Способ определения анизотропии тонких магнитных пленок и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено дляизмерения и контроля магнитных и магниторезистивных свойсвт тонких магнитных пленок (ТМП ;, используемых в качестве датчиков при изготовлении запоминающих устройств (ЗУ).

Известен способ измерения угловой дисперсии анизотропии ТМП, включающий воздействие на пленку высокочастотным магнитным полем, приложенным в плоскости пленки перпендикулярно оси легкого намагничивания 13.

Однако данный способ трудоемок и не позволяет определять угловую дисперсию анизотропии ТМП с остаточной доменной структурой.

Известен способ определения анизотропии ТМП методом разночастотного ферромагнитного резонанса (ФМР) и устройство для его осущесГвления. Способ включает вращение ТМП, расположенной на полосковой линии передачи, вокруг оси, перпендикулярной плоскости пленки, при сохранении взаимной перпендикулярности направлений внащнего магнитного поля и СВЧ-поля и определение угловой дасперсии анизотропии по кривым зависймостей резонансного поглощения от угла между направлением внешнего магянтного поля и осью трудного на магничивания ТМП при постоянной величине внешнего поля.

Величину угловой дисперсии анизотропии определяют как полуширину кривой на 0,6 ее высоты. Кроме того, величину угловой дисперсии анизотро10пии определяют по характерному излому зависимости ширины линии ФМР от частоты. Устройство для осуществления известного способа содержит полосковую линию передачи с ТМП, на15ходящуюся в магнитном поле, создавае мэм кольцами Гельмгольца, и лимб в плоскости ТМП. Проводник полосковой линии передачи выполнен прямолинейным. Направление внешнего маг20нитного поля совпадает с продольной осью симметрии полосковой линии передачи 12 .

Недостатком способа является высокая трудоемкость, обусловленнал

25 необходимостью снимать целый ряд зависимостей для определения угловой дисперсии анизотропии, что делает его неприменипым для оперативного контроля магнитных свойств ТМП в

30производ-свтенных условиях. Необходимость распологать лсточиик магнитного поля на оси полосковой линии . передачи приводит к увеличению габаритов известного устройства и потреОляемой им мощности.

Цель изобретения - снижение трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения анизотропии тонких махнитных пленок,включающему вращение: пленки, расположенной на полосковой линии передачи, вокруг оси, перпендикулярной плоскости пленки при сохранении .взаимной -перпендикулярности направ.пений внешнего мапштного поля и СВЧ-поля, полосковую линию передачи вращают вокруг ее продольной оси симметрии, которая перпендикулярна направлению внешнего магнитного поля, при этом угловую дисперсию анизотропии в плоскости пленки определяют как угол между направлением внешнего поля и осью легкого намагничивания ТИП, в пределах которого величина резонансного поля постоянна, а угловую дисперсию анизотропии в пространстве определяют как угол между направлением внешнего магнитного поля и плоскостью ТИП, в пределг1Х которого величин ei резонансного поля постоянна.

В результате, в известное устройство для осуществления способа определения анизотропии ТМП, содержащее полосковую линию передачи, с размещенной на ней тонкой магнитной пленкой, источник магнитного поля и лим в плоскости, перпендикулярной плоскости пленки, введен дополнительный лимб в плоскости, перпендикулярной плоскости пленки, проводник полосковой линии передачи выполнен в виде меандра, при этом продольная ось симметрии полосковой линии передачи перпендикулярна направлению магнитного поля источника.

На фиг.1 изображено устройство для осуществления способа,, представляющее собой полосковую линию передачи с лимбa Q ; на фиг, 2 приведена блок-схема установки для определени угловой дисперсии анизотропии ТМП ; на фиг.З и 4 приведены зависимости резонансных полей Нр от направления внешнего магнитного поля относительно оси легкого намагничивгшия ( Ч ) и плоскости ТМП (е ) -соответственно

Полосковая линия передс1чи содержит проводник 1, выполненный в виде меандра в плоскости полосковой линии передачи, заземленное основание 2, по: оротный столик 3, на котором расположена ТМП, лимб 4 в плоскости ТМП, коаксиапьно-полосковые переходники 5, дужку б с прижиглным винтом и дополнительный лимб 7 в

плоскости, перпендикулярной плоскости ТМП.

