一种垂直磁化薄膜测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电磁检测装置。
【背景技术】
[0002]垂直磁化膜由于具有包括磁光、磁电、磁各向异性及磁致伸缩等多种效应，是微电子与信息技术中一类重要的功能材料，并被广泛应用于微电机、磁传感、光通信，特别是高密度磁存储技术领域。但是，随着膜系中磁性层厚度减小至纳米尺度，体系的磁矩降低，增加了磁超薄膜系的磁表征难度。随着现代薄膜制备工艺的提高及应用设计要求，仅包含数个原子层的纳米结构垂直磁超薄膜系成为当前磁学与自旋电子学领域中一个极其重要的研宄热点。
[0003]另一方面，磁电子学，作为凝聚态物理领域中一门新兴前沿学科与技术，由于在高速高密度信息存储、集成电路与器件以及自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景而快速发展起来。磁电子学是通过磁场等在介观尺度上调制自旋状态，借助电子传导与磁性间的关联效应，实现对电子输运特性的调制。故在磁电子学的研宄中，足够大的均匀磁场以保证实现磁化薄膜的磁翻转和饱和是不可缺少的实验条件。
[0004]由光与磁化介质间相互作用而引起的磁光克尔效应(Magneto-optical Kerreffect)不仅可达单原子层厚度磁性检测的灵敏度，而且可实现非接触式原位微区测量，是表面磁性测量的基础手段之一。例如，2006年，上海复旦天欣科教仪器有限公司的胡顺全等人申请的实用新型专利ZL200620041198.9，“一种表面磁光克尔效应测量装置”，公开了一种表面磁光克尔效应(surface magneto-optic kerr effect缩写为SMOKE)测量系统，它采用半导体激光器作为光源，应用第一光阑、起偏棱镜组成入射光路，向设置在电磁铁磁场气隙中的样品架投射入射光；用第二光阑、检偏棱镜、透镜和光电检测器组成反射光路，检测该样品架上被测磁性薄膜反射的光信号。该光电检测器输出的信号送入操作控制系统中的克尔信号检测装置进一步放大，由数字电压表显示。该操作控制系统中还有磁场扫描电源控制装置，该装置可在计算机的控制下为电磁铁提供扫描磁场所需的电流。该SMOKE测量系统的特点是半导体激光器电源采用二级稳压电源，解决了半导体激光器光输出稳定性差的问题；电磁铁采用小体积的环状铁芯结构，均匀磁场可达0.3T，可放入真空系统中。但是在进一步的研宄中，有必要进一步提高激光器的输出功率，电磁铁磁场气隙中的磁场强度也有待提高。
[0005]磁电效应中霍尔电压信号与膜厚成反比，故磁电霍尔效应(Magneto-opticalKerr effect)测量也特别适合于磁超薄膜的磁表征。目前，磁性薄膜的磁光和磁电性能是单独测试的。但是，由于薄膜样品的磁化状态和测量过程的磁经历有关，反复磁化测量后的样品测试结果可能会产生不一致。为了更好地研宄薄膜磁光、磁电特性及其相互作用，需要研制开发通过一次磁场扫描就能够同时获得磁光和磁电特性的磁学测量新设备。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型旨在提供一种垂直磁化薄膜测试装置，它可通过一次磁场扫描就能够同时测量垂直磁化薄膜的磁光与磁电特性。
[0007]本实用新型的技术方案是:一种垂直磁化薄膜测试装置，它的激光器经起偏棱镜向设置在电磁铁磁场气隙中的样品架投射入射光，光电检测器经检偏棱镜接收该样品架上被测磁性薄膜反射的光信号；它设有与电磁铁成电连接的磁场扫描电源；它还有计算机；该光电检测器的输出端口与计算机的第一信号输入端口连接；该磁场扫描电源的控制端口与计算机的第一控制输出端口连接；该电磁铁为磁场气隙为30mm时磁场强度不低于IT的单线包双轭电磁铁，该电磁铁座放时磁场方向水平，且在无线包侧的极头轴线上打有贯通该电磁铁磁轭及该极头直通磁场气隙的通光孔；其样品架上设有四个成十字形分布的可调节的导电探针；它还有恒流源、纳伏表，该恒流源的输出端口连接该样品架上一对相对设置的导电探针，该纳伏表的输入端口连接该样品架上另一对相对设置的导电探针；该计算机的第二控制输出端口与该恒流源的控制输入端口连接，该计算机的第二信号输入端口与该纳伏表的输出端口连接。
