DE4003308A1 - Unit for detecting micromagnetic or microelectric fields of object - uses electron microscope in vacuum chamber of which electron beam is led through magnetic field of object being measured - Google Patents

Unit for detecting micromagnetic or microelectric fields of object - uses electron microscope in vacuum chamber of which electron beam is led through magnetic field of object being measured

Info

Publication number
DE4003308A1
DE4003308A1 DE19904003308 DE4003308A DE4003308A1 DE 4003308 A1 DE4003308 A1 DE 4003308A1 DE 19904003308 DE19904003308 DE 19904003308 DE 4003308 A DE4003308 A DE 4003308A DE 4003308 A1 DE4003308 A1 DE 4003308A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electron beam
layer
magnetic field
electrodes
deflected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19904003308
Other languages
German (de)
Other versions
DE4003308C2 (en
Inventor
Erich Prof Dr Kubalek
Ludwig Josef Dr Balk
Matthias Steck
Herbert Dr Schewe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19904003308 priority Critical patent/DE4003308C2/en
Publication of DE4003308A1 publication Critical patent/DE4003308A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE4003308C2 publication Critical patent/DE4003308C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/0213—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using deviation of charged particles by the magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/266—Measurement of magnetic- or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy
    • H01J37/268—Measurement of magnetic- or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
    • H01L31/117—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation of the bulk effect radiation detector type, e.g. Ge-Li compensated PIN gamma-ray detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2441—Semiconductor detectors, e.g. diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2445—Photon detectors for X-rays, light, e.g. photomultipliers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2446—Position sensitive detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2449—Detector devices with moving charges in electric or magnetic fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24564—Measurements of electric or magnetic variables, e.g. voltage, current, frequency

Abstract

A read out part evaluates and represents the intensity distribution of the electron beam deflected in the magnetic field of the object being measured. A two dimensional position rseponsive photo diode (20) is provided for the read out part, which is exposed directly to the deflected electron beam (6') in the vacuum chamber (4) of the electron microscope part (3).4 The photo diode has two mutually parallel p or n doped layers (21,22), the detection regions (23,27) of which subjected to the deflected electron beam, respectively extend between the two parallel strip electrodes (25a,25b or 26a,26b) one under the other, whereby the electrodes (25a,25b) of the p layer (21) are aligned vertical in relation to the electrodes (26a,26b) of the n layer (22). USE/ADVANTAGE - Detection unit for measuring micromagnetic or microelectric fields leaving magnetic field producing object to be measured. Facilitates quick two or three dimensional measurement using electron beam of electron microscope thus limiting appts. cost.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Detektion des an einem magnetfelderzeugenden Meßobjektes austretenden mikromagnetischen oder mikroelektrischen Feldes mit einem modi­ fizierten Elektronenmikroskopteil, in dessen Vakuumraum ein Elektronenstrahl durch das Magnetfeld des Meßobjektes zu führen ist, und mit einem nachgeordneten Ausleseteil zur Auswertung und Darstellung der Intensitätsverteilung des in dem Magnetfeld des Meßobjektes abgelenkten Elektronenstrahls. Eine derartige Detektionseinrichtung ist in der Veröffentlichung "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-20, No. 5, Sept. 1984, Seiten 866 bis 868 beschrieben.The invention relates to a device for detection of the object emerging from a magnetic field generating object micro-magnetic or micro-electric field with one mode fected electron microscope part, in its vacuum space Guide the electron beam through the magnetic field of the target and with a subordinate readout part for evaluation and representation of the intensity distribution of the in the magnetic field deflected electron beam. Such one Detection device is in the publication "IEEE Trans. Magn. ", Vol. MAG-20, No. 5, Sept. 1984, pages 866 to 868 described.

Mit der bekannten Einrichtung kann indirekt das Magnetfeld eines magnetfelderzeugenden Meßobjektes (Probanden) detektiert werden. Hierzu wird in dem Vakuumraum eines modifizierten Ra­ sterelektronenmikroskops ein scharf gebündelter Elektronen­ strahl in unmittelbarer Nähe des magnetfelderzeugenden Meß­ objektes vorbeigeführt. Bei dem Meßobjekt kann es sich insbe­ sondere um einen Dünnfilm-Magnetkopf für eine Datenspeicher­ anlage handeln, der in einem begrenzten Volumen ein magneti­ sches Streufeld erzeugt. Entsprechende Felder sind äußerst schwach. So sind z. B. an den Polspiegeln der Magnetpole sol­ cher Magnetköpfe Feldstärken in der Größenordnung von nur 100 kA/m zu messen. Derartige Magnetfelder werden deshalb auch als mikromagnetische Felder bezeichnet.With the known device, the magnetic field can indirectly of a magnetic field generating test object (test persons) is detected will. For this purpose, a modified Ra sterelectron microscope a sharply focused electron beam in the immediate vicinity of the magnetic field generating measurement led past the object. In the case of the measurement object, it can in particular special around a thin film magnetic head for a data storage system that is a magneti in a limited volume stray field generated. Corresponding fields are extreme weak. So z. B. sol pole soles of the magnetic poles cher magnetic heads field strengths in the order of magnitude of only 100 kA / m to measure. Such magnetic fields are therefore also referred to as micromagnetic fields.

