DE2832045A1 - Vorrichtung zur untersuchung der oberflaechen von magnetischen materialien - Google Patents
Vorrichtung zur untersuchung der oberflaechen von magnetischen materialienInfo
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Description
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk N.Y., 10504
pr/zi
Vorrichtung zur untersuchung der Oberflächen von magnetischen
Materialien
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung der
Oberflächen von magnetischen Materialien unter Ausnutzung der magneto-optischen Kerreffekts.
In der Literatursteile "In-situ Measurement of Magnetic Properties
in Vacuum-Deposited Permalloy Films" von K. Y. Ahn, IBM Journal of Research and Development, Nov. 1966, Seiten
477 - 483, wird eine den magneto-optischen Kerreffekt verwendende
Vorrichtung beschrieben, bei der eine besonders
geformte und Spulen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes enthaltende Kammer erforderlich ist, um die Eigenschaften
von magnetischen Filmen während und nach ihrer Auftragung feststellen zu können.
In der UK-Patentschrift 1414 353 wird ebenfalls eine Vorrichtung
beschrieben, die aus einer besonders ausgebildeten Kammer zur Steuerung und überprüfung von elektroplatierten
Schichten mit Hilfe des magneto-optischen Kerreffekts besteht.
In dieser Vorrichtung ist eine Quelle polarisierten Lichtes untergebracht, um Licht zur Reflexion an eine magnetisierte
Fläche zu erzeugen. Durch die aufgrund des magneto-optischen Kerreffektes auftretenden Änderungen des
Polarisationszustandes des reflektierten Lichtes wird dann
ein Steuersignal erzeugt.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine einfache Vorrichtung
anzugeben, die bei geringstem Raumbedarf und ein-
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-A-
• fächern Aufbau Untersuchungen an aus magnetischem Material
bestehenden Schichten unter Ausnutzung des Kerreffektes ermöglicht.
Insbesondere soll es möglich sein, solche ünter-
I suchungen während des Aufbaus oder der Aufbringung solcher Schichten durchzuführen, ohne das an den zur Aufbringung
j oder Erzeugung dieser Schichten dienenden Aparaturen um- !ständliche Konstruktionen oder Umbauten erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst.
Während bei den bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art zur Untersuchung der durch Elektroplatieren oder Aufdampfen
aufgebrachten Schichten besonders konstruierte Platier- oder Aufdämpfvorrichtungen bzw. umständliche Umbauten an
bereits bestehenden derartigen Vorrichtungen erforderlich waren, ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die
jMessaparatur extrem klein und einfach auszugestalten, so
daß Untersuchungen auch während des Betriebs in fast allen bekannten Elektroplatier- oder Aufdampfvorrichtungen möglich
sind. Die Erfindung eignet sich wegen ihrer Kleinheit und wegen der Einfachheit ihres Aufbaus auch für zahlreiche
andere Anwendungs formen.
Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 die Zusammensetzung eines in dem in Fig. 1 beschrie-
benen Ausführungsbeispiel verwendbaren Magnetkernes. Fig. 3 eine Seitenansicht der Fig. 2.
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" "' ■ weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
5 und 6
Der in Fig. 1 mit 1 bezeichnete, aus weichmagnetischem Mate- '
rial bestehende und U-förmig ausgebildete Magnetkern besteht : '■ aus Schenkeln 2 und 3 sowie aus einem diese verbindenden :
Joch 4. Die unteren Enden der Schenkel 2 und 3 weisen >
unter gleichen Winkeln nach innen gebogene und sich verjüngen-!
de Bereiche 5 und 6 auf, die in in unmittelbarer Nachbarschaft:
zueinander liegenden Polschuhspitzen 7 und 8 auslaufen. Eine beispielsweise aus isoliertem Kupferdraht bestehende Wicklung
9 ist auf die Schenkel 2 und 3 und das diese verbindende Joch 4 aufgebracht, mit der beim Durchfluß eines geeigneten
.Stromes der Kern 1 magnetisiert und zwischen den Polschuhspitzen 7 und 8 ein magnetisches Feld erzeugt wird.
