Способ анализа свойств ферромагнетиков

 

Использование в измерительной технике и для анализа свойств тонкопленочных ленточных образцов ферромагнетиков. Цель: повышение разрешающей способности при анализе отдельных слоев образца и точности анализа. Сущность изобретения: на образец одновременно воздействуют магнитным полем с амплигудои, меняющейся по пилообразному закону в плоскости образца и ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0.18 мкм измеряют угол поворота плоскости поляризации отраженного от поверхности образца излучения, затем формируют и анализируют энергетический спектр фотоэлектронов эмитт-ирующих с поверхности образца Положительный эффект: одновременно измеряют как химический состав, так и магнитные свойства образца, и устанавливаю их взаимосвязь Ј

н) E ()пг и ких

«л jllhlll1(1и tf ских

f f (пчь Il1K (ч) G 01 R 33/038, 33/12

Iо<..чдлр<.Tи=н <л I чгнпtl!t вг/И1мс:TBo сг:c.Ð

<т<н.пмтг ;т (;(:ñ-.г1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876130/21 (22) 19.10.90 (46) 30.06.93. Бюл, N 24 (71) Симферопольский государственный университет им. М.В.Фрунзе (72) А. I- . Шапошников (56) Электронная и ионная спектроскопия тцердых тел. Под ред. Л.Фирмэнса, Дж,Вэнника. B.Äeêåòñåðà. M.; Мир, 1981, с.61-97.

Червинский М.М., Глагопев С,Ф. и Горбунов И.П. Магнитооптические методы и средства определения магнитных-характеристик материалов. / Л., Энергия, 1980, с.69, (54) СПОСОБ АНАЛИЗА СВОЙСТВ ФГРРОМАГНЕТИКОВ (57) Использование: в измерительной технике и для анализа свойств тонкопленочных

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для анализа своиств тонкопленочных и ленточных образцов ферромагнетиков.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности при анализе отдельных слоев образца и точности анализа.

Цель достигается тем. что одновременно на образец воздействуют магнитным полем с амплитудой. меняющейся по пилообразному закону в плоскости образца, и ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0,18 мкм, измеряют угол поворота плоскости поляризации отраженного от поверхности образца излучения. затем формируют и анализируют энергетический спектр фотоэлектронор змиттиру ощих с поверхности образца «rn обеспечивает повыше,.„„5U I„„1824602 А1 ленточных образцов ферромагнетиков.

Цель: повышение разрешающей способности при анализе отдельных слоев образца и точности анализа, Сущность изобретения: на образец одновременно воэдейгтвуют магнитным полем с амплитудои, меняющейся по пилообразному закону в плоскости образца, и ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0,18 мкм. измеряют угол поворота плоскости поляризации отраженного от поверхности образца излучения, затем формируют и анализируют энергетический спектр фотоэпектронов, эмиттирующих с поверхности образца Положительный эффект: одновременно измеряют как химический состав, так и магнитные свойства образца, и устанавпивакп их взаимосвязь. ние разрешающеи способности при анализе отдельных слоев образца и точност ь проводимого анализа

Г1редлагаемый способ анализа свойств ферромагнетиков реализуется следующим образом. Измеряемыи образец помещают в сверхвысоковакуумную камеру и создают в ней вакуулт 10 10 Па. Затем образец

-5 подвергают одновременному воздействию монохроматического ультрафиолетового излучения и магнитного поля, причем магнитное поле прикладывают в плоскости образца, а амплитуду изменяют по пилообразному закону. Ппд воздействием излучения иэ образца эмиттируют фотоэлектроны, одновременно под воздействием магнитного поля отраженное от поверхности образца излучение изменяет плоскость попяриэа!

1, Э Д ,Qi î

1824602 ции. Вышедшие из образца фотоэлектроны анализируются по энергиям с помощью энергоанализзтора, в результате чего формируется т.н, энергетический спектр вышедших фотоэлектронов, т.е. их распределение по энергиям. Энергетический спектр отражает структуру валентных уровней элементов, входящих в состав исследуемого образца; интенсивность той или иной электронной линии отражает количественное содержание элемента, а значение энергии фотоэлектронов соответствует определенному электронному уровню, т.е. характеризует качественный химический состав. Таким образом, измерение интенсивности вышедших фотоэлектронов и их энергии дает информацию о химическом составе исследуемой поверхности, Глубина выхода фотоэлектронов определяет глубину исследуемого слоя,и составляет величину

0,5-2 нм.

