CN104081217B - 磁测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明在于提供可以测量薄板状的磁性体试样的微小区域的磁特性的磁场测量装置。其中，在对磁性体试样(5)施加磁场并使之磁化之后，通过由测量部(2)扫描从而检测磁性体试样(5)的泄漏磁通。通过对磁性体试样(5)的第1区域和第2区域在彼此相反的方向上使其磁化并减小退磁场(Hd)，从而使磁通泄漏到外部。具体而言，由具有一对以上磁极的磁场产生部(6)来进行多极着磁，或者由磁场产生部(6)施加阻尼振荡磁场来进行着磁，或者由一边施加交流磁场一边扫描试样表面的局部磁场产生部(3)来进行着磁。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于经由起因于剩磁的泄漏磁通的测量来测量薄板状的磁性体试样的磁特性特别是微小区域的磁特性的磁场测量装置。
背景技术
近年来，通过溅射或激光沉积等物理成膜法，微小尺寸的薄膜磁体(厚度：数μm～数百μm程度)得以制作，并在微型机械或传感器领域中得到使用(专利文献1)。在利用了这样的薄膜磁体的微型机械或传感器领域中的应用中，为了制作预期的器件，有必要以起因于薄膜磁体的剩磁的泄漏磁通为基础来设计磁路并以亚毫米以下的分辨率来精密地测量薄膜磁体的剩磁的分布即微小区域的剩磁的做法被追求。
以往，在磁性体试样的磁特性测量中，使用B-H曲线示踪器(B-H curve tracer)或振动样品磁强计(VSM：Vibrating Sample Magneto-meter)。然而，在这些测量装置中，只不过是测量成为测量对象的磁性体的平均的磁特性，并不能测量磁特性的分布即微小区域的磁特性。
通过由切割加工等来分割成为测量对象的磁性体并用VSM等来进行测定从而测量微小区域的磁特性的方法也得到考虑。然而，由于加工所引起的对磁性体表面层的损伤而造成不能测量磁性体试样的本质性的磁特性的情形仍被担忧。
为了不伴着磁性体试样的加工来测量磁性体试样的微小区域的磁特性，使用了磁力显微镜(MFM：Magnetic Force Microscopy)或扫描霍尔探针显微镜(SHPM：ScanningHall Probe Microscopy)等。
MFM利用由磁性体构成的测量头来扫描试样表面，因而能够精密地测量微小区域的磁特性。然而，MFM有必要使测量头接近于试样表面，不能像B-H曲线示踪器那样将试样作为闭磁路的一部分，因而不得不受到起因于在磁性体试样的表面所出现的磁极的退磁场Hd的影响。
退磁场Hd的影响很大程度上依存于试样的形状，在一样磁化后的薄膜磁体那样的薄板状的磁性体试样中退磁场Hd与试样的自发磁化J大致相等，因而不能将磁通取出至试样的外部。即，利用MFM难以评价一样磁化后的薄板状的磁性体试样的磁特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本再公表专利WO2005/091315号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明有鉴于认识到这样的状况，其目的在于提供一种能够不受到退磁场Hd的影响并利用起因于剩磁的泄漏磁通来评价薄膜磁体那样的薄板状的磁性体试样的微小区域的剩磁以及剩磁的分布的测量装置。
解决技术问题的手段
本发明是一种磁场测量装置，其特征在于：是测量薄板状的磁性体试样的剩磁的磁场测量装置，具备：施加磁场来使所述磁性体试样的第1区域和第2区域在彼此相反的方向上着磁的磁场产生部、以及测量由所述磁场产生部着磁后的所述磁性体试样的磁场并作为所述磁性体试样的剩磁输出的测量部。本发明通过取得这样的结构测量着磁后的磁性体试样，因而如在测量中施加外部磁场的情况那样不考虑测量部会受到所施加的外部磁场的影响便能够使测量部接近于试样表面。另外，由于使第1和第2区域在彼此相反的方向上着磁，因此能够不受退磁场的影响地正确测量起因于磁性体试样的剩磁的泄漏磁通。
另外，在本发明中，可选地，所述磁场产生部具有至少一对符号不同的磁极，并通过所述磁极使所述磁性体试样着磁。
另外，在本发明中，可选地，所述磁场产生部产生进行阻尼振荡的磁场来使所述磁性体试样着磁。
