SU1310762A1

SU1310762A1 - Способ измерени параметров тонких магнитных покрытий

Info

Publication number: SU1310762A1
Application number: SU853940612A
Authority: SU
Inventors: Аркадий Фроимович Рейдерман
Original assignee: Институт Физики Металлов Уральского Научного Центра Ан Ссср
Priority date: 1985-08-08
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1987-05-15

Abstract

Изобретение относитс к области магнитных измерений. Цель - обеспечение возможности контрол свойств локальных участков покрыти (П) без нарушени его целостности, контрол толщины П и определени его характеристик в перпендикул рном направлении . Способ измерени параметров тонких магнитных П реализован в устройстве . Дл достижени цели магнитное П намагничивают нормально его плоскости неоднородным в этой плоскости полем, измер ют электродвижущую силу в направлении нормали к плоскости П, перемагничивают испытуемый участок изменением напр женности намагничивающего пол (НИ), одновременно измен ют амплитуду вибрации индукционного датчика (ИД) и источника НИ, измер ют зависимость амплитуды сигнала от напр женности НП, по ней определ ют толщину магнитного П и его магнитные характеристики в перпендикул рном направлении, намагничивают П тангенциально его поверхности полем, имеющим экстремум в зоне испытуемого участка, повтор ют все операции до получени зависимости амплитуды сигнала ИД от напр женности НП и по ней и экстремальному значению ранее полученной зависимости определ ют магнитные характеристи- ки П в произвольном направлении его плоскости. 2 ил. а S (Л

Description

Изобретение относитс к технике магнитных измерений и может быть использовано , в частности, дл контрол параметров магнитных покрытий носителей магнитной записи.

. Цель изобретени - расширение функциональных возможностей способа, а именно обеспечение возможности контрол свойств локальных участков покрыти без нарушени его целостное- ти, контрол толщины покрыти и определени его характеристик в перпендикул рном направлении.

На фиг. 1 представлены схема реализации способа при определении тол щины. покрыти и его магнитных характеристик в перпендикул рном направлении (а) и распределени составл ющих намагничивающего пол (&); на фиг. 2 - схема реализации спосо- ба при определении параметров в его плоскости (а) и соответствующие распределени составл ющих намагничивающего пол (5).

На фиг. 1 и 2 обозначены намагни- чивающа катушка 1, магнитное покрытие 2, индукционный датчик 3, механический привод 4 дл жесткой св зи намагничиваклцей катушки с индукционным датчиком и их вибрации.

Способ осуществл ют следующим образом .

Неоднородное поле в направлении нормали к поверхности создают катупг- кой 1 (фиг. 1а). Распределение это- го пол в направлении X показано на фиг. 1Н (сплошна лини ). Пунктиром на фиг. iS показано распределение тангенциальной (Х-й) компоненты пол катушки 1 , которую вблизи точки (, ) можно получить достаточно малой путем уменьшени размеров У( , У (фиг. 1а) или устранить введением симметрично расположенной относительно покрыти второй намагни- чивающей катушки. Намагничивающа катупка имеет пр моугольную форму витков обмотки, причем ее размер в направлении оси Z достаточно велик, поэтому Z-e компоненты намагничиваю- щего пол и пол покрыти в зоне испытуемого участка можно считать отсутствующими . С учетом изложенного, принима во внимание потенциальный характер магнитного пол неоднородно- го намагниченного покрыти Н, из услови rot , получают

у ах

где Н,Н |Г- соответственно Х- и У-

компоненты пол покры Т7 ти и .

Интегриру выргэжение (1) по толщине покрыти ,, получают

H ;;(s/2)-H ;:-(-s/2)s|b, (2)

где F(W2) и п () - Х- компонента ПОЛЯ покрыти соответственно на его верхней и нижней поверхност х;

т; fo

И ц - среднее по толщине значение

У-й компоненты пол покрыти внутри него (практически Н(У) - const).

Так как по условию перемаг ничива- ни намагниченность покрыти М имеет только. У-ю компоненту Мц, практически однородную по толщине, можно считать, что -1(/2)-н7(), тог- да

Ну (0/2)-rLv - -- ,

2 ЭХ

(3)

1

где Нл - тангенциальна компонента пол покрыти .

Поскольку область намагничивани вблизи , где неоднородностью на- магничиваюа1,его пол Н в направлении X можно пренебречь, всегда существенно больше толщины покрыти (менее 1 мкм), коэффициент размагничивани (Nq -Hij/Иу) в направлении оси У равен 1 и .

Тогда равенство (3) принимает вид

H ::(s/2)-&/2.11.

