Prakt. Met. Sonderband 30 (1999) 301 
Charakterisierung dünner Ferromagneten mit Hilfe der Barkhausenrausch-Mikroskopie 
Iris Altpeter, Jochen Hoffmann; Institut zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Saarbrücken 
Hubert Grimm; IBM Mainz 
Wolfgang Nichtl-Pecher; Exabyte Magnetics GmbH, Nürnberg 
Einführung 
Ferromagnetische Werkstoffe besitzen für die Aufzeichnung von Daten eine herausragende 
Bedeutung und kommen in Form dünner Schichten in Datenträgern oder Schreib-Leseköpfen zum 
Einsatz. Die erforderliche hohe Speicherdichte kann nur erreicht werden, wenn die Schichtsysteme 
sich durch Homogenität in den magnetischen Eigenschaften sowie geringen Eigenspannungen 
auszeichnen. Unerwünschte Phasenumwandlungen oder eine unzureichende Dehnanpassung an das 
Substrat führen zu Eigenspannungen. Durch Einstellung geeigneter Prozeßbedingungen können 
diese Eigenschaften optimiert werden. 
Die Barkhausenrauschmikroskopie bietet die Möglichkeit, mit hoher Ortsauflösung dünne 
Schichten bezüglich Schichtaufbau und Schichtdicke, sowie Eigenspannungszustand und Wärmebe- 
handlungszustand zu charakterisieren. Anhand von Sendust-Schichten sowie Schichtsystemen für 
MR-Sensoren wird die Leistungsfähigkeit der Barkhausenrausch-Mikroskopie dokumentiert. 
Meßmethode 
Beim magnetischen Barkhausenrauschen handelt es sich um die beim Durchsteuern der 
Hysteresekurve eines ferromagnetischen Probenmaterials in einem magnetinduktiven Aufnehmer 
(Tonbandkopf, Luftspule) induzierten elektrischen Spannungsimpulse (Induktionsgesetz). 
Besonders rauschaktiv sind die Hystereseabschnitte in der Umgebung der Koerzitivfeldstiarke H. 
Als PriifgroBBen werden das Maximum des Barkhausenrauschens Mx sowie die aus dem 
magnetischen Barkhausenrauschen abgeleitete Koerzitivfeldstidrke H,, (H-Feldlage der maximalen 
Rauschamplitude) genutzt (1) (Bild 1a). Der EinfluB von Zug-/Drucklastspannungen auf die 
Barkhausen-Rauschamplitude ist auf Teilordnungsprozesse der magnetischen Struktur 
zurückzuführen (Bild 1b). Mit zunehmender mechanischer Härte erhöht sich zumeist die 
Koerzitivfeldstärke (magnetische Härte). Für eine quantitative zerstörungsfreie Härte- und 
Eigenspannungsmessung ist eine Kalibrierung der magnetischen Prüfgrößen mit Hilfe der 
mechanisch ermittelten Härtewerte bzw. der röntgenographisch bestimmten Eigenspannungswerte 
am Bauteil durchzuführen (1). 
M [V1 I I] 
JJ 
Zuglastspannunn 
Drucklastspannung 
H H [A/cm] - H [A/cm] 
CM 
Bild 1: Die Barkhausenrauschprofilkurve a) Prüfgrößen b) Lastspannungsabhängigkeit 
VAN 
3