SU819766A1 - Device for measuring magnetic material static characteristics - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДНЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ(54) DEVICE OF THE DAY OF DETERMINATION OF THE STATIC CHARACTERISTICS OF MAGNETIC MATERIALS

1one

Изобретение относитс  к области проектировани  и изготовлени  запоминающих устройств (ЗУ) на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), а более конкретно к аппаратуре контрол  статистических характеристик тонких магнитных пленок (ТМП) в технологическом процессе изготовлени  ЗУ на ЦМД.The invention relates to the field of designing and manufacturing storage devices (RAM) on cylindrical magnetic domains (CMD), and more specifically to equipment for monitoring the statistical characteristics of thin magnetic films (TMF) in the process of manufacturing memory on a CMD.

Известны устройства  п  измерени  статических характеристик ТМП с использованием магнитооптической техники l Такие устройства содержат осветитель, пол ризатор и анализатор , систему электромагнитов дл  создани  магнитных полей (парешлельного и перпендикул рного плоскости образца), фотоусилитель, двухкоординатный самописец, устройство дл  креплени  образца.There are known devices for measuring static characteristics of a TMP using a magneto-optical technique. Such devices contain an illuminator, a polarizer and an analyzer, a system of electromagnets for creating magnetic fields (permissive and perpendicular sample plane), a photo amplifier, a two-coordinate recorder, a device for fastening a sample.

Модулированный пол ризованный све проходит через образец и синхронно детектируетс  на частоте модул ции. Получаемый сигнаш пропорционален поперечной восприимчивости пленки.The modulated polarized wave passes through the sample and is synchronously detected at the modulation frequency. The resulting signal is proportional to the transverse susceptibility of the film.

Дл  ТМП, использу  теоретические .риближени , определ ют намагниченность насыщени  - 4 М и константу олнгзосиой к и aFm3OTpoiiHi.For TMP, using theoretical approximations, the saturation magnetization is determined to be 4 M and the constant constants k and aFm3OTpoiiHi.

Недостаток известных устройств заключаетс  в небольшом диапазоне измерений .A disadvantage of the known devices lies in the small measurement range.

Известно устройство дл  определени  количества магнитного материала в образце, основанное на индуктивночастотном методе, состо щее из опорного высокостабилизированного генератора синусоидальных колебаний,, изме0 рительного генератора, имеющего выносную индуктивность, смесител  частот, фильтра низкой частоты, преобразовател  частота-напр жение и стрелочного индикатора f2. Поме5 щение в соленоид образца в качестве сердечника приводит к сдвигу частоты измерительного генератора, пропорционсшьному количеству магнитного материёша в образце.A device is known for determining the amount of magnetic material in a sample, based on an inductive-frequency method, consisting of a reference highly stabilized sinusoidal oscillator, a measuring generator having a remote inductance, a frequency mixer, a low-frequency filter, a frequency-voltage converter, and a pointer indicator f2. The placement of a sample in the solenoid as a core leads to a shift in the frequency of the measuring generator, proportional to the amount of magnetic matter in the sample.

00

Устройство, откалиброванное по известно процентному содержанию махнитных материалов или их смесей пригодно дл  исследовани  образцов с неизвестным процентным содер5 жанием известного магнитного наполнител . Данное устройство позвол ет определить количество магнитного, материала в непрозрачных изотропных массивных образцах, однако оно A device calibrated with a known percentage of spinning materials or mixtures thereof is suitable for examining samples with an unknown percentage of known magnetic filler. This device allows you to determine the amount of magnetic material in opaque isotropic bulk samples, however