另外，在本发明中，可选地，所述磁场产生部一边扫描所述磁性体试样的表面一边在局部区域产生交流磁场来使所述磁性体试样着磁。
再有，将以上的构成要素的任意组合、本发明的表现在方法或系统等之间变换后的形态，作为本发明的形态均是有效的。
发明的效果
根据本发明，通过提供一种具备对薄板状的磁性体试样(例如磁体薄膜)施加磁场并使所述磁性体试样的第1区域和第2区域在彼此相反的方向上着磁的磁场产生部、以及测量由所述磁场产生部着磁后的所述磁性体试样的起因于剩磁的泄漏磁通的测量部的磁场测量装置，可以评价薄板状的磁性体试样的微小区域上的磁特性即磁特性的分布。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的磁场测量装置的概略立体图。
图2是在本发明的磁场测量装置中所具备的具有一对以上磁极的磁场产生部的概略立体图。
图3(a)是表示前述磁场产生部的着磁例的磁场分布图，图3(b)是被一样着磁后的前述磁性体试样的磁场分布图。
图4(a)、(b)是表示由阻尼振荡磁场来使前述磁性体试样着磁的工序的说明图。
图5是被阻尼振荡磁场着磁的前述磁性体试样的磁场分布图。
图6(a)、(b)是表示通过一边施加交流磁场一边扫描来使前述磁性体试样着磁的工序的说明图。
图7是通过一边施加交流磁场一边扫描而被着磁的前述磁性体试样的磁场分布图。
符号的说明：
1 基台
2 测量部
3 局部磁场产生部
4 支架臂
5 磁性体试样
6 磁场产生部
7 磁极
10 XYZ工作台
11 X工作台
12 Y工作台
13 Z工作台
20 XYZ臂
21 X臂
22 Y臂
23 Z臂
30 Zm轴驱动系统
40 控制部
具体实施方式
以下，一边参照附图一边详细说明本发明的优选实施方式。再有，对各附图所示的相同或同等的构成要素、构件、处理等赋予相同的符号，并适当省略重复的说明。另外，实施方式并不是限定发明的实施方式而是例示，实施方式中所记载的所有特征或其组合未必限于本发明的实质性的内容。
图1是表示本发明所涉及的磁场测量装置整体结构的概略立体图。在图1中，具有在Xt轴方向(平行于图示的XYZ正交3轴当中的X轴)上滑动自如的X工作台11、配置在X工作台11上并在Yt轴(平行于XYZ正交3轴当中的Y轴)方向上滑动自如的Y工作台12、以及配置在Y工作台12上并在Zt轴(平行于XYZ正交3轴当中的Z轴)方向上滑动自如的Z工作台13的XYZ工作台10设置在基台1上，在Z工作台13上定位并固定有具有薄板状的形态的磁性体试样5。另外，本发明所涉及的磁场测量装置包含控制测量装置各个部分并以所测量的泄漏磁通为基础来算出磁特性及其分布的控制部40。
本发明的成为测量对象的磁性体试样是指包含：R-T-B系、R-T系那样的稀土类磁体；Ba铁氧体、Sr铁氧体那样的氧化物磁体；还有磁体那样的不具有高的矫顽力的软磁性体。另外，在磁性体试样的磁化方向相对于薄板状的试样的形状为法线方向的情况下，本发明可以利用容易的结构来实现，但是在磁化方向为面内(in-plane)的情况下，本发明也能有效地发挥功能。
使磁性体试样5着磁的磁场产生部可以是具有至少一对符号不同的磁极的磁场产生部6，也可以是与测量部2一起设置在支架臂4的前端底面的局部磁场产生部3。通过具有至少一对符号不同的磁极的磁场产生部6，能够使磁性体试样5的第1区域和第2区域在彼此相反的方向上着磁。另外，通过由设置在支架臂4的前端底面的局部磁场产生部3一边产生交流磁场一边扫描磁性体试样5的表面，也能够使磁性体试样5的第1区域和第2区域在彼此相反的方向上进行着磁。
XYZ工作台10的驱动方式可以是由电机驱动的方式，也可以是由压电致动器驱动的方式。XYZ工作台10的在XY方向上的移动行程只要以覆盖试样的测量区域的方式设定即可。由此，可以测量试样的全体测量区域。XYZ工作台10的在XY方向上的移动行程例如为10×10mm。XYZ工作台10的在Z方向上的移动行程只要设置得比试样的厚度足够大即可。由此，可以使磁性体试样5容易接近于测量部2、局部磁场产生部3、磁场产生部6。XYZ工作台10的在XY方向上的定位分辨率只要设定得比磁性体试样5的磁畴的大小足够小即可。由此，微小区域的测量变得可能。在XY方向上的定位分辨率例如为10nm。XYZ工作台10的在Z方向上的定位分辨率只要设定得比磁性体试样5的表面粗糙度足够小即可。由此，不受表面形态的影响而起因于试样的剩磁的泄漏磁通的测量变得可能。
