一種垂直磁化薄膜測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電磁檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]垂直磁化膜由于具有包括磁光、磁電、磁各向異性及磁致伸縮等多種效應(yīng)，是微電子與信息技術(shù)中一類重要的功能材料，并被廣泛應(yīng)用于微電機(jī)、磁傳感、光通信，特別是高密度磁存儲技術(shù)領(lǐng)域。但是，隨著膜系中磁性層厚度減小至納米尺度，體系的磁矩降低，增加了磁超薄膜系的磁表征難度。隨著現(xiàn)代薄膜制備工藝的提高及應(yīng)用設(shè)計(jì)要求，僅包含數(shù)個原子層的納米結(jié)構(gòu)垂直磁超薄膜系成為當(dāng)前磁學(xué)與自旋電子學(xué)領(lǐng)域中一個極其重要的研宄熱點(diǎn)。
[0003]另一方面，磁電子學(xué)，作為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中一門新興前沿學(xué)科與技術(shù)，由于在高速高密度信息存儲、集成電路與器件以及自旋量子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景而快速發(fā)展起來。磁電子學(xué)是通過磁場等在介觀尺度上調(diào)制自旋狀態(tài)，借助電子傳導(dǎo)與磁性間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對電子輸運(yùn)特性的調(diào)制。故在磁電子學(xué)的研宄中，足夠大的均勻磁場以保證實(shí)現(xiàn)磁化薄膜的磁翻轉(zhuǎn)和飽和是不可缺少的實(shí)驗(yàn)條件。
[0004]由光與磁化介質(zhì)間相互作用而引起的磁光克爾效應(yīng)(Magneto-optical Kerreffect)不僅可達(dá)單原子層厚度磁性檢測的靈敏度，而且可實(shí)現(xiàn)非接觸式原位微區(qū)測量，是表面磁性測量的基礎(chǔ)手段之一。例如，2006年，上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司的胡順全等人申請的實(shí)用新型專利ZL200620041198.9，“一種表面磁光克爾效應(yīng)測量裝置”，公開了一種表面磁光克爾效應(yīng)(surface magneto-optic kerr effect縮寫為SMOKE)測量系統(tǒng)，它采用半導(dǎo)體激光器作為光源，應(yīng)用第一光闌、起偏棱鏡組成入射光路，向設(shè)置在電磁鐵磁場氣隙中的樣品架投射入射光；用第二光闌、檢偏棱鏡、透鏡和光電檢測器組成反射光路，檢測該樣品架上被測磁性薄膜反射的光信號。該光電檢測器輸出的信號送入操作控制系統(tǒng)中的克爾信號檢測裝置進(jìn)一步放大，由數(shù)字電壓表顯示。該操作控制系統(tǒng)中還有磁場掃描電源控制裝置，該裝置可在計(jì)算機(jī)的控制下為電磁鐵提供掃描磁場所需的電流。該SMOKE測量系統(tǒng)的特點(diǎn)是半導(dǎo)體激光器電源采用二級穩(wěn)壓電源，解決了半導(dǎo)體激光器光輸出穩(wěn)定性差的問題；電磁鐵采用小體積的環(huán)狀鐵芯結(jié)構(gòu)，均勻磁場可達(dá)0.3T，可放入真空系統(tǒng)中。但是在進(jìn)一步的研宄中，有必要進(jìn)一步提高激光器的輸出功率，電磁鐵磁場氣隙中的磁場強(qiáng)度也有待提高。
[0005]磁電效應(yīng)中霍爾電壓信號與膜厚成反比，故磁電霍爾效應(yīng)(Magneto-opticalKerr effect)測量也特別適合于磁超薄膜的磁表征。目前，磁性薄膜的磁光和磁電性能是單獨(dú)測試的。但是，由于薄膜樣品的磁化狀態(tài)和測量過程的磁經(jīng)歷有關(guān)，反復(fù)磁化測量后的樣品測試結(jié)果可能會產(chǎn)生不一致。為了更好地研宄薄膜磁光、磁電特性及其相互作用，需要研制開發(fā)通過一次磁場掃描就能夠同時獲得磁光和磁電特性的磁學(xué)測量新設(shè)備。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型旨在提供一種垂直磁化薄膜測試裝置，它可通過一次磁場掃描就能夠同時測量垂直磁化薄膜的磁光與磁電特性。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種垂直磁化薄膜測試裝置，它的激光器經(jīng)起偏棱鏡向設(shè)置在電磁鐵磁場氣隙中的樣品架投射入射光，光電檢測器經(jīng)檢偏棱鏡接收該樣品架上被測磁性薄膜反射的光信號；它設(shè)有與電磁鐵成電連接的磁場掃描電源；它還有計(jì)算機(jī)；該光電檢測器的輸出端口與計(jì)算機(jī)的第一信號輸入端口連接；該磁場掃描電源的控制端口與計(jì)算機(jī)的第一控制輸出端口連接；該電磁鐵為磁場氣隙為30mm時磁場強(qiáng)度不低于IT的單線包雙軛電磁鐵，該電磁鐵座放時磁場方向水平，且在無線包側(cè)的極頭軸線上打有貫通該電磁鐵磁軛及該極頭直通磁場氣隙的通光孔；其樣品架上設(shè)有四個成十字形分布的可調(diào)節(jié)的導(dǎo)電探針；它還有恒流源、納伏表，該恒流源的輸出端口連接該樣品架上一對相對設(shè)置的導(dǎo)電探針，該納伏表的輸入端口連接該樣品架上另一對相對設(shè)置的導(dǎo)電探針；該計(jì)算機(jī)的第二控制輸出端口與該恒流源的控制輸入端口連接，該計(jì)算機(jī)的第二信號輸入端口與該納伏表的輸出端口連接。
