专利名称：一种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，属于工程材料、结构形变及力学实验、电学实验技术领域。
背景技术：
巨磁阻薄膜材料是微电子与信息技术中ー种非常重要的功能材料，具有多种独特的物理特性，如巨磁电阻效应、磁各向异性、磁光克尔效应、磁致伸缩效应等，特别利用巨磁阻薄膜的巨磁电阻效应，使其在现代科技的许多方面特别是磁存储介质方面得到广泛的研 究和应用。巨磁阻薄膜作为ー种重要的功能薄膜在工作时往往处于多场耦合环境中，其表现出的物理特性是多场耦合的结果，如在磁场中巨磁薄膜表现出来的力电磁耦合行为。由于巨磁阻薄膜物理特性的多场耦合特点，可以通过对巨磁阻薄膜某些物理特性施加影响达到对巨磁阻薄膜其他物理特性的调控。例如力学性能往往决定了用其制备的各种器件的可用性与可靠性。巨磁阻薄膜在受到应力作用时(该应力可以是失配应变、残余应变、外加载荷或薄膜温度引起的)，薄膜的微观结构即晶体结构发生变化，这种变化会影响构成薄膜的原子或离子的自旋与轨道耦合作用，再考虑外部磁场变化对薄膜各向异性和原子磁矩的影响，巨磁阻薄膜电阻等电学特性也发生变化，此时，薄膜表现出的特性是カ电磁等多场耦合的状态。因此，研究在可变磁场中如何检测巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为对其研究和应用有着至关重要的意义。目前，已有许多国内外学者针对巨磁阻薄膜的力学性能、电磁特性在理论、数值模拟和实验测量方面做了ー些研究并得到ー些結果。在实验测量方面，利用巨磁阻薄膜的磁光克尔效应測量薄膜的磁感应強度，获得薄膜的磁性特性；针对薄膜基底结构，測量基底曲率，通过弹性力学理论建立曲率和薄膜应カ的关系进行薄膜应カ测量；利用探针法测量进行薄膜电阻测量。但对于巨磁阻薄膜力电磁耦合行为的研究还很少，特别是研究巨磁阻薄膜力学性能对其巨磁电阻效应影响作用的研究在理论和应用上都具有重要意义。巨磁阻薄膜中应カ状态和薄膜的电磁特性是相互作用影响的，对巨磁阻薄膜カ电磁耦合行为的研究对于改善巨磁阻薄膜的物理性能、使用寿命与可靠性具有重要的指导作用，因而建立一套经济、实用、精确的巨磁阻薄膜力电磁耦合行为测量装置，可以为巨磁阻薄膜的制备、使用和优化设计提供重要依据。
实用新型内容本实用新型提供一种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，该装置可以实现在カ场与磁场耦合作用下巨磁阻薄膜磁滞回线、应カ和电阻的在线同时測量，从而得到巨磁阻薄膜电阻同薄膜磁感应強度、薄膜应カ的耦合关系式。本实用新型的技术方案如下—种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，该装置包括用于产生不同強度的均匀磁场的磁场发生器、巨磁阻薄膜磁滞回线测量光路、薄膜应カ测量光路、放置待测试件的光学减震和力加载平台和薄膜电阻探针测量仪；其特征在于薄膜电阻探针测量仪的探头与试件接触测电阻，所述试件放置在磁场发生器所产生的均匀磁场内；所述的巨磁阻薄膜磁滞回线测量光路依次包括第一激光器、第一孔状可调光阑、起偏棱镜、第一反光镜、第二反光镜、第二孔状可调光阑、检偏棱镜、透镜和光电检测器；第ー激光器、第一孔状可调光阑、起偏棱镜和第一反光镜位于同一光轴上；所述的第一激光器发出的激光通过第一孔状可调光阑后经过起偏棱镜变成线偏振光，此偏振光经过第二反光镜反射到试件上，经过试件反射的光束经过第二反光镜反射通过第二孔状可调光阑，然后光束经过检偏棱镜和透镜后到达光电检测器，光电检测器检测接收光束光强强度；第二反光镜、第二孔状可调光阑、检偏棱镜、透镜和光电检测器位于同一光轴上；所述的试件置于光学减震和力加载平台上；所述的薄膜应カ测量光路包括第二激光器、空间滤波器、校准器、第三反光镜、第四反光镜和CCD相机；第二激光器、空间滤波器、校准器和第三反光镜在同一光轴上；所述的第二激光器发出的激光直接通过空间滤波器和校准器后，产生多束平行光经过第三反光 镜反射到试件，经试件表面反射后又经过第四反光镜反射到达CCD相机，利用CCD相机捕捉经过样品反射的光束。