Bei der bekannten Detektionseinrichtung wird der Elektronen­ strahl durch die Komponenten der magnetischen Induktion Bx bzw. By des Streufeldes des Meßobjektes in die entsprechende y- bzw. x-Richtung in einem angenommenen x-y-Koordinatensystem abge­ lenkt. Aus der Größe der Ablenkung der Elektronen können dann die Komponenten der magnetischen Induktion berechnet werden. Um die Elektronen sichtbar zu machen, trifft bei der bekannten Detektionseinrichtung der abgelenkte Elektronenstrahl zunächst auf eine Mikrokanalplatte, der eine Phosphorschicht nachgeord­ net ist. In dieser Phosphorschicht wird die Elektronenintensi­ tätsverteilung in eine Lichtintensitätsverteilung umgewandelt. Das nun aus dem Vakuumraum des Elektronenmikroskops austretende Licht wird dann über eine Transferoptik einer TV-Kamera zuge­ führt, mit der die Lichtintensitätsverteilung in Abhängigkeit von dem Streufeld des Meßobjektes beobachtet werden kann.In the known detection device, the electron beam is deflected by the components of the magnetic induction B x or B y of the stray field of the measurement object in the corresponding y or x direction in an assumed xy coordinate system. The components of the magnetic induction can then be calculated from the size of the deflection of the electrons. In order to make the electrons visible, the deflected electron beam first hits a microchannel plate in the known detection device, which is followed by a phosphor layer. In this phosphor layer, the electron intensity distribution is converted into a light intensity distribution. The light now emerging from the vacuum space of the electron microscope is then fed via transfer optics to a TV camera, with which the light intensity distribution can be observed as a function of the stray field of the measurement object.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei dieser bekannten Detek­ tionseinrichtung der in der Phosphorschicht erzeugte Licht­ fleck verhältnismäßig groß und verschmiert ist, so daß bei einer Punktmessung das von dem Elektronenstrahl erzeugte Bild durch eine elektronische Bildverarbeitung erfaßt werden muß und erst anschließend die Berechnung des Schwerpunktes erfolgen kann. Die Zeit zur Durchführung einer Linienmessung, bei der eine Vielzahl von Punktmessungen vorgenommen werden muß, be­ trägt daher viele Minuten. Eine solch lange Meßzeit kann aber, insbesondere bei Dünnfilm-Magnetköpfen mit einem sehr geringen Abstand zwischen der Meßebene des Elektronenstrahls und dem Polspiegel des Magnetkopfes von z. B. nur etwa 0,5 µm, zu einer Aufladung des das zu detektierende Feld erzeugenden Meßobjektes und damit zu einer Verfälschung des Meßergebnisses aufgrund von elektrostatischen Wechselwirkungen führen. Außerdem ist bei der bekannten Detektionseinrichtung der apparative Aufwand zur bildlichen Darstellung der Intensitätsverteilung des abgelenk­ ten Elektronenstrahls verhältnismäßig hoch.However, it has been shown that this known Detek tion device of the light generated in the phosphor layer stain is relatively large and smeared, so that at a point measurement the image generated by the electron beam must be captured by electronic image processing and Only then the center of gravity is calculated can. The time to take a line measurement at which a variety of point measurements must be made, be therefore carries many minutes. Such a long measuring time can, however, especially with thin film magnetic heads with a very low Distance between the measuring plane of the electron beam and the Pole mirror of the magnetic head of z. B. only about 0.5 microns Charging of the test object generating the field to be detected and thus a falsification of the measurement result due to cause electrostatic interactions. In addition, the known detection device of the equipment effort pictorial representation of the intensity distribution of the distracted ten electron beam relatively high.

