Способ исследования и неразрушающего контроля магнитных пленок

Способ исследования и неразрушающего контроля магнитных пленок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ И HE :РАЗРУШАИЦЕГО КОНТРОЛЯ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК , заключакхоийся в .разделении, по сшедовательной регистрации и сравнении спектров ферромагнитного резонанса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), отличающий-, с я тем, что, с целью повышения пространственной разреша1Ь1цей способности путем локального изменения параметров исследуемой пленки в процессе измерения, в зону резонанса вводят дополнительный образец и располагают его относительно исследуемого участка пленки на расстоянии магнитного дипольного взаимодействия, равном 1-5 толщины исследуемой магнитной пленки. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный образец выполнен из однородной монокристаплической бездефектной магнитной пленки в форме диска с диаметром , меньшим в 2-10 раз размера отверстия связи в резонаторе спектрометра ЭПР.

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) 0 01 Б 24/10

oIlHGAHHE изоБретяни Г

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ( (21) 3475505/18-25 (22)28.07.82 (46)07.01.84. Бнл. В 1 (72)A.Þ. Кожухарь, В.Н. Линев, Е.Я. Фурса и В.В. Шагаев (53)538.69 .083(088.8) (56)1. Пул Ч. Техника ЭПР-спектроскопии. М., "Мир", 1970, с. 141.

2. Soohoo R. E. 0 microwave шаguetic microscope. - 1. АррХ Раув, 1962, v. 33, В. 3, р. 1276-1277".(прототип).. (54)(57) 1 СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ И НЕ. РАЗРУША)ИЦЕГО КОНТРОЛЯ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК,.заключакв(ийся в,разделении, по-... следовательной регистрации и сравнении спектров Ферромагнитного резонанса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), о т л и ч а ю щ и й-. с я тем, что, с целью повышения пространственной разрешающей способности путем локального изменения параметров исследуемой пленки в процессе измерения, в зону резонанса вводят дополнительный образец и располагают его относительно исследуемого участка пленки на расстоянии магнитного дипольного взаимодействия, равном 1-5 толщины исследуемой магнитной пленки.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что дополнительный образец выполнен иэ однородной монокристаллической бездеФектной магнитной пленки в Форме диска с диа- ф метром, меньшим в 2-10 раз. размера отверстия связи в резонаторе спектрометра ЭПР.

1 1065750 .1

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для исследования физических свойств и технологического неразрушакщего контроля качества магнитных пленок в процессе производства. 5

Известен способ исследования магнитных пленок, основанный на регистрации спектров ферромагнитного резонанса (ФМР ) от образцов, помещенных в резонатор стандартного. радио- 9 спектрометра P1j.

Недостатком данного способа является то, что размеры, исследуемых образцов ограничены размерами рабочей области резонатора, поэтому исследование пленок больших размеров возможно лишь после предварительного их дробления на мелкие части . Вследствие этого точность и однозначность измерения физических параметров магнитных пленок, характеризующих объект исследования как целое, невысокий.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования и неразрушающего контроля магнитных пленок, заключающийся в разделении, последовательной регистрации и сравнении спектров ферромагнитного резонанаса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) Г23.

Однако известный способ характеризуется недостаточной пространственной разрешающей способностью. Это 35 связано с тем, что избирательность pesoнансного поглощения электромагнитной энергии по площади исследуемой пленки достигается путем локализации СВЧ-поля на выделенном элементе 40 пленки за счет отверстия связи в резонаторе спектрометра ЭПР.

Согласно известному способу исследования магнитной пленки исследуемай образец рабочей магнитной плен- 45 ки размещают с внешней стороны резойатора> выделенную локальную область магнитной пленки возбуждают СВЧ-полем, распространякщимся от отверchas связи s creme резонатора ЭНР с требуемыми формой и размерами, обусловленньиы пространственной разрешающей способиостьюр регистрируют спектры ФИР и производят их обработку, изучая однородность магнитных характеристик пленки, образец перемещают относительно отверстия.