本实用新型所述的磁场发生器采用亥姆霍兹线圈、电磁铁或螺线管。本实用新型所述的光学减震和力加载平台两侧各放置第一支架和第二支架，所述的第二反光镜、第四反光镜、CCD相机、第二孔状可调光目、检偏棱镜、透镜、光电检测器与第一支架固定连接；所述的第一激光器、第二激光器、空间滤波器、校准器、第一反光镜、第三反光镜、第一孔状光阑、起偏棱镜与第二支架固定连接。本实用新型所述第二反光镜和第四反光镜通过转动副安置在第一支架上，所述的第一反光镜和第三反光镜通过转动副安装在第二支架上。本实用新型所述的第一激光器和第二激光器采用不同频率的激光器。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果可实现カ电磁耦合作用下的巨磁阻薄膜磁滞回线、薄膜应カ和薄膜电阻的在线同时測量，从而得到巨磁电阻薄膜在力电磁耦合作用下的薄膜电阻同磁感应強度、薄膜应カ的耦合关系；利用多束光学应力敏感技术对薄膜曲率进行测量，通过薄膜曲率和薄膜应カ的关系式进而得到薄膜应カ；通过磁场发生器向薄膜提供均匀磁�。帽∧さ缱杼秸氩饬恳遣饬勘∧さ缱杩梢允迪直∧ぴ讠 ⒋懦∽饔孟碌谋∧さ缱璨饬浚芯坑Ε痛懦《跃薮抛璞∧さ缱璧淖饔�。
图I是本实用新型巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置示意图。图2a、2b和2c分别采用亥姆霍兹线圈、电磁铁或螺线管作为磁场发生器的实施例的结构示意图。图中1a-第一激光器；lb_第二激光器；2_空间滤波器；3_校准器；4a_第一反光镜；4b-第二反光镜；4c-第三反光镜；4d-第四反光镜；5-CCD相机；6a_第一孔状光阑；6b-第二孔状光阑；7_起偏棱镜；8_检偏棱镜；9_透镜；10-光电检测器；11-薄膜电阻探针测试仪探头；12-薄膜电阻探针测量仪；13a-亥姆霍兹线圈；13b-亥姆霍兹线圈；14-光学减震和力加载平台；15_试件；16_电源；17a-第一支架；17b_第二支架。
具体实施方式
以下结合附图进ー步说明本实用新型的具体结构和实施方式，但不应以此限制本实用新型的保护范围。本实用新型利用磁场发生器给薄膜提供均匀磁�。镁薮抛璞∧け砻娴拇殴饪硕вΣ饬勘∧さ拇胖颓撸枚嗍庋вΕ舾屑际醪饬勘∧け砻媲剩汕屎捅∧びΕ涞墓叵凳絊toney公式计算薄膜应カ，利用薄膜电阻探针测量仪测量薄膜电阻，最终实现巨磁阻薄膜磁滞曲线、薄膜应カ和薄膜电阻的在线同时測量。图I是本实用新型巨磁阻材料的力电磁耦合行为的检测装置示意图。该装置包括用于产生不同強度的均匀磁场的磁场发生器、巨磁阻薄膜磁滞回线测量光路、薄膜应カ测量光路、放置待测试件的光学减震和力加载平台14和薄膜电阻探针测量仪12。薄膜电阻探针测量仪的探头与试件15接触测电阻，所述试件15放置在磁场发生器所产生的均匀磁场内。 巨磁阻薄膜磁滞回线测量光路包括第一激光器la、第一孔状可调光阑6a、起偏棱镜7、第一反光镜4a、第二反光镜4b、第二孔状可调光阑6b、检偏棱镜8、透镜9、光电检测器10 ;所述的第一激光器Ia发出的激光通过第一孔状可调光阑6a后经过起偏棱镜7变成线偏振光，此偏振光经过第一反光镜4a反射到试件15上,第一激光器la、第一孔状可调光阑6a、起偏棱镜7和第一反光镜4a位于同一光轴上；经过试件15反射的光束经过第二反光镜4b反射通过第二孔状可调光阑6b，光束然后经过检偏棱镜8后再经过透镜9到达光电检测器10，光电检测器10測量接收到的光束強度，第二反光镜4b、第二孔状可调光阑6b、检偏棱镜8、透镜9和光电检测器10位于同一光轴上。