Устройство для определения статическихХАРАКТЕРиСТиК МАгНиТНыХ МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R33/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДНЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к области проектирования и изготовления запоминающих устройств (ЗУ) на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), а более конкретно к аппаратуре контроля статистических характеристик тонких магнитных пленок (ТМП) в технологическом процессе изготовления ЗУ на ЦМД.

Известны устройства япя измерения статических характеристик ТМП с использованием магнитооптической техники l Такие устройства содержат осветитель, поляризатор и анализатор, систему электромагнитов для создания магнитных полей (парешлельного и перпендикулярного плоскости образца), фотоусилитель, двухкоординатный самописец, устройство для крепления образца.

Модулированный поляризованный све проходит через образец и синхронно детектируется на частоте модуляции. Получаемый сигнаш пропорционален поперечной восприимчивости пленки.

Для ТМП, используя теоретические .риближения, определяют намагниченность насыщения - 4 М и константу олнгзосиой к и aFm3OTpoiiHi.

Недостаток известных устройств заключается в небольшом диапазоне измерений.

Известно устройство для определения количества магнитного материала в образце, основанное на индуктивночастотном методе, состоящее из опорного высокостабилизированного генератора синусоидальных колебаний,, изме0рительного генератора, имеющего выносную индуктивность, смесителя частот, фильтра низкой частоты, преобразователя частота-напряжение и стрелочного индикатора f2. Поме5щение в соленоид образца в качестве сердечника приводит к сдвигу частоты измерительного генератора, пропорционсшьному количеству магнитного материёша в образце.

0

Устройство, откалиброванное по известно процентному содержанию махнитных материалов или их смесей пригодно для исследования образцов с неизвестным процентным содер5жанием известного магнитного наполнителя. Данное устройство позволяет определить количество магнитного, материала в непрозрачных изотропных массивных образцах, однако оно

0 не может быть применено для исследоваия статических характеристик магнитых материалов, в частности для конроля тонких магнитных пленок по основным техническим характеристикам. С целью расширения диапазона изepяe fiJIx параметров в устройство ля определения статических харакеристик магнитных материалов, содержащее катушку индуктивности, .измерительный генератор, опорный генератор , подключенные к выходам упомянутых генераторов последовательно соеиненные смеситель, фильтр низкой частоты, преобразователь чаетота-на пряжение , а также блок управления, введены электромагнит, блок управле™ ния частотой из1.шрительного генера-г тора, последовательно соелиненныв дифференцнрукадий блок и самописец, коммутатор, выходом подключенный ко второму входу самописца, блок nporpcuviмного управления величиной магнитного поля, блок управления направлением магнитного поля и частотомер, вход которого подключен ко входу преобразователя частот а- напряжен не, выход которого соединен с первым входом блока управления частот измерительного генератора, входом дифференцирующего блока и третьим входом самописца, первый вход коммутатора соединен с выходом блока управления величиной магнитного поля, второй вход - с первым выходом блока управления, третий вход - с первым выходом блока управления направлением магнитного поля, вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а второй выход - с электромагнитом, третий выход блока управления соединен со вторым входом блока управления частотой измерительного генератораJ четвертый выход соединен со входом блока управления величиной магнитного поля, второй . выход которого связан с электромагнитом.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения поля анизотропии в ТМП; на фиг. 2 гистерезисная зависимость &0 от на фиг. 3 - схематическая гистерезисная зависимость А / преобразованная в постоянный сигнал от Hti .

Устройст во для определения статических параметров в ТМП содержит электромагнит 1 для создания управляемого магнитного поля с ТМП 2 в качестве сердечника, катушку индуктивности 3, измерительный генератор 4, опорный генератор 5, блок 6 упра1вления величиной магнитного поля, блок 7 управления направлением магнитного поля, блок 8 управления частотой измерительного генератора, смеситель 9, блок управления 10 фильтр низкой частоты 11,преобразователь частота-напряжение 12,

дифференциругаций блок 13, самописец 14, коммутатор 15 и частотомер 16.

Устройство работает следующим образомо

Перед крнт, ТМП частота измери„ тельного г йЭратора 4 с помощью бло, ка 8 и частотомера 16, устанавливается равной частоте опорного генератора 5. При установке ТМП на выносную индуктивность контура измерительного генератора 4 частота контура изменяется на величину Д1) , т. е. внесение ТМП равносильно введению в контур сердечника.

