一种磁性金属薄膜易磁化方向的测试方法技术

一种磁性金属薄膜易磁化方向的测试方法，属于磁性测量技术领域。由于在零场的情况下，磁矩位于薄膜的易轴，根据各向异性磁电阻公式R0＝R⊥+ΔRcos

【技术实现步骤摘要】
一种磁性金属薄膜易磁化方向的测试方法
本专利技术属于磁性测量
，具体涉及一种对磁性金属薄膜材料易磁化方法的测试及判定方法。
技术介绍
磁性金属薄膜材料是一类用途十分广泛的功能材料。对于磁性薄膜材料来说，沿不同的方向磁化薄膜，该磁性薄膜被磁化的难易程度不同，一般将最易磁化到饱和的方向称为磁性薄膜的易磁化方向，而将最难磁化到饱和的方向称为磁性薄膜的难磁化方向。对于常规的磁性薄膜来说，在薄膜面内，其难磁化方向一般与易磁化方向垂直。通常情况下，磁性金属薄膜在无外场的情况下其磁矩位于易轴方向。在应用或研究该类磁性金属薄膜时，通常需要确定该薄膜的难易磁化方向，以便于研究难易磁化方向的磁性材料性能。因此，确定磁性薄膜材料难易磁化方向，对于磁性材料的应用及研究至关重要。目前确定磁性薄膜难易磁化方向的方法常采用转角度磁滞回线测试法：沿360度旋转测试薄膜材料的磁化强度，每一个测试角度取出再测试磁场为0时的磁化强度，其中磁化强度最大所对应的角度即为易磁化方向，而磁化强度最小所对应的角度为难磁化方向。在该种测试方法中，需要采用振动样品磁强计来获得各角度的磁化强度，该设备体积庞大，价格昂贵，因此测试成本高。在磁性金属薄膜材料中普遍存在一种各向异性磁电阻效应(AMR，AnisotropicMagnetoresistance)，其是将磁性材料的导电特性与其磁化状态相关联，当磁性薄膜的磁矩取向相对于测试电阻的电流方向改变时，将会产生测试电阻的变化，将该随磁矩方向与测试电流方向夹角改变所造成的电阻变化称为各向异性磁电阻。各向异性磁电阻的阻值大小R满足：R＝R⊥+ΔRcos2θ，其中：ΔR＝R//-R⊥(R//为磁性薄膜材料磁矩与电流平行时电阻值；R⊥为磁性材料磁矩与电流垂直时电阻值)，θ为磁性材料磁矩与电流方向的夹角。由各向异性磁电阻的原理及表达式可知，各向异性磁电阻的值同磁矩的取向与电流的方向有关。那么通过磁电阻大小的变化及一定的方法，我们是能判断磁性金属薄膜的初始磁矩取向，也就是磁性金属薄膜的易磁化轴。由于各向异性磁电阻的测试仅需进行外磁场下电阻值的测量，所需设备简单，因此可以大大降低该类材料的测试成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对
技术介绍
存在的缺陷，提出一种基于各向异性磁电阻效应来确定磁性金属薄膜材料易磁化方向的方法。该方法可简单、快速的实现磁性金属薄膜材料易磁化方向的确定，且所需测试设备简单，极易获得，测试成本低。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种基于各向异性磁电阻效应来确定磁性金属薄膜材料易磁化方向的测试方法，测试原理为：由于在零场的情况下，磁矩位于薄膜的易轴，根据各向异性磁电阻公式R0＝R⊥+ΔRcos2θ，若R0、R⊥及ΔR已知，则计算出的角度θ就是易磁化轴的取向。因此，为获得R0、R⊥及ΔR，采用的测试方法如下：步骤1、R0的获得：将待测样品放置于一可360度旋转的测试平台上，如图1所示，并在不加磁场的条件下采用直线四探针法测试样品的电阻值，记为R0，其中，待测样品中心与测试平台中心重合；步骤2、R⊥及ΔR的获得：沿平行于待测样品薄膜表面的方向施加一恒定的磁场H，然后在该恒定磁场下，在0～180°范围内以a度的步长旋转测试平台(其中a值越小，所确定的易磁化方向越准确)，每旋转一步长角度后采用直线四探针法测试在该角度下的薄膜电阻，得到在不同角度下的多个磁电阻值，即可获得最大电阻值和最小电阻值；其中，最小电阻值对应为测试电流与磁矩垂直时的电阻，即R⊥，最大电阻值对应为测试电流与磁矩平行时的电阻，即R//；根据公式ΔR＝R//-R⊥计算得到ΔR；步骤3、易磁化方向的判定：基于各向异性磁电阻公式R0＝R⊥+ΔRcos2θ，根据步骤1和步骤2得到的R0、R⊥及ΔR计算得到角度θ，计算出的θ可以取θ及2π-θ两个角度值，其中有一角度不是易磁化轴方向，需采用进一步的测试排除，具体过程为：仍采用直线四探针测试法，分别沿与θ角垂直的方向加测试磁场和沿平行θ角方向加测试电流，并测试随外磁场大小变化的磁电阻值，以及沿与2π-θ角垂直的方向加测试磁场和沿2π-θ方向加测试电流测试随外磁场大小变化的磁电阻值，分别绘制得到R～H的磁电阻曲线，如所获得的曲线形式为如图3所示(H＝0时所对应R为最大值，H最大时R为最小值，且曲线关于中心轴对称)，则该角度方向即为易磁化方向，另一角度方向则不是。进一步地，步骤2所述恒定磁场H的大小应大于待测样品薄膜的饱和场，以使待测样品薄膜磁矩完全取向于外磁场方向。