(4)

Далее, име ввиду, что дл пол покрыти над его поверхностью div B rUodiv , получают

3Hi .. ЭНх ЗУ Зх

(5)

Подставив (4) в (5), получают дл величины 8Н,./ЗУ на поверхности покрыти ().

а 2

ан;;/у | .-а м /зх

(6)

Так как согласно предлагаемому способу исш туемьй участок покрыти перемагничиваетс по предельному циклу магнитного гистерезиса, то зависимость Ми от напр женности на- магничивагацего пол Ни дл всех точек участка остаетс одной и той же,

в противном случае отдельные точки испытуемого участка перемагничивают- с по частным циклам магнитного гистерезиса с различными зависимост ми ). Тогда справедливо следующее соотношение г

% 1 9н| ан| , . х аЦ зх л .

где ОС - дифференциальна восприимчивость покрыти ; :в направлении У. Подставл (7) в (6) и провод

дифференцирование, получают

зн-з sL а н jaHifi s ,.

зГ - Ц -Тх

в точке экстремума намагничивающего пол (,„(фиг. Ь) справедливо равенство ЭН,. и выражение

ан

9уравенство (8) дает

й1,1,

fH

(9)

Определенна таким образом величина Зн Г/Эу, представл юща величи- ну градиента пол покрыти на его поверхАости в точке экстремума на- магничивакщего пол (), непосредственно св зана с толщиной покрыти , его магнитной характеристикой и со степенью неоднородности намагничивающего пол . Именно в указанную точку практически в окрестности зтой точки и располагают индукционный датчик, как показано на фиг. 1а. Величина магнитного потока, пронизывающего индукционный датчик, определ етс выражением

ро(н 3+Ну) 5-п,(10)

где Ко - магнитна посто нна ; S и п - средн площадь витка и число витков индукционного датчика .

В выражении (Ю) суммарное поле предполагаетс посто нньм в пределах- сечени витков индукционного датчика в силу относительной малости размеров последнего.

При вибрации индукционного датчи- ка изменение координаты его расположени над покрытием определ етс выражением uy(t) y-sinot, где йу и СО - соответственно амплитуда и частота вибрации. Изменение йУ во времени приводит к изменению пол покрыти в зоне расположени индукционного датчика и соответственно к по влению сигнала ЭДС в нем.

Поскольку вибраци создаетс при условии жесткой механической св зи датчика и ис точника пол (их относительное перемещение равно нулю).изменени намагничивающего пол Н,. в зоне индукционного датчика не проис- Нц не оказывает вли- ЭДС индукционного датходит , так что ни на сигнал

чика. НГ от У

Учитыва зависимость величины в зоне расположе ни индук5

0

Н

i.r

ционного датчика в виде Нц(У)«: ---йУ,

получают дл ЭДС индукционного датчика

/.ч л с ЭИ ) e(t)-jU,. ----m

ш.

ЬУ coscot

и дл амплитуды ЭДС Е

-pi,Sn(0.

(11)

О

E,(U. S.n-0 3 ЛУ.

(12)

Вблизи точки экстремума распределение Намагничивающего пол может быть представлено разложением в р д по четным степен м X. Ограничива сь первым членом разложени , можно записать (1-kx), где k - поЧ сто нна .

ОУ завис ща

от геометрических размеров источника пол ; Н, обозначено на фиг. 1&, это выражение в (12), получают

оу Подставл

(9) и затем (9) в

°ч

(13)

S-n- Ь y-cO S-X,.

Амплитуду вибрации ЛУ измен ют обратно пропорционально напр женности намагничивающего пол по закону

(1А)

е П

макс

WHH U е

°а

максимальное значение напр женности намагничивающего пол ;

йУ

миц амплитуда вибрации при

,к(,

При, этом йУ, соответствующие близким к О Н , не устанавливают, а соответствующие значени сигнала Ец получают nvTeM экстрапол ции значеС р

НИИ при Ноц.:0 и Нд 0.

С учетом (14) выражение (13) дри- нимают вид

Ej,A

%

Г

(15)

где

.n.k.by,

Н

маис

со. (16)

5131

Таким образом, изменение амплитуды вибрации при изменении пол обеспечивает непосредственную пропорциональность амплитуды сигнала датчика толщине и дифференциальной восприимчивости самого покрыти .

Дифференциальна восприимчивость ТС ц покрыти в направлении нормали к его поверхности св зана с восприимчивостью материала покрыти в этом направлении х выражением

,м

%

S Т+х

(17)

(в данном случае N,. 1).

