Диссертация (1098006), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

Во всех случаях, поведение импеданса характеризуется резковыраженной асимметрией. Для аморфных пленок коерцитивное поле, связанное сосмещением доменов, не превышает 0.5 Эрстед. Поэтому гистерезис на фоне большихполей незаметен.185При уменьшении угла анизотропии МИ- отношение возрастает, достигая 125%при   15 и частоте 90 МГц. Отметим, что резкое падение МИ-отношения при 100МГц не отражает поведение импеданса, а связанно с импедансными характеристикамиизмерительного тракта. При увеличении частоты измерения необходима более точнаяИнтересно также отметить, что для   45 импеданскалибровка.практическискачком достигает пика в отрицательной области полей.Частота (МГц):8580757065605550454035302520151050-5-601F1MhzF10Mhz10F20Mhz20F30Mhz30F40Mhz40=15oIb=25 мА(а)-40-20(b)MI Ratio %Z/Z(%)MI Ratio %Z/Z(%)(a)0204060Магнитноеполе, Hex(Э) H (Oe)AppliedExternal MagneticFieldex1301201101009080706050403020100-10-60Частота (МГц):F50Mhz50F60Mhz60F70Mhz70F80Mhz80F90Mhz90100F100Mhz=15oIb=25 мА(б)-40-200204060Applied МагнитноеExternal MagneticField(Э)Hex (Oe)поле, HexРисунок 5.13.

Полевые зависимости МИ-отношение (∆/) для сандвичаCo70.2Fe7.8B22 /Cu/ Co70.2Fe7.8B22с углом спиральнойанизотропии 15º вприсутствии постоянного тока 25mA. (a): 1 – 40 МГц , (б): 50 – 100 МГц.186=30oIb=25 мА=30oIb=25 мАРисунок 5.14. Полевые зависимости МИ-отношение (∆/) для сандвичаCo70.2Fe7.8B22/Cu/Co70.2Fe7.8B22с углом спиральнойанизотропии 30º вприсутствии постоянного тока 25mA. (a): 1 – 40 МГц , (б): 50 – 100 МГц.Частота (МГц):(a)305550Z/Z(%)20=45oIb=25 мА1510F60MhzF70MhzF80MhzF90MhzF100Mhz60MI Ratio %MI Ratio %Z/Z(%)25Частота (МГц):F50Mhz(b)F1MhzF10MhzF20MhzF30MhzF40Mhz454035=45oIb=25 мА30252015105(а)-605(б)00-40-2002040AppliedExternal MagneticFieldМагнитноеполе, Hex(Э) Hex (Oe)60-5-60-40-2002040Applied МагнитноеExternal MagneticHex (Oe)поле, FieldHex (Э)Рисунок 5.15.

Полевые зависимости МИ-отношение (∆/) для сандвичаCo70.2Fe7.8B22/Cu/Co70.2Fe7.8B22с углом спиральнойанизотропии 45º вприсутствии постоянного тока 25mA. (a): 1 – 40 МГц , (б): 50 – 100 МГц.601875.3 Динамический асимметричный МИВэтомразделехарактеристики,рассматриваютсяполучаемыевасимметричныерезультатемагнитоимпедансныевоздействиядополнительноговысокочастотного поля смещения. В этом случае наличие геликоидальной анизотропиине требуется, так как процессы намагничивания могут быть симметричными.Влияние высокочастотного продольного поля hex на поведение продольногоимпеданса возможно в силу возникновения перекрестных динамических процессовнамагничивания.Этипроцессымыбудемрассматриватьврамкахтензораповерхностного импеданса ς̂ . Симметрия компонент тензора импеданса магнитногопровода наглядно видна из высокочастотного разложения (3.33).анизотропии диагональные компоненты  zz ,Для циркулярной  являются четными функцияминаправления намагниченности, а недиагональные компоненты  z    z -нечетными(меняютзнакприизменениинаправлениянамагниченности).Следовательноасимметричные характеристики выходного сигнала можно получить, смешиваядиагональные и недиагональные компоненты импедансной матрицы.

Например, проводможет возбуждаться высокочастотным током i  i0 exp( i t ) и магнитным полем hex ,которое может генерироваться тем же током в катушке, намотанной на магнитныйпровод: hex  4  n i / c ( n - число витков на единицу длины). В этом случае измеряемоенапряжение определяется какVz  ez (a)l Здесьзнаки“”2li( zz  2  n a  z ) .caсоответствуют(5.5)направлениюнамоткиасимметричности будет завесить от отношения  z /  zzвкатушке.Степеньи числа витков.