Weiterhin ist ein aus einem Glasfaserbündel bestehender Licht-[
_leiter 11 vorgesehen, der von oben nach unten verläuft und
den sich verjüngenden Teil 5 durchsetzt, um an der Polschuh- :spitze 7 auszutreten. In ähnlicher Weise ist ein ebenfalls
aus einem Glasfaserbündel bestehender Lichtleiter 12 vorge-]sehen,
der den sich verjüngenden Teil 6 durchsetzt, um an ;der Polschuhspitze 8 auszutreten. Die unteren Enden der
!Lichtleiter 11 und 12 weisen in bezug auf die vertikalen
Schenkel 2 und 3 die gleiche Neigung auf. Dadurch wird sichergestellt,
daß eine in einer horizontalen Ebene liegende Fläche TO das aus dem Lichtleiter 11 austretende Licht in
den Lichtleiter 12 reflektiert.
Weiterhin ist ein Helium-/Neonlaser 13 oder eine andere
geeignete Lichtquelle vorgesehen, die über einen Polarisator 14 und eine Linse 15 Licht zum Eingang des Glasfaserbündel
11 überträgt. Das das Glasfaserbündel 11 durchsetzende Licht
wird an der Fläche 10 reflektiert, wobei sich bei Vorliegen
eines durch den erregten Kern 1 entstehenden Magnetfeldes
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aufgrund des magneto-optischen Kerreffektes der Polarisations-.
zustand des Lichtes ändert. Das mit diesem geänderten PoIa-
: risationszustand in das untere Ende des Lichtleiters 12 ein-
; tretende Licht wird über einen Analysator 16 einem elektri-1
sehen Detektor 17 zugeführt, an dessen Ausgang ein die durch ' den magneto-optischen Kerreffekt bewirkte Änderung des
: Polarisationszustandes anzeigendes Signal auftritt, das eine
Messung dieser Änderung gestattet.
In den Figuren 2 und 3 wird ein zur Verwendung in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung vorgesehener Magnetkern
in Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Das Joch 4 und die '
Schenkel 2 und 3 werden aus Blöcken aus weichmagnetischem
Ferritmaterial gearbeitet. Zur Vereinfachung der Herstellung i sind die Schenkel 2 und 3 einander gleich. In die sich
verjüngenden Bereiche 5 und 6 werden Bohrungen oder Schlitze 18 und 19 zur Aufnahme der Glasfaserbündel eingearbeitet.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Querschnitte der sich verjüngenden Teile 5 und 6 kleiner als die Querschnitte der
Schenkel 2 und 3, um im Falle einer Verwendung in einem Elektroplatierungsbad die Abschirmeffekte zu verringern. Die ;
Schlitze 18 und 19 bilden jeweils einen Winkel von 45° mit ,
der Senkrechten. Es kann aber auch zweckmäßig sein, Vorrich- ■
tungen mit unter 60° angeordneten Schlitzen zu verwenden. ; Nach der Fertigstellung der Schenkel 2 und 3 und des Joches I
4 werden diese zur Bildung eines U-förmigen Kernes 1 miteinander verbunden. !
