SU917150A1

SU917150A1 - Method of thin magnetic field structure determination

Info

Publication number: SU917150A1
Application number: SU802917945A
Authority: SU
Inventors: Людмила Алексеевна Иевенко; Анатолий Юрьевич Кожухарь; Валерий Михайлович Устинов
Original assignee: Предприятие П/Я В-2836
Priority date: 1980-05-05
Filing date: 1980-05-05
Publication date: 1982-03-30

Description

Изобретение относится к магнитной электронике и радиоспектроскопии, а * именно к способам исследования параметров тонких магнитных клепок (ТИП), и может найти применение как экспресс-метод при технологическом конт- ⁵роле образцов ТМП, например, гранатовых . эпитаксиальных структур.The invention relates to electronics and magnetic radiospectroscopy, a * particular to methods for the study parameters thin magnetic staves (TYPE), and can be used as a rapid method at a process kont- ⁵ Role TMP samples, such as garnet. epitaxial structures.

Известен магнитооптический способ определения структуры ТМП, в котором ^wструктуру ТМП определяют путем визуального наблюдения за процессом перестройки межфазной границы под Действием магнитного поля [1] .A known magneto-optical method for determining the structure of TMP, in which ^{w the} structure of TMP is determined by visual observation of the process of restructuring the interface under the action of a magnetic field [1].

Однако данный способ является уйи-^,sверсальным и прямым, так как о существовании слоев в ТМП судят по возникновению зон с различной оптической плотностью. Кроме того, метод является трудоемким и не подлежит автоматизации, а следовательно, не может быть использован для технологического экспресс-анализа.However, this method is simple ^, versatile and direct, since the existence of layers in the TMF is judged by the appearance of zones with different optical densities. In addition, the method is time-consuming and not subject to automation, and therefore, cannot be used for rapid technological analysis.

Известен способ определения структуры ТМП, использующий явление ферромагнитного резонанса (ФМР), который включает воздействие на образец, помещенный в резонатор электрометра, электромагнитным СВЧ полем и магнитным полем смещения, регистрацию спектров поглощения образца в зависимости от величины магнитного поля смещения при различных углах между его направлением и направлением оси легкой намагниченности образца, определение поля анизотропии, по которым судят о CTDyKTyDe ТМП [2] .A known method of determining the structure of TMP using the phenomenon of ferromagnetic resonance (FMR), which includes exposure to a sample placed in the resonator of an electrometer, an electromagnetic microwave field and a magnetic bias field, registration of the absorption spectra of the sample depending on the magnitude of the magnetic bias field at different angles between its direction and the direction of the axis of easy magnetization of the sample, the determination of the anisotropy field, which is used to judge the CTDyKTyDe TMP [2].

Недостатком известного способа является снижение точности при определении структуры ТМП, применяемых для построения устройств записи, хранения и отображения информации, которые содержат подрешетку редкоземельных ионов, обладающих очень малым временем релаксации. Это приводит к увеличению затухания в магнитной системе, сдвигу резонансного поля и ушиThe disadvantage of this method is the decrease in accuracy in determining the structure of TMP used to build devices for recording, storing and displaying information that contain a sublattice of rare-earth ions having a very short relaxation time. This leads to an increase in attenuation in the magnetic system, a shift in the resonance field and ears

917150 4 рению кривой поглощения. Эти факторы снижают точность измерений параметров пленок редкоземельных ферритов-гранатов методом ФМР и не позволяет определить существование слоев, 5 отличие полей анизотропии которых не превышает ширину линии ФМР.917150 4 rhenium absorption curve. These factors reduce the accuracy of measuring the parameters of rare-earth ferrite garnet films by FMR and cannot determine the existence of layers, 5 the difference in the anisotropy fields of which does not exceed the width of the FMR line.