Ferner ist in der Veröffentlichung "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-21, No. 5, Sept. 1985, Seiten 1593 bis 1595 eine entspre­ chende tomographische Meßmethode zu einer dreidimensionalen Be­ stimmung der Streufelder eines Magnetkopfes beschrieben. Hier­ für ist eine der vorstehend skizzierten Detektionseinrichtung entsprechende Einrichtung zugrundegelegt, bei der jedoch das magnetfelderzeugende Meßobjekt um insgesamt 180° gedreht und bei jeder Winkeleinstellung eine Linienmessung durchgeführt wird. Mit Dünnfilm-Magnetköpfen sind bei dem geforderten ge­ ringen Arbeitsabstand wegen der erwähnten Aufladungsproblematik entsprechende dreidimensionale Messungen ohne eine erhebliche Beschleunigung des Meßverfahrens in der Praxis nicht durchführ­ bar.Furthermore, in the publication "IEEE Trans. Magn.", Vol.  MAG-21, No. 5, Sept. 1985, pages 1593 to 1595 a corre sponding appropriate tomographic measurement method to a three-dimensional Be described the stray fields of a magnetic head. Here for is one of the detection devices outlined above appropriate institution is used, but at the magnetic field generating object rotated by a total of 180 ° and A line measurement is carried out at every angle setting becomes. With thin-film magnetic heads, the required ge wrestle working distance due to the charging problem mentioned corresponding three-dimensional measurements without a significant Do not accelerate the measuring process in practice bar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Detek­ tionseinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahin­ gehend auszugestalten, daß mit ihr eine schnelle zwei- oder dreidimensionale Messung von mikromagnetischen Feldern mit Hilfe des Elektronenstrahls eines Elektronenmikroskops ermög­ licht wird und zugleich der erforderliche apparative Aufwand begrenzt ist.The object of the present invention is therefore the Detek tion device with the features mentioned above going to design that with her a quick two or three-dimensional measurement of micromagnetic fields with Using the electron beam of an electron microscope becomes light and at the same time the necessary equipment is limited.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für den Ausleseteil eine zweidimensionale, positionsempfindliche Foto­ diode vorgesehen ist, die in dem Vakuumraum des Elektronen­ mikroskopteiles unmittelbar dem abgelenkten Elektronenstrahl ausgesetzt ist und zwei zueinander parallele, p- bzw. n-do­ tierte Schichten aufweist, deren dem abgelenkten Elektronen­ strahl ausgesetzte Detektionsbereiche sich jeweils zwischen zwei untereinander parallelen Streifenelektroden erstrecken, wobei die Elektroden der p-Schicht senkrecht bezüglich der Elektroden der n-Schicht ausgerichtet sind.This object is achieved in that for Readout part of a two-dimensional, position sensitive photo diode is provided in the vacuum space of the electron microscope part directly the deflected electron beam is exposed and two parallel, p- or n-do has stratified layers whose deflected electrons detection areas exposed to the beam are between each extend two mutually parallel strip electrodes, wherein the electrodes of the p-layer are perpendicular to the Electrodes of the n-layer are aligned.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß sich auf eine Umwandlung der Elektronenstrahlintensität in eine Licht­ intensität verzichten läßt wenn man eine erfindungsgemäße Fotodiode zum Auslesen einsetzt. Ein auf die p- und die n- Schicht der Fotodiode auftreffender Elektronenstrahl erzeugt nämlich dort jeweils einen zusätzlichen Strom. Die so fest­ stellbaren Stromänderungen in diesen Schichten sind dann ein direktes Maß für die Koordinaten der Ablenkung des Elektronen­ strahls und damit für die entsprechenden Komponenten der magne­ tischen Induktion des Meßobjektes. Mit dieser Ausgestaltung der Detektionseinrichtung sind insbesondere die Vorteile darin zu sehen, daß sich die Meßzeit zur Bestimmung der Ortskoordinaten des Schwerpunktes des Elektronenstrahls gegenüber bekannten Detektionseinrichtungen ganz erheblich reduzieren läßt.The invention is based on the knowledge that on a conversion of the electron beam intensity into a light  intensity can be omitted if one of the invention Uses photodiode for reading. One on the p- and the n- Layer of the photodiode impinging electron beam generated namely an additional stream there. The so firm adjustable current changes in these layers are then a direct measure of the coordinates of the electron deflection beam and thus for the corresponding components of the magne table induction of the test object. With this configuration the Detection device are particularly the advantages in it see that the measurement time to determine the location coordinates the center of gravity of the electron beam compared to known Detection devices can be reduced considerably.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Detektions­ einrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements of the detection according to the invention establishment emerge from the subclaims.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine erfindungsge­ mäße Detektionseinrichtung skizziert ist. Fig. 2 zeigt schema­ tisch eine Schrägansicht auf eine Fotodiode des Ausleseteils dieser Detektionseinrichtung. In den Figuren sind sich ent­ sprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.To further explain the invention, reference is made below to the drawing, in FIG. 1 of which a detection device according to the invention is outlined. Fig. 2 shows schematically an oblique view of a photodiode of the readout part of this detection device. In the figures, corresponding parts are provided with the same reference numerals.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Detektionsein­ richtung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Hier­ bei sind an sich bekannte Ausführungsformen zugrundegelegt (vgl. z. B. die genannte Textstelle aus "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-20). Die allgemein mit 2 bezeichnete Detektionsein­ richtung umfaßt unter anderem einen als modifiziertes Raster­ elektronenmikroskop ausgebildeten Teil 3. Dieser in bekann­ ter Weise aufgebaute Elektronenmikroskopteil 3 enthält inner­ halb des Vakuumraums 4 seines Vakuumgehäuses 4a eine Elek­ tronenstrahlquelle 5, mit der ein Elektronenstrahl 6 erzeugt wird. Nachdem dieser Strahl die üblichen elektrostatischen oder elektromagnetischen Linsen 7a und 7b durchlaufen hat, tritt er in ein zu detektierendes Magnetfeld geringer Stärke, beispiels­ weise zwischen 10 und 500 A/m ein. Dieses Magnetfeld bzw. seine damit verbundene Induktion B wird von einem in dem Vakuumraum 4 eingebrachten magnetfelderzeugenden Meßobjekt 10 hervorgerufen. Bei diesem Meßobjekt 10 kann es sich insbesondere um einen in Dünnfilm-Technik erstellten Magnetkopf handeln, wie er für Da­ tenspeicheranlagen üblich ist. Aufgrund der in dem Magnetfeld auf den Elektonenstrahl 6 einwirkenden Lorentz-Kräfte wird dieser entsprechend in x- und/oder y-Richtung eines ange­ nommenen x-y-Koordinatensystems abgelenkt. Die Ablenkung ist dabei ein Maß für die magnetische Induktion B. Der Ablenkungs­ winkel α ist in der Figur übertrieben groß eingezeichnet und beträgt im allgemeinen nur wenige Winkelgrade.In Fig. 1 the basic structure of a detection device according to the invention is schematically illustrated. Embodiments known per se are used as a basis here (cf., for example, the text passage mentioned from "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-20). The generally designated 2 detection device includes, inter alia, a part 3 designed as a modified scanning electron microscope. This constructed in known manner ter electron microscope part 3 includes intra-half of the vacuum space 4 of its vacuum housing 4 a a Elek tronenstrahlquelle 5, with which an electron beam is generated. 6 After this beam has passed through the usual electrostatic or electromagnetic lenses 7 a and 7 b, it enters a magnetic field of low strength to be detected, for example between 10 and 500 A / m. This magnetic field or its associated induction B is caused by an object 10 producing a magnetic field which is introduced into the vacuum space 4 . This measurement object 10 can in particular be a magnetic head created in thin-film technology, as is customary for data storage systems. Due to the Lorentz forces acting on the electron beam 6 in the magnetic field, the electron beam 6 is deflected accordingly in the x and / or y direction of an assumed xy coordinate system. The deflection is a measure of the magnetic induction B. The deflection angle α is shown exaggerated in the figure and is generally only a few degrees.