Установка для определения угловой дисперсии анизотропии ТМП содержит генератор СВЧ 8, полосковую линию 9 передачи, источник 10 внешнего магнитного поля, например кольца Гельмгольца, ось которого перпендикулярна оси полосковой линии 9 передачи, детектор 11, усилитель 12 и регистратор 13, например осциллограф. Источник 10 подключен через потенциометр 14 и амперметр 15 к трансформатору 16. Потенциометр 14 подключен также к входу X регистратора 13.

Способ осуществляется следующим

образом.

Исследуемый образец устанавливается на поворотном столике 3 полосковой линии 9 передачи (фиг.1/ При одновременном воздействии на пленку электромагнитного поля СВЧ, возбуждаемого в полосковой линии, и Перемагничивающего поля Н, создаваеf oro источником 10, в ТМП, при условии .рзаимной перпендикулярности этих полей, возникает (ФМР) Кривая резонансного поглоЕтдения СВЧ-мощности пленкой регистрируется на экране осциллографа 13.

Вращая поворотный столик 3, изме ряют предельный угол ( о) Ри о тором величина Нр не изменяется. Этот угол и будет соответствовать величине угловой дисперсии анизотропии в плоскости пленки. В случае превышения предельного угла величина резонансного поля изменяется, что приводит к смещению резонансной кривой. Затем, вращая полосковую линию передачи вокруг ее продольной оси симметрии, изг-5еряют угол, при котором Ир постоянна. Этот угол (бд равен угловой дисперсии анизотропии в пространстве.

Прямолинейный участок полоскового проводника 1, направление которого перпендикулярно про/дольнс-: оси симметрии (.штрухпукктирная линия; полосковой линии передачи обеспечивает сохранение условия ФМР (взаимную перпендикулярность внешнего магнитного поля Н и СВЧ поля h) при повороте ТМП в пространстве относительно оси симметрии основания 2 полосковой линии.

Исследуемый образец ТМП помещают, под полосковым проводником 1 на поворотном столике 3, который в плоскости ТМП может вращаться на 360°. Столик 3 плотно насажен в цилиндрическое гнездо зазем.1енного основания 2. Полированная поверхность столика 3 находится в одной плоскости с основанием .2. Полосковьтй проводник 1, рассчитанный на волновое сопротивление в 50 Ом, имеет шрину

равную 4 мм. Расстолние между полосковым проводником 1 и заземленным основанием 2 равно 0,8 мм. Полосковый проводник 1 закрепляется на некоторых участках полосковой линии с помощью изоляторов из пенопласта, прикрепленных к заземленному основанию 2. Дужка б с прих имным винтом, изготовленная из изоляционного материала, служит для регулировки зазоров в линии на участке размещения ТМП. Полосковый проводник 1 припаивается к коаксиально-полосковым переходникам 5, посредством которых линия соединяется с СВЧ трактом установки. Отсчет углов вращения столика 3 и заземленного основания 2 относительно перемагничивающего поля Осуи ествляется по рискам, нанесенным на поверхности лимбов с точностью, до 0,5 градусов. Выполнение проводника 1 полосковой линии передачи в виде меандра позволяет располох ить полосковую линию передачи таким образом, чтобы ее продольная ось симметрии была перпендикулярна направлению внешнего магнитного поля, что облегчает вращение полосковой линии при сохранении условия ФМР и позволяет уменьшить габариты установки.

