RU2714314C1 - Method of measuring magnetic characteristics of ferromagnetic films and device for its implementation - Google Patents

Method of measuring magnetic characteristics of ferromagnetic films and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2714314C1
RU2714314C1 RU2019111804A RU2019111804A RU2714314C1 RU 2714314 C1 RU2714314 C1 RU 2714314C1 RU 2019111804 A RU2019111804 A RU 2019111804A RU 2019111804 A RU2019111804 A RU 2019111804A RU 2714314 C1 RU2714314 C1 RU 2714314C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
field
sample
magnetic field
frequency
anisotropy
Prior art date
Application number
RU2019111804A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Бабицкий
Борис Афанасьевич Беляев
Софья Андреевна Клешнина
Никита Михайлович Боев
Андрей Викторович Изотов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Priority to RU2019111804A priority Critical patent/RU2714314C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2714314C1 publication Critical patent/RU2714314C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/1215—Measuring magnetisation; Particular magnetometers therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: group of inventions relates to measurement equipment and is intended for nondestructive testing of quality and homogeneity of thin magnetic films. Essence of the invention consists in the fact that the derivative is measured from the value of absorption of electromagnetic energy of the microwave field by a sample which is placed in a crossed high-frequency magnetic field and a constant magnetic field, wherein a high-frequency magnetic field is parallel to a modulating magnetic field. Two synchronous detection circuits are used to measure variable component of voltage on resonator with frequency of modulating field and with its double frequency. Measurements are carried out by varying the value of the constant magnetic field from zero to a value greater than the field of anisotropy of the sample from signals from the outputs of synchronous detectors, the maximum dependence of the signal from the second synchronous detector is observed at a constant magnetic field equal to the anisotropy field. At fixed constant magnetic field angle between direction of high-frequency excitation magnetic field and sample anisotropy axis is changed, angular dependence is measured from output of first synchronous detector. Central value between the extrema of the obtained dependence corresponds to the direction of the anisotropy field.
EFFECT: high sensitivity of measuring magnetic characteristics of thin-film ferromagnetic samples.
2 cl, 7 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля качества и однородности тонких магнитных пленок.The claimed invention relates to measuring technique and is intended for non-destructive testing of the quality and uniformity of thin magnetic films.

Известен способ измерения магнитных характеристик тонких ферромагнитных пленок с помощью осциллографирования петель гистерезиса при перемагничивании пленок [Суху, Р. Магнитные тонкие пленки, М.: Мир, 1967]. Метод осциллографирования петель гистерезиса реализуется с помощью прибора (петлескопа), который дает возможность наблюдать на экране осциллографа зависимости изменения магнитного момента образца от приложенного к нему поля. Исследуемая магнитная пленка размещается в центре намагничивающих колец Гельмгольца, причем образец помещается в регистрирующую сигнал катушку, или вблизи ее. Для компенсации напряжения в съемной катушке, наводимого в отсутствие пленки, дополнительно вводят компенсационную катушку. Обе катушки размещают симметрично относительно центра измерительной системы и соединяют последовательно навстречу друг другу. Выходной сигнал с катушек подают на интегрирующий усилитель. Генератор звуковой частоты через усилитель мощности подключается к намагничивающим катушкам. Для регистрации петли гистерезиса используют осциллограф, напряжение горизонтальной развертки которого снимается с сопротивления, включенного последовательно с намагничивающей катушкой, а напряжение вертикальной развертки снимается с выхода интегрирующего усилителя. Характеристики образца определяются по форме петли гистерезиса. Способ позволяет проводить измерения таких величин, как суммарный магнитный момент, остаточный магнитный момент, коэрцитивную силу и величину поля анизотропии.A known method of measuring the magnetic characteristics of thin ferromagnetic films by oscillography of hysteresis loops during magnetization reversal of films [Sukhu, R. Magnetic thin films, M .: Mir, 1967]. The method of oscillography of hysteresis loops is implemented using a device (loopscope), which makes it possible to observe on the oscilloscope screen the dependence of the change in the magnetic moment of the sample on the field applied to it. The magnetic film under study is located in the center of the Helmholtz magnetizing rings, and the sample is placed in or near the signal-recording coil. To compensate for the voltage in the removable coil induced in the absence of a film, an additional compensation coil is introduced. Both coils are placed symmetrically relative to the center of the measuring system and connected in series towards each other. The output signal from the coils is fed to an integrating amplifier. The sound frequency generator is connected through a power amplifier to magnetizing coils. To register the hysteresis loop, an oscilloscope is used, the horizontal voltage of which is removed from the resistance connected in series with the magnetizing coil, and the vertical voltage is removed from the output of the integrating amplifier. Characteristics of the sample are determined by the shape of the hysteresis loop. The method allows the measurement of such quantities as the total magnetic moment, residual magnetic moment, coercive force and the magnitude of the anisotropy field.

Однако известный способ не обеспечивает высокой точности измерений магнитных характеристик тонкопленочных образцов. Кроме этого, метод не позволяет проводить измерения на локальных участках пленок.However, the known method does not provide high accuracy measurements of the magnetic characteristics of thin-film samples. In addition, the method does not allow measurements on local sections of the films.

Известно устройство для измерения магнитных свойств тонких ферромагнитных образцов [Авт. св-во СССР, №304529, МПК G01R 33/12, опубл. 25.05.1971, бюл. №17], предназначенное для исследований тонких магнитомягких и магнитожестких образцов. Устройство содержит генератор тока высокой частоты, возбуждающую, управляющую и измерительную обмотки, внутри которых размещается исследуемый образец. Возбуждающая обмотка подключается к генератору тока высокой частоты, управляющая обмотка соединена с регулируемым источником постоянного тока, а измерительная обмотка подключена к резонансному усилителю, на выходе которого включен вольтметр. Измеряя напряжение вольтметром при различных значениях постоянного магнитного поля и вычисляя соответствующие им величины дифференциальной проницаемости образца, строят ее зависимость от напряженности постоянного магнитного поля и по максимуму этой зависимости определяют коэрцитивную силу образца. При измерении продольной дифференциальной проницаемости постоянное магнитное поле ориентируют вдоль высокочастотного магнитного поля, а при измерении поперечной дифференциальной проницаемости - перпендикулярно высокочастотному магнитному полю. Напряженность поля анизотропии тонкого образца определяют по максимуму поперечной дифференциальной проницаемости вдоль легкой оси тонкого ферромагнитного образца при действии постоянного поля вдоль оси трудного намагничивания образца.A device for measuring the magnetic properties of thin ferromagnetic samples [Auth. USSR Academy of Sciences, No. 304529, IPC G01R 33/12, publ. 05/25/1971, bull. No. 17], intended for research of thin magnetically soft and magnetically rigid samples. The device contains a high-frequency current generator, exciting, control and measuring windings, inside which the studied sample is placed. The exciting winding is connected to a high-frequency current generator, the control winding is connected to an adjustable constant current source, and the measuring winding is connected to a resonant amplifier, at the output of which a voltmeter is turned on. By measuring the voltage with a voltmeter at various values of the constant magnetic field and calculating the corresponding values of the differential permeability of the sample, its dependence on the intensity of the constant magnetic field is built and the coercive force of the sample is determined from the maximum of this dependence. When measuring the longitudinal differential permeability, the constant magnetic field is oriented along the high-frequency magnetic field, and when measuring the transverse differential permeability, they are oriented perpendicular to the high-frequency magnetic field. The anisotropy field strength of a thin sample is determined by the maximum of the transverse differential permeability along the easy axis of the thin ferromagnetic sample under the action of a constant field along the axis of the difficult magnetization of the sample.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности проведения измерений магнитных характеристик на локальных участках тонкопленочных образцов.A disadvantage of the known device is the inability to measure magnetic characteristics in local areas of thin-film samples.

