Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА П. ЗЛЕКТРОННОМИКРОСКОПИЧЕСКИЙ МЕТОД ВИЗУАЛИЗАЦИИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ГОЛОВОК 16-39
I. Аппаратура и методика исследования 16
2.Измерение амплитудного значения полей н на поверхности магнитных головок вблизи зазора 19
3.Выбор методики исследования 26
4. Конфигурация компонент полей н и н вблизи зазора головки 31
ГЛАВА Ш. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЛОРЕННМИКРОСКОШЧЕСЮГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОЛЕЙ МАГНИТНЫХ ГОЛОВОК 40-64
I. Явление фокусирования электронов полей магнитной головки 40
2.Влияние ширины зазора головки на положение фокуса конвергентного изображения 48
3.Конфигурация поля над зазором магнитной головки в муаровом представлении 55
ГЛАВА 4.ЭЛЕКТРОННОМИКР0СК0ШНЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ
МАГНИТНЫХ ГОЛОВОК 65-106
І. Злектронномикроскопическое исследование смещения и скоса отдельных дорожек многодорожных головок 66
2.Электронномикроскопическое исследование неоднородностей магнитных головок по длине зазора... 77
. 3.Моделирование неоднородностей полей магнитных головок в конхоидном представлении 92
4.Конфигурации полей пленочной магнитной головки.. 100
ВЫВДР 107-109
ЛИТЕРАТУРА II0-II9
- Аппаратура и методика исследования
- Явление фокусирования электронов полей магнитной головки
- Злектронномикроскопическое исследование смещения и скоса отдельных дорожек многодорожных головок
Введение к работе
Запоминающее устройство (ЗУ), являющееся основным узлом электронно вычислительных машин (ЭВМ), определяет их функциональные возможности. В этой связи, одной из главных проблем повышения производительности современных ЭВМ является разработка принципиально новых типов ЗУ, которые смогли бы заполнить существующий разрыв между временем доступа [ I J современных оперативных запоминающих
5 —7 —I устройств (10~ -10 сек.) и временем доступа внешних ЗУ (10
10" сек.) [ I - 5 _/, осуществляемых традиционным методом магнитной записи. Большое время доступа внешних ЗУ на магнитной основе обусловлено рядом причин, в частности: а) применяемые объемные магнитные головки не в состоянии за писывать на носителе области обратной намагниченности субмикрон ных размеров и соответственно их считывать /6 - 8 /; б) по понятным причинам объемные головки пригодны только для работы в диапазоне низких частот [1 - 9 /.
Если к этому прибавить еще и то обстоятельство, что бит информации от места записи до места считывания переходит механическим перемещением, что в свою очередь также ограничивает быстродействие рассматриваемых накопителей информации, то становится понятной проблема, стоящая перед исследователями по созданию новых внешних запоминающих устройств.
Исследования в этой области проводились по нескольким направлениям:
I. создание принципиально новых носителей информации, представляющих собой монокристаллические пленки с перпендикулярной 'анизотропией, где имеется возможность формирования цилиндрических магнитных доменов ДЗ - 16/;
2. создание продвигающих каналов для продвижения плоских низкокоэрцитивных магнитных доменов на базе обычных магнитомягких пленок /16 - 19/;
3* усовершенствование традиционных методов магнитной записи, создание высокоточных лентопротяжных механизмов [ 3 - 20/, новой магнитной среды как для обычной записи, так и перпендикулярной (компонент поля Ну ) и, наконец, головок для записи и считывания в тонкопленочном исполнении [ 6 - 12/. Последние представляют собой многослойные магнитостатически связанные одноосноанизот-ропные пленки, в которых ось легкого намагничивания расположена параллельно длине зазора и под действием внешних полей вектор намагниченности устанавливается в направлении оси трудного намагничивания, или, что одно и то же, запись информации осуществляется однородным вращением вектора намагниченности /21 - 25/.
Отметим, что первые два способа имеют большие потенциальные возможности, ибо здесь перемещение бит информации с места записи до места считывания осуществляется передвижением домена обратной намагниченности с помощью внешних управляемых магнитных полей. Тем не менее, хотя и преимущество методов I и 2 неоспоримо и занимаются этими проблемами вот уже более 15 лет, на сегодня, из-за отсутствия совершенной технологии получения однородных пленок на большой поверхности, они пока не нашли серийного применения.
С другой стороны, определенные успехи в создании тонкопленочных головок и серийный выпуск на их базе накопителей информации многими зарубежными фирмами /26 - 28/ вселяют уверенность, что традиционный метод магнитной записи в тонкопленочном исполнении будет применен по крайней мере до конца этого века [ 3 - 4 J.
