SU1347054A1 - Способ измерени анизотропии тонкой магнитной пленки - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет повысить точность измерени . Сигнал с генератора 1 переменного тока через конденсатор 2 переменной емкости и резистор 5 поступает на катушку (К) 3 Гельмгольца, создава  переменное магнитное поле (МП), которое измер етс  вольтметром 4 переменного тока. Посто нный ток от источника 6 посто нного напр жени  через амперметр 7 посто нного тока и дроссель 8 поступает на К 3 Гельмгольца и создает посто нное МП, которое измер етс  амперметром 7 посто нного тока. Тонка  магнитна  пленка помещаетс  в измерительную К 9, сигнал с которой через компенсирующую К 10 подаетс  на селективные микровольтметры 11,12, настроенные на вторую и третью гармоники (г) сигнала. К 3 Гельмгольца и измерительна  К 9 установлены соос- но так, что вектор МП всегда находитс  в плоскости тонкой магнитной пленки . Вращают тонкую магнитную-пленку вокруг нормали к ее плоскости и устанавливают ее в такое положение, при котором амплитуда второй Г индукции максимальна, измер ют зависимость амплитуды второй Г индукции от величины посто нного МП и определ ют поле анизотропии как поле, в котором амплитуда третьей Г индукции равна нулю. 3 ил. I (Л со k о сд

Description

11347054

Изобретение относитс  к магнитным измерени м и может быть использовано дл  изь{ерени  пол  анизотропии тонких магнитных пленок в широком интервале полей.

Цель изобретени  - повышение точности измерени ,

На фиг.I и 2 показаны зависимости, по сн ющие осуществление предлагае- Q мого способа; на фиг.З - установка дл  измерени  Н.

Сущность способа заключаетс  в следующем,

В пермаллоевых одноосных тонких 15 магнитных пленках ось трудного намагничивани  (ОТН) лежит в плоскости пленки. Если вдоль ОТН такой пленки, обладающей незначительной угловой дисперсией анизотропии, одновременно 20 действуют посто нное и синусоидальное переменное магнитные пол , в пленке возникают гармоники индукции.

При UK - Н Нц + Н амплитуда второй и третьей гармоник определ етс  выражени ми

Э/2

где ih - относительна  погрешность

измерени  Н.

Устремл   HO к Н и пренебрега  членами второго пор дка малости и

более, из (l) - (4) получают

-

йПо л о Гмакс

да2

макс

uh. -1

йа, а

(5) (6)

где дЬ

1

йа,/аГ

дЬ, - относительна  погрешность измерени  с помощью а„ и а ;

акс

относительна  ; погрешность измерени  максимума & йа, - погрешность измерени  нул  а.

Сравнивают результаты (5) и (6). Дл  уменьшени  &h необходимо умень/макс/

ИЛИ . Вели- не может быть меньшить Да,/а

чина

1 г /«акс

3л -

 

,(1 (Ко - H.-f| ; (1)

i;

(I /HO н

где а, а,

а 2В„/ЗТ,

амплитуды соответственно второй и третьей гармоник индукции;

;25 ше относительной погрешности измерительного прибора. Вклад в эту погрешность дает также нестабильность источников посто нного и переменного магнитных полей. Если суммарна  по- /ovSO грешность составл ет достаточно малую величину, например ua. 0,005, т.е. класс точности приборов

-5/

BO - индукци  насыщени ; Hg - напр женность посто нного пол ; Н - амплитуда напр женности

переменного пол ; Н - напр женность пол  анизотропии .

Анализ выражений (1) и (2) показывает , что при Нд Нц втора  гармоника максимальна, а треть  равна нулю.

0,5, погрешность ДЬ все равно больша : дН 0,055, т.е. на пор док

2g Bbmie погрешности используемых приборов .