Измерение угла поворота плоскости поляризации отраженной от поверхности образца части УФ излучения в зависимости от и менения величины и полярности приложенного магнитного поля дает возМожность построить т.н. магнитооптическую петлю гистерезиса. По петле гистерезиса определяют такие магHèòíûå свойства ферромагнетика, как коэрцитивную силу, поле насыщения и T.ä. Глубина проникновения УФ-излучения в металлы составляет единицы нм, что сравнимо с глубиной выхода фотоэлектронов и позволяет измерять магнитные свойства того же слоя, химический состав которого определяется методом

УФЭС.

Проводя совместныи анализ результатов определения химического состава и магнитных свойств приповерхностных слоев ферромагнетиков, определяют зависимость химический состав магнитные свойства.

Затем проводят послойной утонение образца путем воздействия на него, например, расфокусированным или сканирующим пучком ионов инертного газа, в результате чего происходит травление поверхности образца на заданную глубину. Расфокусированный или сканирующий пучок необходим для удаления возможно большей анализируемой площади поверхности образца. После окончания травления вновь измеряют спектры фотоэлектронов и магнитооптическую петлю гистерезиса и производят определение химического состава и магнитных свойств. На этом цикл травления — измерение завершается.

Конкретный пример реализации спосо5

Образец пленки железа толщиной 100 нм, имплантировлнный ионами азота с энергией 60 кЭв и дозой 5 10 ион/см, подвергают анализу при облучении ультрафиолетовым излучением. Исследованы фотоэлектронные спектры валентных уровней железа, кислорода. азота и углерода. Угол падения УФ-излучения на поверхность исследуемого образца составляет 45 . Магнитные свойства — коэрцитивную силу Нс и угол вращения Керра 0„измеряли в геометрии меридиального эффекта Керра. Диапазон полей перемагничивания составлял

0 — 100 Э, Послойное травление (утонение поверхности образца) осуществляли ионами аргона с энергией 500 ЭВ с плотность тока пучка rv20 мкА/см, шаг травления -- 10 нм.

2 площадь сканирования пучка ионов по поверхности 10 мм .

Анализ спектров валентных электронов исследованных элементов. а также литературные данные по исследованию пленок железа, имплантированных ионами азота, позволил сделать следующие выводы о наблюдаемом изменении магнитных свойств (Н, и О,) по толщине пленок железа.

Высокие значения Н и низкие значения.

О, вблизи поверхности пленки обусловлены частичным окислением железа в результате контакта пленки с атмосферой, а также образованием карбидов железа. Падение Н и рост О, с началом обусловлены удалением этого слоя. Присутствие кислорода и углерода в обьеме пленки обусловлено их вхождением в пленку из остаточной атмосферы вакуумной камеры в процессе напыления, Последующий рост Н, и падение (4 приходятся на слой с максимальной концентрацией имплантированного азота. В этом слое присутствуют фазы нитридов железа. Дальнейшее уменьшение Н, и рост (4 обусловлены удалением этого слоя.

Наблюдаемые изменения Н и О„,кроме того, частично обусловлены радиационными повреждениями. возникающими при имплантации, Преимущество предложейного способа анализа свойств ферромагнетиков перед другими известными состоит s следующем.

Повышается разрешающая способность способа при анализе отдельных слоев образца, т.к. осуществляется одновременно измерение как химического состава, так и магнитных свойств образца и их зависимость.

Возрастает точность анализа, так как отсутствует операция переноса образца, т.е. перепозицироваиия образца. Кроме того, использование способа наиболее эффек1824602 тивно при измерении характеристик тонкопленочных ферромагнетиков, обладающих переменным по толщине химическим составом, а значит, и магнитными свойствами.

Составитель А, Шапошников

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Король

Редактор

Заказ 2224 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

В

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Способ анализа свойств ферромагнетиков, включающий одновременное воздействие на образец магнитного поля, с аМплитудой, меняющейся по пилообразному закону в плоскости образца и монохроматического излучения, измерение угла поворота плоскости поляризации отраженно(o от поверхности образца излучения, о т - личающийся тем,что,сцельюповышения

5 разрешающей способности при анализе отдельных слоев образца и точности анализа, воздействуют на образец ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0,18 мкм, формируют и анализируют энергетический

10 спектр фотоэлектронов, эмиттирующих с поверхности образца.