Der abgelenkte und mit 6′ bezeichnete Elektronenstrahl soll dann gemäß der Erfindung unmittelbar auf eine in dem Vakuum­ raum 4 nachgeordnete spezielle Fotodiode 20 eines Auslese­ teils der Einrichtung auftreffen. Mit diesem Ausleseteil ist die Intensitätsverteilung des abgelenkten Elektronenstrahls auszuwerten und darzustellen. D. h., bei der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung können vorteilhaft die bei bekannten De­ tektionseinrichtungen sonst vorhandenen Teile zur Umwandlung der Elektronenstrahlintensität in eine Lichtintensität sowie dann erforderliche Teile zur Lichtübertragung entfallen. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der De­ tektionseinrichtung ist in der damit verbundenen extrem hohen Empfindlichkeit zu sehen, die gegenüber den bekannten Ausfüh­ rungsformen bis zu einem Faktor 600 bis 800 höher liegen kann. Daher lassen sich vorteilhaft auch sehr kleine Strahl­ ströme von beispielsweise etwa 50 pA oder weniger verwenden, was insbesondere bei einer tomographischen Meßmethode eine Aufladung des Meßobjektes verhindert. The deflected and denoted by 6 'electron beam should then according to the invention directly on a downstream in the vacuum chamber 4 special photodiode 20 of a readout part of the device. With this readout part, the intensity distribution of the deflected electron beam can be evaluated and displayed. In other words, in the detection device according to the invention, the parts which are otherwise present in known detection devices for converting the electron beam intensity into a light intensity and then the parts required for light transmission can advantageously be omitted. The particular advantage of the inventive design of the detection device can be seen in the associated extremely high sensitivity, which can be up to a factor of 600 to 800 higher compared to the known embodiments. Therefore, very small beam currents of, for example, about 50 pA or less can advantageously be used, which prevents the measurement object from being charged, particularly in the case of a tomographic measurement method.