В этой связи, как было отмечено выше, за последнее время все больше и больше растет интерес к технике магнитной записи и воспроизведения информации традиционным методом, начиная от накопителей информации и кончая видео- и звукозаписью. Естественно, в зависимости от конкретных проблем, к магнитным головкам предъявляются различные требования, но одно из основных требований к качеству магнитных головок (вне зависимости от назначения) заключается в обеспечении высокой плотности записи магнитной информации или, что то же самое, возможности создания локальных магнитных полей, способных перемагнитить области микронных и субмикронных размеров в носителе информации, представляющем собой магнито-твердые ферромагнитные слои, а также произвести последующее их воспроизведение /9-32/.
Предложенное в диссертационной работе исследование охватывает следующий круг вопросов: исследование закономерностей формирования лоренцмикроско-пических изображений полей магнитных головок и изучение связи параметров этих изображений с характеристиками магнитных головок; исследование влияния неоднородности магнитных головок на формирование лоренцмикроскопического изображения; привлечение лоренцмикроскопии для контроля качества магнитных головок.
Результаты проведенных исследований дали возможность с микроскопической точностью установить закономерности изменения конфигурации полей реальных магнитных голшэк с изменением их параметров, что в свою очередь позволило разработать электронномикроско-
,пические способы контроля качества магнитных головок.
Автором выносятся на защиту следующие основные научные положения:
1. Лоренцмикроскопическое изображение поверхности магнитной головки вблизи зазора описывается конхоидой Никомеда:
Одна из ветвей этой конхоиды представляет дивергентное изображение, а другая - конвергентное. Переход от одной ветви конхоиды Никомеда к другой можно осуществлять как изменением полярности поля головки, так и изменением способа наблюдения (не-дофокус * перефокус).
Параметры " а " и " > " уравнения конхоиды Никомеда в случае лоренцмикроскопического изображения характеризует магнитную головку: величина " й " - геометрию зазора головки, " / " - величину и направление поля на поверхности головки вблизи зазора.
Характер распределения компонент полей / и / магнитной головки на конвергентном лоренцмикроскопическом изображении задается ординатой фокуса ( а ).
Для обычных магнитных головок всегда выполняется условие 'V ~ -- » гДе ^ "" расстояние от фокуса конвергентного лоренцмикроскопического изображения до координаты рассматриваемой точки над зазором.
Привлечением "муарового" эффекта можно с высокой точностью воссоздать топографию компонент полей Их и /% над зазором головки.
Лоренцэлектронномикроскопия обеспечивает высокую точность в определении величины угла скоса и смещения параллельных дорожек в многодорожечных магнитных головках.
7. Характер формировавшегося астигматизма фокуса конвергентного лоренцмикроскопического изображения однозначно определяет степень неоднородностей поля магнитной головки по ее длине, обусловленной дефектами (крошение зазоров, наличие немагнитного включения, клинообразность зазора и т.д.).
Материалы диссертации отражены в статьях /79,52,87,86,105,108 ]
И В ИЗОбретеНИЯХ [ ЬЪ 97 104 ].
Аппаратура и методика исследования
Исследования проводились на электронном микроскопе УЭМВ-ЮОК, снабженном дифракционной камерой, в которую помещается магнитная головка и юстируется таким образом, чтобы пучок параллельных электронов проходил параллельно оси z - зазора головки (при этом эффект получается максимальным, см.рис.3).
Нетрудно видеть, что максимальное значение поля в зазоре головки, действующее в направлении х где L (ot - о,).
Исследовались JVnin- ферритовые, полученные горячим прессованием, двухдорожечные магнитные головки. Образец устанавли - 20 вался в дифракционной камере микроскопа по схеме, приведенной на рис.3. При этом,используя гониометрическое устройство микроскопа, образец устанавливался таким образом, чтобы ось головки была бы строго параллельна оптической оси микроскопа. Критерием этой параллельности является появление максимального эффекта отклонения электронов от начальной траектории при питании подмагничивагощих катушек постоянным током. Величина расфокусирования ( ve ) и степень увеличения микроскопа оцениваются при одновременном установлении на одном и том же уровне с исследуемой дорожкой микроскопа свободной опорной сеточки с диаметром ячеек 100 мк и поворотом на небольшой угол ( 2) оси головки от оптической оси микроскопа. При этом наблюдается "деформация" изображения поверхности головки из-за возникших полей от обеих дорожек (см.рис.4).