[0008]本實(shí)用新型采用上述的電磁鐵與磁場掃描電源組成均勻大磁場發(fā)生單元；用激光器、起偏棱鏡組成入射光路，向設(shè)置在電磁鐵磁場氣隙中的樣品架投射入射光；用檢偏棱鏡和光電檢測器組成反射光路，光電檢測器接收該樣品架上被測磁性薄膜反射的光信號，形成磁光特性測量單元；用樣品架上四個成十字形分布的可調(diào)節(jié)的導(dǎo)電探針、恒流源、納伏表組成磁電特性測試單元；有計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制和管理均勻大磁場發(fā)生單元、磁光特性測量單元和磁電特性測試單元的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了通過一次磁場掃描就能夠同時測量垂直磁化薄膜的磁光與磁電特性的發(fā)明目的。解決了現(xiàn)有分離式磁光特性測量裝置和磁電特性測量裝置分別測量時，由于薄膜樣品的磁化狀態(tài)和測量過程的磁經(jīng)歷有關(guān)，反復(fù)磁化測量后的樣品測試結(jié)果不一致的問題。
[0009]在優(yōu)選的實(shí)施結(jié)構(gòu)中:所述電磁鐵為單線包雙軛單調(diào)諧可調(diào)氣隙電磁鐵，其磁場氣隙在O-1OOmm范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，其極面直徑為50mm ;所述電磁鐵上通光孔的孔徑為Imm0
[0010]這種電磁鐵的測試磁場，不僅磁場強(qiáng)度大而均勻，還便于放置被測樣品和進(jìn)行調(diào)整，適合多種不同實(shí)驗(yàn)。限定電磁鐵上通光孔的孔徑為1mm，可以保證磁光特性測量的需要，又能最大限度地保持測試磁場的均勻性和磁場強(qiáng)度的指標(biāo)不受損失。
[0011]在優(yōu)選的實(shí)施結(jié)構(gòu)中:所述樣品架上靠近被測樣品處設(shè)有霍爾傳感器，該霍爾傳感器的輸出端口連接一個高斯計(jì)的輸入端口，該高斯計(jì)的數(shù)據(jù)輸出端口連接所述計(jì)算機(jī)的第三信號輸入端口。
[0012]通過設(shè)置上述磁場測量單元，可以發(fā)揮計(jì)算機(jī)對磁場掃描電源的控制作用，保證電磁鐵能產(chǎn)生各種精密磁光特性與磁電特性實(shí)驗(yàn)所需要的均勻大磁場。
[0013]在優(yōu)選的實(shí)施結(jié)構(gòu)中:所述激光器為穩(wěn)定性為0.2%的氦氖激光器；該激光器波長為632.8nm，功率5mW，偏振度為500:1 ;在該激光器與起偏棱鏡之間設(shè)有1/2玻片。
[0014]這種激光器與1/2玻片配合，可以使激光器線偏振光的振動面轉(zhuǎn)過兩倍的入射光振動方向和玻片光軸的夾角，從而可靈活實(shí)現(xiàn)激光器線偏振光的偏振面的旋轉(zhuǎn)變化。1/2玻片是為了旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，從而改變?nèi)肷涞綐悠飞系募す夤β蚀笮。瑵M足各種不同激光功率大小條件下的測試需要。
[0015]在優(yōu)選的實(shí)施結(jié)構(gòu)中:所述起偏棱鏡與檢偏棱鏡由一對已裝配格蘭-湯普森方解石偏振器實(shí)現(xiàn)，該起偏棱鏡與檢偏棱鏡上設(shè)有波長為350-700nm的增透膜，該起偏棱鏡與檢偏棱鏡的消光比為100000:1。
[0016]這種起偏棱鏡與檢偏棱鏡的正交設(shè)置組合可以使經(jīng)過檢偏棱鏡后的光強(qiáng)直接近似正比于磁光克爾角的變化。
[0017]在優(yōu)選的實(shí)施結(jié)構(gòu)中:所述的入射光路中在起偏棱鏡與樣品架之間設(shè)有光學(xué)焦距為Im的長焦距透鏡。
[0018]長焦距透鏡可以克服電磁鐵上孔徑很小的通光孔對激光入射角的限制，調(diào)整入射到被測磁性薄膜表面的激光光斑大小。
[0019]在優(yōu)選的實(shí)施結(jié)構(gòu)中:所述的反射光路中在檢偏棱鏡與光電檢測器之間設(shè)有窄帶濾光片，該窄帶濾光片的中心波長為632.8±0.6nm，半高寬為3±2nm。
[0020]這種中心波長與氦氖激光器配合的窄帶濾光片，可以有效地排除其它雜散光對光電檢測器的干擾，提高光電檢測器輸出信號的信噪比。
[0021]在優(yōu)選的實(shí)施結(jié)構(gòu)中；所述樣品架具有無磁硬鋁材料制成的L形托板、絕緣材料制成的底板、無磁的黃銅材料制成的四個銅螺柱和四個彈性的導(dǎo)電探針；底板安裝在L形托板上，四個銅螺柱成十字形分布設(shè)置在底板上，并分別夾持一個導(dǎo)電探針；導(dǎo)電探針后部被銅螺柱夾持的部分開有長條形的調(diào)整槽，導(dǎo)電探針的前部向上抬起且在前端處設(shè)向下伸出的圓頭觸點(diǎn)。
[0022]這種樣品架，托板為底板提供了穩(wěn)定、可靠的支撐；使得操作者可以放心地進(jìn)行安放和取下被測磁性薄膜的操作。彈性的導(dǎo)電探針與被測磁性薄膜的接觸可靠，且不會傷及被測磁性薄膜的膜面。另外，四個