Ein gemäß den Figuren 1,2 und 3 aufgebauter Kern hat vorzugsweise
eine Länge von 2,5 cm und eine Spule 9 mit etwa 70, gemäß der Darstellung in Fig. T, auf dem Kern aufgebrachten
Windungen. Durch diese Spule wird ein magnetisches Feld von etwa 1900 Oersted bei einer Verlustleistung von 1 Watt in
der Spule erzeugt. Dieses magnetische Feld reicht für magneto-optische Kerreffektmessungen aus, wenn die Polschuh-
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spitzen 7 und 8 etwa 0,25 mm von einer aus hartmagnetischem [
■Material bestehenden Schicht entfernt sind. j
Die relative Einfachheit des in Fig. 1 dargestellten optischen
.Systems beruht auf der Verwendung von Glasfaserbündeln. Diese ; Bündel müssen so ausgebildet sein, um polarisiertes Licht >
zu übertragen und an ihrem Ausgang einen parallelen oder j fokusierten Strahl entstehen zu lassen. Konventionelle I
i Glasfasern weisen diese Eigenschaft nicht auf; es müssen \
vielmehr Glasfasern mit einem geeigneten Brechungsxndexgra- I
dienten verwendet werden, wie sie beispielsweise auch im [ Handel erhältlich sind. Eine Beschreibung derartiger Fasern ;
ist beispielsweise in den Literaturstellen "Guide to SELFOC",
;Nippon Electric Company Limited, Juni 1971, und "Newly
Developed Glas Devices for Image Transmission", von K. Matsushita und K. Ikeda, "Proceedings of the Society of Photooptical Instrumentation Engineers", Vol. 31, 16 - 17, Okt.
1972, Seiten 23 bis 35 enthalten.
;Nippon Electric Company Limited, Juni 1971, und "Newly
Developed Glas Devices for Image Transmission", von K. Matsushita und K. Ikeda, "Proceedings of the Society of Photooptical Instrumentation Engineers", Vol. 31, 16 - 17, Okt.
1972, Seiten 23 bis 35 enthalten.
Diese einen Brechungsindexgradienten aufweisenden Fasern eri
zeugen in Abhängigkeit von der Länge und von der Art des
eingegebenen Lichtes einen parallelen oder einen fokusierten
Ausgangsstrahl. Durch die Verwendung von einen Brechungsindexgradienten aufweisenden Glasfasern ist es möglich, das
in Fig. 1 dargestellt Ausführungsbeispiel so zu konstruieren,
daß nur die Glasfasern 11 und 12 mit dem Kern verbunden sind,
während alle anderen erforderlichen Elemente in einer
relativ großen Entfernung vom Kern angeordnet werden können.
Ein Nachteil dieser Fasern liegt jedoch darin, daß sie relativ steif sind und daher bei einer Verwendung gemäß Fig. 1 einen
großen Krümmungsradius benötigen.
eingegebenen Lichtes einen parallelen oder einen fokusierten
Ausgangsstrahl. Durch die Verwendung von einen Brechungsindexgradienten aufweisenden Glasfasern ist es möglich, das
in Fig. 1 dargestellt Ausführungsbeispiel so zu konstruieren,
daß nur die Glasfasern 11 und 12 mit dem Kern verbunden sind,
während alle anderen erforderlichen Elemente in einer
relativ großen Entfernung vom Kern angeordnet werden können.
Ein Nachteil dieser Fasern liegt jedoch darin, daß sie relativ steif sind und daher bei einer Verwendung gemäß Fig. 1 einen
großen Krümmungsradius benötigen.
Bei der Herstellung der in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Elemente ist es möglich, die Schlitze 18 und 19 mit Hilfe
Elemente ist es möglich, die Schlitze 18 und 19 mit Hilfe
von Laserstrahlen zu erzeugen.
I „._.
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In Fig. 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die durch den großen Krümmungsradius
von Brechungsindexgradienten aufweisenden optischen Fasern bedingten Schwierigkeiten vermieden werden. Gleiche Teile
werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Da der gleiche
U-förmige Kern 1 verwendet wird, werden nur die Unterschiede beschrieben. Der wesentliche Unterschied liegt in der Verwendung
von zwei Prismen 20 und 21 mit interner Totalreflektion durch die es möglich wird, daß die Teile 22, 23, 24 und
25 gerade verlaufen, so daß die in Fig. 1 dargestellte gekrümmte Anordnung der Lichtleiter 11 und 12 vermieden
werden kann.