Катушка индуктивности 3 с ТМП 2 в качестве сердечника, помещенная в 5 магнитное поле электромагнита 1,

определяет частоту генератора 4, которая смесителем 9 сравнивается с частотой генератора 5, и разность частот через фильтр низкой частоты © 11, подается на преобразователь 12, а с него на вход Y двухкоординатного самописца 14, вход X которого связан с выходом коммутатора 15. На вход X самописца 14 с блоков б 5 .или 7 через коммутатор 15 подается электрический сигнал, пропорциональный величине или азимутальному углу поворота магнитного поля относительно ТМП. Блок управления 10 управляет работой устройства, Дефференцирующий блок 13 фиксирует экстемумы и точки перегиба в регистрируемом сигнале. Частота .генератора 4 зависит от величины, перпендикулярной дифференциальной магнитной восприимчивости ( Н - слабое переменное магнитное поле, перпендикулярное плоскости ТМУП) , которая, в свою очередь, является функцией от величины и направления внетинего магнитного поля X, (it) . Изменение

И по заданному закону приводит к j изменению Х , что влечет за собой изменение индуктивности катушки индуктивности 3с ТМП 2 и, как следствие, изменение частоты измерительного генератора 4,

Последовательно имеем

ди-й1), J

АН - изменение внешнего магнитгденого поля по величине или направлению;

- изменение намагниченности образца, вызванное изменением внешнего магнитного поля ;

- изменение дифференциальной магнитной восприимчивости ТМП ,в зависимости от ;

Д1. - изменение индуктивности измерительного генератоР

iV - изменение резонансной частоты изме1рительного генератора 4;

ди - изменение напряжения, преобразованное в (1ОСТОЯННЫЙ сигнал.

Таким образом, изменяя величину и направление вне1янего магнитного поля и фиксируя изменение, частоты измерительного генератора 4 получают информацию о магнитных характеристиках ТИП, поскольку, начиная с некоторых значений магнитных полей (в зависимости от направления эти поля отличаются по величине), дальнейшее изменение частоты не происходит, так как ТИП перемагничивается и переходит в полностью намагниченное состоя,ние. Величины этих полей фиксируютсяЬи используются для определения статических параметров ТИП.

Намагниченность насыщения 4 JTMg определяют, помещая ТИП в изменяющееся по величине внешнее магнитное поле Н , перпендикулярное плоскости ТИП. Из зависимости Д1)(Н,), преобразованной в постоянный сигнал преобразователем 12, определяют величины магнитных полей Н и Н, , использующихся для нахождения 4 Jfl.

Формула для нахождения 4 FMg , полученная теоретически и подтвержденная экспериментально, имеет вид

H4H; jrM5.r.

На фиг. 2 схематически показана гистерезисная зависимость ли от Н и указаны поля HJ, и н, , использующиеся для нахождения AJTMg и определяемы дифференцирующим блоком 13.

При определении константы одноосной анизотропии К необходимо преварительное исследование распределения анизотропии в плосзсости ТМП для нахождения оптимального направления перемагничивания и исключения влияния вкладов других видов анизотропии (кубической орторомбической, связанной с отклонением оси легкого намагничивания от нормали в плоскости ТМП и т. д.). Для Э.ТОГО внешнее постоянное по величине магнитное поле, параллельное плоскости ТМП Ни создаваелюе электромагнитном 1, при помощи блока 7 вращают в плоскости пленк на и фиксируют при помощи самописца 14 изменение частоты генератора 4 в зависимости от азимутального угла поворота магнитного поля вокруг ТМП.

При помощи дифференциального блока 13 на графике распределения анизотропии в плоскости ТМП определяют положение минимашьного изменения частоты генератора 4.

При вращении при помощи блока 7 электромагнита 1 внешнее магнитное пjie н,, устанавливается вдоль направления минимального изменения л i)v,v(vi f

.выбранного в результате вращения поля. При помощи блока 6 управле,ния полем величина Н,, изменяется от О до Н , при котором прекращается изменение частоты генератора 4.

Зависимость дд(Н„) фиксируется при помощи самописца 14. Сигнал на самописец для фиксирования н вырабатывается дифференциальным блоком 13.

Константа анизотропии ц, определяется по формуле

(H.f V()/s

Из графика (Н,1)легко определяется поле Н , используемое для определения Кц.

Использование предлагаемого устройства для определения поля анизотропии ТМП позво яет осуществить контроль непрозрачных образцов и образцов с

0 размерами доменов менее 1 мкм для

контроля которых практически невозможно использовать магнитооптические устройства ,

25

Формула изобретения

Устройство для определения статических характеристик магнитных материалов, содержащее катушкуиндуктив0ности, измерительный генератор, опорный генератор , подключенные к выходам упомянутых генераторов последовательно соединенный смеситель, фильтр низкой частоты и преобразователь час5тота-напряжение, а также блок управления, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона из. меряемых параметров, в него введены электромагнит, блок управления частотой измерительного генератора, последовательно соединенные дифференцирующий блок и самописец. Коммутатор, выходом подключенный ко второму входу самописца, блок программного упf равления величиной магнитного поля, блок управления направлением магнитного поля и частотомер, вход которого подключен ко входу преобразователя частота-капвложение, выход которого

соединен с первым входом блока управ50

ления частотой измерительного генератора, входом дифференцирующего блока и третьим входом самописца, первый вход коммутатора соединен с выходом блока управления величиной

55 магнитного поля, второй вход - с первым выходом блока управления, третий вход - с первым выходом блока управления направлением магнитного поля, вход которого соединен со вторым выхоJ0 дом блока управления, а второй выход с электромагнитом, третий выход блока управления соединен со вторым входом блока управления частотой измерительного генератора, четвертый вы(ход соединен со входом блока управ