进一步地，步骤1和步骤2所述的直线四探针法测试电阻值时，四个探针沿待测样品的水平轴方向排布。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种基于各向异性磁电阻效应来确定磁性金属薄膜材料易磁化方向的测试方法，可简单、快速的实现磁性金属薄膜材料易磁化方向的确定，且所需测试设备简单，极易获得，测试成本低，弥补了现有技术的不足，对磁性材料的研究和应用都有着积极的作用。附图说明图1为本专利技术测试装置的示意图；图2为本专利技术测试装置利用直线四探针法进行薄膜电阻测试的示意图；图3为本专利技术用于易磁化方向判定的曲线形式；图4为本专利技术测试实施例时在200Oe恒定外磁场下按0～180°、旋转步长为2度时获得的样品随角度变化的磁电阻值；图5为本专利技术测试实施例时沿71度角方向加测试电流，沿161度方向加测试磁场获得的R～H磁电阻曲线；图6为本专利技术测试实施例时沿289度角方向加测试电流，沿199度方向加测试磁场获得的R～H磁电阻曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的测试及判定方法。图1为本专利技术测试装置的示意图，该装置主要由产生外磁场的亥姆霍兹线圈、放置被测样品的旋转平台、可使样品转动的转动部件等三部分组成。在产生外磁场的亥姆霍兹线圈中心线上放置被测样品，其中放置被测样品的平台为一可进行360度旋转的平台，被测样品薄膜表面与外磁场方向平行，并使被测样品随360°可旋转平台一同旋转，且将样品放置于平行于旋转平台的0刻度处，使得测试电阻的初始电流方向为平行于旋转平台的0度方向(该0刻度方向可任意选取)。实施例选用Si/SiO2为基片，其尺寸为5mm*10mm。采用磁控溅射法在其上沉积40nm的NiCo作为磁性薄膜，磁控溅射时在沿基片长边逆时针70度方向施加100Oe的磁场诱导磁阻薄膜易磁化方向。在进行测试时，将被测样品放置于旋转平台上，使样品长边的中心轴与旋转平台的0刻度方向对齐，且被测样品的中心与旋转平台的中心重合，并采用直线四探针法进行薄膜电阻的测试，如图2所示。测试时：首先，采用直线四探针法在0刻度位置不加磁场条件下测试样品的电阻值，获得R0＝6.93576Ω；其中四个探针的排布沿被测样品的中心水平轴方向，如图2所示；然后，施加一大小为200Oe、方向平行于0刻度线的恒定外磁场H，然后处于该恒定外磁场下在0～180°的范围内、步长为2度旋转被测样品，每旋转2度步长角度后测试在该角度下的薄膜电阻，最终获得随角度变化的磁电阻值，如图4所示；进而得到电阻最大值为R∥＝7.07004Ω及最小值R⊥＝6.91955Ω，计算出ΔR＝R∥-R⊥＝0.15089Ω。测试过程中四个探针的排布一直固定沿样品的中心水平轴方向；最后，基于各向异性磁电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性金属薄膜易磁化方向的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、R0的获得：将待测样品放置于一可360度旋转的测试平台上，并采用直线四探针法测试样品的电阻值，记为R0，其中，待测样品中心与测试平台中心重合；步骤2、R⊥及ΔR的获得：沿平行于待测样品薄膜表面的方向施加一恒定的磁场H，然后在0～180°范围内以a度的步长旋转测试平台，每旋转一步长角度后采用直线四探针法测试在该角度下的薄膜电阻，得到在不同角度下的多个磁电阻值，进而得到最小电阻值即为R⊥，最大电阻值即为R//；根据公式ΔR＝R//‑R⊥计算得到ΔR；步骤3、易磁化方向的判定：基于各向异性磁电阻公式R0＝R⊥+ΔRcos

【技术特征摘要】
1.一种磁性金属薄膜易磁化方向的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、R0的获得：将待测样品放置于一可360度旋转的测试平台上，并采用直线四探针法测试样品的电阻值，记为R0，其中，待测样品中心与测试平台中心重合；步骤2、R⊥及ΔR的获得：沿平行于待测样品薄膜表面的方向施加一恒定的磁场H，然后在0～180°范围内以a度的步长旋转测试平台，每旋转一步长角度后采用直线四探针法测试在该角度下的薄膜电阻，得到在不同角度下的多个磁电阻值，进而得到最小电阻值即为R⊥，最大电阻值即为R//；根据公式ΔR＝R//-R⊥计算得到ΔR；步骤3、易磁化方向的判定：基于各向异性磁电阻公式R0＝R⊥+ΔRco...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓莉，杜伟，苏桦，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51