Die Fotodiode 20 hat eine ausgeprägte zweidimensionale Gestalt und ist hinsichtlich der x- und y-Richtung des auf sie auf­ treffenden abgelenkten Elektronenstrahls 6′ empfindlich. Ihre Ausgestaltung ist in Fig. 2 näher veranschaulicht. Gemäß der in dieser Figur gezeigten schematischen Schrägansicht enthält die Fotodiode 20 in an sich bekannter Weise zwei zueinander parallele planare Schichten 21 und 22, von denen z. B. die dem einfallenden Elektronenstrahl 6′ zugewandte Schicht 21 eine p-Dotierung aufweist. Dann muß die Schicht 22 eine n-Dotierung haben. Vorteilhaft wurde eine auf der dem Elektronenstrahl aus­ gesetzten Flachseite der Fotodiode eventuell vorhandene Schutz­ schicht zuvor entfernt oder zumindest so weit abgedünnt, daß die Elektronen mit einer Energie von beispielsweise 15 keV diese Schutzschicht ohne erhebliche Verluste durchdringen können. Die Ausrichtung der Fotodiode ist dabei so vorgenommen, daß die Verlängerung des nicht-abgelenkten Elektronenstrahls 6 zumindest annähernd senkrecht auf der oberen Flachseite der Fotodiode bzw. eines Detektionsbereiches 23 der p-Schicht 21 steht. Da der Ablenkungswinkel α zwischen dem nicht-abgelenk­ ten Elektronenstrahl 6 und dem abgelenkten Strahl 6′ sehr klein ist, wird bei der Darstellung der Fig. 2 von einem fast senk­ rechten Eintritt des Strahls 6′ in den Detektionsbereich 23 ausgegangen. Zwischen den beiden Schichten 21 und 22 der Foto­ diode 20 befindet sich eine nicht-dotierte, sogenannte "intrin­ sische" Zwischenschicht 24. Folglich ist dem in der Figur dar­ gestellten Ausführungsbeispiel eine Fotodiode vom sogenannten "pin"-Typ zugrundegelegt. Für die erfindungsgemäße Detektions­ einrichtung sind jedoch auch andere Typen von Fotodioden mit p-und n-Schichten geeignet. An den in x-Richtung eines ange­ nommenen x-y-Koordinatensystem beabstandeten Rändern der p- Schicht 21 sind zwei untereinander parallele Streifenelektroden 25a und 25b aufgebracht, beispielsweise aufgedampft. Zwischen diesen Streifenelektroden soll sich der dem einfallenden Elek­ tronenstrahl 6′ ausgesetzte Detektionsbereich 23 der Schicht 21 befinden. In entsprechender Weise weist auch die n-Schicht 22 zwei Streifenelektroden 26a und 26b mit einem dazwischenliegen­ den Detektionsbereich 27 für den Elektronenstrahl 6′ auf. Diese Streifenelektroden 26a und 26b sind jedoch gegenüber den Strei­ fenelektroden 25a und 25b um 90° gedreht angeordnet und liegen somit an den in y-Richtung beabstandeten Rändern der Schicht 22. Eine an den Elektroden angeschlossene, in der Figur nicht dargestellte Elektronik ist an sich bekannt.The photodiode 20 has a pronounced two-dimensional shape and is sensitive to the x and y direction of the deflected electron beam 6 'striking it. Their design is illustrated in more detail in Fig. 2. According to the schematic oblique view shown in this figure, the photodiode 20 contains, in a manner known per se, two mutually parallel planar layers 21 and 22 , of which e.g. B. the incident electron beam 6 'facing layer 21 has a p-type doping. Then the layer 22 must have an n-doping. A protective layer possibly present on the flat side of the photodiode placed on the electron beam was advantageously removed beforehand or at least thinned so far that the electrons with an energy of, for example, 15 keV can penetrate this protective layer without significant losses. The alignment of the photodiode is such that the extension of the undeflected electron beam 6 is at least approximately perpendicular to the upper flat side of the photodiode or a detection area 23 of the p-layer 21 . Since the deflection angle α between the non-deflected electron beam 6 and the deflected beam 6 'is very small, an almost vertical right entry of the beam 6 ' into the detection region 23 is assumed in the illustration in FIG. 2. Between the two layers 21 and 22 of the photo diode 20 there is an undoped, so-called "intrinsic" intermediate layer 24 . Consequently, the embodiment shown in the figure is based on a photodiode of the so-called "pin" type. However, other types of photodiodes with p and n layers are also suitable for the detection device according to the invention. At the edges of the p-layer 21 which are spaced apart in the x-direction of an assumed xy coordinate system, two strip electrodes 25 a and 25 b parallel to one another are applied, for example vapor-deposited. Between these strip electrodes is the incident electron beam 6 'exposed detection area 23 of the layer 21 . In a corresponding manner, the n-layer 22 also has two strip electrodes 26 a and 26 b with the detection region 27 for the electron beam 6 'in between. These strip electrodes 26 a and 26 b, however, are arranged rotated by 90 ° with respect to the strip electrodes 25 a and 25 b and are thus located on the edges of the layer 22 which are spaced apart in the y direction. Electronics connected to the electrodes, not shown in the figure, is known per se.