Величина Ла, определ етс  трем  факторами: шумами измерительного тракта и наводками, что устран етс 

4Q использованием малошум щей аппаратуры и хорошей экранировкой, и неидеальностью реальных селективных усилителей . Последнее приводит к тому, что вместе с третьей гармоникой час45 тично измер етс  и втора . Следовательно , дл  обеспечени  требуемой величины Ла необходимо,чтобы пабл лась селективным усилителем,настроенным на а,до уровн  не превьш1ающего

макс

Нт

нГ

(3)

3. В

поле Н-

где а - значение

Н.

Погрешность измерени  Н определ етс  величиной отклонени  Н, от Hj, в районе максимума а или нул  а,, в зависимости от способа измерени  (фиг.1).

ih 1 -

(4;

где ih - относительна  погрешность

измерени  Н.

Устремл   HO к Н и пренебрега  членами второго пор дка малости и

более, из (l) - (4) получают

tj -

л о Гмакс

да2

макс

-1

йа, а

(5) (6)

где дЬ

1

йа,/аГ

дЬ, - относительна  погрешность измерени  с помощью а„ и а ;

акс

относительна  ; погрешность измерени  максимума & йа, - погрешность измерени  нул  а.

Сравнивают результаты (5) и (6). Дл  уменьшени  &h необходимо умень/макс/

ИЛИ . Вели- не может быть меньшить Да,/а

чина

1 г /«акс

ше относительной погрешности измерительного прибора. Вклад в эту погрешность дает также нестабильность источников посто нного и переменного магнитных полей. Если суммарна  по- грешность составл ет достаточно малую величину, например ua. 0,005, т.е. класс точности приборо

0,5, погрешность ДЬ все равно больша : дН 0,055, т.е. на пор док

2g Bbmie погрешности используемых приборов .

Величина Ла, определ етс  трем  факторами: шумами измерительного тракта и наводками, что устран етс 

4Q использованием малошум щей аппаратуры и хорошей экранировкой, и неидеальностью реальных селективных усилителей . Последнее приводит к тому, что вместе с третьей гармоникой час45 тично измер етс  и втора . Следовательно , дл  обеспечени  требуемой величины Ла необходимо,чтобы пабл лась селективным усилителем,настроенным на а,до уровн  не превьш1ающего

50 )т.е. ослабление второй гармоники фильтром, настроенным на частоту, третьей гармоники, должно составл ть

55

2 величину пор дка (20 Ip---) дБ. J Л а ,

Полага  а г лЬ, 0,01 получают, что втора  гармоника должна ослабл тьс  на 30 дБ. Это может быть осуществлено с помощью промышленных приборов.

Таким образом, измерение пол  анизотропии с помощью третьей гармоники позвол ет уменьшить погрешность до 1 % и менее.

Однако формулы (l) и (2), а следовательно , и (5) и (б) получены в V предположении, что ОТН совпадает с направлением пол . Если пленка устанавливаетс  так, что между ОТН и направлением пол - существует некоторый угол ( и вектор пол  лежит в плоскости пленки (ОТН пермаллоевых пленок тоже лежит в плоскости пленки при перемагничивании пленки может возникнуть гистерезис, и в зависимости а,(Н,Н„,Н), а,(Н,Нд,Н будут отличные от (1) и (2), В этом .случае получить аналитические выражени , подобные (1) и (2), нельз , поэтому задача решаетс  численно.

Расчет показывает, что при ( ф О в поле Ид - К1 треть  гармоника уже не обращаетс  точно в ноль, а

лишь -стремитс  к некоторому минималь- 25 ка помещаетс  в измерительную катуштт тт WHH

ному значению, причем поле Н Н

ку 9, сигнал с которой через включенную ей навстречу компенсирующую катушку 10 подаетс  на селективные микровольтметры 11 и 12, настроенные 30 на вторую и третью гармоники сигнала Катушки 3 пол  и измерительна  катушка устанавливаютс  соосно так, что вектор магнитного пол  всегда находитс  в плоскости исследуемой пленгде достигаетс  минимум а,,, не совпадает с Н и увеличиваетс  с ростом (f, На фиг.2 представлены зависимости

Hf (if) и ((), откуда видно.