Дляциркулярной анизотропии недиагональная компонента (в идеальном случае) обнуляетсяпри наличии доменной структуры, поскольку sin  cos  , усредненное по доменам спротивоположной циркулярной компонентой, дает ноль. Доменная структура должнабыть устранена с помощью небольшого постоянного тока I b (который генерируетциркулярноеполе H b ).ПостоянноеполеHbдолжнопревышатьтолькокоерцитивность, величина которой очень маленькая для аморфных проводов. Во всякомслучае, это величина значительно меньше поля анизотропии. Частотные характеристики188компонент импедансной матрицы представлены на Рисунке 5.16 для различныхзначений постоянного тока I b .

Диагональная компонента падает в присутствии I b ,тогда как недиагональная- растет и имеет максимум при определенном токе (в данномслучае, порядка 100 мА). Присутствие тока важно для существования недиагональнойкомпоненты, но круговой поле увеличивает магнитную жесткость. Поэтому необходимоопределить оптимальное значение I b . Сильная частотная зависимость являетсяследствием проблем с калибровкой.50 zz / 0 , %600500ABS( V out / V inp ) ,%V inp = 10 мВH ex = 4 Э700Ib = 0400I b = 50 мА300I b = 100 мАI b = 250 мАI b = 500 мА200100(а)0V inp = 10 мВH ex = 4 Э40I b = 100 мА3020I b = 500 мА1050100150200250Ib = 1 AIb = 0(б)f max ~ 8 МГц00 z - компонента02040f, MHzf(МГц)6080f (МГц)100120140Рисунок 5.16 Частотные характеристики компонент импедансной матрицы  zz и z для различных значений тока I b .

H s - поле насыщения.МИ элементкаткатушкаушкаРисунок 5.17 Схема измерительной ячейки для смешанного возбуждения.189На Рисунке 5.17 представлена схема измерительной ячейки для смешенноговозбуждения. Продольное высокочастотное поле hex создается катушкой, котораяпоследовательно подключена к проводу.с катушкой, 30 витковбез катушки4VS = 10 мВIb = 100 мАкатушка, 30 витковABSRe6Vw/Vs4VS = 10 мВf = 10 МГцIb = 100 мА-1V w0/Vs x 10 ( общий сигнал)6f = 10 МГц"холм"22f = 3 МГц(a)0(б)0-20-100H ex (Э)1020-2-20-100H ex (Э)1020Рисунок 5.18.

Амплитуда выходного сигнала, измеряемого на концах провода,как функция внешнего магнитного поля H exдля возбуждения без катушки (а) и скатушкой (б). На Рисунке (б) представлено сравнение амплитуды выходного сигнала иего реальной части. Использовался аморфный провод состава Co0.94Fe0.0672.5 Si 12.5B15 сдиаметром 120  м В поверхностном слое анизотропия близка к циркулярной.Измеряемое напряжение V z включает обе компоненты  zz и  z импеданснойматрицы, то есть суммирует симметричный и антисимметричный отклики поотношению к H ex .Результирующие напряжение имеет асимметричный характер поотношению к внешнему магнитному полю, хотя квази статические процессынамагниченности являются симметричными.

Катушка генерирует дополнительнуюэ.д.с., что обусловлено перекрестными динамическим процессами намагниченности.При определенных условиях намагничивания, зависящих от внешнего поля H exгенерируемые э.д.с. действуют в противофазе. В терминах импеданса это приводитк тому, что реальная часть может стать отрицательной при определенных частотах(порядка нескольких МГц в рассматриваемом случае). Такое поведение и представленона Рисунке5.18б, причем эффект становится более значительным при увеличениичастоты (при увеличении недиагональной компоненты).190Экспериментальныерезультатыкачественнохорошоописываютсятеоретическими. Сравнение представлено на Рисунке 5.19, теоретическое значениенормировано на экспериментальное при отрицательном поле насыщения. В теориипроседание действительной части импеданса в отрицательную область более выражено.2a2а=120= 120 мmf =f =8 8МГцMHzмАI Ib==100100 mAbV =10 мВV in= 10 mV5экспериментin43z| V / V | x 10 -162inтеория1experimenttheory ( = 900 , H = 55OeЭ )0K-20-10H0, Oe1020Hexex (Э)Рисунок 5.19.