Дл материалов исследуемых покрытий максимальное значение -Х на предельном цикле магнитного гистерезиса существенно больше единицы, поэтому можно считать, что при значени х HOU , соответствующих максимальному %, Хц - 1 .

Тогда, снима зависимость-амплитуды ЕU сигнала ЭДС индукционного датчика от пол , поступают дл определени толщины покрыти

(18)

где Е -.максимальное значение ампли

туды ЭДС, индукционного дат

чика при изменении намагничивающего пол Н

01}

При этом дифференциальна восприимчивость %у при любом значении HOI определ етс выражением

а

Еу/Е,у.

(19)

Равенства (18) и (19) определ ют соответственно толщину и основные магнитные характеристики покрыти (в форме кривой зависимости дифференциальной восприимчивости от пол ) в перпендикул рном направлении .

Дл определени магнитных характеристик покрыти в его плоскости (например, в направлении X, фиг. 2) в зоне йс пытуемого -участка создают неоднородное тангенциальное намагничивающее поле HX с помощью намагничивающей катущки 1, фиг. 2а, Распределение Х-й и У-й компонент пол катушки показано на фиг. 25 (У- компонента обозначена пунктиром). Как следует из фиг. 2, У- компонента намагничивающего пол Н в области экстремума близка к нулю и при необходимости может быть получена равной

07626

нулю путем симметричного относительно плоскости покрыти расположени второй намагни 1ивающей катушки.

При условии достаточно больших размеров намагничивающей катушки в направлении оси Z из равенства divx получают

BI зв;

О зх ТУ

(20)

1 Интегриру равенство (20) по толщине покрыти и учитыва при этом отсутствие У-й компоненты намагни- j ченности, получают

B J(S/2)-g/2 11 ,

(21)

где В|.(й/2) - нормальна компонента индукции покрыти на его порерунос т и; В j( . - индукци внутри покрыти (в| практически однородна по У в силу i относительно малой толщины покрыти ). Из услови потенциальности пол

покрыти rot Н 0, получают

30

знГ

5у Зх

(22)

Дифференциру (21) и подставл в (22), получают

зн 1 авТ 1 8 9 в: 8,

35 У (о 2 ЭХ 2

fii,

Тх

(23)

Провод далее операции, аналогич- 40 ные описанным вьщ1е (выражени (7)- (15)), получают

7С, i-- Е Ь„,,

X

(24)

где Ej( - амплитуда сигнала ЭДС индуК1 ;ионного датчика 3 (плоскость его витков перпендикул рна оси X) при его вибрации в направлении У совместно с источником намагничивающего пол .

При этом дл справедливости (24) параметры вибрации и другие посто н- ные, вход щие в коэффициент А, подбирают такими, чтобы этот коэффициент оставалс неизменным при переходе к изменени м в плоскости покрыти .

713

Claims

Формула изобретени

Способ измерени параметров тонких магнитных покрытий, включагадий воздействие на образец посто нным магнитным полем и регистрац по полей, обусловленных намагниченностью образца покрыти , отличающий- с тем, что, с целью расширени функциональных возможностей способа путем измерени толп1ины покрыти и измерени параметров образцов различных типоразмеров, магнитное покрытие намагничивают нормально его плоскости неоднородным в этой Плоскости полем, имеющим экстремум в зоне испытуемого участка, измер ют сигнал ЭДС, возникающий в индукционном датчике при вибрации жестко св занных между собой источника пол и индукционного датчика в направлении нормали к плоскости покрыти , при этом индукционный датчик располагают в точке экстремума намагничивающего пол , перемагничивают испытуемый участок по предельному цик28

лу магнитного гистерезиса изменением напр женности намагничивающего пол , одновременно измен ют амплитуду вибрации индукционного датчика

и источника намагничивающего пол обратно пропорционально величине напр женности намагничивающего пол , измер ют зависимость амплитуды сигнала индукционного датчика от напр женности намагничивающего пол , по этой зависимости определ ют толщину магнитного покрыти и его магнитные характеристики в перпендикул рном направлении, затем намагничиваит покрытие тангентщально его поверхности полем, имеющим экстремум в зоне испытуемого участка, повтор ют указанные операции до получени зависимости амплитуды сигнала

индукционного датчика от напр женности намагничивающего пол , по полученной зависимости и экстремальному значенио ранее измеренной зависимости определ ют магнитные характеристики покрыти в произвольном направлении его плоскости.

--Х

Составитель ВЛЧульгин Редактор А.Огар Техред А.Кравчук

Заказ 1887/42 Тираж 731 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород,ул. Проектна , 4

Корректор Л.Патай