Автоматизированный сканирующий магнитополяриметр для исследования тонких плёнок

Внедрение: 2010 г.

Модуль L-780 был применён в системе управления, сбора и обработки данных в автоматизированном магнитополяриметрическом комплексе (АМК). В работе [1] казанских учёных кратко описаны конструкция автоматизированного сканирующего магнитополяриметра и методика исследования локальной магнитной анизотропии по поверхности. Приведены технические характеристики магнитополяриметра и примеры результатов исследований.

Принцип действия магнитополяриметра основан на регистрации магнитооптического эффекта Керра, заключающегося в повороте плоскости поляризации или изменении интенсивности света, отражённого от ферромагнитной поверхности. Магнитополяриметр сконструирован на базе промышленного эллипсометра ЛЭФ-3М-1.

Автоматизированный магнитополяриметрический комплекс (АМК), кроме штатных узлов эллипсометра, обозначенных штриховой линией на рисунке 1, имеет в составе магнитную систему с блоками питания и управления током электромагнита, позиционер с гониометром, контроллер шаговых двигателей позиционера и гониометра, датчик Холла и систему управления, сбора и обработки данных на базе компьютера с универсальной платой ввода-вывода L-780. Электронные компоненты АМК выделены на блок-схеме серым фоном.

Рисунок 1.  Блок-схема автоматизированного сканирующего магнитополяриметрического комплекса.

Методика исследования магнитной анизотропии заключается в получении семейства кривых намагничивания (СКН) сканированием участка поверхности с определённым шагом при различных азимутальных положениях образца.  Пространственное разрешение сканирующего поляриметра определяется пространственным профилем лазерного пятна и точностью, с которой фокусное пятно может быть позиционировано на поверхности образца. Профиль фокусного пятна определяется методом “ножа”. Для этого регистрируется интенсивность отражённого лазерного излучения при пересечении фокусным пятном края подложки (рисунок 2).

Рисунок 2. Схематическое изображение определения профиля фокусного пятна методом “ножа” (a). Профиль интенсивности отражённого пучка сфокусированного лазерного луча при перемещении через край скола кремниевой подложки и разностный профиль, полученный методом численного дифференцирования (б).

Работой АМК управляет разработанный программный комплекс, созданный в среде LabVIEW. Алгоритм проведения измерений состоит из нескольких вложенных циклов – измерения кривой намагничивания, сканирования по поверхности и изменения азимута. Каждая кривая намагничивания записывается в отдельный файл вместе с информацией о координате, азимутальном положении и другими параметрами измерения. Примеры результатов измерений представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Результаты магнитооптического исследования магнитного слоя, полученного методом ионно-лучевого синтеза (ИЛС) во внешнем магнитном поле:  а – петля гистерезиса в направлении оси лёгкого намагничивания (ОЛН); б - петля гистерезиса в направлении оси тяжёлого намагничивания (ОТН); в – азимутальная зависимость приведённой остаточной намагниченности Mr/Ms; г – топограмма азимутальных зависимостей Mr/Ms.

Исследования магнитных свойств тонких ферромагнитных слоёв, полученных методом ИЛС во внешнем магнитном поле, показали, что магнитные характеристики анизотропны в плоскости слоя, причём анизотропия носит в целом одноосный характер. При этом впервые обнаружена дисперсия направлений ОЛН в тонких ферромагнитных слоях, полученных методом ИЛС в магнитном поле.

Работа частично поддержана Программой фундаментальных исследований Президиума РАН № B60 и Программой ОФН РАН “Физика новых материалов и структур”.

Источник: 

Д. А. Коновалов, Г. Г. Гумаров, В. Ю. Петухов. Автоматизированный сканирующий магнитополяриметр для исследования тонких плёнок // Казанский физико-технический институт имени Е. К. Завойского. Ежегодник. - Казань. - 2010. С. 84 - 87.

Разработчик: Д. А. Коновалов, Г. Г. Гумаров, В. Ю. Петухов (КФТИ им. Е. К. Завойского)