Асимметричное поведение выходного напряжения, измеряемогона проводе, в присутствии ас поля, создаваемого катушкой, и сравнение с теорией.I b  100 мА. Теоретическая кривая нормирована на экспериментальное значениенапряжения при отрицательном поле насыщения.Асимметричныехарактеристикиможнопреобразоватьлинейную,еслидифференциально сложить две характеристики, полученные при противоположномнаправлении переменного поля смещения.

Принцип преобразования асимметричныххарактеристик в линейную представлен на Рисунке 5.20. Наименьшее отклонение отлинейности в данном случае получается для частоты 8 МГц, при которой обе э.д.с.равнозначны (что зависит от соотношения  z и  zz , и числа витков). Интервал полей слинейным поведением составляет 5 Э, что определяется эффективным полеманизотропии. Между тем постоянное поле смещения может быть значительно меньше,так как его величина определяется коэрцитивностью, которая в магнитомягких проводахзначительно меньше поля анизотропии.191I b = 100 мА( V / V inp )*10-14V inp = 10 мВf = 8 МГцV out_1 / V inp20V out_2 / V inp-2-4-20-15-10-505101520H ex (Э)Рисунок 5.20.

Метод преобразования асимметричных характеристик в линейную.Для получения динамической асимметрии можно использовать импульсноевозбуждение,когдапроводскатушкойвозбуждаютсяимпульснымтокомдлительностью 10-40 нс. Такой ток имеет как высокочастотные МГц гармоники, так ипостоянную составляющую. Зависимость амплитуды импульса выходного напряженияот внешнего магнитного поля представлена на Рисунке 5.21.При совместномвозбуждении током в проводе и полем катушки, амплитуда выходного сигнала какфункция внешнего постоянного магнитного поля асимметрична, причем сдвигнапряжения зависит относительно нулевого поля зависит от направленности катушки.Чувствительность напряжения к полю также возрастает.Аналогичные результаты были получены для пленочных систем в присутствии астока смещения.

Однако в данном случае наибольший интерес представляет возможностиполучения недиагонального импеданса, что требует производства интегральнойкатушки. Эти вопросы рассматриваются в следующем разделе.192Рисунок 5.21. АМИ в CoFeSiB аморфном проводе с циркулярной анизотропиейпри импульсном возбуждении провода и катушки, намотанной на него.5.4 Экспериментальные исследования недиагональногоимпеданса в трехслойных пленках5.4.1 Технология производства планарной катушкиВэтомразделеобсуждаютсяметодыполучениятрехслойныхпленокNiFe/Au/NiFe с интегрированной катушкой в едином процессе для реализациинедиагональногоМИ[294].Вмагнитныхслояхустанавливаетсяпоперечнаяанизотропия (по отношению к длинной оси). В общем случае катушка можетиспользоваться как для дополнительного возбуждения пленки переменным продольныммагнитным полей для получения АМИ, или для снятия сигнала при возбуждении пленкипеременным током. В последнем случае реализуется недиагональный МИ, которыйимеет антисимметричное поведение по отношению к внешнему полюH exипредставляет интерес для использования в сенсорных системах.Планарный МИ элемент состоит из трехслойной пленки NiFe/Au/NiFe , котораянаходится внутри пленочной катушки, имеющей наклонные витки.И внутренняяпленка и катушка получаются в процессе rf напыления.

Для получения поперечнойанизотропии в магнитных слоях, напыление поводится в присутствии магнитного поля193(60 Э). Поперечная анизотропия может быть улучшена с помощью отжига в болеесильном магнитном поле (100 Э). Фоторезист может быть использован для изолированиянижних и верхних витков катушки. Планарная катушка получалась при использованиидвухAu тонкопленочных структур и имела 10-23 витков (для длины 2 и 5 мм,соответственно). Толщина верхней и нижней стороны катушки составляла 0.245 μm и0.7 μm , соответственно.Рисунки 5.22(a) - 5.22(е) показывают последовательный процесс производстванедиагонального планарногоМИ элемента, состоящего изNiFe/Au/NiFe пленки икатушки.

Характеристики

Список файлов диссертации