薄膜应カ测量光路包括第二激光器lb、空间滤波器2、校准器3、第三反光镜4c、第四反光镜4d、CCD相机5 ;所述的第二激光器Ib发出的激光直接通过带聚焦物镜的空间滤波器2和产生射向待测曲率样品的多束平行光校准器3，多束平行光经过第三反光镜4c反射到试件15，经试件15表面反射后又经过第四反光镜4d反射到达CXD相机5，CXD相机5捕捉经过样品反射的光束；所述的第二激光器Ib可提供単色性好且均匀的光束；经过空间滤波器滤波后的单束光束通过校准器产生多束平行光；第二激光器lb、空间滤波器2、校准器3和第三反光镜4c在同一光轴上；从校准器3出来的多束平行光经过第三反光镜4c反射到试件15，依次经过试件15表面和第三反光镜4c反射到达CXD相机5，CXD相机5能够完整地记录光线反射图像；本实用新型所述的薄膜电阻探针测量仪12能通过探头11对薄膜电阻进行測量。本实用新型所述的光学减震和力加载平台14配有调节支架，光学减震平台可以隔离地面震动对试件的影响，力加载平台可对试件进行カ加载，调节支架可以调整试件的安放角度；本实用新型所述的第二反光镜4b和第四反光镜4d通过转动副安置在第一支架17a上，所述的第一反光镜4a和第三反光镜4c通过转动副安装在第二支架17b上。本实用新型所述的第一激光器Ia与第二激光器Ib采用不同频率的激光器。本实用新型所述的磁场发生器给试件15提供不同強度的均匀磁�。懦》⑸骺刹捎煤ツ坊糇认呷�、电磁铁或螺线管(如图2a、2b和2c所示)。[0028]本实用新型的工作原理如下本实用新型研究巨磁阻薄膜在力电磁耦合作用下的力学性能和电磁性能，对处于カ场与磁场耦合作用下的巨磁阻薄膜的磁滞回线、薄膜应カ和薄膜电阻的在线同时測量，用磁场发生器产生磁�。么殴饪硕вy量薄膜磁滞回线，用多束光学应カ敏感技术測量薄膜曲率，通过薄膜曲率同薄膜应カ的关系得到薄膜应力，同时，利用薄膜电阻探针测量仪测量薄膜电阻，从而得到巨磁阻薄膜电阻同薄膜磁感应強度、薄膜应カ的耦合关系式。根据巨磁阻薄膜表面的克尔磁光效应，当线偏振光入射到磁化后的巨磁阻薄膜表面上，由表面反射的光束的偏振状态发生改变，通过检偏棱镜的光强也发生变化，在ー阶近似下光强的变化和被测材料磁感应强度呈正比，实际测量吋，由光电检测器10測量反射光强I，再利用标准的已知磁化性质的样品代替试件15，测得反射光强I'，由于样品的磁化性质是已知的，由外加磁场强度H计算样品的磁感应強度B'，试件的磁感应強度可通过
(1)式计算，
权利要求1.一种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，该装置包括用于产生不同强度的均匀磁场的磁场发生器、巨磁阻薄膜磁滞回线测量光路、薄膜应力测量光路、放置待测试件的光学减震和力加载平台(14)和薄膜电阻探针测量仪(12);其特征在于 薄膜电阻探针测量仪的探头与试件(15)接触测电阻，所述试件(15)放置在磁场发生器所产生的均勻磁场内； 