在基台1竖立设置并固定有在Zs轴方向(平行于XYZ正交3轴当中的Z轴)上滑动自如的Z臂23，在Z臂23的前面设置有在Xs轴方向(平行于XYZ正交3轴当中的X轴)上滑动自如的X臂21、以及在Ys轴方向(平行于XYZ正交3轴当中的Y轴)上滑动自如的Y臂22，在Y臂22的底面设置有支架臂4，在支架臂4的前端底面设置有测量部2和局部磁场产生部3。
XYZ臂20的驱动方式可以是由电机驱动的方式，也可以是由压电致动器驱动的方式。XYZ臂20的在XY方向上的移动行程只要以覆盖试样的测量区域的方式设定即可。由此，可以测量试样的全体测量区域。XYZ臂20的在XY方向上的移动行程例如为100×100mm。XYZ臂20的在Z方向上的移动行程只要设定得比试样的厚度足够大即可。由此，可以使磁性体试样5容易接近于测量部2和局部磁场产生部3。XYZ臂20的在XY方向上的定位分辨率只要设定得比磁性体试样5的磁畴的大小足够小即可。由此，微小区域的磁场分布的测量变得可能。在XY方向上的定位分辨率例如为10nm。XYZ臂20的在Z方向上的定位分辨率只要设定得比磁性体试样5的表面粗糙度足够小即可。由此，不受表面形态影响的磁场分布的测量变得可能。
XYZ工作台10和XYZ臂20两个机构是在磁性体试样5与测量部2和局部磁场产生部3之间的相对的位置关系上做相同动作的机构，但是通过选择各个机构的不同驱动方式，从而可以以一台装置来进行从微小区域的测量到大面积试样的测量。例如，可以令XYZ工作台10的驱动方式为由电机实现的粗动动作，令XYZ臂20的驱动方式为由压电致动器实现的微动动作。由此，可以由粗动动作进行往试样中的任意部位的高速移动，并由微动动作来详细测量微小区域的剩磁。
在基台1竖立设置并固定有在Zm轴方向(平行于XYZ正交3轴当中的Z轴)上滑动自如的Zm轴驱动系统30，在Zm轴驱动系统30的前面设置有磁场产生部6。在本实施方式中，通过该磁场产生部6而使磁性体试样的第1区域和第2区域在彼此相反的方向上着磁。为了通过磁场产生部6使磁性体试样5着磁，而向从磁场产生部6向外部辐射磁场的磁极7与磁性体试样5的表面相对的着磁位置(图1的虚线位置)移动XYZ工作台10，并通过Zm轴驱动系统30使磁极7充分接近于磁性体试样5的表面。由此，可以一样地或者如磁场产生部6的磁极7所具有的模式那样来使磁性体试样5着磁。
图2表示前述磁场产生部6的概略图。在图2中，磁性体试样5通过XYZ工作台10而存在于着磁位置(图1的虚线位置)，放出磁场的磁极7存在于与磁性体试样5的表面接近并相对的位置。在图2所示的实施方式中，磁极7由放出的磁场的符号不同的一对构成，但是本发明中的磁场产生部并不限定于此。可以是相邻接的磁极彼此的符号不同的微小磁极的基体(Matrix)，也是可以是产生一样的磁场的基体。
图3(a)是在使用前述磁场产生部6来使磁性体试样5着磁之后利用测量部2来扫描磁极7所放出的磁场的符号不同的边界近旁区域而得到的起因于试样的剩磁的泄漏磁通的分布的例示。磁极7以所放出的磁场的符号不同的边界位于测量区域的大致中央，并且边界的右侧为在正方向(与测量部2相对的面为N极)上被着磁的第1区域且边界的左侧成为在与第1区域相反的方向(与测量部2相对的面为S极)上被着磁的第2区域的方式进行着磁。
在第1区域与第2区域的边界近旁的区域中由前述测量部2检测的信号强度最大，在远离边界的区域信号强度小。这可以认为是起因于在着磁状态下的不同的边界部分近旁来自磁性体试样的泄漏磁通大的结果。
图3(b)是在使用可以产生一样的外部磁场的磁场产生部来使磁性体试样5着磁之后由测量部2扫描而得到的起因于试样的剩磁的泄漏磁通分布的例示。磁性体试样5在负方向(与测量部2相对的面为S极)上被饱和着磁。
尽管磁性体试样被饱和着磁，但由测量部2检测的信号小。这被认为起因于在具有薄板状的形态的磁性体试样5被一样地着磁的状态下其退磁系数N约为1，因而磁性体试样5所具有的磁极化J被退磁场Hd消除且磁通不泄漏至磁性体试样5的外部。
