Устройство для измерения параметров тонких магнитных пленок Советский патент 1981 года по МПК G01R33/05 

1

Изобретение относится к физике ;магнитных явлений и может быть использовано в измерительной технике для измерения параметров тонких магнитных пленок (ТМП).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, котсфое содержит генератор высокой .частоты, датчик с исследуемлм образцом, катушки модуляции, амплитудный детектор высокочастотного сигнала, селективный усилитель и синхронный детектор, а также пиковый преобразователь и стробирующее устройство, и позволяет измерять параметры тонких магнитных пленок по ьюдуляционной методике 11.

Недостатком известного устройства является ограниченные функциональные возможности (измеряются семь параметров ТМП) .

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых параметров.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор высокой частоты, датчик с подложкой, последовательно соединенные амплитудный детектор, дифференциальный усилитель, селективный усилитель, синхронный детектор, регистрирующий прибор, через переключатель связанный с выходами синхронного детектора и дифференциального усилителя, и модулятор, через формирователь опорной частоты подключенный ко вторым входам синхронного детектора и селективного усилителя, введены регулирующий элемент и блок стабили10зсщии выходного напряжения, связанный с выходом амплитудного детектора, генератор высокой частоты выполнен перестраиваемом, при этом входы регулирующего элемента подключены к вы15ходгм перестраиваемого генератора высокой частоты и блока стабипизсщии выходного- напр якения, а выход - со входом амплит удного детектора.

