Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время идея', высказанная впервые Бобеком в 1967 году о возможности использования в качестве основы для устройств хранения и обработки информации материалов, содержащих цилиндрические магнитные домены /ЦМД/ получила всеобщее признание и весьма значительное практическое подкрепление. В своп очередь, решение конкретных технических проблем создания таких запоминающих устройств /ЗУ/ послужили толчком к фундаментальным исследованиям свойств как ВДД-оодержащих материалов, так и самих магнитных доменов и их ансамблей. Изучены статистические свойства различных доменных структур /ДС/: сотовой, плоскопараллельной, цилиндричес-. кой, лабиринтной ; интенсивно изучались динамические свойства как доменов, так и доменных границ /ДГ/. В подавляющем большинстве случаев интерпретация полученных результатов осуществлялась в рамках модельных представлений об идеальной кристаллической структуре монокристаллических пленок феррит-гранатов /МИГ/, дипольном характере магнитоотатистического взаимодействия и др. Однако, согласно дальнейшим исследованиям ряда авторов, кристаллическая структура МИГ не является совершенной: наличие микронеоднородностей, переходных слоев оказывает существенное влияние на свойства ДГ и ЦМД в целом, это не может не сказываться на функционировании всего ЗУ на ЦЦЦ. Несмотря на существующую развитую теорию ДГ, учет в ней подобного несовершенства материала затруднителен и связан, в свою очередь с использование разного рода приближений в описании ".
происходящих процессов. Вместе с тем одной из причин низкого процента выхода годных ЗУ ВДЦ являются высокие требования к материалу-носителю ВДЦ, что значительно снижает их конкурентоспособность по сравнению с другими ЗУ. Все это делает актуальным экспериментальное изучение свойств ВДЦ - как носителя информации в уже существующих устройствах, так и полосовых доменов с точки зрения' проработки возможности использования их в ЗУ на основе вертикальных блоховских линий /ВЕЛ/. С другой стороны заслуживает внимания и другой способ решения проблемы несовершенства ВДД-содержащих материалов ; разработка схем продвижения ВДЦ с пониженной чувствительностью.к микронеод-нородностям МПФГ.
В данной работе магнитные домены являясь, с одной стороны, обьектом исследования, с другой стороны, являются "индикатором" свойств доменосодержащего материала,' что позволяет наряду с научными задачами, решить ряд задач, связанных с оценкой качества МІЙГ.
Актуальность настоящей работы заключается в том, что в ней затронут целы& ряд теоретически и практически важных вопросов, касающихся взаимодействия доменов с микронеоднород-ностями МІЙГ, исследуются свойства изолированного полосового домена /ИЦЦ/, в широком диапазоне магнитных полей, в том числе в области совместного сосуществления НМД и эллиптических доменов, близкой к области устойчивой работы ЗУ ВДЦ, рассматриваются пути повышения качества серийных МГйГ. Экспериментально выявлены особенности влияния температуры, магнитных полей и имплантации на флуктуации динамических характеристик ВДЦ
и особенности поведения ИДД. В заключение исследуется новый принцип доменопродвижения с пониженной чувствительностью, к наличию микродефектов.
Целью работы является изучение влияния магнитного по-' ля, температуры ионной имплантации, химического и ионно-лу-чевого травления на свойства изолированных полос.овых и цилиндрических магнитных доменов в монокристаллических пленках феррит-гранатов тех составов, которые наиболее часто применяются при изготовлении ЦВД-микросхем, а. также исследование новых схем продвижения ЦМД в устройствах хранения и обработки информации, обеспечивающих их болызую конкурентоспособность. Для достижения этой .цели необходимо решить следующие задачи:
I/ Исследовать влияние температуры, магнитного поля, ионной имплантации и химического травления на свойства,изолированного полосового домена конечной длины.
2/ Изучить флуктуации динамических характеристик ЦМД и влияние на них ионной имплантации и температуры.
3/ Изучить влияние микронеоднородностей на продвижение . доменных границ ЩЩ и оценить основные параметры этих неод-нородностей.
4/ Экспериментально проверить новые способы продвижения ЦМД в регистрах хранения информации и оптимизировать топологию этих схем.
Научная новизна. Экспериментально исследовано влияние имплантации на характер изменения длины изолированного полосового домена в зависимости от изменения магнитного поля. Обнаружены существенные отличия зависимости d/її/ полосового домена на имплантированных и неимплантированных образцах.