Цель изобретения - повышение точности. . ' 'The purpose of the invention is improving accuracy. . ''

Поставленная цель достигается тем, ю что в способе определения структуры тонких магнитных пленок, включающем воздействие на образец, помещенный в резонатор спектрометра, электромагнитным полем и магнитным полем 15 смещения, регистрацию спектров поглощения образца в зависимости от величины магнитного поля смещения и . определение поля анизотропии-образца, частоту электромагнитного поля 20 выбирают равной частоте резонанса доменных границ образца, направление магнитного поля смещения устанавли-. вают перпендикулярно к оси лёгкой намагниченности образца и регистри- 25 руют спектры поглощения образца при величине угла между выбранным в плоскости образца направлением отсчета и направлением магнитного поля смеще-. ния 0 , 30 и 60°. 30This goal is achieved by the fact that in the method for determining the structure of thin magnetic films, including the action on the sample placed in the resonator of the spectrometer, the electromagnetic field and magnetic field 15 bias, registration of the absorption spectra of the sample depending on the magnitude of the bias magnetic field and. determination of the anisotropy field of the sample, the frequency of the electromagnetic field 20 is chosen equal to the resonance frequency of the domain walls of the sample, the direction of the magnetic field of the bias was established. They are perpendicular to the axis of easy magnetization of the sample and 25 record the absorption spectra of the sample when the angle between the direction of reference selected in the plane of the sample and the direction of the magnetic field is shifted. 0, 30 and 60 °. thirty

На чертеже приведен спектре поглощения многослойной ТМП в магнитном поле смещения, направление которого перпендикулярно оси лёгкой намагниченности (ОЛН) образца. 1^2, 3 “ зна-₃₅чения полей анизотропии для различных слоев ТМП.The drawing shows the absorption spectrum of a multilayer TMP in a magnetic displacement field, the direction of which is perpendicular to the axis of easy magnetization (OLS) of the sample. 1 ^ 2 3 'knowledge ₃₅ cheniya anisotropy fields for the various layers of TMP.

Способ определения структуры ТМП осуществляется следующим образом.The method for determining the structure of TMP is as follows.

Спектр магнитного резонанса ма1 40 нитного диска с одноосной анизотропией для плоскостной ориентации магнитного поля в некотором диапазоне частот имеет вид . . 45 “W - Н_А) + N,M_S , .The magnetic resonance spectrum of a magnetic disk with uniaxial anisotropy for the planar orientation of the magnetic field in a certain frequency range has the form. . 45 “W - H _A) + N, M _S,.

где (J_o - резонансная частота;where (J _o is the resonant frequency;

У - гиромагнитное отношение;Y is the gyromagnetic ratio;

Н°_Л| - поле одноосной анизотропии; ^s® M_s - намагниченность насыщения; N - размагничивающий фактор.N ° _{L |} - field of uniaxial anisotropy; ^s ® M _s is the saturation magnetization; N is the demagnetizing factor.

Из приведенной формулы следует, что для ТПМ в планарном поле Н_о, пер•пендикулярном оси легкого намагничи- ⁵⁵ вания образца (Н_о J. ОЛН) спектры магнитного резонанса должны иметь особенность в полях Н_о ~ Н_А, которая для однослойной пленки представляет собой пик поглощения.From this formula it follows that for TBI in a planar field H _o, • lane perpendicularly the axis of easy magnetization of the sample ⁵⁵ Bani (H _o J. EMA) magnetic resonance spectra must have the feature in fields H _o ~ H _A, which is for a single-layer film a peak of absorption.

Если в процессе эпитаксиального выращивания в пленке образуется несколько слоев, отличающихся по физическим параметрам, в том числе по магнитной анизотропии, то линия поглощения расщепляется на ряд линий, соответствующий числу слоев. Пики поглощения будут наблюдаться в полях, соответствующим полям анизотропии каждого слоя.If several layers are formed in the film during epitaxial growth, which differ in physical parameters, including magnetic anisotropy, the absorption line is split into a number of lines corresponding to the number of layers. The absorption peaks will be observed in the fields corresponding to the anisotropy fields of each layer.

Образец помещают в резонатор Спектрометра (на чертеже не показан)_хвоздействуют на него электромагнитным полем и магнитным полем смещения. Спектр поглощения образца регистрируют в полях смещения, близких по величине к полям анизотропии.The sample is placed in the resonator of the Spectrometer (not shown in the drawing) _{x is} exposed to it by an electromagnetic field and a magnetic displacement field. The absorption spectrum of the sample is recorded in bias fields close in magnitude to the anisotropy fields.

Полученный спектр имеет вид, показанный на чертеже.The resulting spectrum has the form shown in the drawing.