0 не может быть применено дл  исследоваи  статических характеристик магнитых материалов, в частности дл  конрол  тонких магнитных пленок по основным техническим характеристикам. С целью расширени  диапазона изep e fiJIx параметров в устройство л  определени  статических харакеристик магнитных материалов, содержащее катушку индуктивности, .измерительный генератор, опорный генератор , подключенные к выходам упом нутых генераторов последовательно соеиненные смеситель, фильтр низкой частоты, преобразователь чаетота-на пр жение , а также блок управлени , введены электромагнит, блок управле™ ни  частотой из1.шрительного генера-г тора, последовательно соелиненныв дифференцнрукадий блок и самописец, коммутатор, выходом подключенный ко второму входу самописца, блок nporpcuviмного управлени  величиной магнитного пол , блок управлени  направлением магнитного пол  и частотомер, вход которого подключен ко входу преобразовател  частот а- напр жен не, выход которого соединен с первым входом блока управлени  частот измерительного генератора, входом дифференцирующего блока и третьим входом самописца , первый вход коммутатора соединен с выходом блока управлени  величиной магнитного пол , второй вход - с первым выходом блока управлени , третий вход - с первым выходом блока управлени  направлением магнитного пол , вход которого соединен со вторым выходом блока управлени , а второй выход - с электромагнитом , третий выход блока управлени  соединен со вторым входом блока управлени  частотой измерительного генератораJ четвертый выход соединен со входом блока управлени  величиной магнитного пол , второй . выход которого св зан с электромагнитом .0 can not be used to study the static characteristics of magnetic materials, in particular for Conrol thin magnetic films on the basic technical characteristics. In order to expand the range of ip and fiJIx parameters to a device for determining the static characteristics of magnetic materials, comprising an inductance coil, a measuring generator, a reference generator connected to the outputs of the said generators, a series-connected mixer, a low-frequency filter, a voltage converter, and also a control unit, an electromagnet, a control unit ™ or a frequency of an I.special generator of a torus, successively connected to a differential manual unit and a recorder, a switch, are introduced the stroke connected to the second input of the recorder, the nporpcuvimennogo control unit of the magnetic field, the control unit of the direction of the magnetic field and the frequency meter, the input of which is connected to the input of the frequency converter a- not stressed, the output of which is connected to the first input of the control unit of the measuring generator, the input of the differentiating unit and the third input of the recorder, the first input of the switch is connected to the output of the control unit of the magnetic field value, the second input to the first output of the control unit, the third input to the first The second output of the control unit is the magnetic field, the input of which is connected to the second output of the control unit, and the second output is connected to the electromagnet, the third output of the control unit is connected to the second input of the frequency control unit of the measuring generator, the fourth output is connected to the second control unit. the output of which is associated with an electromagnet.

На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства дл  определени  пол  анизотропии в ТМП; на фиг. 2 гистерезисна  зависимость &0 от на фиг. 3 - схематическа  гистерезисна  зависимость А / преобразованна  в посто нный сигнал от Hti .FIG. 1 shows a block diagram of a device for determining the anisotropy field in a TMP; in fig. 2, the hysteresis dependence of & 0 from FIG. 3 - schematic hysteresis dependence A / converted to a constant signal from Hti.

Устройст во дл  определени  статических параметров в ТМП содержит электромагнит 1 дл  создани  управл емого магнитного пол  с ТМП 2 в качестве сердечника, катушку индуктивности 3, измерительный генератор 4, опорный генератор 5, блок 6 упра1влени  величиной магнитного пол , блок 7 управлени  направлением магнитного пол , блок 8 управлени  частотой измерительного генератора , смеситель 9, блок управлени  10 фильтр низкой частоты 11,преобразователь частота-напр жение 12,A device for determining static parameters in a TMP contains an electromagnet 1 for creating a controlled magnetic field with a TMP 2 as a core, an inductor 3, a measuring generator 4, a reference generator 5, a magnetic field control unit 6, a magnetic field direction control unit 7, frequency generator unit 8 of the measuring generator, mixer 9, control unit 10 low frequency filter 11, frequency-voltage converter 12,

дифференциругаций блок 13, самописец 14, коммутатор 15 и частотомер 16.Differentiation unit 13, recorder 14, switch 15 and frequency 16.

