DE4443025A1 - Scanning magnetic microscopy method for imaging small thin magnetic specimen - Google Patents

Scanning magnetic microscopy method for imaging small thin magnetic specimen

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Abstract

The method involves oscillating the specimen (3) with a variable frequency and amplitude in addn. to the scanning movement relative to the sensor (1). The movement vector of the oscillation relative to that of the scanning movement can be orthogonal. The magnetic circuit can pass through the specimen, measurements being carried out by locally applied magnetic fields. The test point (4) of the sensor can be mfd. by coating a platinum wire with two layers of magnetically soft material sepd. by a layer of diamagnetic material applied electrolytically. A magnetic supply point (5) completes the magnetic circuit along with magnetic conductors (2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rastermagnetmi­ kroskopie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Ein­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a method for Rastermagnetmi microscopy according to the preamble of claim 1 and on a direction for performing this method according to the preamble of claim 8.

Der Einsatz des Rasterverfahrens hat sich in den unterschiedlich­ sten Mikroskopieverfahren bewährt und ihnen z. T. völlig neue An­ wendungsgebiete eröffnet.The use of the screening process has varied in the Most proven microscopy procedures and z. T. completely new An application areas opened.

Derzeit ist kein Verfahren bekannt, mit dem man über die magne­ tischen Eigenschaften oder Informationen einer Probe Aussagen in zufriedenstellend hoher Auflösung machen könnte.At the moment there is no known method for using the magne properties or information of a sample satisfactorily high resolution.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Rastermagnetmikroskopie anzugeben, die ermöglichen, die magne­ tische Beschaffenheit dünner Proben im µm- bzw. Sub-µm-Bereich an­ zugeben und in Bildform darzustellen.The object of the invention is a method and a device to provide scanning magnetic microscopy that allow the magne of thin samples in the µm or Sub-µm range admit and present in picture form.

Neben der Anwendung in der allgemeinen Werkstoffprüfung und Quali­ tätssicherung ist dieses Verfahren zum Einsatz im Forschungs- und Entwicklungsbereich prädestiniert, z. B. bei Magnetbubblespeichern.In addition to the application in general material testing and qualification This method is used for research and research purposes Development area predestined, e.g. B. with Magnetbubblespahrern.

Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine gattungsgemäße Ein­ richtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. This task is accomplished by a generic method with the Features of claim 1 and by a generic one direction solved with the features of claim 8.  

Demgemäß ist beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, daß die Probe zu ihrer Relativbewegung in x-y-Richtung bzw. rotierend bzw. rotierend-verschoben zusätzlich in hochfrequente Schwingungen ver­ setzt wird, die in beliebiger Richtung erfolgen können, vorzugs­ weise jedoch orthogonal zum Bewegungsvektor, d. h. in z- bzw. x- oder y-Richtung. Diese Zusatzbewegung, die der Rasterbewegung über­ lagert wird, führt zu einer virtuellen Relativgeschwindigkeit von über drei Metern/Sekunde bei einer Frequenz von 10 Kilohertz und einer Amplitude von 100 Mikrometern.Accordingly, it is essential in the method according to the invention that the Sample for their relative movement in the x-y direction or rotating or rotating-shifted additionally in high-frequency vibrations ver is set, which can be done in any direction, preferred however, is orthogonal to the motion vector, i.e. H. in z or x or y direction. This additional movement, that of the grid movement is stored, leads to a virtual relative speed of over three meters / second at a frequency of 10 kilohertz and an amplitude of 100 micrometers.

In einer Weiterführung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, den Magnetkreis durch die Probe zu schließen, wobei neben den be­ kannten Meßverfahren auch Messungen mittels eingeprägter magneti­ scher Wechselfelder veränderbarer Frequenz und Amplitude vorge­ nommen werden können. Auf diese Weise läßt sich z. B. die Koerzi­ tivfeldstärke eines Weißschen Bezirks messen oder deren Einfluß auf Wechselfelder, deren Stärke unterhalb des Remanenzpunktes liegt. Ebenso können gezielt Informationen auf die Probe geschrie­ ben werden.In a continuation of the inventive idea, it is proposed that to close the magnetic circuit through the sample, being next to the be Known measuring methods also measurements using impressed magneti alternating frequency and amplitude can be taken. In this way, z. B. the Koerzi Measure the field strength of a Weiss district or its influence on alternating fields, their strength below the remanence point lies. Information can also be shouted to the test be.