所述的巨磁阻薄膜磁滞回线测量光路依次包括第一激光器(la)、第一孔状可调光阑(6a)、起偏棱镜(7)、第一反光镜(4a)、第二反光镜(4b)、第二孔状可调光阑(6b)、检偏棱镜(8)、透镜(9)和光电检测器(10);第一激光器(Ia)、第一孔状可调光阑(6a)、起偏棱镜(7)和第一反光镜(4a)位于同一光轴上；所述的第一激光器(Ia)发出的激光通过第一孔状可调光阑^a)后经过起偏棱镜(7)变成线偏振光，此偏振光经过第二反光镜(4b)反射到试件(15)上，经过试件(15)反射的光束经过第二反光镜(4b)反射通过第二孔状可调光阑(6b)，然后光束经过检偏棱镜⑶和透镜(9)后到达光电检测器(10)，光电检测器(10)检测接收光束光强强度；第二反光镜(4b)、第二孔状可调光阑^b)、检偏棱镜(8)、透镜(9)和光电检测器(10)位于同一光轴上；所述的试件(15)置于光学减震和力加载平台(14)上； 所述的薄膜应力测量光路包括第二激光器(lb)、空间滤波器(2)、校准器(3)、第三反光镜(4c)、第四反光镜(4d)和CCD相机(5);第二激光器(Ib)、空间滤波器⑵、校准器(3)和第三反光镜(4c)在同一光轴上；所述的第二激光器(Ib)发出的激光直接通过空间滤波器(2)和校准器(3)后，产生多束平行光经过第三反光镜(4c)反射到试件(15)，经试件(15)表面反射后又经过第四反光镜(4d)反射到达CCD相机(5)，利用CCD相机(5)捕捉经过样品反射的光束。
2.按照权利要求I所述的一种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，其特征在于所述的磁场发生器采用亥姆霍兹线圈、电磁铁或螺线管。
3.按照权利要求I所述的一种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，其特征在于在所述的放置待测试件的光学减震和力加载平台(14)两侧各放置第一支架(17a)和第二支架(17b)，所述的第二反光镜(4b)、第四反光镜(4d)、CCD相机(5)、第二孔状可调光阑(6b)、检偏棱镜(8)、透镜(9)、光电检测器(10)与第一支架(17a)固定连接；所述的第一激光器(la)、第二激光器(lb)、空间滤波器(2)、校准器(3)、第一反光镜(4a)、第三反光镜(4c)、第一孔状光阑(6a)、起偏棱镜(7)与第二支架(17b)固定连接。
4.按照权利要求3所述的一种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，其特征在于所述的第二反光镜(4b)和第四反光镜(4d)通过转动副安置在第一支架(17a)上，所述的第一反光镜(4a)和第三反光镜(4c)通过转动副安装在第二支架(17b)上。
5.按照权利要求I所述的一种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，其特征在于所述的第一激光器(Ia)和第二激光器(Ib)采用不同频率的激光器。
专利摘要一种巨磁阻薄膜的力电磁耦合行为的检测装置，属于工程材料、结构形变以及力学实验、电学实验技术领域。该装置包括磁场发生器、巨磁阻薄膜磁滞回线测量光路、薄膜应力测量光路、薄膜电阻探针测试仪。巨磁阻薄膜磁滞回线测量光路包括激光器、光阑、反光镜、起偏镜、检偏镜、透镜、光电检测器，薄膜应力测量光路包括激光器、空间滤波器、校准器、反光镜、CCD相机。该装置可实现力电磁耦合作用下的巨磁阻薄膜磁滞回线、薄膜应力和薄膜电阻的在线同时测量，从而得到巨磁电阻薄膜在力电磁耦合作用下的薄膜电阻同磁感应强度、薄膜应力的耦合关系。
文档编号G01L1/24GK202393900SQ20112044000
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者冯雪, 张长兴, 董雪林 申请人:清华大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