Устройство работает следующим образомоThe device works as follows

Перед крнт, ТМП частота измери„ тельного г йЭратора 4 с помощью бло, ка 8 и частотомера 16, устанавливаетс  равной частоте опорного генератора 5. При установке ТМП на выносную индуктивность контура измерительного генератора 4 частота контура измен етс  на величину Д1) , т. е. внесение ТМП равносильно введению в контур сердечника.Before krnt, the TMP frequency of the measuring generator 4 using block 8 and frequency meter 16 is set equal to the frequency of the reference generator 5. When installing the TMP on the remote inductance of the circuit of the measuring generator 4, the frequency of the circuit changes by D1), i.e. The introduction of TMP is equivalent to the introduction into the contour of the core.

Катушка индуктивности 3 с ТМП 2 в качестве сердечника, помещенна  в 5 магнитное поле электромагнита 1,Inductance 3 with TMP 2 as a core, placed in 5 magnetic field of an electromagnet 1,

определ ет частоту генератора 4, котора  смесителем 9 сравниваетс  с частотой генератора 5, и разность частот через фильтр низкой частоты © 11, подаетс  на преобразователь 12, а с него на вход Y двухкоординатного самописца 14, вход X которого св зан с выходом коммутатора 15. На вход X самописца 14 с блоков б 5 .или 7 через коммутатор 15 подаетс  электрический сигнал, пропорциональный величине или азимутальному углу поворота магнитного пол  относительно ТМП. Блок управлени  10 управл ет работой устройства, Дефференцирующий блок 13 фиксирует экстемумы и точки перегиба в регистрируемом сигнале. Частота .генератора 4 зависит от величины, перпендикул рной дифференциальной магнитной восприимчивости ( Н - слабое переменное магнитное поле, перпендикул рное плоскости ТМУП) , котора , в свою очередь,  вл етс  функцией от величины и направлени  внетинего магнитного пол  X, (it) . Изменениеdetermines the frequency of oscillator 4, which is compared by mixer 9 with oscillator frequency 5, and the difference of frequencies through low-pass filter 11 11, is fed to transducer 12, and from there to input Y of two-coordinate recorder 14, input X of which is connected to output of switch 15. An electrical signal is applied to the input X of the recorder 14 from the blocks b 5. Or 7 through the switch 15 that is proportional to the magnitude or the azimuth angle of rotation of the magnetic field relative to the TMF. The control unit 10 controls the operation of the device, the Differentiating unit 13 fixes the exteme and the points of inflection in the recorded signal. The frequency of generator 4 depends on the magnitude perpendicular to the differential magnetic susceptibility (H is a weak alternating magnetic field perpendicular to the TMUP plane), which, in turn, is a function of the magnitude and direction of the external magnetic field X, (it). Change

И по заданному закону приводит к j изменению Х , что влечет за собой изменение индуктивности катушки индуктивности 3с ТМП 2 и, как следствие, изменение частоты измерительного генератора 4,And according to a given law leads to j change in X, which entails a change in the inductance of the inductance 3c TMP 2 and, as a consequence, a change in the frequency of the measuring generator 4,

Последовательно имеемWe consistently have

ди-й1), J DI1), J

АН - изменение внешнего магнитгде ного пол  по величине или направлению;AN is the change in the external magnetic field in magnitude or direction;

- изменение намагниченности образца, вызванное изменением внешнего магнитного пол  ; - change in the sample magnetization caused by a change in the external magnetic field;

- изменение дифференциальной магнитной восприимчивости ТМП ,в зависимости от ; - change in the differential magnetic susceptibility of TMP, depending on;

Д1. - изменение индуктивности измерительного генератоР D1. - change inductance of measuring generator

iV - изменение резонансной частоты изме1рительного генератора 4;iV is the change in the resonant frequency of the oscillator 4;

ди - изменение напр жени , преобразованное в (1ОСТОЯННЫЙ сигнал.di - voltage change converted to (1STEIN signal.