[0008]本实用新型采用上述的电磁铁与磁场扫描电源组成均匀大磁场发生单元；用激光器、起偏棱镜组成入射光路，向设置在电磁铁磁场气隙中的样品架投射入射光；用检偏棱镜和光电检测器组成反射光路，光电检测器接收该样品架上被测磁性薄膜反射的光信号，形成磁光特性测量单元；用样品架上四个成十字形分布的可调节的导电探针、恒流源、纳伏表组成磁电特性测试单元；有计算机统一控制和管理均匀大磁场发生单元、磁光特性测量单元和磁电特性测试单元的运行，实现了通过一次磁场扫描就能够同时测量垂直磁化薄膜的磁光与磁电特性的发明目的。解决了现有分离式磁光特性测量装置和磁电特性测量装置分别测量时，由于薄膜样品的磁化状态和测量过程的磁经历有关，反复磁化测量后的样品测试结果不一致的问题。
[0009]在优选的实施结构中:所述电磁铁为单线包双轭单调谐可调气隙电磁铁，其磁场气隙在O-1OOmm范围内可调节，其极面直径为50mm ;所述电磁铁上通光孔的孔径为Imm0
[0010]这种电磁铁的测试磁场，不仅磁场强度大而均匀，还便于放置被测样品和进行调整，适合多种不同实验。限定电磁铁上通光孔的孔径为1mm，可以保证磁光特性测量的需要，又能最大限度地保持测试磁场的均匀性和磁场强度的指标不受损失。
[0011]在优选的实施结构中:所述样品架上靠近被测样品处设有霍尔传感器，该霍尔传感器的输出端口连接一个高斯计的输入端口，该高斯计的数据输出端口连接所述计算机的第三信号输入端口。
[0012]通过设置上述磁场测量单元，可以发挥计算机对磁场扫描电源的控制作用，保证电磁铁能产生各种精密磁光特性与磁电特性实验所需要的均匀大磁场。
[0013]在优选的实施结构中:所述激光器为稳定性为0.2%的氦氖激光器；该激光器波长为632.8nm，功率5mW，偏振度为500:1 ;在该激光器与起偏棱镜之间设有1/2玻片。
[0014]这种激光器与1/2玻片配合，可以使激光器线偏振光的振动面转过两倍的入射光振动方向和玻片光轴的夹角，从而可灵活实现激光器线偏振光的偏振面的旋转变化。1/2玻片是为了旋转激光的偏振方向，从而改变入射到样品上的激光功率大小，满足各种不同激光功率大小条件下的测试需要。
[0015]在优选的实施结构中:所述起偏棱镜与检偏棱镜由一对已装配格兰-汤普森方解石偏振器实现，该起偏棱镜与检偏棱镜上设有波长为350-700nm的增透膜，该起偏棱镜与检偏棱镜的消光比为100000:1。
[0016]这种起偏棱镜与检偏棱镜的正交设置组合可以使经过检偏棱镜后的光强直接近似正比于磁光克尔角的变化。
[0017]在优选的实施结构中:所述的入射光路中在起偏棱镜与样品架之间设有光学焦距为Im的长焦距透镜。
[0018]长焦距透镜可以克服电磁铁上孔径很小的通光孔对激光入射角的限制，调整入射到被测磁性薄膜表面的激光光斑大小。
[0019]在优选的实施结构中:所述的反射光路中在检偏棱镜与光电检测器之间设有窄带滤光片，该窄带滤光片的中心波长为632.8±0.6nm，半高宽为3±2nm。
[0020]这种中心波长与氦氖激光器配合的窄带滤光片，可以有效地排除其它杂散光对光电检测器的干扰，提高光电检测器输出信号的信噪比。
[0021]在优选的实施结构中；所述样品架具有无磁硬铝材料制成的L形托板、绝缘材料制成的底板、无磁的黄铜材料制成的四个铜螺柱和四个弹性的导电探针；底板安装在L形托板上，四个铜螺柱成十字形分布设置在底板上，并分别夹持一个导电探针；导电探针后部被铜螺柱夹持的部分开有长条形的调整槽，导电探针的前部向上抬起且在前端处设向下伸出的圆头触点。
[0022]这种样品架，托板为底板提供了稳定、可靠的支撑；使得操作者可以放心地进行安放和取下被测磁性薄膜的操作。弹性的导电探针与被测磁性薄膜的接触可靠，且不会伤及被测磁性薄膜的膜面。另外，四个