Пространственная разрешающая спо собиость данного способа определя ется степенью локализации и интенсивности Н„-компоненты СВЧ-поля на выделенном участке магниткой пленки.

Структуре СВЧ-полн в области отверстия носит .сложный немонотоиный характер, т. е. характеризуется сильной иещ нородностью. Попытки улучшить :65 локализацию и однородность СВЧ-поля путем уменьшения размеров и конфигурации отверстия малоэффективны, так как сопряжены с потерей чувствительности метода.

К недостаткам известного способа контроля относится также отсутствие разрешающей способности по магнитным пленкам разных сторон пластины (по глубине ) образца. Технология изготовления эпитаксиальных ферритгранатовых структур (ЭФГС) такова, что помимо рабочей пленки, осаждаемой на тщательно подготовленной поверхности подложки,. на противоположной стороне подложки образуется нерабочая пленка. Известный резонансный способ контроля не позволяет разделить сигналы от рабочей и нерабочей пленок,, не прибегая к стравливанию нерабочей пленки, что существенно -органичивает его возможности, Таким образом, в ряде экспериментов по наблюдению спектров спин-волновых возбуждений (когда требуется иметь- высокую пространственную однородность резонансных условий ) или же при технологическом контроле качества тонкопленочных магнитных структур (когда требуется высокая чувствительность и высокая пространственная разрешающая способностьl известный способ оказывается малоэффективным.

Цель изобретения - повышение пространственной ращрешающей способности путем локального изменения параметров исследуемой пленки в процессе измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исследования и неразрушающего контроля магнитных пленок, заключающемуся в разделении, последовательной регистрации и сравнении спектров ферромагнитного резонанса от отдельных локальных участков магнитной пленки с помощью спектрометра ЭПР, в зону резонанса вводят дополнительный образец и располагают его относительно исследуемого участка пленки на расстоянии магнитного дипольного взаимодействия, равном

1-5 толщины исследуемой магнитной пленки.

Дополнительный образец выполнен из однородной монокристаллической бездефектной магнитной пленки в форме диска с диаметром, меньшим в 2-10 раэ размера отверстия связи в резонаторе спектрометра ЭПР.

В отличие от известных технических решений,. в которы.; для увеличения пространственного разрешения иа выделенном элементе" образца локализуют один из резонансных параметров: СВЧ-поле (Н ) или поляризующее магнитное поле (Нз) тто достигается

1065750

4 аппаратурными методами1),, предлагае- в резонаторе спектрометра ЭПР, и вы, ьнй способ состоит в.локальном изме- полнен из однородной монокристаллинении (возмущении) параметров самой, ческой бездефектной магнитной пленки. спиновой системы исследуемого образ- Магнитное взаимодействие исслеца путем магнитного дипольного вза-: дуемой пленки и дополнительного обимодействия с дополнительным образ- 5 разца приводит к локальному иэменецом, формирующим требуемые смещения нию магнитной энергии и граничных резонансных и граничных условий в условий для возбуждения спин-волновых то время, как резонансные условия мо- колебаний на выделенном элементе исгут выполняться сразу для всего об- следуемой магнитной пленки. Эти из.разца и оставаться в достаточной 10. менения проявляются в выделении спекстепени однородными. тра ot резонансного поглощения, хаРасстояние между поверхностями рактеризующего локальную область исследуемой пленки и дополнитель- исследуемой пленки, определяемую ного образца в .виде магнигной пленки размерами дополнительного образца 6 задают равными 1-5 толщины исследуе- 15 рабочей магнитной пленки 1, относимых магнитных пленок. Нижняя граница тельно спектра Ь, характеризующего обусловлена техническими требовани- остальную часть исследуемой пленки. ями достижения бесконтактного зазора, Спектры, приведенные на фиг. 2 верхняя - величиной разнесения резo-,; показывают изменение разрешаиицдй спонансных условий ферромагнитного ре- обности предлагаемого способа в за-. эонанса (смещение линий друг от дру- . висимости от степени магнитного вэаига ), т.е. Разрешающей способностью мсдействия исследуемой магнитной пленлиний поглощения от локальной и от ки 1 и дополнительного образца 6 интегральной областей исследуемой при изменении расстояния 1 между ними. пленки. 25 .Пере..ещение исследуемой пленки отН 1 сит ьно дополнит льного образца позволяет исследовать всю пленку с висимости от рассто ни К.

