щих их статические и динамические свойства*. Разработаны и применяются методики определения некоторых параметров различных типов ТМП, однако проблема в целом еще не решена. Это обусловлено разнообразием доменных структур и их технических применений, чрезвычайно малыми размерами доменов (до субмикронных), широким диапазоном магнитных и физико-химических свойств тонкопленочных материалов. Многочисленность параметров, подлежащих измерению, сочетается с необходимостью контроля однородности свойств по всей пленке, что и делает задачу испытания ТМП чрезвычайно сложной и важной.

Существуют два направления в методике измерения свойств ТМП. Первое направление основано на непосредственном измерении отдельных параметров независимо от других, например толщины пленки, намагниченности насыщения, константы анизотропии, размера ..домена, коэрцитивной силы и т. п. Другое направление предполагает более узкий круг экспериментальных исследований, достаточный для полной оценки свойств материала. Измеряются не все параметры, определяющие свойства ТМП, а только ранее установленный набор некоторых из них. Остальные рассчитывают на основании аналитической зависимости между ними и найденными экспериментально. Естественно, что вид этих аналитических зависимостей должен быть предварительно определен. Необходимо также провести количественный анализ погрешности нахождения недостающих параметров по исходному набору.

Наиболее широко эта методика применяется для оценки свойств ЦМД-материалов [1.11]. Так, для определения их статических и динамических характеристик, включающих около 23 параметров, достаточно измерить всего 7 параметров: толщину, намагниченность, характеристическую длину, константу одноосной анизотропии, коэрцитшную силу, подвижность доменной стенки и гиромагнитное отношение. Остальные параметры производные и находятся из теории ЦМД (см. § 1.10, 2.22).

Разработано большое число прямых и косвенных методов измерения отдельных параметров (магнитооптические, резонансные, магнитомеханические, вибрационные и т. д.). Наибольшее распространение получили магнитооптические визуальные и невизуальные методы, основанные на МО эффектах Фарадея и Керра (см. § 1.15), а также методы ферромагнитного резонаса (см. § 1.14).

Интёрферометрический метод применяется для измерения толщины пленки. При этом на испытуемый образец направляют свет, длину волны которого, выбранную в соответствии с окном прозрачности материала ТМП, изменяют в некотором диапазоне и измеряют зависимость прохождения света от длины волны. В най-

* Допустимый уровень погрешности при прецизионных измерениях параметров ЦМД по данным [3.8] колеблется в пределах 0,2-2,57о, при производственном контроле - 0,5-50%.

денной кривой наблюдаются небольшие периодические изменения прохождения света как следствие интерференции лучей, отраженных внутри пластины от границ воздух - пленка и пленка - подложка. Фиксируя длины волн Xi и Хг между соседними максимумами кривой прохождения, по известному коэффициенту преломления пленки N рассчитывают ее толщину:

2(1/Х:-1А.) • •5)

Техническая реализация этого метода описана в [1.11, 1.13]. Погрешность метода не превышает ±1%.

Феррорезонансный метод -обладает большой универсальностью, позволяет определять параметры доменных структур с субмикронными размерами. Наиболее широко используется для измерения намагниченности и константы анизотропии Рис. 3.22. Установка для определения на-(погрешность метода ±1,5- магниченности и константы магнитной 5%). анизотропии ТМП

Идея измерения намагниченности состоит в следующем. Создают условия для ферромагнитного резонанса (см. § 1.14) в испытуемом образце тонкопленочного материала и проводят два опыта, во время которых фиксируют резонансное поле, соответствующее максимуму поглощения высокочастотной энергии, при параллельной и перпендикулярной ориен-тациях ТМП относительно постоянного магнитного поля Яо.

Поскольку при параллельной ориентации ТМП коэффициенты размагничивания Nx=Nz=0, Ny=l, то из (1.219) следует

«>o=l*oY[l*o/o(/o+/)P/.

(3.46)

При перпендикулярной ориентации ТМП Nx=Ny-0, Nz-l и

соо==1Хоу( о-/). (3.47)

По опытным данным из совместного решения (3.46) и (3.47) определяют намагниченность /.

Так как объем испытуемого образца небольшой и поглощаемая при резонансе мощность невелика, то аппаратура, реализующая этот метод, должна обладать высокими чувствительностью и помехозащищенностью. На рис. 3.22 приведена упрощенная структурная схема установки, предназначенная для автоматического получения дифференциальной кривой поглощения мощности тонкопленочным образцом на осциллографе. Поскольку ферромагнитный резонанс наблюдается в области СВЧ-частот, то для передачи электромагнитной энергии от генератора СВЧ-колебаний / в установке применен волноводный тракт с ферритовыми вентилями 2.

а испытуемый образец ТМП помещен в проходной резонатор S, который может поворачиваться в зазоре электромагнита постоянного тока 4. Электромагнит обеспечивает постоянное плавно регулируемое поле Яо. Там же расположены модулирующие катушки 5, которые создают переменное магнитное поле за счет усиленного усилителем мощности 6 тока от генератора 7. Детектор 8 предназначен для выделения синусоидального напряжения с частотой модуляции, амплитуда которого пропорциональна первой производной от кривой поглощения, а фаза зависит от знака производной. Далее в блоке 9 осу-

J 7 !-

Рис. 3.23. Магнитооптический гистериог-раф для исследования высококоэрцитивных ТМП

ществляется усиление, демодуляция и регистрация сигнала.

Эта установка позволяет измерить также и константу магнитной анизотропии ТМП. Для этого определяют зависимость резонансного поля от угла между направлениями оси легкого намагничивания (ОЛН) и внешним постоянным полем Яо-при двух ориентациях Яо: в первом случае Яо направляют вдоль ОЛН, а во втором - вдоль оси трудного намагничивания (ОТН). Для пермаллоевых пленок с небольшой константой магнитной анизотропии поле анизотропии На0,5{Н-Яд), где Ял, Ят - соответственно резонансные поля вдоль направлений легкого и трудного намагничивания.

Метод спин-волнового резонанса* позволяет определить константу обменного взаимодействия А и через нее динамические свойства ТМП, в частности подвижность доменной границы. Идея метода сводится к получению спектра спин-волнового резонанса при перпендикулярной ориентации плевки и выделению спин-волновых пиков.

Магнитооптические методы позволяют экспериментально определять параметры доменной структуры (см. § 1.8), регистрировать кривые намагничивания, перемагничивания локальных участков пленки, определять динамические характеристики.

Минимальный размер наблюдаемых этим методом доменных структур ограничен в основном возможностями применяемой оптики. Поляризационные микроскопы, например, позволяют измерять структуры с размерами не менее 1 мкм. Для расширения нижнего предела измерений до 0,4 мкм используют специальную оптику совместно с электронно-оптическими устройствами, осуществляющими преобразование и передачу на экран видеоконт-

* См.: Саланский Н: М., Ерухимов М. Ш. Физические свойства и применение магнитных пленок. - Новосибирск: Наука, 1975.