Файл: Пузырев В.А. Тонкие ферромагнитные пленки в радиотехнических цепях.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.07.2024

Просмотров: 98

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

где АН — величина, х а р а к т е р и з у ю щ а я полосу пропуска­ ния на уровне половинной мощности, когда при снятии

частотной зависимости варьируемой

величиной

являет­

ся поле, а не частота.

 

 

Характер зависимости затухания

от частоты

имеет

первостепенное значение как с научной, так и с техни­ ческой точки зрения. В первом случае эта зависимость дает возможность проверить основные теоретические представления о механизме передачи энергии от спино­ вой системы к кристаллической решетке. Во втором — успешное техническое применение возможно лишь при условии, что затухание однородной прецессии не будет чрезмерным.

Во всех проводимых в настоящее время эксперимен­ тах, д а ю щ и х существенные для практических задач све­ дения, используют в основном две методики — измере­ ние ширины резонансной линии в широком интервале ча­ стот и исследование переходных процессов. Поэтому дл я практических целей в а ж н о установить связь между доб­ ротностью эквивалентной схемы пленки и ее физиче­ скими п а р а м е т р а м и , характеризующими потери в плен­

ках. Эта связь позволит

относительно просто определить

экспериментальные значения величии Q и G дл я реаль ­

ных пленок. С учетом (1.41) — (1.43) имеем соотношение,

связывающее значения

ненагруженной добротности Q

с физическими

п а р а м е т р а м и

пленки:

 

 

Q = co/A.

 

 

 

(1.44)

Главной проблемой в физике пленок остается до сих

пор объяснение

релаксационных

и

других

механизмов,

которыми определяется уширенне

кривой

ферромагнит­

ного резонансного поглощения.

З а д а ч а увеличения ве­

личины добротности связана

с

возможностью изготов­

ления однородных монокристаллических пленок с нуле­ вой магнитострикцией, а т а к ж е с возможностью исполь­ зования магнитных металлов и сплавов с составом, даю ­ щим малую ширину кривой поглощения. Пр и изготов­ лении пленок необходимо учитывать их толщину, так как однородность пленки в сильной степени зависит от

толщины

нанесенного слоя

[11]. С уменьшением

тол­

щины возрастает влияние

несовершенств, а с увеличе­

н и е м — возрастают

потери

на вихревые

токи. Д л я

уве­

личения

магнитной

массы

используются

многослойные

пленки.

 

 

 

 

 

31

Существует однозначная связь между

п а р а м е т р а м и

эквивалентной схемы со, Q, G и физическими

параметра ­

ми пленки М, Нк и т. д.; с другой стороны, известна связь

перечисленных параметров М, Нк и других от техноло­

гических (толщина,

однородность,

скорость

напыления

и т. п.) и внешних

(температура,

влажность,

величина

радиационного фона

и т. п.) факторов . Поэтому может

быть установлена связь непосредственно м е ж д у пара ­ метрами эквивалентной схемы со, Q, G и п а р а м е т р а м и технологического процесса изготовления пленки, а т а к ж е условиями о к р у ж а ю щ е й среды. Это означает, что может быть решена задача изготовления пленки с требуемыми

^

I

'

I

i _

I

I

1

I

I

500 1000 1500 2000 d,A О

500

1UOO

1500 2000 d,A

а

 

6

 

Р и с .

1.12

 

 

п а р а м е т р а м и эквивалентной

схемы

путем

обеспечения

нужной технологии и предсказано влияние внешней сре­ ды на эти параметры .

На рис. 1.12, а, б приведены зависимости резонансной круговой частоты при нулевых внешних полях и потерь от толщины пленки. Подобные зависимости, характери ­ зующие влияние технологических факторов на парамет ­ ры эквивалентной схемы, можно получить и дл я темпе­ ратуры подложки при напылении, и дл я процентного со­

става

пленки

и других факторов . Н а рис. 1.13

показаны

зависимости

тех ж е самых параметров от

температуры

о к р у ж а ю щ е й

среды.

 

 

 

Способность прогнозирования влияния технологиче­

ских и внешних факторов на п а р а м е т р ы

эквивалентной

схемы

имеет

н е м а л о в а ж н о е практическое

значение, так

к а к в настоящее время наметилась

тенденция

использо­

в а т ь

тонкие

ферромагнитные

пленки

в

качестве

устройств без дополнительных внешних элементов, т. е.

.32

при синтезе различных радиотехнических устройств ис­ пользуются функциональные свойства пленки как нели­ нейного управляемого резонатора [1] .

При использовании пленок в различных радиотехни­ ческих устройствах могут встретиться случаи, требующие учета дополнительных видов энергии, например энергии

двухосной

пленки,

энергии

размагничивающего поля

и др. Это

связано с конкретным применением пленок и

зависит от условий

и р е ж и м а

работы ТФП , ее геометрии,

рассеиваемых на ней мощностей и т. п. Чтобы при этом не возвращаться к решению исходной задачи — состав­

лению уравнения

(1.21), можно воспользоваться следую­

щей

методикой

учета

дополнительных

энергетических

компонент в

этом уравнении. И з

уравнения

 

(1.21)

сле­

дует: LTK/LIVT

= dF/d<£>T.

Известно

т а к ж е

 

(приложение

1),

что

г

=-^g-coso,

о т к у д а окончательно

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

LnlL„

= d*EldV.

 

 

 

(1.45)

 

Необходимо отметить, что дополнительные

компонен­

ты

энергии,

учитываемые

выражением

(1.45),

относятся

только

к модели

однородной пленки.