Таким образом, измен   величину и направление вне1 него магнитного пол  и фиксиру  изменение, частоты измерительного генератора 4 получают информацию о магнитных характеристиках ТИП, поскольку, начина  с некоторых значений магнитных полей (в зависимости от направлени  эти пол  отличаютс  по величине), дальнейшее изменение частоты не происходит, так как ТИП перемагничиваетс  и переходит в полностью намагниченное состо ,ние. Величины этих полей фиксируютс Ьи используютс  дл  определени  статических параметров ТИП.Thus, by changing the magnitude and direction of the external magnetic field and fixing the change, the frequencies of the measuring generator 4 receive information about the magnetic characteristics of the TYPE, since starting from some values of magnetic fields (depending on the direction these fields differ in size), a further change in the frequency is not This occurs because the TYPE is reversal and reverts to a fully magnetized state. The magnitudes of these fields are fixed by b and are used to determine the static parameters of the TYPE.

Намагниченность насыщени  4 JTMg определ ют, помеща  ТИП в измен ющеес  по величине внешнее магнитное поле Н , перпендикул рное плоскости ТИП. Из зависимости Д1)(Н,), преобразованной в посто нный сигнал преобразователем 12, определ ют величины магнитных полей Н и Н, , использующихс  дл  нахождени  4 Jfl.The saturation magnetization 4 JTMg is determined by placing the TYPE in a varying external magnetic field H, perpendicular to the plane of the TYPE. From the D1) (H,) relationship converted to a constant signal by the converter 12, the magnitudes of the magnetic fields H and H, used to find 4 Jfl, are determined.

Формула дл  нахождени  4 FMg , полученна  теоретически и подтвержденна  экспериментально, имеет видThe formula for finding 4 FMg, obtained theoretically and experimentally confirmed, has the form

H4H; jrM5.r.H4H; jrM5.r.

На фиг. 2 схематически показана гистерезисна  зависимость ли от Н и указаны пол  HJ, и н, , использующиес  дл  нахождени  AJTMg и определ емы дифференцирующим блоком 13.FIG. Figure 2 schematically shows the hysteresis dependence on H and the fields HJ, and n, are indicated, used to find the AJTMg and are determined by differentiating unit 13.

При определении константы одноосной анизотропии К необходимо преварительное исследование распределени  анизотропии в плосзсости ТМП дл  нахождени  оптимального направлени  перемагничивани  и исключени  вли ни  вкладов других видов анизотропии (кубической орторомбической, св занной с отклонением оси легкого намагничивани  от нормали в плоскости ТМП и т. д.). Дл  Э.ТОГО внешнее посто нное по величине магнитное поле, параллельное плоскости ТМП Ни создаваелюе электромагнитном 1, при помощи блока 7 вращают в плоскости пленк на и фиксируют при помощи самописца 14 изменение частоты генератора 4 в зависимости от азимутального угла поворота магнитного пол  вокруг ТМП.When determining the uniaxial anisotropy constant K, a preliminary study of the anisotropy distribution in the TMP plane is necessary to find the optimal direction of the magnetization reversal and to eliminate the influence of the contributions of other types of anisotropy (cubic orthorhombic associated with the deviation of the axis of easy magnetization from the normal in the plane of TMP and so on.). For THAT, the external constant magnetic field parallel to the TMP plane. Neither the electromagnetic 1 produced by the unit 7 is rotated in the plane of the film and recorded using the recorder 14 the change in the frequency of the generator 4 depending on the azimuthal angle of rotation of the magnetic field around the TMP.

При помощи дифференциального блока 13 на графике распределени  анизотропии в плоскости ТМП определ ют положение минимашьного изменени  частоты генератора 4.Using the differential unit 13 on the graph of the anisotropy distribution in the TMP plane, the position of the minimal variation of the generator frequency 4 is determined.