Для повышения точности задают произвольное направление в плоскости пленки и регистрируют спектры поглощения для значений углов между этим направлением и направлением планарного магнитного поля смещения 0 , 30 ,60*. После этого определяют значение полей анизотропии, как полусуммы максимальных и минимальных значений резонансных полей соответствующего слоя.To increase the accuracy, an arbitrary direction is set in the film plane and absorption spectra are recorded for the angles between this direction and the direction of the planar magnetic displacement field of 0, 30, 60 *. After that, the value of the anisotropy fields is determined as half-sums of the maximum and minimum values of the resonance fields of the corresponding layer.

Затем, зная площадь всей резонансной, кривой и площадь отдельных пиков определяют толщину каждого слоя по отношению указанных площадей.Then, knowing the area of the whole resonance, the curve and the area of individual peaks determine the thickness of each layer in relation to the indicated areas.

П рим е р. Исследование ТМП на основе гранатовой эпитаксиальной структуры. Точность определения толщины слоев «10%, определение полей анизотропи <=1,2%.R eme r. TMP study based on garnet epitaxial structure. The accuracy of determining the thickness of the layers is “10%, the determination of the anisotropy fields <= 1.2%.

Точность определения поля анизотропии известным способом 15%, толщина слоев не определяется из-за ограничений, присущих методу ФМР.The accuracy of determining the anisotropy field in a known manner is 15%, the thickness of the layers is not determined due to limitations inherent in the FMR method.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет быстро («2 мин) определить структуру ТМП, повысить точность измерений и автоматизировать процесс измерений.Thus, the use of the proposed method allows you to quickly ("2 min) to determine the structure of the TMP, increase the accuracy of measurements and automate the measurement process.