Mit einer derartigen zweidimensionalen, positionsempfindlichen Fotodiode kann nun direkt der Schwerpunkt eines Elektronen­ fleckes gemessen werden. Hierzu werden z. B. die Elektroden 25a und 25a jeweils auf konstantes Potential gelegt und an den Elektroden 24b und 26b auftretende Ströme gemessen. Trifft nun an einem Ort mit den Koordinaten x und y der Fotodiode 20 ein Elektronenstrahl 6′ auf, so erzeugt er einen zusätzlichen Strom, der gleichmäßig nach allen Seiten abfließt. Daher ist die an der Elektrode 25b feststellbare Stromänderung propor­ tional zur Länge x und die Stromänderung an der Elektrode 26b proportional zur Länge y. Die Meßzeit zur Stromänderung des Ortes x, y des Elektronenschwerpunktes kann damit gegenüber den bekannten Detektionseinrichtungen mit TV-Kamera um mindestens 90% reduziert werden.With such a two-dimensional, position-sensitive photodiode, the center of gravity of an electron spot can now be measured directly. For this purpose, e.g. B. the electrodes 25 a and 25 a are each placed at a constant potential and currents occurring at the electrodes 24 b and 26 b are measured. Now hits an electron beam 6 'at a location with the coordinates x and y of the photodiode 20 , it generates an additional current which flows evenly to all sides. Therefore, the current change detectable at the electrode 25 b is proportional to the length x and the current change at the electrode 26 b is proportional to the length y. The measuring time for changing the current x, y of the electron center of gravity can thus be reduced by at least 90% compared to the known detection devices with a TV camera.

Gemäß dem den Figuren zugrundegelegten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß mit der erfindungsgemäßen Detek­ tionseinrichtung 2 eine zweidimensionale Bestimmung des mikro­ magnetischen Feldes eines magnetfelderzeugenden Meßobjektes 10 detektiert wird. Ebensogut kann eine Detektionseinrichtung nach der Erfindung auch so ausgestaltet sein, daß mit ihr eine drei­ dimensionale Messung ermöglicht wird. Die hierfür erforderli­ chen konstruktiven Mittel sind an sich bekannt (vgl. z. B. die genannte Literaturstelle aus "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-21). Mit ihnen ist eine Drehung des magnetfelderzeugenden Meßobjek­ tes um eine senkrecht zu dem in dem Elektronenmikroskop 3 er­ zeugten Elektronenstrahl liegende Achse vorzunehmen. Im Hin­ blick auf die Erzielung einer möglichst hohen Meßgenauigkeit mit einem Meßfehler von z. B. nur einigen Prozent und einer möglichst kurzen Meßzeit werden bei der tomographischen Messung vorteilhaft etwa 45 verschiedene Winkel eingestellt und jeweils etwa 60 Punktmessungen ausgeführt. Kann ein Meßfehler von etwa 10% toleriert werden, so sind nur 40 Winkeleinstellungen mit 50 Punktmessungen erforderlich. Für Orientierungsmessungen mit einem Fehler bis zu 25% können 30 Winkelstellungen und 40 Punktmessungen ausreichen.According to the embodiment on which the figures are based, it was assumed that with the detection device 2 according to the invention a two-dimensional determination of the micro-magnetic field of a magnetic-field-producing measurement object 10 is detected. A detection device according to the invention can equally well be designed in such a way that it enables a three-dimensional measurement. The constructive means required for this are known per se (cf., for example, the cited reference from "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-21). With them, a rotation of the magnetic field-generating measurement object is to be carried out about an axis lying perpendicular to the electron beam 3 generated in the electron microscope 3 . With a view to achieving the highest possible measurement accuracy with a measurement error of z. B. only a few percent and the shortest possible measurement time, about 45 different angles are advantageously set in the tomographic measurement and about 60 point measurements are carried out in each case. If a measurement error of around 10% can be tolerated, only 40 angle settings with 50 point measurements are required. For orientation measurements with an error of up to 25%, 30 angular positions and 40 point measurements can be sufficient.