图4(a)是表示通过阻尼振荡磁场来使前述磁性体试样5着磁的工序的说明图。在该图中，磁性体试样5通过XYZ工作台10而存在于着磁位置(图1的虚线位置)，在本实施方式中放出磁场的磁场产生部即磁极7存在于与磁性体试样5的表面接近并相对的位置。磁极7所放出的磁场只要是随着经过的时间而一边振幅减小一边符号的正负在相反方向上反转的磁场(阻尼振荡磁场)即可。
接着，由图4(b)来说明磁性体试样5被阻尼振荡磁场着磁的过程。为了简化说明而令在磁性体试样5中存在有具有高矫顽力、中矫顽力、低矫顽力3个种类的矫顽力成分的区域，并从磁极7放出的磁场随着经过的时间一边振幅减小一边在相反方向上正负反转3次。
首先，通过从磁极7放出的在正方向上大强度的磁场，磁性体试样5的全体在正方向上被着磁。接着，通过从磁极7放出的在负方向上中强度的磁场，仅磁性体试样5的中矫顽力和低矫顽力部分其磁化方向反转为负。此时，由于从磁极7放出的中强度的磁场不能使位于磁性体试样5中的高矫顽力部分磁化反转，因此高矫顽力部分维持正方向的磁化状态。此外，通过从磁极7放出的在正方向上小强度的磁场，仅磁性体试样5的低矫顽力部分其磁化方向反转为正。此时，由于从磁极7放出的小强度的磁场不能使位于磁性体试样5中的中矫顽力部分磁化反转，因此中矫顽力部分维持正方向的磁化状态。
通过以上的过程，在磁性体试样5中在正负方向上磁化状态不同的第1区域与第2区域可以混在一起。磁化状态不同的部分混在一起的磁性体试样5，即使其形状是薄板状，其退磁场Hd也会小，且可以由测量部2检测向外部泄漏的磁通。
图5是使用磁场产生部6来使阻尼振荡磁场产生并着磁后的磁性体试样5的磁场分布图的例示。所产生的阻尼振荡磁场最大为6400kA/m。
由阻尼振荡磁场着磁的磁性体试样5成为由大小为0.5～1.0μm左右构成的磁化状态不同的区域(磁畴)混在一起的状态。该磁畴的大小可以认为是与磁性体试样5的结晶颗粒大小大致相等，并反映了具有矫顽力分布的结晶颗粒的剩磁状态在正负方向上不同的情形的泄漏磁通的分布被测量后的结果。
图6(a)表示通过由局部磁场产生部3一边产生交流磁场一边扫描而使磁性体试样5不均匀着磁的工序。在该图中，磁性体试样5和局部磁场产生部3存在于与XYZ工作台10和XYZ臂20相对的位置，局部磁场产生部3的底面与磁性体试样5的上面接近。如图6(b)所示，局部磁场产生部3所放出的磁场只要是随着经过的时间而符号的正负反转的磁场(交流磁场)即可。
图7是通过由局部磁场产生部3一边产生交流磁场一边扫描而被着磁的磁性体试样5的磁场分布图的例示。磁性体试样5由磁场产生部6一样地饱和着磁(与图3B相同形态)之后，通过仅对测量区域的中央部由局部磁场产生部3一边产生交流磁场一边扫描来着磁。
虽然磁性体试样5的被一样着磁的部分(测量区域的上下)被饱和着磁，但是由于退磁场而磁通不泄漏至外部，且由测量部2检测的信号强度小。另一方面，通过由局部磁场产生部3一边产生交流磁场一边扫描而被着磁的部分(测量区域的中央)可以认为是通过由测量部2检测的信号强度大且磁性体试样5在正负方向上被交替磁化从而由退磁场所造成的影响小且磁通泄漏到外部的部分。
如图7所示，即使通过具有规定的磁场强度的交流磁场，也能够将磁性体试样的与该磁场强度相对应的矫顽力以下的部分不均匀地磁化，并且依次变更磁场强度来进行同样的测量，由此能够获得磁性体试样的磁特性分布。
Claims (4)
1.一种磁场测量装置，其特征在于：
是测量磁化方向相对于薄板状的磁性体试样的形状为法线方向的所述磁性体试样的剩磁的磁场测量装置，
具备：
磁场产生部，其施加磁场并使所述磁性体试样的经由边界而邻接的第1区域和第2区域彼此在法线方向且相反的方向上着磁；以及
测量部，其测量由所述磁场产生部着磁后的所述磁性体试样的磁场并作为所述磁性体试样的剩磁输出。
2.如权利要求1所述的磁场测量装置，其特征在于：
所述磁场产生部具有至少一对邻接的符号不同的磁极，并通过所述磁极使所述磁性体试样着磁。
3.如权利要求1所述的磁场测量装置，其特征在于：
所述磁场产生部产生进行阻尼振荡的磁场来使所述磁性体试样着磁。
4.如权利要求1所述的磁场测量装置，其特征在于：
所述磁场产生部一边扫描所述磁性体试样的表面一边产生交流磁场来使所述磁性体试样着磁。
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