего коэрцитивной силе, определяют из выражения ( 2). Использование данного способа измерен я коэрцитивной силы цилиндрических тонФормула изобретения

Способ измерения коэрцитивной сипы цилиндрических тонких магнитных пленок путем камагничивания пленки по оси легкого намагничивания, разрушения остаточной индукции пленки вдоль этой оси и опроса магнитного состояния пленки перемагничиванием ее по оси трудного намагничивания, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и повышения точности, опрос магнитного состояния пленки осуществляют перемагничиванием ее синусоидальным полем до появления во вторичной Э.Д.С. гарм-онических

составляющих, выделяют третью гармонику и в момент уменьшения напряжения этой гармоники до нуля регистрируют величину разрушающего поля, соответствующего коэрцитивной силе.

Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе;

1. Авторское свидетельство №168520 М, Кл Об Д 14/01, 18.11.65. (аналог). 2. Сб. Методы измерения основных параметров цилиндрических тонких магнитных пленок для запоминающих устройств.

3. Сб. Запоминающее устройство. Тонкие магнитные пленки , Изд-во Наука, ГЛ.,1968. 76-78 (прототип)

Фиг.1

Электрон. Вольтметр

1

Источник, номагиич. тока

Источник

постоянного тока