Claims

с Г - . Изооретение относитс к магнитной электронике и радиоспектроскопии, а именно к способам исследовани параметров тонких магнитных клепок (ТМП), и может найти применение как экспресс-метод при технологическом контроле образцов ТМП, например, гранатовых , эпитаксиальных структур. Известен магнитооптический способ определени структуры ТМП, в котором структуру ТМП определ ют путем вйзуального наблюдени за процессом перестройки межфазной границы под дей ствием магнитного пол 1. Однако данный способ вл етс .уйиверсальным и пр мым, так как о существовании сдоев в ТИП суд т по возт никновению зон с различной оптической плотностью. Кроме того, метод вл етс трудоемким и не подлежит автоматизации , а следовательно, не может быть использован дл технологического экспресс-анализа. Известен способ определени структуры ТИП, использующий вление ферромагнитного резонанса (ФМР), который включает воздействие на образец, помещенный в резонатор электрометра, электромагнитным СВЧ полем и магнитным полем смещени , регистрацию спектров поглощени образца в зависимости от величины магнитного пол смещени при различных углах между его направлением и направлением оси легкой намагниченности образца, определение пол анизотропии, по которым суд т о стоуктуое ТИП 2 . Недостатком известного спбсоба вл етс снижение точности при определении структурь ТМП, примен емых дл построени устройств записи, хранени и отображени информации, которые содержат подрешетку редкоземельных ионов, обладающих очень малым временем релаксации. Это приводит к увеличению затухани в магнитной системе , сдвигу резонансного пол и уширению кривой поглсмцени . Эти факторы снижают точность измерений параметров пленок редкоземельных ферритов-гранатов методом ФМР и не позво л ет определить существование слоев отличие полей анизотропии которых не превьшёет ширину линии ФМР. Цель изобретени - повышение точ ности. Поставленна цель достигаетс те что в способе определени структуры тонких магнитных пленок, включающем воздействие на образец, помещенный в резонатор спектрометра, электромагнитным полем и магнитным полем смещени , регистрацию спектров поглощени образца в за рисимости от величины магнитного пол смещени и , определение пол анизотропииобразца , частоту электромагнитного пол выбирают равной частоте резонанса д менных границ образца, направление магнитного пол смещени устанавливают перпендикул рно к оси лёгкой намагниченности образца и регистрируют спектры поглощени образца при величине угла между выбранным в пло кости образца направлением отсчета и направлением магнитного пол смещ ни О , 30 и 60°. На чертеже приведен спектре погло щени многослойной ТМП в магнитном поле смещени , направление которого перпендикул рно оси лёгкий намагниченности (ОЛН) образца. 2, 3 - зн чени полей анизотропии дл различных слоев ТМП. Способ определени структуры ТМП осуществл етс следующим образом. Спектр магнитного резонанса магнитного диска с одноосной анизотропией дл плоскостной ориентации маг нитного пол в некотором диапазоне частот имеет вид н, + N,MS , где О/о - резонансна частота; У - гиромагнитное отношение; Нд| - поле одноосной анизотропии Mg - намагниченность насыщени N - размагничивающий фактор. Из приведенной формулы следует, что дл ТПМ в планарном поле Н, пер пендикул рном оси легкого намагничи вани образца (Н, Л ОЛН) спектры маг нитного резонанса должны иметь особенность в пол х Н, Нд, котора ДЛЯ однослойной пленки представл ет собой пик поглощени . Если в процессе эпитаксиального выращивани в пленке образуетс несколько слоев, отличающихс по физическим параметрам, в том числе по магнитной анизотропии, то лини поглощени расщепл етс на р д линий, соответствующий числу слоев. Пики поглощени будут наблюдатьс в пол х, соответствующим пол м анизотропии каждого сло . Образец помещают в резонатор Спектрометра (на чертеже не показан). воздействуют на него электромагнитным полем и магнитным полем смещени . Спектр поглощени образца регистрируют в пол х смещени , близких по величине к пол м анизотропии. Полученный спектр имеет вид, показанный на чертеже. Дл повышени точности задают произвольное направление в плоскости пленки и регистрируют спектры поглощени дл значений углов между этим направлением и направлением пленарного магнитного пол смещени О , 30 ,60. После этого определ ют значение полей анизотропии, как полусум;мы максимальных и минимальных значений резонансных полей соответствующего сло . Затем, зна площадь всей резонансной , кривой и площадь отдельных пиков определ ют толщину каждого сло по отношению указанных площадей. П р и м е р. Исследование ТМП на основе гранатовой эпитаксиальной структуры. Точность определени толщины слоев «10, определение полей анизотропи ,2. Точность определени пол анизотропии известным способом 15, толщина слоев не определ етс из-за ограничений , присущих методу ФМР. Таким образом, использование предлагаемого слособа позвол ет быстро («2 мин) определить структуру ТМП, повысить точность измерений и автоматизировать процесс измерений. Формула изобретени Способ определени структуры тонких магнитных пленок, включающий воздействие на образец, помещенный в резонатор спектрометра, электромаг- S , 9 нитным полем и магнитным полем смешени ) регистрацию спектров поглощени образца в зависимости от величи мы магнитного пол смещени и.опреде ление пол анизотропии образца, о тличающийс .тем, что, с целью повыщени точности, частоту электромагнитного-пол выбирают равной частоте резонанса доменных границ образца,направление магнитного пол смещени устанавливают перпендикул рно к оси легкой намаг0 тчиченности образца и регистрируют спектры поглощени образца при величине угла между выбранным в плоскости образца направлением отсчета и на правлением магнитного пол смещени О , 30 и 60. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе V. Аваева И.Г. и др. Ф.Т.