Кроме того, в устройстве датчик 20 выполнен дифференциальным в виде

двух катушек, в одной из которых«помещен всследуемлй образец на подложке, а в другой - подложка, и конструктивно объединен с двумя амплитуд25ныкш детекторами.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство состоит из перестраиваемого генератора 1 высокой частоты, ЗД .регулирующего элемента 2, дифференциального датчика 3, помещенного в магнитное поле магнитной системы 4, и состоящего из двух плоских спираль ных катушек 5, в одной из которых размещена подложка 6, в другой - исследуемый образец 7 ТМП на подложке и амплитудных детекторов 8, блока 9 стабилизации выходного напряжения, дифференциального усилителя 10, селективного усилителя 11, переключателя 12, регистрирующего прибора 13 синхронного детектора 14, формирователя 15 опорного напряжения и модуля тора 16 . Дифференциальный датчик 3 помещен в магнитное поле. Сигнал с перестраи ваемого генератора 1 высокой частоты снабженного устройством для развертки частоты, череё регулирунлций элемент 2 подается на катушки 5 датчик 3. Сигнал с датчика 3 детектируется .амплитудными детекторами 8. Выходной сигнал амплитудных детекторов В подается на вход дифференциального уси лителя 10. Кроме того, на выходе одного из амплитудных детекторов -включен блок 9 стабилизации выходно го напряжения, управляющий работой гулирую1Ц9ГО элемента 2. Выход дифференциального усилителя 10 соединен со входом селективно го усилителя 11 и одним из входов (положение А) переключателя 12. На выходе переключателя 12 включен регистрирующий прибор 13 (например двухкоординатный самописец), развер ка которого осуществляется от перестраиваемого генератора 1 высокой частоты. При работе устройства по модуляционной методике (переключате 12 находится в положении в) сигнал с выхода дифференциального усилителя 10 поступает на вход последовательно соединенных селективного уси лителя 11 и синхронного детектора 1 С выхода синхронного детектора 14 сигнал через переключатель 12 Споло жение в) поступает на регистрирующи прибор 13. Опорный сигнал селективного усилителя 11 из синхронного детектора 14 задается формирователе 15 опорного напряжения, вход которо го соединен с одним из выходов модулятора 16, который вырабатывает сигнал модуляции магнитного поля. Устройство работает следуквдим образом. Образец 7 ТМП с подложкой помещают в одну из катушек 5 дифференциального датчика 3, в другой катушке располагают точно такую же подложку 6, но без образца ТМП. Дифференциал ный датчик 3 вместе с образцом ТМП помещают в магнитное поле, создавае мое магнитной системой 4. Напряжени с перестраиваемого генератора 1 высокой частоты через регулирующий элемент 2 поступает на катушкч 5 ди ференциального датчика 3. При этом на катушках датчика напряжение высокой частоты различно из-за того, что в одной из катушек размещен образец. В связи с тем, что выходное напряжение детектора стабилизировано блоком 9 стабилизации, разность напряжений на входах дифференциального усилителя пропорциональна поглощению высокочастотной энергии образцом. С амплитудных детекторов 8 датчика 3 сигнал поступает на входы дифференциального усилителя 10, а также на вход блока 9 стабилизации выходного напряжения амплитудного детектора, который управляет работой регулирующего элемента 2 таким образом, что выходное напряжение детектора 8 поддерживается постоянным в широком диапазоне частот. Датчик 3 с дифференциальным усилителем 10 балансируется (при отсутствии образца TMI) совместно в широком диапазоне частот. С выхода усилителя 10 сигнал поступает на вход прибора. 13 (переключатель 12 в положении А). Развертка прибора 13 по оси X осуществляется от устройства для развертки частоты перестраиваемого генератора 1 высокой частоты. В положении В переключателя 12 устройство работает по модуляционной методике. Модулятором 16 осуществляется низкочастотная модуляция магнитного поля. При перемагничивании пленки внешним низкочастотным магнитным полем, приложенным перпендикулярно высокочастотному пробному полю (возникающему в цепи катушки 5 датчика 3 (за счет протекающего в ней тока высокой частоты), изменение напряжения высокой частоты в катушке пропорционально дифференциальной проницаемости М образца ТМП. Сигнал с выхода дифференциального усилителя 10 поступает на вход последовательно соединенных селективного усилителя 11 и синхронного детектора 14. Опорный сигнал селективного усилителя 11 и синхронного детектора 14 вырабатывает формирователь 15 опорного напряжения, на вход которого поступает сигнал с модулятора 16. С выхода синхронного детектора 14 сигнал поступает через переключатель 12 (в положении В) на вход прибора 13. В зависимости от положения ТМП относительно намагничивающего низкочастотного поля, на регистрирукицем приборе отображается зависимость дифференциальной магнитной проницаемости от напряженности поля в направлении оси легкого или трудного намагничивания. По модуляционной методике измеряются следующие параметры ТМП: дифференциальная проницаемость в направлении оси легкого намагничивания. изменение дифференциальной проницае мости в направлении оси трудного на магничивания, величина дифференциальной проницаемости магнитных плен Остальные параметры можно определят и модуляционной методикой, и безмодулядионной. Выполнение генератора высокой частоты перестраиваемым, а также использование новых элементов - регули рующего элемента и блока стабилизации выходного напряжения амплитудного детектора, позволяет увеличить ко личество измеряемых параметров путем измерения частотных характеристик Кроме того, выполнение датчика ди ференциальным, содержащим две катушки, в одной из которых размещен образец ТМП на подложке, и в другой подложка, позволяет измерять характеристики именно тонкой магнитной пле ки без подложки. Устройство позволяет получить спектры поглощения высокочастотной энергии в ТМП. На основании исследований этих спектров можно исследоват спектры колебаний доменов в доменной решетке, определять параметры, характеризующие резонанс доменной стенки (подвижность доменной стенки и ее эффективную массу, коэффициент магнитной вязкости). Кроме того,предлагаемое устройство позволяет определять величину напряженности поля анизотропии, изучать влияние типа магнитной структуры на спектры поглощения, устойчивость доменной решетки и влияние различного типа не однородностей (дефектов точечных и линейных, элементов управления доменами ,имплантированных ионов, структуры доменной стенки и др.) на свойства решетки ТМП. Формула изобретения 1.Устройство для измерения параметров тонких магнитных пленок, содержащее генератор высокой частоты, датчик с подложкой, последовательно соединенные амплитудный детектор, дифференциальный усилитель, селективный усилитель, синхронный детектор,регистрирующий прибор,через переключатель связанный с выходами синхронного детектора и дифференциального усилителя, и модулятор, через формирователь опорной частоты .подключенный ко вторым входам синхронного детектора и селективного усилителя, отли чающееся тем, что, с целью расширения дийпазона измеряеь«лх параметров, в него введены регулируквдий элемент и блок стабилизации выходного напряжения, связанный с выходом амплитудного детектора,.генератор высокой частоты выполнен перестраивае1 1м, при этом входы регулирующего элемента подключены к выходам перестраиваемого генератора высокой частоты и блока стабилиеации выходного напряжения, а выход - со входом амплитудного детектора . 2.Устройство по П.1, отличающееся- тем, что датчик выполнен дифференциальным в виде двух катушек, в одной из которых помещен исследуемый образец на подножке, а в другой - подложка, и конструктивно объединен с двумя амплитудньпли детекторами .. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 346692, кл. G 01 R 33/12, 1972.