Известно также устройство для измерения напряженности поля анизотропии тонких магнитных пленок [Авт. св-во СССР, №746362, МПК G01R 33/12, опубл. 07.07.1980, бюл. №25]. Сверху над исследуемым образцом тонкой магнитной пленки располагается возбуждающий элемент, выполненный в виде проводника, подключенного к генератору тока звуковой частоты, и чувствительный элемент - датчик магнитного поля переключения пленки. В области размещения исследуемого образца создается внешнее перемагничивающее поле кольцами Гельмгольца, подключенными к выходу генератора прямоугольных импульсов. Полезный сигнал снимается с чувствительного элемента и поступает в блок обработки сигналов, на выходе которого получают величину напряженности поля анизотропии тонкой магнитной пленки. Отличительной особенностью конструкции является возможность сканирования по площади образца путем взаимного перемещения датчика и образца, т.е. устройство позволяет проводить измерения магнитных характеристик на локальных участках тонких магнитных пленок.A device for measuring the anisotropy field strength of thin magnetic films is also known [Auth. USSR Academy of Sciences, No. 746362, IPC G01R 33/12, publ. 07/07/1980, bull. No. 25]. Above, above the sample of a thin magnetic film, there is an exciting element made in the form of a conductor connected to an audio frequency current generator, and a sensitive element is a film switching magnetic field sensor. In the area of the sample under study, an external magnetizing field is created by Helmholtz rings connected to the output of the rectangular pulse generator. The useful signal is removed from the sensing element and enters the signal processing unit, at the output of which the magnitude of the anisotropy field of the thin magnetic film is obtained. A distinctive design feature is the ability to scan across the area of the sample by moving the sensor and the sample, i.e. the device allows measurements of magnetic characteristics in local areas of thin magnetic films.

Недостатком известного устройства является его низкая чувствительность и ограниченная степень локальности проводимых измерений, что не позволяет измерять распределения магнитных характеристик по площади пленки с высокой детализацией.A disadvantage of the known device is its low sensitivity and a limited degree of locality of the measurements, which does not allow measuring the distribution of magnetic characteristics over the film area with high detail.

Известен прибор для измерения параметров тонких магнитных пленок, выбранный в качестве прототипа [Пат. США, №3254298, опубл. 31.05.1966 (прототип)]. Исследуемый образец тонкой магнитной пленки на подложке располагается на измерительной платформе, закрепленной внутри колец Гельмгольца. Платформа может вращаться на 360° в плоскости пленки относительно поля, создаваемого кольцами Гельмгольца. Сверху над образцом закреплен датчик, который может вращаться вокруг своей оси и перемещаться в направлении, перпендикулярном плоскости пленки, что позволяет проводить измерения на образцах с различной толщиной подложек и с разной степенью локальности измерений. Установка обеспечивает вращение датчика и измерительной платформы вокруг одной оси. Исследуемый образец перемещается под датчиком по измерительной платформе в двух направлениях с помощью микрометрических винтов. На оси вращения датчика установлен диск с лимбом, к которому прикреплено перо самописца. Диск приводится в движение оператором или с помощью электромотора. Датчик представляет собой стержень, на котором закреплены два скрещенных на его торце проводника. Проводники отводятся от торца стержня и витой парой проводов подключаются к электронному блоку. Диаметр стержня определяет степень локальности измерений, изготовлены стержни диаметром от 0.254 до 12.7 мм. К первому проводнику датчика подключен выход высокочастотного генератора с частотой ω1, а ко второму подключен выход высокочастотного генератора с частотой ω2 и, одновременно, вход полосового фильтра. Выход полосового фильтра подключен к избирательному усилителю, настроенному на частоту ω1+ω2. Выходной сигнал усилителя поступает на детектор, а затем на индикатор. Выходной сигнал детектора служит сигналом обратной связи для электромотора, поворачивающего диск с лимбом.A known device for measuring the parameters of thin magnetic films, selected as a prototype [US Pat. USA, No. 3254298, publ. 05/31/1966 (prototype)]. The investigated sample of a thin magnetic film on the substrate is located on a measuring platform fixed inside the Helmholtz rings. The platform can rotate 360 ° in the plane of the film relative to the field created by Helmholtz rings. A sensor is mounted on top of the sample, which can rotate around its axis and move in the direction perpendicular to the film plane, which allows measurements on samples with different thicknesses of substrates and with a different degree of measurement locality. The installation provides rotation of the sensor and the measuring platform around one axis. The test sample is moved under the sensor along the measuring platform in two directions using micrometric screws. A disk with a dial is mounted on the axis of rotation of the sensor, to which a pen of the recorder is attached. The drive is driven by an operator or by an electric motor. The sensor is a rod on which two conductors crossed at its end are fixed. Conductors are removed from the end of the rod and twisted pair of wires are connected to the electronic unit. The diameter of the rod determines the degree of locality of measurements; rods with a diameter of 0.254 to 12.7 mm are made. The output of a high-frequency generator with a frequency of ω 1 is connected to the first conductor of the sensor, and the output of a high-frequency generator with a frequency of ω 2 and, simultaneously, the input of a band-pass filter is connected. The output of the bandpass filter is connected to a selective amplifier tuned to the frequency ω 1 + ω 2 . The output signal of the amplifier goes to the detector, and then to the indicator. The output signal of the detector serves as a feedback signal for the electric motor that rotates the dial with the dial.