Eine zum Betrieb der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung erforderliche Elektronik ist an sich bekannt (vgl. z. B. die ge­ nannte Literaturstelle "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-20). Auf eine bildliche Darstellung wurde deshalb verzichtet.One for operating the detection device according to the invention required electronics is known per se (cf. e.g. the ge called reference "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-20). On a pictorial representation was therefore omitted.

Ferner ist es selbstverständlich, daß die erfindungsgemäße De­ tektionseinrichtung und das ihr zugrundeliegende Verfahren zur Detektion mikromagnetischer Felder ebensogut auch auf eine De­ tektion mikroelektrischer Felder anwendbar sind.Furthermore, it goes without saying that the De tection device and the method on which it is based Detection of micromagnetic fields just as well on a De tection of microelectric fields are applicable.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Detektion des an einem magnetfelderzeugen­ den Meßobjektes austretenden mikromagnetischen oder mikroelek­ trischen Feldes mit einem modifizierten Elektronenmikroskop­ teil, in dessen Vakuumraum ein Elektronenstrahl durch das Magnetfeld des Meßobjektes zu führen ist, und mit einem nach­ geordneten Ausleseteil zur Auswertung und Darstellung der In­ tensitätsverteilung des in dem Magnetfeld des Meßobjektes ab­ gelenkten Elektronenstrahls, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für den Ausleseteil eine zweidimen­ sionale, positionsempfindliche Fotodiode (20) vorgesehen ist, die in dem Vakuumraum (4) des Elektronenmikroskopteils (3) unmittelbar dem abgelenkten Elektronenstrahl (6′) ausgesetzt ist und zwei zueinander parallele, p-bzw. n-dotierte Schichten (21 bzw. 22) aufweist, deren dem abgelenkten Elektronenstrahl (6′) ausgesetzte Detektionsbereiche (23, 27) sich jeweils zwischen zwei untereinander parallelen Streifenelektroden (25a, 25b bzw. 26a, 26b) erstrecken, wobei die Elektroden (25a, 25b) der p-Schicht (21) senkrecht bezüglich der Elektroden (26a, 26b) der n-Schicht (22) ausgerichtet sind.1. Part of the detection of the exiting at a magnetic field generating the test object micromagnetic or microelectrical field with a modified electron microscope, in whose vacuum space an electron beam is to be guided through the magnetic field of the test object, and with an ordered readout part for evaluating and displaying the intensity distribution of the electron beam deflected in the magnetic field of the measurement object, characterized in that a two-dimensional, position-sensitive photodiode ( 20 ) is provided for the read-out part, which directly deflects the deflected electron beam ( 6 ') in the vacuum space ( 4 ) of the electron microscope part ( 3 ) is exposed and two mutually parallel, p or. has n-doped layers ( 21 or 22 ), the detection regions ( 23 , 27 ) of which are exposed to the deflected electron beam ( 6 ') each extend between two mutually parallel strip electrodes ( 25 a, 25 b or 26 a, 26 b), wherein the electrodes ( 25 a, 25 b) of the p-layer ( 21 ) are aligned perpendicular to the electrodes ( 26 a, 26 b) of the n-layer ( 22 ). 2. Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodiode (20) zwi­ schen ihrer p-Schicht (21) und ihrer n-Schicht (22) eine nicht­ dotierte Zwischenschicht (24) aufweist.2. Detection device according to claim 1, characterized in that the photodiode ( 20 ) between its p-layer ( 21 ) and its n-layer ( 22 ) has an undoped intermediate layer ( 24 ). 3. Detektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß an jeweils einer Elektrode der Elektrodenpaare (25a, 25b bzw. 26a, 26b) der p-Schicht (21) und der n-Schicht (22) ein konstantes elek­ trisches Potential gelegt ist und daß Mittel zum Messen der an den jeweils anderen Elektroden auftretenden Ströme vorgesehen sind. 3. Detection device according to claim 1 or 2, characterized in that on one electrode of the electrode pairs ( 25 a, 25 b or 26 a, 26 b) of the p-layer ( 21 ) and the n-layer ( 22 ) constant elec trical potential is set and that means for measuring the currents occurring at the other electrodes are provided. 4. Detektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Drehung des magnetfelderzeugenden Meßobjektes (10) um eine senkrecht zu dem Elektronenstrahl (6) liegende Achse vorge­ sehen sind.4. Detection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that means for rotating the magnetic field-generating measurement object ( 10 ) about a perpendicular to the electron beam ( 6 ) lying axis are easily seen.
DE19904003308 1990-02-05 1990-02-05 Device for the detection of micromagnetic or microelectric fields Expired - Fee Related DE4003308C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19904003308 DE4003308C2 (en) 1990-02-05 1990-02-05 Device for the detection of micromagnetic or microelectric fields