что с

мак.с

(Ц )

ростом { величина а уменьшаетс . Поэтому критерием совпадени  ОТН с направлением пол  может

быть максимум

мкн

о

мин

На фиг.1 приведены зависршости

и от Нд/Нц при 1. На фиг.2 приведены зависимости

от HO/H

н„/н,

НГ /Н

от ( и от V , где JJ мим посто нное поле, в котором а (Е) достигает минимума, значение а в этом же поле.

На фиг.З приведена схема ,установ- ки дл  измерени  Н.

Пример. Исследовани  провод т на плоских одноосных тонких магнитных пленках Fe-Ni-Co, осажденных на стекл нную подложку методом ионко плазменного распылени  в посто нном ориентирующем магнитном поле 160 Э.

Устройство дл  ох;уществлени  предлагаемого способа содержит генератор 1 переменного тока, конденсатор 2 переменной емкости, катушки 3 Гельмгольца с константой пол  47 Э/А, вольтметр 4 переменного тока, эталонный резистор 5, источнике посто нного напр жени ,, амперметр 7 посто нного тока, дроссель 8 индуктивностью 0,7 Гн, измерительную катушку 9 с пленкой, компенсирующую катушку 10, селективные микровольтметры 11

Сигнал с генератора 1 через конденсатор 2 и резистор 5 поступает на катушки 3 Гельмгольца, создава  переменное магнитное поле, которое

измер етс  вольтметром 4 по величине падени  напр жени  на резисторе 5. Посто нный ток от источника 6 через амперметр 7 и дроссель 8 поступает в катушки 3 Гельмгольца, создава 

посто нное магнитное поле которое измер етс  с помощью амперметра 7.

Конденсатор 2, настроенный в резонанс с катушками 3, служит дл  разв зки по посто нному току цепи генератора 1. индуктивность дроссел  8 много больше индуктивности катушек 3, поэтому переменный ток в цепи дроссел  много меньше, чем в катушках 3. Исследуема  тонка  магнитна  пленку 9, сигнал с которой через включенную ей навстречу компенсирующую катушку 10 подаетс  на селективные микровольтметры 11 и 12, настроенные на вторую и третью гармоники сигнала. Катушки 3 пол  и измерительна  катушка устанавливаютс  соосно так, что вектор магнитного пол  всегда находитс  в плоскости исследуемой плен Установив некоторую амплитуду переменного магнитного пол  Н и мен   величину посто нного магнитного

пол  HO, наход т область, где значение а(Нд) максимально, дополнительно вращают пленку вокруг оси, перпендикул рной плоскости пленки, добива сь совпадени  ОТН пленки и вектора

пол , критерием чего служит максимум второй гармоники в зависимости от угла поворота, затем определ ют поле Нд, В котором а(Нд) 0.

Погрешность измерени  Н не пре- вьшзает 0,5%. Измерени  провод тс  в диапазоне частот 180 - 300 Гц, в пол х Н 203, HO 690Э.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  анизотропии тонкой магнитной пленки, включаюш гй перемагничивание пленки в направлении оси трудного намагничивани  пере

   менным к посто нным магнитными пол ми , измерение зависимости амплитуды второй гармоники индукции в пленке от -величины посто нного магнитного пол  при фиксированном переменном магнитном поле .и определение посто нного магнитного пол , при котором амплитуда второй гармоники индукции максимальна, отличающийс  тем, что, с целью повьппени  точности , не мен   величины посто нного

   магнитного -пол , вращают пленку во- кру г нормали к плоскости пленки и , устанавливают пленку в такое положение , при котором амплитуда второй гармоники индукции максимальна, измер ют зависимость амплитуды третьей гармоники индукции от величины посто нного магнитного пол  и определ ют поле анизотропии как поле, в котором амплитуда третьей гармоники индукции равна нулю.

   ,

   2JJ HoJH

   наки 02 IUQ

   ИНН

   HffKC

   Редактор И„Горна 

   Составитель А.Дивеев

   Техред А.Кравчук Корректор А.Т ско

   Заказ 5118/45 Тираж 729Подписное

   БНИШИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна ,4