В конструкции-прототипе используется следующий способ измерений. Образец закрепляется на измерительной платформе под датчиком, имеющим два скрещенных проводника. Первый проводник возбуждают от высокочастотного генератора с частотой ω1, второй проводник возбуждают от другого высокочастотного генератора с частотой ω2. Магнитные поля, формируемые проводниками, вызывают малые угловые колебания вектора намагниченности исследуемого образца и, как следствие, в спектре сигнала, снимаемого со второго проводника, присутствуют в том числе гармонические составляющие с разностной и суммарной частотами сигналов возбуждения. Составляющая сигнала с частотой ω1+ω2 выделяется полосовым фильтром, усиливается, после чего детектором измеряется ее амплитуда. При вращении датчика на 360° вокруг измерительной оси получают угловую зависимость, на ней выделяют нулевые значения, по которым определяют положение магнитного момента. Величина поля анизотропии определяется при развертке постоянного магнитного поля вдоль оси трудного намагничивания образца, при этом воздействие поперечного магнитного поля величиной Нk приводит к повороту магнитного момента на 90°.The prototype design uses the following measurement method. The sample is mounted on the measuring platform under the sensor having two crossed conductors. The first conductor is excited from a high-frequency generator with a frequency of ω 1 , the second conductor is excited from another high-frequency generator with a frequency of ω 2 . The magnetic fields generated by the conductors cause small angular fluctuations in the magnetization vector of the sample under study, and, as a result, the spectrum of the signal recorded from the second conductor includes harmonic components with difference and total frequencies of the excitation signals. The component of the signal with a frequency of ω 1 + ω 2 is allocated by a band-pass filter, amplified, after which its amplitude is measured by the detector. When the sensor rotates 360 ° around the measuring axis, an angular dependence is obtained, zero values are distinguished on it, according to which the position of the magnetic moment is determined. The magnitude of the anisotropy field is determined by scanning a constant magnetic field along the axis of the difficult magnetization of the sample, while the action of a transverse magnetic field of H k leads to a 90 ° rotation of the magnetic moment.

Общим недостатком известных устройств и конструкции-прототипа является низкая чувствительность.A common disadvantage of the known devices and the design of the prototype is the low sensitivity.

Задача изобретения - создание способа измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок и устройства для его осуществления, обладающих одновременно высокой чувствительностью и возможностью изменения степени локальности проводимых измерений в широких пределах.The objective of the invention is the creation of a method for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films and a device for its implementation, having both high sensitivity and the ability to change the degree of locality of the measurements taken over a wide range.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение возможности проведения локальных измерений магнитных характеристик тонкопленочных ферромагнитных образцов с высокой чувствительностью за счет проведений измерений на частотах СВЧ-диапазона.The technical result of the claimed invention is the ability to conduct local measurements of the magnetic characteristics of thin-film ferromagnetic samples with high sensitivity due to measurements at frequencies of the microwave range.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок, в котором исследуемый образец размещают на измерительном столике с возможностью перемещения в двух координатах в плоскости образца и вращения вокруг оси чувствительного элемента, а чувствительный элемент размещают сверху над образцом с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении к плоскости образца и вращения вокруг своей оси, при этом в области размещения образца создают однородное постоянное магнитное поле, направленное параллельно плоскости образца, новым является то, что измеряют производную от величины поглощения электромагнитной энергии СВЧ-поля образцом, находящемся в скрещенных высокочастотном и постоянном магнитных полях, параллельно высокочастотному полю дополнительно формируют модулирующее магнитное поле, высокочастотное магнитное поле создают СВЧ-резонатором, первую схему синхронного детектирования сигнала используют для измерения величины переменной составляющей напряжения на СВЧ-резонаторе с частотой модулирующего поля, а вторую схему синхронного детектирования сигнала - с удвоенной частотой модулирующего поля, при проведении измерений величину постоянного магнитного поля изменяют от нуля до величины большей поля анизотропии исследуемого образца при различных углах между направлением высокочастотного магнитного поля и предполагаемыми направлением одной из осей поля анизотропии исследуемого образца, при этом по максимуму сигнала на выходе первой схемы синхронного детектирования определяют примерную величину поля анизотропии исследуемого образца в области измерений, затем при фиксированном значении постоянного магнитного поля, равном или большем поля анизотропии исследуемого образца, образец вращают и измеряют зависимость сигнала на выходе первой схемы синхронного детектирования от величины угла между направлением высокочастотного магнитного поля и предполагаемым направлением оси поля анизотропии исследуемого образца, при этом средняя точка между экстремумами полученной зависимости соответствует искомому направлению поля анизотропии в области измерений, после чего образец устанавливают таким образом, чтобы постоянное магнитное поле было направлено строго вдоль найденной оси трудного намагничивания исследуемого образца, а изменяя величину постоянного поля определяют искомое значение величины поля анизотропии по максимуму сигнала на выходе второй схемы синхронного детектирования, перемещая образец относительно СВЧ-резонатора измеряют распределения магнитных характеристик по площади исследуемого образца.The claimed technical result is achieved by the fact that in the method of measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films, in which the test sample is placed on a measuring table with the ability to move in two coordinates in the plane of the sample and rotate around the axis of the sensor, and the sensor is placed on top of the sample with the possibility of moving in perpendicular to the plane of the sample and rotation around its axis, while in the region where the sample is placed create a uniform constant of magnesium This field directed parallel to the plane of the sample is new in that it measures the derivative of the absorption of electromagnetic energy of the microwave field by a sample located in crossed high-frequency and constant magnetic fields, in addition to the high-frequency field, an additional modulating magnetic field is generated, and a high-frequency magnetic field is created by a microwave resonator , the first synchronous signal detection scheme is used to measure the magnitude of the variable component of the voltage on the microwave resonator with a frequency of field, and the second synchronous signal detection scheme - with a double frequency of the modulating field, during measurements, the constant magnetic field is changed from zero to a larger anisotropy field of the test sample at different angles between the direction of the high-frequency magnetic field and the assumed direction of one of the axes of the anisotropy field of the studied sample, while the maximum signal at the output of the first synchronous detection circuit determines the approximate value of the anisotropy field of the sample in the measurement region, then, for a fixed value of a constant magnetic field equal to or greater than the anisotropy field of the test sample, the sample is rotated and the dependence of the signal at the output of the first synchronous detection circuit on the magnitude of the angle between the direction of the high-frequency magnetic field and the assumed direction of the axis of the anisotropy field of the test sample is measured , the middle point between the extrema of the obtained dependence corresponds to the desired direction of the anisotropy field in the measurement region, why the sample is set in such a way that the constant magnetic field is directed strictly along the found axis of the difficult magnetization of the sample under study, and by changing the constant field value the desired value of the anisotropy field is determined by the maximum signal at the output of the second synchronous detection circuit, moving the sample relative to the microwave resonator distribution of magnetic characteristics over the area of the test sample.