Установлено, .что химическое травление существенно изменяет свойства ИПД на имплантированных МПФГ. Экспериментально обнаружено наличие оптимального времени травления, при котором интервал плавного изменения длины ИПД С от поля смещения Н имеет максимум. При оптимальном времени травления имеют минимумы значения угла сноса ЦЭД и величина разброса этого угла.
Разработан способ улучшения характеристик МГОГ путем ионного или химического травления. На указанный способ получено авторское свидетельство на изобретение.
Экспериментально обнаружена область совместного существования эллиптических И цилиндрических магнитных доменов, в которой практически не отличаясь по внешнему виду, они обладают различными свойствами.
Обнаружено- и экспериментально изучено явление самопроизвольного изменения длины ИПД при неизменном значении поля смещения и температуры, аналогичное известному эффекту Баркгаузена. Показан экспоненциальный характер зависимости сред; -него времени между скачками длины ИПД от температуры.
На большом количестве промышленных образцов эксперимен-
тально исследовано влияние состава, температуры, поля в плоскости пленки, отжига, травления и дозы имплантации на флуктуации динамических характеристик ЩЦ.
Показано, что одним из основных факторов определяющих особенности поведения ИПД и ЦМД, является наличие' микронеодно-родностей в МПФГ, значительная часть из которых вызвана механическими напряжениями в имплантированном слое и -слое между МПФГ и ЖИГ в пленках с подслоен ЖИГ.
Впервые экспериментально исследован новый способ продвижения ПДЦ в регистрах хранения информации, основанный на суперпозиции однофазного магнитного поля и поля, созданного импульсами тока в проводнике, расположенного вдоль регистра. Разработан один из вариантов накопителя, реализующей данный способ на который получено авторское свидетельство.
Практическая ценность. Проведенные исследования свойств магнитных доменов /полосовых и цилиндрических/ показывают ' необходимость учета влияния микронеоднородностей при разработ-ке_ как ЗУ на основе ЦЩ-содержащих материалов, так и самих МГШ\ Изученные свойства полосового домена, в том числе и явление самопроизвольного изменения его длины, позволяют учесть описанные особенности в токовых расширителях быстродействующих ЗУ, при проработке вопросов создания ЗУ ВЕЛ. Поскольку процесс самопроизвольного изменения длины ИПД является релаксационным, характерное время между прыжками длины, ;го температурная зависимость может служить дополнительной
характеристикой качества ШШТ. Разработан способ улучшения качества МПФГ путем постимплантационной обработки, отличающийся простотой реализации. Способ подтвержден авторским свидетельством. Разработан один из вариантов накопителя, реализующего новый способ доменопродвижения. Вариант накопителя подтвержден авторским свидетельством.
Материалы диссертации докладывались на Третьей Всесоюзной школе по доменным и магнитооптическим ЗУ /Астрахань, 1980 г./, на Всесоюзной школе-семинаре по доменным и магнитооптическим запоминающим устройствам /Кобулети, 1987 г./, на Пятом Всероссийском координационном совещании вузов по физике магнитных явлений /Астрахань, 1989 г./, на Всесоюзном семинаре "ЦМД/ВЕЛ в системах обработки и хранения информации. Доменные и магнитооптические устройства" /Москва, 1989 г./, на ХП Всесоюзном школе-семинаре "Новые магнитные материалы для микроэлектроники" /Новгород, 1990 г./, на X Всесоюзном обьединенном научно-техническом семинаре по проблеме ЦМД/ВБЛ /Симферополь, 1921 г./ и опубликованы в 12 печатных работах и описаниях 2«-х авторских свидетельств на изобретения.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы на 9 страницах, содержащего 103 наименования. Работа содержит 161 страницу, включая 88 рисунков и 18 таблиц.
На защиту выносятся:
I/ Экспериментальное обнаружение влияния имплантации на характер изменения длины изолированного полосового домена в зависимости от изменения магнитного поля, температуры, химического травления образца.
2/ Обнаружение самопроизвольного изменения длины полосового домена при неизменных внешних условиях и его температурная зависимость.
3/ Экспериментальное обнаружение области совместного существования цилиндрических и эллиптических магнитных доменов.
4/ Экспериментальное доказательство влияния микронеод-нородностей МПФГ на ("Флуктуации динамических характеристик доменных границ.
5/ Способ улучшения характеристик имплантированных МПФГ, основанный на постимплантационной обработки пленки путем химического или ионно-лучевого травления.
6/ Результаты экспериментального исследования нового способа продвижения 1ВД, основанного на управлении доменами путем сочетания однофазного магнитного поля и токовых импульсов.