При вращении при помощи блока 7 электромагнита 1 внешнее магнитное пjie н,, устанавливаетс  вдоль направлени  минимального изменени  л i)v,v(vi fWhen rotating with the help of block 7 of electromagnet 1, the external magnetic pin j n is set along the direction of the minimum change измен i) v, v (vi f

.выбранного в результате вращени  пол . При помощи блока 6 управле ,ни  полем величина Н,, измен етс  от О до Н , при котором прекращаетс  изменение частоты генератора 4.Selected by rotation With the help of the control unit 6, neither the field, H, varies from 0 to H, at which the change in the frequency of the generator 4 stops.

Зависимость дд(Н„) фиксируетс  при помощи самописца 14. Сигнал на самописец дл  фиксировани  н вырабатываетс  дифференциальным блоком 13.The dd (Hn) dependence is recorded with the help of a recorder 14. The signal to the recorder for fixing is generated by the differential unit 13.

Константа анизотропии ц, определ етс  по формулеThe anisotropy constant q, is determined by the formula

(H.f V()/s (H.f V () / s

Из графика (Н,1)легко определ етс  поле Н , используемое дл  определени  Кц.From the graph (H, 1), the H field used to determine the Cc is easily determined.

Использование предлагаемого устройства дл  определени  пол  анизотропии ТМП позво  ет осуществить контроль непрозрачных образцов и образцов сThe use of the proposed device to determine the TMP anisotropy field allows monitoring opaque samples and samples with

0 размерами доменов менее 1 мкм дл 0 domain sizes less than 1 micron dl

контрол  которых практически невозможно использовать магнитооптические устройства ,control of which is almost impossible to use magneto-optical devices

2525

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  определени  статических характеристик магнитных материалов , содержащее катушкуиндуктив0 ности, измерительный генератор, опорный генератор , подключенные к выходам упом нутых генераторов последовательно соединенный смеситель, фильтр низкой частоты и преобразователь час5 тота-напр жение, а также блок управлени , отличающеес  тем, что, с целью расширени  диапазона из . мер емых параметров, в него введены электромагнит, блок управлени  частотой измерительного генератора, последовательно соединенные дифференцирующий блок и самописец. Коммутатор, выходом подключенный ко второму входу самописца, блок программного упf равлени  величиной магнитного пол , блок управлени  направлением магнитного пол  и частотомер, вход которого подключен ко входу преобразовател  частота-капвложение, выход которогоA device for determining the static characteristics of magnetic materials, comprising an inductance coil, a measuring generator, a reference generator, connected to the outputs of said generators, a series-connected mixer, a low-pass filter and a clock-to-voltage converter, as well as purpose of expanding the range of. the measured parameters, an electromagnet, a frequency control unit of the measuring generator, a differentiating unit and a recorder connected in series are entered into it. The switch, the output connected to the second input of the recorder, the software control unit for the magnetic field, the control unit for the direction of the magnetic field and the frequency meter, the input of which is connected to the input of the frequency converter, the input of which соединен с первым входом блока управ50connected to the first input of the control unit50 лени  частотой измерительного генератора , входом дифференцирующего блока и третьим входом самописца, первый вход коммутатора соединен с выходом блока управлени  величинойling frequency of the measuring generator, the input of the differentiating unit and the third input of the recorder, the first input of the switch is connected to the output of the control unit size 55 магнитного пол , второй вход - с первым выходом блока управлени , третий вход - с первым выходом блока управлени  направлением магнитного пол , вход которого соединен со вторым выхоJ0 дом блока управлени , а второй выход с электромагнитом, третий выход блока управлени  соединен со вторым входом блока управлени  частотой измерительного генератора, четвертый вы (ход соединен со входом блока управ55 magnetic field, the second input is with the first output of the control unit, the third input is with the first output of the control unit of the magnetic field, the input of which is connected to the second output of the control unit, and the second output with the electromagnet, the third output of the control unit is connected to the second input of the unit control the frequency of the measuring generator, the fourth you (the stroke is connected to the input of the control unit