Заявляемый технический результат достигается также и тем, что в устройстве для измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок, содержащем систему формирования постоянного магнитного поля смещения, включающую управляемый источник постоянного тока и устройство создания однородного магнитного поля в плоскости исследуемого образца, систему перемещения и вращения исследуемого образца, систему перемещения и вращения чувствительного элемента, чувствительный элемент, новым является то, что устройство дополнительно содержит систему формирования модулирующего магнитного поля, включающую генератор тока низкой частоты и устройство создания однородного магнитного поля в плоскости исследуемого образца, чувствительный элемент, состоящий из СВЧ-резонатора, подключаемого к СВЧ-генератору, и амплитудного детектора, при этом индуктивной частью СВЧ-резонатора, выполненной в виде расположенного над локальным участком исследуемого образца отрезка проводника, создается высокочастотное магнитное поле, причем постоянное магнитное поле направлено перпендикулярно направлениям высокочастотного магнитного поля и модулирующего магнитного поля, первую схему синхронного детектирования сигнала, к входу которой подключены выход амплитудного детектора чувствительного элемента и выход генератора тока низкой частоты, вторую схему синхронного детектирования, к входу которой подключены выход амплитудного детектора чувствительного элемента и, через удвоитель частоты, подключен выход генератора тока низкой частоты, а выходные сигналы первой и второй схем синхронного детектирования являются выходными сигналами устройства.The claimed technical result is also achieved by the fact that in a device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films containing a system for generating a constant bias magnetic field, including a controlled constant current source and a device for creating a uniform magnetic field in the plane of the sample, the system for moving and rotating the sample, system the movement and rotation of the sensing element, the sensing element, new is that the device further comprises a system the formation of a modulating magnetic field, including a low-frequency current generator and a device for creating a uniform magnetic field in the plane of the sample, a sensitive element consisting of a microwave resonator connected to a microwave generator, and an amplitude detector, while the inductive part of the microwave resonator made in the form of a piece of conductor located above the local area of the test sample, a high-frequency magnetic field is created, and a constant magnetic field is directed perpendicular to the high-frequency magnetic field and the modulating magnetic field, the first synchronous signal detection circuit, to the input of which the output of the amplitude detector of the sensitive element and the output of the low-frequency current generator, the second synchronous detection circuit, to the input of which the output of the amplitude detector of the sensitive element and, through the frequency doubler the output of the low-frequency current generator is connected, and the output signals of the first and second synchronous detection circuits are output signals and devices.

Заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявляемых объектов - устройство для измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок, предназначен для осуществления способа измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.The claimed group of inventions meets the requirement of unity of invention, since the group of diverse inventions forms a single inventive concept, one of the claimed objects being a device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films, designed to implement a method for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films, while both objects of the group of inventions are aimed at solving the same task with obtaining a single technical result.

Сопоставительный анализ с прототипами позволил выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков для каждого из заявляемых объектов группы, изложенных в формулах. Следовательно, каждый из объектов группы изобретений соответствует критерию «новизна».A comparative analysis with the prototypes made it possible to identify a set of significant distinguishing features with respect to the technical result for each of the claimed objects of the group set forth in the formulas. Therefore, each of the objects of the group of inventions meets the criterion of "novelty."

Признаки, отличающие заявляемые технические решения от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данных и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемым решениям соответствие критерию «изобретательский уровень».The features distinguishing the claimed technical solutions from the prototype are not identified in other technical solutions when studying data and related areas of technology and, therefore, provide the claimed solutions with the criterion of "inventive step".

Осуществление заявляемого способа измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок поясняется с помощью чертежа. На фиг. 1 показаны: а - направления полей в измерительной установке; б, в - результаты измерений сигналов на выходе первой схемы синхронного детектирования.The implementation of the proposed method for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films is illustrated using the drawing. In FIG. 1 shows: a - field directions in the measuring installation; b, c - signal measurement results at the output of the first synchronous detection circuit.

Пример осуществления способа измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок. Тонкопленочный образец нестрикционного состава пермаллоя Ni80Fe20, обладающий одноосной магнитной анизотропией, был помещен в скрещенные магнитные поля (фиг. 1, а): Нсм - постоянное магнитное поле смещения; НВЧ - высокочастотное магнитное поле возбуждения;

Figure 00000001
- низкочастотное магнитное поле модуляции. Постоянное магнитное поле Нсм создавалось катушками Фанселау и направлено вдоль оси трудного намагничивания (ОТН) образца. Высокочастотное магнитное поле возбуждения формировалось индуктивной частью СВЧ-резонатора и направлено перпендикулярно полю Нсм, т.е. вдоль оси легкого намагничивания (ОЛН) образца. Низкочастотное магнитное поле модуляции создавалось катушками Фанселау и направлено параллельно высокочастотному магнитному полю возбуждения (вдоль ОЛН тонкопленочного образца). Была предусмотрена возможность вращения образца вокруг точки измерения. Амплитуда колебаний в СВЧ-резонаторе фиксировалась амплитудным детектором. Перед началом измерений установлены следующие параметры: поле Нcм = 0 Э, угол α между Нсм и ОТН равен 0°; частота поля НВЧ соответствовала резонансной частоте СВЧ-резонатора ~500 МГц; амплитуда поля
Figure 00000002
, частота поля
Figure 00000001
- 1 кГц. После этого, путем вращения образца вокруг точки измерений, произведено изменение угла α на небольшую величину - до плюс 10°. Затем амплитуда поля Нем изменялась от нуля примерно до значения, равного 2⋅Нk, где Нk - величина поля анизотропии образца. При этом с помощью первой схемы синхронного детектирования регистрировалась величина переменной составляющей сигнала на выходе амплитудного детектора с частотой, равной частоте поля модуляции
Figure 00000001
. Полученная зависимость отображена на фиг. 1, б. Максимум этой зависимости наблюдается примерно при поле Нсм≈Нk (истинное значение величины поля анизотропии меньше этой величины), для исследуемого образца Hk≈5,2 Э. Затем величина поля Нсм была зафиксирована равной 5,2 Э и измерены зависимости сигнала на выходе первого синхронного детектора от угла α (фиг. 1, в). После чего определены значения угла α для минимума (αмин) и максимума (αмакс) полученной зависимости, а также рассчитано среднее значение угла α0=(αмин+αмакс)/2, соответствующее истинному направлению поля анизотропии. Для исследуемого образца αмин=-10°, αмакс=10°, α0=0°, т.е. в области проведения измерений направление оси трудного намагничивания совпало с направлением постоянного магнитного поля смещения. Далее с использованием второго синхронного детектора, настроенного на измерение величины переменной составляющей сигнала на выходе амплитудного детектора с частотой, равной удвоенной частоте поля модуляции
Figure 00000001
, проведены измерения сигнала от величины постоянного магнитного поля смещения при α=0°. Максимум полученной зависимости соответствует истинному значению величины поля анизотропии в области проведения измерений, уточненная величина поля анизотропии составила Нk=5 Э. Перемещая индуктивную часть СВЧ-резонатора над образцом и повторяя процесс измерений, получены распределения величин и углов поля анизотропии по площади образца.An example implementation of a method for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films. The thin film sample nestriktsionnogo permalloy composition Ni 80 Fe 20 having uniaxial magnetic anisotropy was placed in crossed magnetic field (Figure 1 a.): Cm H - constant magnetic bias field; N HF - high-frequency magnetic field excitation;
Figure 00000001
- low-frequency magnetic field modulation. A constant magnetic field of N cm was created by Fanselau coils and is directed along the axis of difficult magnetization (RT) of the sample. The high-frequency magnetic field of the excitation was formed by the inductive part of the microwave cavity and directed perpendicular to the field N cm , i.e. along the axis of easy magnetization (OLS) of the sample. The low-frequency modulation magnetic field was created by Fanselau coils and is directed parallel to the high-frequency magnetic field of excitation (along the OLI of a thin-film sample). It was possible to rotate the sample around the measuring point. The oscillation amplitude in the microwave cavity was recorded by an amplitude detector. Before starting the measurements, the following parameters were set: field N cm = 0 Oe, the angle α between N cm and OTH is 0 °; the frequency field H HF corresponded to the resonant frequency of the microwave cavity ~ 500 MHz; field amplitude
Figure 00000002
field frequency
Figure 00000001
- 1 kHz. After that, by rotating the sample around the measurement point, the angle α was changed by a small amount - up to plus 10 °. Then, the amplitude of the field He changed from zero to approximately 2⋅H k , where H k is the anisotropy field of the sample. In this case, using the first synchronous detection circuit, the value of the variable component of the signal was recorded at the output of the amplitude detector with a frequency equal to the frequency of the modulation field
Figure 00000001
. The resulting relationship is shown in FIG. 1 b The maximum of this dependence is observed approximately at a field of N cm ≈ Н k (the true value of the anisotropy field is less than this value), for the sample under study, H k ≈ 5.2 E. Then, the field N cm was fixed at 5.2 Oe and the signal dependences were measured at the output of the first synchronous detector from the angle α (Fig. 1, c). After that, the values of the angle α were determined for the minimum (α min ) and maximum (α max ) of the obtained dependence, and the average value of the angle α 0 = (α min + α max ) / 2 was calculated, which corresponds to the true direction of the anisotropy field. For the test sample, α min = -10 °, α max = 10 °, α 0 = 0 °, i.e. in the field of measurements, the direction of the axis of the difficult magnetization coincided with the direction of the constant magnetic displacement field. Next, using a second synchronous detector configured to measure the magnitude of the variable component of the signal at the output of the amplitude detector with a frequency equal to twice the frequency of the modulation field
Figure 00000001
, measurements of the signal from the magnitude of the constant magnetic displacement field at α = 0 ° were carried out. The maximum of the obtained dependence corresponds to the true value of the anisotropy field in the measurement region; the specified value of the anisotropy field was H k = 5 E. Moving the inductive part of the microwave cavity over the sample and repeating the measurement process, we obtained the distribution of the values and angles of the anisotropy field over the area of the sample.