Das einem Halbleiterlaser 26 erzeugte Licht durchsetzt den Polarisator 15 und einen geradlinig verlaufenden Teil 22
eines Glasfaserbündels in Nachbarschaft des Schenkels 2 und wird durch das Prisma 20 in Richtung auf die gerade verlaufende
Glasfaser 24 reflektiert, die im Innern des sich verjüngenden Teils 5 verläuft. Nach einer Reflelx ion des aus
dieser Faser austretenden Lichtes an einer nicht dargestellten Fläche gelangt das Licht, dessen Polaristionszustand
sich aufgrund des magneto-optischen Kerreffektes geändert hat, zur Eingangsfläche der geraden Glasfaser 25 und wird
beim Austritt aus dieser Faser durch das Prisma 21 zur geraden, neben dem Schenkel 3 verlaufenden Faser 23 reflektiert.
Die Erfassung des Lichtes erfolgt über den Analysator 16 und
den Halbleiterdetektor 17.
In Fig. 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das dem in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ähnlich ist. Der Unterschied zwischen beiden Ausführungsformen
besteht darin, daß an der Polschuhspitze 7 ein Polarisator 30 und an der Polschuhspitze 8 ein Analysator
31 angebracht ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Polschuhspitzen 7 und 8 rechtwinklig bezüglich des Lichtweges
an den Polschuhspitzen angeordnet sind. Die Größe der
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. Miniaturpolarisatoren und -analysatoren 30 bzw- 31 liegen
in der Größenordnung von einem mm . Derartige Komponenten sind im Handel erhältlich. Bei der in Fig. 5 dargestellten
Ausführungsform müssen die Fasern 11 und 12 als Fasern mit
Brechungsindexgradienten ausgebildet sein, um die Verwendung von parallelem oder fokusiertem Licht für magneto-optische
Kerrmessungen zu ermöglichen. Es können jedoch auch konventionelle
optische Fasern verwendet werden, wenn zusätzliche
: Linsen an den Polschuhspitzen zur Erzeugung des erforderlichen
parallelen oder fokusierten Lichts vorgesehen sind.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, muß der Kern 1 nicht unbedingt
U-förmig ausgebildet werden. So ist in Fig. 6z. B. ein
kreisförmiger Kern 35 dargestellt. Im allgemeinen sollten die Kerne einen kreisförmigen Querschnitt haben, um eine
besonders gute Einwirkung der Spule auf den Kern zu ermöglichen und um die Abmessungen der Luftspalte herabzusetzen.
Die Kerne können beispielsweise durch die im folgenden Absatz beschriebenen Platierungstechniken erzeugt werden.
Es ist bekannt, weichmagnetische Materialien, wie z.B.
Nickel oder Eisenlegierungen durch Elektroplatierung zu formen. So kann beispielsweise der Kern 1 oder der Kern 35
durch Elektroplatieren einer weichmagnetischen Substanz auf einen geeigneten leitenden Formkörper hergestellt werden. Dieser Formkörper würde unter anderem aus Röhren mit
einem Innendurchmesser bestehen, der geringfügig größer als ; der Durchmesser der im Kern unterzubringenden optischen
Fasern ist. Weiterhin kann es zur Sicherstellung eines guten magnetischen Wirkungsgrades zweckmäßig sein, die Spule 5
! durch Kupferplatierung und/oder Ätzverfahren aufzubringen, da auf diese Weise ein Minimum an Luftspalt zwischen dem
magnetischen Kern und der Wicklung erhalten wird. Bei der Verwendung von gewickleten Spulen ist ein kreisförmiger
Querschnitt der Kerne 1 oder 35 besonders vorteilhaft.
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i - 10 -
■ Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele
iberuhen auf dem sogenannten longitudinalen Kerreffekt, bei
. dem die Einfallebene des polarisierten Lichtes parallel zur ; Richtung des magnetischen Feldes zwischen den Polschuhspitzen
1 liegt. Es ist aber auch möglich, die Vorrichtungen so auszubilden,
daß der transversale oder polare Kerreffekt ausge-' nützt wird.
j Bei Ausnutzung des transveralen Kerreffektes liegt die Eini
fallebene des polarisierten Lichtes senkrecht zur Richtung
; des magnetischen Feldes zwischen den Polschuhspitzen. In
i diesem Falle müßten die Enden der optischen Fasern unter I rechten Winkeln in bezug auf die in den Figuren dargestellten
i Lagen gehaltert werden.