 

 

 

 

 

 

О б р а т н а я

величина

дифференциальной

индуктивно­

сти

L R T

равна второй производной

по

Э от

общей энер­

гии

Е. З н а я

компоненты общей энергии пленки Е, легко

перейти к дифференциальным индуктивностям

уравнения

(1.21)

схемы замещения . Д л я определенных

режимов

ра­

боты

пленки

(сюда

относятся и

р е ж и м

переключения)

следует

учитывать

неоднородности

последней.

 

2

Заказ

№ 247

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

1.8. ВЛИЯНИЕ

НЕОДНОРОДНОСТИ ПЛЕНОК

 

Р а с с м о т р е н н ая выше эквивалентная схема

Т Ф П бы­

л а получена в

предположении, что пленка

однородна.

Такое предположение допустимо для значительного чис­

л а

задач

исследования

радиотехнических

устройств

с Т Ф П . Однако в ряде

случаев неоднородность

пленки

существенно влияет

на

ее поведение

в

схеме, и она

д о л ж н а учитываться

при

 

определении

параметров

экви­

валентной

схемы. Н а и б о л ь ш е е влияние

неодиородностей

пленок сказывается

при

рабочих

р е ж и м а х ,

когда

внеш­

ние

поля,

приложенные

к

пленке,

находятся

в области,

где зависимости дифференциальных эквивалентных индуктивностей от внешних полей характеризуются раз­ рывными функциями .

В этом п а р а г р а ф е рассмотрим влияние, неодиород­ ностей пленки на ее параметры . Многочисленные экспе­ рименты по резонансному поглощению радио- и высоко­ частотного полей подтверждают значительное влияние

неодиородностей пленки на ее физические п а р а м е т р ы

[11].

П р и этом наблюдается

аномальный

рост

постоянной

затухания

Л

Л а н д а у — Л и ф ш и ц а

(пересчитанной

из

ши­

рины линии

резонансного

поглощения

АН)

при

умень­

шении

частоты

изменения

поля

а.

Н а б л ю д а е м о е

явле ­

ние связывают с наличием дисперсии

поля анизотро­

пии

# к

по

величине АНК

и направлению б,

которая

вы­

зывает разброс и соответствующее расширение

 

резо­

нансных

кривых. Это

объяснение

справедливо

только

д л я

пленок

 

с очень

большой дисперсией,

о б л а д а ю щ и х

так

называемой

«блочной» структурой

[19]. Д л я

пленок

с малыми

 

Д Я К

у к а з а н н а я

модель

не

объясняет

н а б л ю ­

даемой частотной зависимости ширины линии резонанс­

ного

поглощения.

Эта зависимость качественно

м о ж е т

быть

объяснена

наличием в пленке

неодиородностей,

размеры которых

меньше эффективных

радиусов

обмен­

ного и дипольного взаимодействий. Неоднородности приводят к тому, что эффективные магнитные поля в различных участках пленки не одинаковы и, следова­ тельно, меняют локальные условия резонанса. При этом

векторы

намагниченности

отдельных участков д о л ж н ы

были бы

осциллировать

(при наличии внешнего пере­

менного поля) с разными амплитудами и фазами . Одна­ ко обменное и дипольное взаимодействия не позволяют векторам намагниченности соседних участков расходить -

34

ся на большие углы, т. е. они о б л а д а

ю т

«фильтрующим»

свойством",

с г л а ж и в а я эффективные

магнитные поля,

созданные

неоднородностямн. Степень

с г л а ж и в а н и я

зависит от эффективных радиусов взаимодействий, ко­

торые,

в

свою очередь, зависят от

смещающего поля.

М о

ж н о

считать установленным,

что на расширение

резонансной кривой оказывают влияние как неоднород­ ности, размеры которых превышают эффективные радиу­

сы обменного

и

дипольного

взаимодействия, — крупно­

м а с ш т а б н ы е

неоднородности,

так

и мелкомасштабные

неоднородности,

имеющие размеры,

меньше указанных

радиусов. Это разделение соответствует физической при­

роде

пленок.

 

 

Источниками

макронеоднородностей

служат: конеч­

ность

размеров

пленки, в ы з ы в а ю щ а я

образование раз ­

магничивающих полей во время напыления пленки, и, следовательно, «скосы» легкой оси; крупные дефекты, которых особенно много на краях пленки; напряжения,

возникающие

в процессе

осаждения

и

остывания плен­

ки; неоднородности

толщины пленки;

неоднородность

нагрева подложки;

неоднородность

химического состава

в разных участках пленки и т. п.

 

 

Существует

большое

количество

причин, вызываю ­

щих микровариации магнитной структуры пленки: маг­ нитная анизотропия кристаллитов, оси симметрии кото­ рых ориентированы случайным образом; изотропные на­ пряжения, преобразующиеся анизотропной магнитострикцией каждого кристаллита в энергию анизотропии; слу­ чайно ориентированные анизотропные напряжения: ва­ риации одноосной индуцированной анизотропии по ве­ личине и направлению на расстояниях порядка разме ­ ров кристаллитов; царапины, неровности подложки; пу­ стоты и немагнитные включения, имеющие большее маг­

нитное сопротивление, чем

основной

материал,

и застав ­

л я ю щ и е магнитные

силовые

линии

изгибаться

при их

обходе; остаточные

газы

и

водяные

пары;

химическая

неоднородность сплава и другие причины.

 

 

Первой и наиболее естественной попыткой

описания

•физической системы

было

бы механическое

описание,

т. е. описание движения всех областей на

основе зако ­

нов классической механики.

Действительно,

состояние

•системы известно, если известны положение и движение

всех областей, входящих в систему. З н а я положение

и

движение отдельных областей в данный момент, по

за-

2*

35

Смотрите также файлы