Заявляемое устройство измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок поясняется чертежами. На фиг. 2 представлена структурная схема устройства для измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок. На фиг. 3 показана конструкция устройства для измерений магнитных характеристик ферромагнитных пленок. На фиг. 4 отображено пятикоординатное устройство для перемещения и вращения исследуемого образца, а также для перемещения и вращения чувствительного элемента. На фиг. 5 показана конструкция чувствительного элемента. На фиг. 6 приведен печатный узел чувствительного элемента. На фиг. 7 показан пример измерений распределения амплитуды поля анизотропии по площади образца.The inventive device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films is illustrated by drawings. In FIG. 2 is a structural diagram of a device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films. In FIG. 3 shows the design of a device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films. In FIG. 4 shows a five-coordinate device for moving and rotating the test sample, as well as for moving and rotating the sensing element. In FIG. 5 shows the design of the sensor element. In FIG. 6 shows the printed circuit of the sensing element. In FIG. 7 shows an example of measurements of the distribution of the amplitude of the anisotropy field over the area of the sample.

Устройство измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок состоит из (фиг. 2) измерительного столика (1), на котором размещается исследуемый образец (2). Сверху над образцом (2) размещается чувствительный элемент (3), вход которого подключен к СВЧ-генератору (4), а выход - одновременно к первому синхронному детектору (5) и ко второму синхронному детектору (6). При измерении характеристик тонкопленочных образцов толщиной более

Figure 00000003
применение схем синхронного детектирования не обязательно - измерение амплитуд переменных составляющих напряжения может быть произведено с помощью осциллографа (при необходимости дополнительно используются полосовые фильтры на частоту модулирующего магнитного поля и на его удвоенную частоту). Постоянное магнитное поле смещения Нсм в области размещения образца (2) формируется катушками (7) Фанселау, которые подключены к источнику постоянного тока (8). Переменное модулирующее магнитное поле
Figure 00000001
создается вторыми катушками (9) Фанселау, подключенными к генератору (10) тока низкой частоты. Катушки (7) и (9) Фанселау расположены ортогонально друг другу и создают магнитное поле в плоскости образца (2). Выходной сигнал генератора (10) тока низкой частоты также является опорным сигналом для первого синхронного детектора (5) и через удвоитель (11) частоты подается на второй синхронный детектор (6). Таким образом, первый синхронный детектор (5) предназначен для измерения величины переменной составляющей напряжения на выходе чувствительного элемента с частотой модулирующего магнитного поля, а второй синхронный детектор (6) - составляющей с удвоенной частотой. Выходные сигналы первого синхронного детектора (5) и второго синхронного детектора (6) являются выходными сигналами устройства.The device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films consists of (Fig. 2) a measuring table (1), on which the test sample (2) is placed. Above the sample (2), a sensitive element (3) is placed, the input of which is connected to the microwave generator (4), and the output is simultaneously to the first synchronous detector (5) and to the second synchronous detector (6). When measuring the characteristics of thin-film samples more than
Figure 00000003
the use of synchronous detection schemes is not necessary - the amplitudes of the variable voltage components can be measured using an oscilloscope (if necessary, band-pass filters for the frequency of the modulating magnetic field and its doubled frequency are additionally used). A constant bias magnetic field of N cm in the region of sample placement (2) is formed by Fanselau coils (7), which are connected to a direct current source (8). Variable modulating magnetic field
Figure 00000001
created by the second Fanselau coils (9) connected to the low-frequency current generator (10). Fanselau coils (7) and (9) are arranged orthogonally to each other and create a magnetic field in the plane of the sample (2). The output signal of the low-frequency current generator (10) is also a reference signal for the first synchronous detector (5) and is supplied to the second synchronous detector (6) through a frequency doubler (11). Thus, the first synchronous detector (5) is designed to measure the magnitude of the variable component of the voltage at the output of the sensing element with the frequency of the modulating magnetic field, and the second synchronous detector (6) - component with a double frequency. The output signals of the first synchronous detector (5) and the second synchronous detector (6) are the output signals of the device.