Т. 1977, т. 19, ff 9, с. 2677. with Mr. Isoreoretation refers to magnetic electronics and radio spectroscopy, in particular, to methods for studying the parameters of thin magnetic rivets (TMP), and can be used as an express method for the technological control of samples of TMP, for example, garnet, epitaxial structures. The magneto-optical method for determining the structure of a TMP is known, in which the structure of a TMP is determined by monitoring the interfacial interface restructuring process under the influence of a magnetic field 1. However, this method is universal and direct, since the existence of sodings in TYPE is judged by no zones with different optical densities. In addition, the method is time consuming and cannot be automated, and therefore cannot be used for rapid technological analysis. A known method for determining the TIP structure using the phenomenon of ferromagnetic resonance (FMR), which involves exposing a sample placed in an electrometer resonator to an electromagnetic microwave field and a bias magnetic field, records the absorption spectra of the sample depending on the magnitude of the bias magnetic field at different angles between its direction and the direction of the axis of easy magnetization of the sample, the determination of the anisotropy field by which TYP 2 is judged. A disadvantage of the known process is a reduction in the accuracy in determining the structure of the TMT used to build recording, storage and display devices that contain a sublattice of rare-earth ions with very short relaxation times. This leads to an increase in attenuation in the magnetic system, a shift in the resonant field, and a broadening of the peak-height curve. These factors reduce the accuracy of measurements of the parameters of films of rare-earth ferrite-garnets by the FMR method and do not allow determining the existence of layers, the difference between the anisotropy fields of which does not exceed the width of the FMR line. The purpose of the invention is to improve accuracy. The goal is achieved by the fact that in the method of determining the structure of thin magnetic films, including the impact on the sample placed in the resonator of the spectrometer, the electromagnetic field and the magnetic displacement field, the registration of the absorption spectra of the sample beyond the measurability of the magnetic field displacement, and the determination of the anisotropy field of the sample, the electromagnetic frequency the field is chosen to be equal to the frequency of the resonance of the sample’s interim boundaries; the direction of the magnetic field bias is set perpendicular to the axis of the light magnetization and the sample and record the absorbance spectra of the sample at the selected size of the angle between the bone in a plane direction of the reference sample and the direction of the magnetic field Offset audio O, 30 and 60 °. The drawing shows the absorption spectrum of a multilayer TMP in a magnetic bias field, the direction of which is perpendicular to the axis of the light magnetization (EMA) of the sample. 2, 3 — values of the anisotropy fields for different layers of the TMP. The method for determining the structure of TMP is carried out as follows. The magnetic resonance spectrum of a magnetic disk with uniaxial anisotropy for a planar orientation of the magnetic field in a certain frequency range has the form n, + N, MS, where O / O is the resonant frequency; Y is the gyromagnetic ratio; Nd | - uniaxial Mg anisotropy field; - saturation magnetization; N - demagnetizing factor. From the above formula, it follows that for TPM in a planar field H, perpendicular to the axis of easy magnetization of the sample (H, L-HN), the magnetic resonance spectra should have a feature in the fields H, Hm, which for a single-layer film is the absorption peak . If, during epitaxial growth, several layers are formed in the film, differing in physical parameters, including magnetic anisotropy, the absorption line splits into a series of lines corresponding to the number of layers. Absorption peaks will be observed in fields corresponding to the anisotropy fields of each layer. The sample is placed in the resonator of the Spectrometer (not shown). It is affected by an electromagnetic field and a magnetic displacement field. The absorption spectrum of the sample is recorded at displacement fields close to the anisotropy field. The resulting spectrum has the form shown in the drawing. To increase the accuracy, an arbitrary direction is set in the film plane and absorption spectra are recorded for angles between this direction and the direction of the plenary displacement magnetic field O, 30, 60. After that, the value of the anisotropy fields is determined as half-sums, we have the maximum and minimum values of the resonant fields of the corresponding layer. Then, knowing the area of the entire resonance, the curve and the area of the individual peaks, determine the thickness of each layer relative to the specified areas. PRI me R. The study of TMP based on garnet epitaxial structure. The accuracy of determining the thickness of the layers is “10, the determination of the anisotropy fields, 2. The accuracy of determining the anisotropy field in a known manner 15, the thickness of the layers is not determined due to the limitations inherent in the FMR method. Thus, the use of the proposed method allows you to quickly (2 minutes) determine the structure of the TMP, improve measurement accuracy and automate the measurement process. The invention The method of determining the structure of thin magnetic films, including the effect on a sample placed in the resonator of a spectrometer, an electromagnetism, a magnetic field, and a magnetic mixing field, records the absorption spectra of a sample depending on the magnitude of the magnetic field and the field anisotropy of the sample Similarly, in order to increase accuracy, the frequency of the electromagnetic field is chosen equal to the resonance frequency of the domain boundaries of the sample, the direction of the magnetic field of displacement is set by the sample is measured at the angle between the direction of reference selected in the sample plane and the direction of the magnetic field of displacement O, 30 and 60. Sources of information taken into account during the examination V. I. Avaeva . and others. F.T.T. 1977, vol. 19, ff 9, p. 2677.

2. Hoekstra В. Solid State Cornmien , 1976, т. 8, , с. .2. Hoekstra B. Solid State Cornmien, 1976, v. 8, p. .