В дальнейшем;, изменением тока возбуждения промежуточной линзы добиваемся того, чтобы изображение поля одной из дорожек исчезало при токе промежуточной линзы if , затем, продолжая изменять ток промежуточной линзы, фокусируем вторую дорожку головки при токе возбуждения промежуточной линзы { .
Измерив величину тока возбуждения промежуточной ЛИНЗЫ ( С/ и сг ), при котором фокусируется изображение поверхностей вблизи одной и другой дорожек, можно найти дс , соответствующее степени расфокусирования, равное расстоянию между двумя дорожками.
Явление фокусирования электронов полей магнитной головки
Древнегреческий математик Никомед, решая задачу деления произвольного угла на три части, вывел уравнение конхоиды, названной его именем /Й0,81/, которое в декартовых координатах описывается „ „ .
Параметры с и а становятся ясными из серии рис.15: на позиции ( I ) перемещение точек, расположенных на одной линии, в направлении «f на величину Р a (а= О"? ) в одну сторону создают ветвь, а в другую - ветвь нижней конхоиды. На позициях ( 2 ) l = а и на позиции ( 3 ) Р а соответственно. Видно, что в случае ( I ) первая ветвь конхоиды не доходит до фокуса, то с ростом Р вырисовывается фокус (рис.15 ( 2 )) и далее петля над фокусом (рис.15 ( 3 )).
Обратимся теперь к рис.16, где каждый снимок получен наложением трех микрофотографий изображения поверхности головки в от полярностей.
Сходство соответствующих позиций рис. 15 и рис.16 не вызывает сомнений. Это и понятно, т.к. фокусирующее действие магнитного поля головки на электронный пучок, как было выше показано аналогично принципу формирования конхоиды. Если подойти строго, то в конхоиде Никомеда величина vL остается постоянной в интервале X = +оо тогда как в нашем случае с отходом от центра зазора в одну и другую стороны наблюдается постепенное уменьшение величины 21 . Но тем не менее в непосредственной близи зазора головки її остается постоянным. В отличие от конхоиды Никомеда в нашем случае параметры і и а приобретают новый смысл, и им можно дать другую физическую интерпретацию. Величина l-L изменяется, как при изменении тока питания подмагничивающих катушек головки при постоянном расфокусировании микроскопа w (рис.12), так и при изменении степени расфокусирования w , оставляя постоянным I .
В качестве иллюстрации на рис.17 приведены лоренцмикроскопи-ческие изображения поверхности головки при различных величинах W , при L = Const к. И здесь видны три вида конхоиды, аналогично рис.16. Но если оставлять постоянной величину w » то вектора її задаются углами р , что одно и то же полями [-) в любой рассматриваемой точке в области зазора головки.
class3 ЭЛЕКТРОННОМИКР0СК0ШНЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ
МАГНИТНЫХ ГОЛОВОК class3
Злектронномикроскопическое исследование смещения и скоса отдельных дорожек многодорожных головок
Проблема повьшения плотности записи и воспроизведения информации, а также создание стереофонических, квадрофонических программ связано с применением многодорожечных магнитных головок. Качество воспроизводимой при этом информации зависит от точности сборки головок, в частности от взаимного смещения и скоса отдельных дорожек, особенно в тех случаях, когда запись и воспроизведение осуществляются на разных устройствах / 98 - 1027.
Существуют различные способы определения величины смещения и скоса зазора головки по отношению к линии, перпендикулярной к направлению движения ленты, которые в принципе могли быть применены для установления величины смещения и скоса всех дорожек многодорожечных головок.
Эти способы в основном основаны на нахождении положения головки по отношению направления движения ленты путем измерения выходного напряжения головки. В частности в /"102 7 величина скоса определяется с точностью до 30 .
В случае многодорожечных головок определение взаимного расположения всех дорожек, где одновременно могут иметь место как скос, так и смещение, по предлагаемому способу в /"102 7» основанному на исследовании формы искажения тест - программы наряду с большой трудоемкостью не обеспечивает высокую точность.
Здесь нами предлагается электронномикроскопический метод, позволяющий установление с высокой точностью взаимного смещения и скоса отдельных дорожек многодорожечных магнитных головок.
Контроль смещения зазоров осуществляется следующим образом: образец головки устанавливается на гонеометрическом устройстве электронного микроскопа с осью z параллельной скорости электронов V (рис.28). Это достигается получением максимального эффекта лоренцового отклонения пучка электронов, проходящих вблизи зазора головки. Используя лоренцмикроскопические конвергентные изображения, наблюдаемое смещение фокусов изображения от отдельных дорожек будет обусловлено взаимным смещением дорожек в направлении оси / .