Конструктивно катушки (7) и (9) Фанселау закреплены (фиг. 3) на общем основании (12), на котором также закрепляется пятикоординатная система (фиг. 4), предназначенная для перемещения и вращения исследуемого образца (2), а также для перемещения и вращения чувствительного элемента (3). Исследуемый образец (2) размещается на измерительном столике (1), который с помощью микрометрического винта (13) с маховиком перемещается по салазкам (14) в продольном направлении. Салазки (14) в свою очередь с помощью микрометрического винта (15) с маховиком перемещаются по салазкам (16) в поперечном направлении. Салазки (16) установлены на основании (17) с возможностью вращения вокруг оси чувствительного элемента (3). Таким образом, исследуемый образец (2), находясь на измерительном столике (1), может вращаться вокруг оси чувствительного элемента (3) и перемещаться в двух перпендикулярных направлениях. Чувствительный элемент (3) закреплен с помощью штока на пластине (18) и может вращаться вокруг своей оси с помощью маховика (19). Пластина (18) установлена на каретке (20), способной перемещаться с помощью микрометрического винта (21) с маховиком в вертикальном направлении, перпендикулярном плоскости исследуемого образца (2). Таким образом, чувствительный элемент (3) может вращаться вокруг и перемещаться вдоль своей оси.Structurally, Fanselau coils (7) and (9) are fixed (Fig. 3) on a common base (12), on which a five-coordinate system (Fig. 4) is also fixed, designed to move and rotate the test sample (2), as well as to move and rotation of the sensing element (3). The test sample (2) is placed on the measuring table (1), which, with the help of a micrometer screw (13) with a flywheel, moves along the slide (14) in the longitudinal direction. The slide (14), in turn, with the help of a micrometer screw (15) with a flywheel, moves along the slide (16) in the transverse direction. The slide (16) is mounted on the base (17) with the possibility of rotation around the axis of the sensing element (3). Thus, the test sample (2), while on the measuring table (1), can rotate around the axis of the sensing element (3) and move in two perpendicular directions. The sensing element (3) is fixed with a rod on the plate (18) and can rotate around its axis using the flywheel (19). The plate (18) is mounted on the carriage (20), capable of moving with a micrometer screw (21) with a flywheel in a vertical direction perpendicular to the plane of the test sample (2). Thus, the sensing element (3) can rotate around and move along its axis.

Чувствительный элемент (фиг. 5) состоит из корпуса (22) и печатной платы (23), на которой установлены элементы СВЧ-резонатора, в частности подстроечный конденсатор (24) и амплитудный детектор (25). В корпусе (22) чувствительного элемента имеется отверстие (26), предназначенное для регулировки подстроечного конденсатора (24). На верхней стороне (фиг. 6) печатной платы (23) установлены электрорадиоизделия, а на нижней стороне расположена индуктивная часть (27) СВЧ-резонатора, которая соединяется с электрорадиоизделиями на верхней стороне печатной платы (23) с помощью переходных отверстий. Длина индуктивной части (27) СВЧ-резонатора определяет размеры исследуемой области исследуемого образца (2) и может изменяться в широких пределах, например, от 0.25 до 25 мм. Для этого изготавливают ряд сменных чувствительных элементов с разной длиной индуктивной части (27) СВЧ-резонатора, что дает возможность изменения степени локальности проводимых измерений в широких пределах.The sensitive element (Fig. 5) consists of a housing (22) and a printed circuit board (23), on which elements of a microwave resonator are installed, in particular a tuning capacitor (24) and an amplitude detector (25). In the housing (22) of the sensing element there is an opening (26) designed to adjust the tuning capacitor (24). On the upper side (Fig. 6) of the printed circuit board (23), electronic products are installed, and on the lower side there is an inductive part (27) of the microwave resonator, which is connected to the electrical and radio products on the upper side of the printed circuit board (23) via vias. The length of the inductive part (27) of the microwave cavity determines the size of the studied region of the studied sample (2) and can vary over wide limits, for example, from 0.25 to 25 mm. For this, a series of interchangeable sensitive elements with different lengths of the inductive part (27) of the microwave cavity is manufactured, which makes it possible to vary the degree of locality of the measurements taken over a wide range.

Устройство измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок работает следующим образом. Исследуемый образец (2) размещается на измерительном столике (1) таким образом, чтобы предполагаемое направление ОТН образца было направлено вдоль направления продольного перемещения измерительного столика (1) и, одновременно, вдоль оси катушек (7) Фанселау. С помощью микрометрических винтов (13) и (15) с маховиками измерительный столик (1) перемещается по салазкам (14) и (16) в продольном и поперечном направлениях таким образом, чтобы предназначенный для измерений участок образца (2) оказался на оси чувствительного элемента. Микрометрическим винтом (21) с маховиком в вертикальном направлении перемещается каретка (20) и, соответственно, чувствительный элемент (3) до его сближения с образцом (2). Катушками (7) Фанселау, подключенными к источнику постоянного тока (8), создается постоянное поле смещения Нсм. Катушками (9) Фанселау, подключенными к генератору (10) тока низкой частоты, создается модулирующее магнитное поле

Figure 00000001
. Чувствительный элемент (3) вращается вокруг своей оси с помощью маховика (19) и устанавливается таким образом, чтобы высокочастотное магнитное поле возбуждения НВЧ было направлено вдоль направления модулирующего магнитного поля
Figure 00000001
. Частота СВЧ-генератора (4) устанавливается равной резонансной частоте СВЧ-резонатора чувствительного элемента (3) по максимуму постоянной составляющей сигнала на выходе амплитудного детектора чувствительного элемента (3). При необходимости, резонансная частота изменяется подстроечным конденсатором (24) через отверстие (26) в корпусе (22) чувствительного элемента (3). С помощью первого синхронного детектора (5) происходит измерение величины переменной составляющей напряжения на выходе чувствительного элемента (3) с частотой модулирующего поля
Figure 00000001
, с помощью второго синхронного детектора (6) - с удвоенной частотой поля
Figure 00000001
. Изменяя величину постоянного магнитного поля смещения Нсм и вращая образец (2) путем вращения салазок (16) на основании (17), измеряют первым синхронным детектором (5) амплитудные (фиг. 1, б) и угловые (фиг. 1, в) зависимости. По максиму амплитудной зависимости определяют примерную величину поля анизотропии образца в области исследуемого участка образца (2). По угловой зависимости определяют направление поля анизотропии исследуемого участка образца (2). Вращая исследуемый образец (2) путем вращения салазок (16) на основании (17) устанавливает его таким образом, чтобы постоянное магнитное поле смещения оказалось строго вдоль оси трудного намагничивания пленки. Изменяя величину постоянного магнитного поля смещения Нсм регистрируют выходной сигнал второго синхронного детектора (6). По максимуму полученной зависимости определяют точное значение величины поля анизотропии образца в исследуемой области. Перемещая образец в продольном и поперечном направлениях с помощью микрометрических винтов (13) и (15) с маховиками, измеряют распределения магнитных характеристик по площади образца (2). На фиг. 7 показано экспериментально полученное распределение величины поля анизотропии по площади образца размерами 60×40 мм.A device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films works as follows. The test sample (2) is placed on the measuring table (1) so that the estimated direction of the SST of the sample is directed along the direction of longitudinal movement of the measuring table (1) and, simultaneously, along the axis of Fanselau coils (7). Using micrometric screws (13) and (15) with handwheels, the measuring table (1) moves along the slide (14) and (16) in the longitudinal and transverse directions so that the portion of the sample intended for measurements (2) is on the axis of the sensor . With a micrometer screw (21) with a flywheel, the carriage (20) and, accordingly, the sensing element (3) move in the vertical direction until it approaches the sample (2). Fanselau coils (7) connected to a direct current source (8) create a constant bias field of N cm . Fanselau coils (9) connected to a low-frequency current generator (10) create a modulating magnetic field
Figure 00000001
. The sensitive element (3) rotates around its axis with the help of a flywheel (19) and is set so that the high-frequency magnetic field of the H RF excitation is directed along the direction of the modulating magnetic field
Figure 00000001
. The frequency of the microwave generator (4) is set equal to the resonant frequency of the microwave resonator of the sensing element (3) according to the maximum constant component of the signal at the output of the amplitude detector of the sensing element (3). If necessary, the resonant frequency is changed by the tuning capacitor (24) through the hole (26) in the housing (22) of the sensing element (3). Using the first synchronous detector (5), the magnitude of the variable component of the voltage at the output of the sensing element (3) is measured with the frequency of the modulating field
Figure 00000001
using the second synchronous detector (6) - with a double field frequency
Figure 00000001
. By changing the constant magnetic displacement field N cm and rotating the sample (2) by rotating the slide (16) on the basis of (17), the amplitude (Fig. 1, b) and angular (Fig. 1, c) are measured by the first synchronous detector (5) addictions. The maximum value of the amplitude dependence determines the approximate value of the anisotropy field of the sample in the region of the studied section of the sample (2). From the angular dependence, the direction of the anisotropy field of the studied sample section is determined (2). Rotating the test sample (2) by rotating the slide (16) on the basis of (17) sets it so that the constant magnetic displacement field is strictly along the axis of the difficult magnetization of the film. Changing the magnitude of the constant magnetic displacement field N cm , the output signal of the second synchronous detector (6) is recorded. The maximum value of the obtained dependence determines the exact value of the anisotropy field of the sample in the studied region. Moving the sample in the longitudinal and transverse directions using micrometric screws (13) and (15) with handwheels, the distribution of magnetic characteristics over the area of the sample is measured (2). In FIG. Figure 7 shows the experimentally obtained distribution of the anisotropy field over the area of the sample with dimensions of 60 × 40 mm.