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19904003308 DE4003308C2 (en) 1990-02-05 1990-02-05 Device for the detection of micromagnetic or microelectric fields

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4003308A1 true DE4003308A1 (en) 1991-08-08
DE4003308C2 DE4003308C2 (en) 1993-10-21

Family

ID=6399427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19904003308 Expired - Fee Related DE4003308C2 (en) 1990-02-05 1990-02-05 Device for the detection of micromagnetic or microelectric fields

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4003308C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0669538A2 (en) * 1994-02-23 1995-08-30 Hitachi, Ltd. Method of measuring magnetic field and charged particle beam apparatus using the same method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ELSBROCK, J.B., BALK, L.J.: Profiling of micromagnetic stray fields. In: IEEE Transaction on magnetics, Vol. MAG-20, 1984, No. 5, S. 866-868 *
ELSBROCK, J.B., SCHROEDER, W., KUBALEK, E.: Evaluation threedimensional micromagnetic stray fields. In: IEEE Transaction on magnetics, Vol. MAG-21, 1985, No. 5, S. 1593-1595 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0669538A2 (en) * 1994-02-23 1995-08-30 Hitachi, Ltd. Method of measuring magnetic field and charged particle beam apparatus using the same method
EP0669538A3 (en) * 1994-02-23 1996-12-11 Hitachi Ltd Method of measuring magnetic field and charged particle beam apparatus using the same method.
US5666053A (en) * 1994-02-23 1997-09-09 Hitachi, Ltd. Charged particle beam apparatus for measuring magnetic field

Also Published As

Publication number Publication date
DE4003308C2 (en) 1993-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2325457C3 (en) Device for measuring the thickness of a transparent object
DE19604802C2 (en) Imaging system and method for generating a cross-sectional image of an object
DE60127246T2 (en) ULTRA-SENSITIVE PHOTODETECTOR WITH INTEGRATED PINHOLE FOR CONFOCAL MICROSCOPES AND METHOD FOR DETECTING OPTICAL SIGNAL
DE3504720C2 (en)
DE3116611C2 (en) Device for measuring semiconductor properties
EP0005462A2 (en) Method for positioning two objects which are to be adjusted to one another
DE3532781A1 (en) ARRANGEMENT FOR DETECTING SECONDARY AND / OR BACKFLOW ELECTRONES IN AN ELECTRON BEAM
DE2448651A1 (en) Wire diameter contactless measuring device - is for the dimensional metrology of wires in a drawing plant
DE3636316A1 (en) DEVICE FOR SCANING SURFACES USING A CHARGED PARTICLE RAY
DE112017008147T5 (en) CHARGED PARTICLE JET APPARATUS AND METHOD OF SAMPLE OBSERVATION USING THE SAME
DE3032818C2 (en)
EP0932182A2 (en) Method and an apparatus for testing a substrate
DE2646472A1 (en) ELECTRON MICROSCOPE
DE4004935A1 (en) DETECTOR FOR A GRID ELECTRON MICROSCOPE
DE19620821A1 (en) Electron microscope for flaw analysis and inspecting electronic e.g. semiconductor or superconductor components
DE3638893A1 (en) POSITION SENSITIVE RADIATION DETECTOR
DE4003308C2 (en) Device for the detection of micromagnetic or microelectric fields
DE3006379C2 (en)
DE102019120858A1 (en) Battery foil tester
DE4003356C2 (en) Detection device for the three-dimensional determination of micromagnetic or microelectric fields
DE102013002400A1 (en) Imaging apparatus of e.g. MRI system, has imaging lens that images object on light entry surface of cable, and opto-electric transducer array with opto-electrical converter for signal conversion and signal coupling
DE2526110B2 (en) Device for measuring small deflections of a light beam
DE2730889C2 (en) Device for spatially resolving material analysis of a sample
DE102017112071A1 (en) Magnetic field sensor with integrated magnetic field concentrators
EP0166912B1 (en) Method for electrically testing microwirings using particle probes

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8136 Disposal/non-payment of the fee for publication/grant
8170 Reinstatement of the former position
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee