Введение к работе
Актуальность темы. Задачи микромагнетизма являются одними из
наиболее актуальных задач современной физики магнитных явлений.
Первые теоретические работы по микромагнетизму появились в начале века
и были посвящены расчету доменной структуры в различных кристаллах.
Далее появились работы по структуре доменной границы (ДГ) в
бесконечных массивных материалах [1]. Вблизи поверхности реализуется
распределение намагниченности, способствующее уменьшению
магнитостатической энергии и, следовательно, уменьшению полей
рассеяния над поверхностью ферромагнетиков. В частности, как было
показано Хубертом, в 180 ДГ Блоха это приводит к асимметричному
загибу границы вблизи поверхности. Однако, как показывают
экспериментальные исследования, использующие порошковую технику и
цр., поля рассеяния даже над такими структурами с замкнутым магнитным
ютоком отличны от нуля. Развитие вычислительной техники позволило не
только рассчитать точное распредление намагниченности в асимметричной
180 ДГ [2], но и ставить задачи по расчету структуры низкоразмерных
эбъктов, таких, как блоховские линии (БЛ) и точечные магнитные
:ингулярности. Экспериментально микромагнитные исследования
іроводятся с использованием магнитооптических методов и методов
электронной микроскопии, позволяющих восстанавливать распределение
іамагниченности. Дополнительную информацию о микромагнитных
:убструктурных элементах в ферромагнетиках можно получить на
основании измерений полей рассеяния над этими элементами. Решение
этой задачи требует применения методов измерения магнитного поля,
сарактеризующихся субмикронным разрешением, высокой
гувствительностью и широкими функциональными возможностями, «пример, возможностью одновременно измерять три компоненты лагнитного поля.
С другой стороны, прямое измерение магнитного поля является іажной практической задачей при разработке и контроле устройств лагнитной микроэлектроники таких, например, как магнитные головки. Тенденция к миниатюризации и увеличению быстродействия устройств магнитной микроэлектроники требует улучшения пространственного >азрешения и расширения частотного диапазона методов их контроля.
Существующие на сегодняшний день методы измерения магнитных полей в микрообъемах, использующие магниторезистивные, шдукционные датчики, датчики Холла и другие, характеризуются либо ^достаточным пространственным разрешением, либо недостаточными рункциональными возможностями, в частности, позволяют измерять только щну компоненту магнитного' поля. Эффективным методом исследования магнитных полей в микрообъемах является метод
-2 -электронно-лучевой томографии. Однако измерения полей этим методом требуют проведения сложного и дорогостоящего эксперимента и математической обработки. Кроме того, измерения проводятся на высоте не менее 0.4-0.5 мкм над исследуемой поверхностью.
Другой важной практической задачей является изучение микрораспределения магнитных свойств в тонких магнитных пленках. В процессе магнитной записи рабочий слой носителя информации промагничивается неоднородно по толщине. Это делает актуальным изучение распределения магнитных свойств носителей по толщине и создание магнитных пленок с заданным распределением этих свойств с целью повышения эффективности процесса записи - воспроизведения.
В связи со сказанным разработка и совершенствование методов измерения магнитного поля в микрообъемах в широком диапазоне частот и проведение измерений микрораспределения намагниченности в тонких магнитных пленках (в том числе по толщине пленок) является актуальной задачей.
Наиболее эффективной при решении этой задачи является магнитооптическая методика, основанная на использовании магнитооптических эффектов в отраженном свете. Она характеризуется широким частотным диапазоном и высоким пространственным разрешением.
Целью работы являлось следующее:
Разработка и научное обоснование метода измерения пространственного распределения магнитного поля с субмикронным разрешением в широком диапазоне частот и исследование статического и высокочастотного микрораспределения магнитного поля и намагниченности различных ферромагнитных образцов.
Научная новизна и практическая ценность.
1) Разработан магнитооптический метод измерения
пространственного распределения трех компонент магнитного поля в
микрообъемах с линейным разрешением 0.15 мкм в диапазоне частот не
менее, чем до 100 МГц. Метод является одним из наиболее совершенных
методов измерения полей в микрообъемах и может быть использован для
изучения полей рассеяния доменной структуры и ее субструктурных
элементов, таких, как ДГ, Б Л и БТ, а также для исследования и контроля
устройств магнитной микроэлектроники, в частности, магнитных головок, и
для обнаружения скрытых магнитных дефектов субмикронных размеров.
2) Обнаружено наряду с одноосной магнитной анизотропией
наличие анизотропии оптических и магнитооптических свойств Co-Ni
пленок, приготовленных вакуумным напылением под углом. Наличие
анизотропии связано со столбчатой структурой этих пленок.
3) Обнаружено неоднородное распределение магнитных свойств
по толщине Co-Ni пленок, приготовленных вакуумным напылением под
углом на движущуюся подложку. Наибольшей коэрцитивностью обладают
слои, сформированные при большем угле напыления. Неоднородность
связана с изгибанием в процессе напыления кристаллитов, формирующих
пленку.
-
Впервые измерено микрораспределение фазы магнитного поля.
-
Обнаружено, что высокочастотные поля в зазорах сендастовых магнитопроводов характеризуются неоднородным распределением фазы и эллиптичностью.
6) В работе предложен способ определения оптического
эазрешения по изображению идеального края. В качестве идеального края
используется край нитевидного монокристалла железа квадратного сечения
: естественными гранями типа (100). В отличие от используемых для
шределения разрешения микроскопов мир, минимальные размеры которых
вставляют 0.22 мкм, характерные размеры неоднородностей на краю
монокристалла железа не превышают 30 А, благодаря чему предложенный :пособ позволяет определять и более высокое разрешение. Положения, выносимые на защиту:
-
Разработан и научно обоснован магнитооптический метод ізмерения пространственного распределения трех компонент магнитного юля с предельным разрешением 0.15 мкм в диапазоне частот не менее, чем ю 100 МГц.
-
Co-Ni металлизированные ленты, приготовленные вакуумным опылением под углом, характеризуются анизотропией магнитных, оптических и магнитооптических свойств, связанной со столбчатой :труктурой Co-Ni пленок.
-
Co-Ni металлизированные ленты, приготовленные вакуумным іапьілением под углом, характеризуются неоднородным распределением магнитных свойств по толщине, что связано с формой кристаллитов, формирующих пленки.
4) Высокочастотные магнитные поля сендастовых магнитных
'оловок характеризуются неоднородным распределением фазы и
глиптической поляризацией, что является следствием скин-эффекта.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на международной конференции INTERMAG'93 (Стокгольм, 1993), Зсесоюзных школах-семинарах "Новые магнитные материалы ликроэлектроники" (Новгород, 1990; г.Астрахань, 1992), IV Межрегиональной научно-технической конференции "Совершенствование
технической базы, организации и планирования телевидения и радиовещания" (г.Москва, 1992), Семинаре, посвященном памяти В.Г.Королькова "Проблемы магнитной записи" (г.Москва, 1993), IV семинаре "Физика магнитных явлений" (г.Донецк, 1993), Всесоюзной научно-технической школе "Запоминающие устройства ЭВМ и информационных систем" (г.Астрахань, 1993).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, получен патент РФ на изобретение [96-110].
Объем и структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы, содержащего 117 названий. Диссертация изложена на 107 страницах и содержит 30 рисунков.