Предложенный способ измерения магнитных характеристик тонких пленок и устройство для его осуществления могут быть использованы для оценки качества изготавливаемых тонкопленочных образцов, а также для получения качественной и количественной информации, необходимой для изучения причин возникновения неоднородностей магнитных характеристик по площади пленок. Экспериментальные исследования с использованием заявленного способа и устройства подтвердили их высокую эффективность при отработке технологии получения тонких магнитных пленок.The proposed method for measuring the magnetic characteristics of thin films and a device for its implementation can be used to assess the quality of manufactured thin-film samples, as well as to obtain qualitative and quantitative information necessary to study the causes of inhomogeneities of magnetic characteristics over the area of the films. Experimental studies using the claimed method and device have confirmed their high efficiency in testing the technology for producing thin magnetic films.

Claims (2)

1. Способ измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок, в котором исследуемый образец размещают на измерительном столике с возможностью перемещения в двух координатах в плоскости образца и вращения вокруг оси чувствительного элемента, а чувствительный элемент размещают сверху над образцом с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении к плоскости образца и вращения вокруг своей оси, при этом в области размещения образца создают однородное постоянное магнитное поле, направленное параллельно плоскости образца, отличающийся тем, что измеряют производную от величины поглощения электромагнитной энергии СВЧ-поля образцом, находящимся в скрещенных высокочастотном и постоянном магнитных полях, параллельно высокочастотному полю дополнительно формируют модулирующее магнитное поле, высокочастотное магнитное поле создают СВЧ-резонатором, первую схему синхронного детектирования сигнала используют для измерения величины переменной составляющей напряжения на СВЧ-резонаторе с частотой модулирующего поля, а вторую схему синхронного детектирования сигнала - с удвоенной частотой модулирующего поля, при проведении измерений величину постоянного магнитного поля изменяют от нуля до величины, большей поля анизотропии исследуемого образца при различных углах между направлением высокочастотного магнитного поля и предполагаемым направлением одной из осей поля анизотропии исследуемого образца, при этом по максимуму сигнала на выходе первой схемы синхронного детектирования определяют примерную величину поля анизотропии исследуемого образца в области измерений, затем при фиксированном значении постоянного магнитного поля, равном или большем поля анизотропии исследуемого образца, образец вращают и измеряют зависимость сигнала на выходе первой схемы синхронного детектирования от величины угла между направлением высокочастотного магнитного поля и предполагаемым направлением оси поля анизотропии исследуемого образца, при этом средняя точка между экстремумами полученной зависимости соответствует искомому направлению поля анизотропии в области измерений, после чего образец устанавливают таким образом, чтобы постоянное магнитное поле было направлено строго вдоль найденной оси трудного намагничивания исследуемого образца, а изменяя величину постоянного поля, определяют искомое значение величины поля анизотропии по максимуму сигнала на выходе второй схемы синхронного детектирования, перемещая образец относительно СВЧ-резонатора, измеряют распределения магнитных характеристик по площади исследуемого образца.1. A method of measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films, in which the test sample is placed on the measuring table with the ability to move in two coordinates in the plane of the sample and rotate around the axis of the sensor, and the sensor is placed on top of the sample with the ability to move in the perpendicular direction to the plane of the sample and rotation around its axis, while creating a uniform constant magnetic field in the region where the sample is placed, parallel to the plane of the sample, characterized in that the derivative of the absorption value of the electromagnetic energy of the microwave field is measured by a sample located in crossed high-frequency and constant magnetic fields, an additional modulating magnetic field is formed in parallel with the high-frequency field, a high-frequency magnetic field is created by a microwave resonator, the first synchronous signal detection circuit is used to measure the magnitude of the variable component of the voltage across the microwave cavity with a frequency of the modulating field, and the second synchronous detection circuit with ignal — with a double frequency of the modulating field, during measurements, the constant magnetic field varies from zero to a value larger than the anisotropy field of the test sample at different angles between the direction of the high-frequency magnetic field and the assumed direction of one of the axes of the anisotropy field of the test sample, with the maximum signal at the output of the first synchronous detection circuit, an approximate value of the anisotropy field of the test sample in the measurement region is determined, then with a fixed a constant magnetic field equal to or greater than the anisotropy field of the test sample, the sample is rotated and the dependence of the signal at the output of the first synchronous detection circuit on the value of the angle between the direction of the high-frequency magnetic field and the estimated direction of the axis of the anisotropy field of the test sample is measured, with the middle point between the extrema of the obtained dependence corresponds to the desired direction of the anisotropy field in the measurement region, after which the sample is set so that This magnetic field was directed strictly along the found axis of the difficult magnetization of the test sample, and by changing the constant field value, the desired value of the anisotropy field was determined from the maximum signal at the output of the second synchronous detection circuit, moving the sample relative to the microwave resonator, and the magnetic characteristics were distributed over the area of the studied sample. 2. Устройство для измерения магнитных характеристик ферромагнитных пленок, содержащее систему формирования постоянного магнитного поля смещения, включающую управляемый источник постоянного тока и устройство создания однородного магнитного поля в плоскости исследуемого образца, систему перемещения и вращения исследуемого образца, систему перемещения и вращения чувствительного элемента, чувствительный элемент, отличающееся тем, что дополнительно содержит систему формирования модулирующего магнитного поля, включающую генератор тока низкой частоты и устройство создания однородного магнитного поля в плоскости исследуемого образца, чувствительный элемент, состоящий из СВЧ-резонатора, подключаемого к СВЧ-генератору, и амплитудного детектора, при этом индуктивной частью СВЧ-резонатора, выполненной в виде расположенного над локальным участком исследуемого образца отрезка проводника, создается высокочастотное магнитное поле, причем постоянное магнитное поле направлено перпендикулярно направлениям высокочастотного магнитного поля и модулирующего магнитного поля, первую схему синхронного детектирования сигнала, ко входу которой подключены выход амплитудного детектора чувствительного элемента и выход генератора тока низкой частоты, вторую схему синхронного детектирования, к входу которой подключены выход амплитудного детектора чувствительного элемента и, через удвоитель частоты, подключен выход генератора тока низкой частоты, а выходные сигналы первой и второй схем синхронного детектирования являются выходными сигналами устройства.2. A device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films, comprising a system for generating a constant bias magnetic field, including a controlled constant current source and a device for creating a uniform magnetic field in the plane of the sample, a system for moving and rotating the sample, a system for moving and rotating the sensor, a sensor characterized in that it further comprises a modulating magnetic field generating system including a current generator and a low-frequency device for creating a uniform magnetic field in the plane of the test sample, a sensitive element consisting of a microwave resonator connected to a microwave generator and an amplitude detector, while the inductive part of the microwave cavity is made in the form located above the local area of the test sample length of the conductor, creates a high-frequency magnetic field, and a constant magnetic field is directed perpendicular to the directions of the high-frequency magnetic field and the modulating magnetic field, the first synchronous detection circuit of the signal, to the input of which the output of the amplitude detector of the sensitive element and the output of the low-frequency current generator are connected, the second circuit of the synchronous detection, to the input of which the output of the amplitude detector of the sensitive element is connected and, through the frequency doubler, the output of the low-frequency current generator is connected, and the output signals of the first and second synchronous detection circuits are the output signals of the device.
RU2019111804A 2019-04-18 2019-04-18 Method of measuring magnetic characteristics of ferromagnetic films and device for its implementation RU2714314C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111804A RU2714314C1 (en) 2019-04-18 2019-04-18 Method of measuring magnetic characteristics of ferromagnetic films and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111804A RU2714314C1 (en) 2019-04-18 2019-04-18 Method of measuring magnetic characteristics of ferromagnetic films and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2714314C1 true RU2714314C1 (en) 2020-02-14