Beim polaren Kerreffekt ist die Richtung des einfallenden und des reflektierenden Lichtes senkrecht zur Richtung des
magnetischen Feldes zwischen den Polschuhspitzen, das paraliIeI
zur zu untersuchenden Fläche 10 ist. Dieser Umstand er- :fordert, daß die optischen Fasern so gehaltert werden, daß
'die Enden der Fasern senkrecht zur Fläche 10 verlaufen. Der !polare Kerreffekt ist besonders vorteilhaft in Zusammenhang
mit Anwendungen für magnetische Blasen- und Domänenmaterialien und Vorrichtungen verwendbar.
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L e e r s e i t e
Claims (4)
- -y-PATENTANSPRÜCHEVorrichtung zur Untersuchung der Oberflächen magnetischer Materialien unter Ausnutzung des magneto-optischen; Kerreffekts, gekennzeichnet durch einen Prüfkopf, der aus einem Kern (1) aus magnetischem Material mit nahe beieinander liegenden Polschuhspitzen (7, 8) besteht, einen Lichtweg bestehend aus einem Lichtleiter (11): und einem Polarisator (14) zur Übertragung von polarisiertem Licht auf einen in der Nähe der Polschuhstücke liegenden Bereich einer zu untersuchenden Fläche (10) und einen zweiten Lichtweg bestehend aus einem Lichtleiter (12) und einem Analysator (16) zur übertragung von an der zu untersuchenden Fläche reflektierten Licht zu einem Lichtdetektor (17).
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus magnetischem Material U-förmig ausgebildet ist.ι
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus magnetischem Material kreisförmig ausgebildet ist und polschuhspitzenförmige Verlängerungen (7, 8) aufweist.!
- 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 jbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus magnetischem Material mit einer leitenden Wicklung (9) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes versehen ist.Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus permanentmagnetischem Material besteht.015 Ö09809/07176. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (11, 12) als optische Fasern ausgebildet sind.7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Ausnutzung des longitudinalen Kerreffekts.8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Ausnutzung des transversalen oder polaren Kerreffektes.9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Lichtleiter (11, 12) die Polschuhspitzen (7, 8) durchsetzen.10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisator(30) und ein Analysator (31) an den oder in unmittelbarer Nähe der Polschuhspitzen (7, 8) angeordnet sind.11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisator(14) und ein Analysator (16) entfernt von den Polschuhspitzen (7, 8) angeordnet sind und daß die Lichtleiter aus Glasfasern mit Brechungsindexgradienten bestehen.12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch in Verlauf der Lichtleitungen angeordnete Prismen (20, 21).UK 977 °15 909809/0717
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB35572/77A GB1545340A (en) | 1977-08-24 | 1977-08-24 | Kerr effect apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2832045A1 true DE2832045A1 (de) | 1979-03-01 |
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ID=10379226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19782832045 Withdrawn DE2832045A1 (de) | 1977-08-24 | 1978-07-21 | Vorrichtung zur untersuchung der oberflaechen von magnetischen materialien |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4265543A (de) |
JP (1) | JPS5435790A (de) |
DE (1) | DE2832045A1 (de) |
FR (1) | FR2401428A1 (de) |
GB (1) | GB1545340A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4843316A (en) * | 1986-06-27 | 1989-06-27 | Hewlett-Packard Company | Nondestructive M-H hysteresis testers for magnetic discs for computer disc drives |
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-
1978
- 1978-06-29 FR FR7820117A patent/FR2401428A1/fr active Granted
- 1978-07-07 JP JP8214278A patent/JPS5435790A/ja active Pending
- 1978-07-21 DE DE19782832045 patent/DE2832045A1/de not_active Withdrawn
- 1978-08-24 US US05/936,417 patent/US4265543A/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
FR2401428A1 (fr) | 1979-03-23 |
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