Стравливание нерабочей пленки 2 приводит к изменению спектра 6., но висимости от расстояния . между до- 30 не сказывается на форме и положении полнительным образцом и исследуеспектра ы, (фиг. 2), .что подтверждамой магнитной пленкой (а - резонанс . ет наличие магнитного взаимодействия от локальной области, б - поглоще:дополнительного образца только с рание от всего образца, возбуждаемое неоднородным СВЧ-полем У отвеРстия .35 Ooze пл нкой 1 . связи резонатора, рабочая частота

/2 9 3 риац ) Хаким образом,, иэобр тение позвляет повысить пространственную разрешающую способность резонансного

2 - неРабочая магнитные пленкй образ- метода контроля до Размеров допопца; 3 - подложка-, 4 - отверстие свя- 40 нительного образца (0,02-2 мм) при зи в боковой стенке резонатора, 5 — сохранении высокой однородности

РезонатоР, 4i - дополнительный Обра- СВЧ-поля, поляризукщего магнитного зец. Но внешнее статическое поле,, поля и сохранении высокой чувстви- . а „вЂ” Ca -поле. тельности метода.

Cnoco6 ocVlgBcTMIsBoT B едующей 45 и р и м е р. Исследукт параметры последовательности. Рабочей магнитной пленки образца

Дополнительный образец Распола- : диаметром 60 мм. Состав магнитнОй гают в отверстии РезонатоРа, Разме- .- Пленки . V Ре 0 .толщина рабочей щают исследуемую магнитную пленку. пленки Ь = 5,3 мкм, нерабочей Ь на Расстоинии . От контРольного об- 5 4 9 мкм. намагниченность насыщения .8,1 Р ° 2

РаЭЦа, ОбЕСПЕЧИВаЮЩЕМ ИХ ЭффЕКтИВНОЕ 139 кА/м. рабочая частота прямоуголь.магнитное взаимодействие и Равном ного резонатора 9 3 ггц. Дополнитель1-5 толщины исследуемой пленки У ный образец диаметром 1 мм имеет маготвеРстиЯ свЯзи РезонатоРа возбужДают. нитные параметрыг толщина магнитной

СВЧ-поле, Регистрируют спектРы по- .Пленки Щ 4 4 мкм намагничеи. глощения ФМР от локальной области ность насыщения 4пМэ = 22 кд/м, напря55 ь и от Остальной части исслеДуемой женность поля одноосйой анизотропии пленки," производят обработку .спектров от локальной области магнитной пленки," исследуемую область пленки пеРе- Ширина линии ФМР от локального мещают относительно контрольного. 40. Участка составляет 2дН = 91 А/м, что образца при исследовании однородно- значительно меньше ширины линии инсти пленки. тегрального поглощения. Исследование

Дополнительный образец 6 представ- . спектров ФМР, полученных на различ ляет собой диск диаметром, меньшим ных расстояних 6 между исследуемой в 2-10 раз размера отверстия связи 65 пленкой и дополнительным образцом, 1065750

Составитель В,Иайоршии

Техред И. Иетелева Корректор N. Шароши

Редактор Л. Филь

Заказ 11033/44 Тираж 828 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

»»»»» Ь ° « » »«» »

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 позволяет оптимизировать указанное расстояние (1-5Ь .

Предлагаемый способ по сравненик с известнымк позволяет повысить пространственную разрешающую способность по поверхности магии ной пленки и 5 по отношению к обратной нерабочей магнитной пленке до.размеров 0,033 мм, точность измерения локальных параметров магнитных пленок, в том числе и ширину линии ФИР до 5-10%, а также упростить работу по подготовке образцов путем исключения стравливания нерабочей пленки.