Family

ID=69625669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111804A RU2714314C1 (en) 2019-04-18 2019-04-18 Method of measuring magnetic characteristics of ferromagnetic films and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2714314C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747912C1 (en) * 2020-10-09 2021-05-17 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Broadband ferromagnetic resonance spectrometer
RU2774859C1 (en) * 2021-09-22 2022-06-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Automated device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3254298A (en) * 1963-09-09 1966-05-31 Burroughs Corp Instrument for measurement of thin magnetic film parameters
US4112367A (en) * 1976-06-18 1978-09-05 Thomson-Csf Magnetomer using a thin magnetic film optical waveguide with a.c. modulation and automatic nulling
RU43654U1 (en) * 2004-10-19 2005-01-27 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ЗАВОД имени Г.И. ПЕТРОВСКОГО MAGNETIC FIELD SENSOR
RU183446U1 (en) * 2017-10-27 2018-09-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Small Thin Film Gradient
RU2682076C1 (en) * 2018-04-28 2019-03-14 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Sensor of weak magnetic fields

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3254298A (en) * 1963-09-09 1966-05-31 Burroughs Corp Instrument for measurement of thin magnetic film parameters
US4112367A (en) * 1976-06-18 1978-09-05 Thomson-Csf Magnetomer using a thin magnetic film optical waveguide with a.c. modulation and automatic nulling
RU43654U1 (en) * 2004-10-19 2005-01-27 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ЗАВОД имени Г.И. ПЕТРОВСКОГО MAGNETIC FIELD SENSOR
RU183446U1 (en) * 2017-10-27 2018-09-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Small Thin Film Gradient
RU2682076C1 (en) * 2018-04-28 2019-03-14 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Sensor of weak magnetic fields

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747912C1 (en) * 2020-10-09 2021-05-17 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Broadband ferromagnetic resonance spectrometer
RU2774859C1 (en) * 2021-09-22 2022-06-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Automated device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films
RU2784818C1 (en) * 2022-05-27 2022-11-29 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Local broadband ferromagnetic resonance spectrometer
RU2797721C1 (en) * 2022-12-08 2023-06-08 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Measuring cell of a broadband ferromagnetic resonance spectrometer
RU2814644C1 (en) * 2023-10-18 2024-03-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of determining hysteresis loops of iron-based amorphous ferromagnetic microwires

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4015196A (en) Analysis of materials
US11221380B2 (en) Method and apparatus for analyzing a sample volume comprising magnetic particles
WO2001067085A1 (en) Probe for eddy current testing
US2844789A (en) Microwave magnetic detectors
RU2714314C1 (en) Method of measuring magnetic characteristics of ferromagnetic films and device for its implementation
US6586930B1 (en) Material thickness measurement using magnetic information
JP2012032165A (en) Apparatus and method for measuring permeability of magnetic substance
Soni et al. Development of a high-sensitivity eddy current instrument for the detection of sub-surface defects in stainless steel plates
US20200060578A1 (en) Sensing system and method
US4290017A (en) Apparatus and method for nondestructive evaluation of surface flaws in conductive materials
Johnson et al. Ferromagnetism at very high frequencies II. Method of measurement and processes of magnetization
RU2712926C1 (en) Thin-film magnetic field of weak magnetic fields
US3904956A (en) Alternating force magnetometer
RU2747595C1 (en) Device for measuring parameters of thin magnetic films by method of ferromagnetic resonance at radio frequencies
US2837712A (en) Microwave measurement apparatus
Kleshnina et al. Unit for Measuring the Magnetic Characteristics of Thin Ferromagnetic Films
Pelzl et al. Locally resolved magnetic resonance in ferromagnetic layers and films
RU2707421C1 (en) Sensitive element of a ferromagnetic resonance scanning spectrometer with frequency tuning
RU2793577C1 (en) Device for measuring noise of thin magnetic films in the microwave range
RU2298202C1 (en) Method of measurement of magnetic field strength
RU2715082C1 (en) Uhf head of a ferromagnetic resonance scanning spectrometer
RU2625147C1 (en) Method of measuring magnetization of magnetic fluid
Sofya et al. Unit for Measuring the Magnetic Characteristics of Thin Ferromagnetic Films
SU1758413A1 (en) Method of testing metal surface layer thickness
Nagaraja et al. Electric Field Pattern Measurements of Acoustically Driven Piezoelectric Field Emitters