Способ позволяет измерить при произвольном направлении внешнего магнитного поля следуюпцю парамет, ры с соответствующи 1И погрешностямиг поле анизотропии Нк (±1,2%); коэрцитивную силу Не (±1,5%); величину резонансного поля Нр (il,G%); ширину линии резонансного гюглощения дН (il,4%). Измерение резонансного поля Нр производится по наблюдаемой кривой резонансного поглощения с точностью не хуже 1,0%,(при использовании осциллографа). Неизменнос ть резонансного поля Нр при этом фиксируется с точностью порядка 0,1%.

На фиг.З и 4 приведены зависимости резонансных полей Нр от направления внешнего магнитного поля относительно оси легкого намагничивания в плоскости ТМГ1 ( Ч ) и относительно плоскости ТМП (0 ), соответственно для ТМП состава 16Fe - 75Ni 9 Ct. По этим зависимостям легко определяются углы, в пределах которых Нр не изменяет своего значения, а, значит, величина угловых дисперсий ТМП в плоскости и в пространстве, кторые численно равны этим углам, соответственно. В данном случае Чо 25°, So 20°.

Таким образом, предлагаекий способ позволяет произзодить в -1эуальны контроль качетсва ТМП. Так ТМП, нспользуемье для управления цилиндрическиг/ш магнитными доменами (ЦМД) В УГ имеют 0,3-0,5 мкм. Пр

наличии магнитноп лнизотропии, перпендикулярной плоскости пленки, .3 ТМП такой толщины возмокка перестройка магнитной доменной структуры пленки из состояния однородной намагниченности в плоскости в состояние с неколлинеарной доменной структурой. Переход пленки в закритическре состояние приводит к значительному уменьшению магниторезистивного

0 эффекта, а, следовательно, к уменьшению сигнала считывания от ЩЩ. Поэтому довольно остро встает вопрос о пооперационном контроле угловой дисперсии анизотропии ТМП в пространстве при изготовлении аппли5каций из ТМП для ЗУ на IU-Щ.

Этот контроль легко осуществляется с предлагаемого способа, что позволяет на ранней стадии изготовления ЗУ отбраковывать материал, предназначенный для изготовления магкигор.езиствных датчиков считывания. Это в своюочередь значительно сократит затраты и повысит производительность труда.

5

изобретения

1., Способ определения анизотролии тонких ;чгнит; ых плег.ск, включающий врл-дение пленки, распопоженнсй на пслосковой липки передачи, вокруг оси перпендикулярной плслскости пленки при сохраняй ; взаи.оП перпендикулярности напразлочнй внешнего магнитного поля и СВЧ-поля.

отл VI чающийся тем.

что,

с целью снижения трудоемкости, полосковую линию передачи вращают

0 вокруг ее пропольной ОСЕ силп ;етрни, которая перпендикулярна направлению внешнего магнитного поля, при этом угловую дисперсию анизотропии в плоскости пленки определяют как угол

5 .жду направлением )эн-2м,1кего поля и осью легкого намагничивания гоькой магнитноп пленки, в пределах ютторого величина резонансного полч постоянна, а угловую ду-слераию анизо0тропии в пространстве определяют как угол между направлением внешнего магнитного поля и плоскостью тонкоЛ магинтной пленки, в пределах котоЕюго величина резонансного поля постоянна.

5

; 2. Устройство для осуществления -способа по п. 1, содержащее полосковую линию передачи с размещенной на ней тонкой магнитной , источник магнитного поля и лимб в

0 плоскости тонкой магнитной пленки, отличающееся тем, что в него введен дополнительный лимб в плоскости, перпендикулярно: плоскости пленки, проводник полосковой

5 линии передачи выГ)Олкен в виде меандpa/ при этом продольная юсь симметрии полосковой линии передачи перпендикулярна направлению магнитного поля источника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Суху Р. Магнитные тонкие пленки. М., Мир, 1967, с. 181

2.Лесник А.Г., Наведенная магнитная анизотропия. К,, Наукова

думка, 1976, с. 143.

X У

Фиг. 2