Eine Prüfspitze wird vorteilhafterweise aus einem dünnen Platin­ draht gefertigt, auf den zwei weichmagnetische Schichten z. B. aus Eisen durch eine un- oder diamagnetische Schicht, etwa aus Wismut, getrennt werden, wobei diese Schichten elektrolytisch aufgetragen werden.A test tip is advantageously made of a thin platinum wire made on the two soft magnetic layers z. B. from Iron through a non-magnetic or diamagnetic layer, such as bismuth, are separated, these layers being applied electrolytically will.

Weiterhin läßt sich eine Prüfspitze durch Ausziehen eines Drahts anfertigen, der aus in un- oder diamagnetischem Werkstoff einge­ betteten weichmagnetischen Sonden- und Abschirmdraht oder -drähten besteht.Furthermore, a test probe can be pulled out by pulling out a wire make, which is made of non-magnetic or diamagnetic material embedded soft magnetic probe and shielding wire or wires consists.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Einrichtung ist neben dem pie­ zomechanischen Schwingungserreger die Sonde, die aus einer Prüf- und Versorgungsspitze besteht. Diese Spitzen sind einzeln auswech­ selbar und über den Versorgungsbereich magnetisch miteinander ver­ bunden. Da sowohl ein Lese- als auch ein Schreibbetrieb möglich ist, kann es vorteilhaft sein, die Spule und/oder einzelne Meßspu­ len magnetisch kurzzuschließen oder zu überbrücken. Durch die mag­ netische Abschirmung der Prüfspitze und Messung des Sonden- und/o­ der Abschirmkreises läßt sich eine Auflösung etwa in Größe des Sondendrahtdurchmessers erreichen. Durch Aufteilung des Abschirm­ kreises und getrennte Messungen lassen sich dabei zusätzliche In­ formationen gewinnen. Ebenso ist eine Abstandsänderung von Prüf­ und/oder Sondenspitze und deren Auswertung denkbar.In addition to the pie, it is essential for the device according to the invention zomechanical vibration exciter the probe, which consists of a test  and supply peak exists. These tips are replaced individually selectable and magnetically ver with each other over the supply area bound. Since both a read and a write operation are possible , it may be advantageous to use the coil and / or individual measuring track len to short-circuit or bridge magnetically. By the mag net shielding of the test probe and measurement of the probe and / or the shielding circuit has a resolution of approximately the size of Reach probe wire diameter. By dividing the shield circle and separate measurements can be additional In win formations. A change in distance is also a test and / or probe tip and their evaluation possible.

Von Vorteil ist auch die Anordnung mehrerer Prüfspitzen in einer oder mehreren, vorzugsweise zueinander versetzten Reihen zu einer Lesezeile, mit einer entsprechend ausgeformten Versorgungsleiste. Das Schreiben erfolgt durch Einprägung eines magnetischen Feldes in den jeweils gewünschten Sondenkreis.The arrangement of several test probes in one is also advantageous or several, preferably staggered rows to one Reading line, with a correspondingly shaped supply bar. The writing is done by impressing a magnetic field into the desired probe circle.

Neben einer relativ hohen Scangeschwindigkeit zeichnet sich das Verfahren durch einen einfachen und robusten Aufbau aus, mit dem sich auch reproduzierbare Meßergebnisse erzielen lassen.In addition to a relatively high scanning speed, this stands out Process through a simple and robust structure, with which reproducible measurement results can also be achieved.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin­ dungsgemäße Einrichtung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläu­ tert.The method according to the invention and the invention are described below device according to the invention with reference to the drawing tert.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Sonde, Fig. 1 is a schematic representation of the probe,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Prüfspitze längs der Linie II-II in Fig. 1, und Fig. 2 shows a section through the probe along the line II-II in Fig. 1, and

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Magnetkreise. Fig. 3 is a schematic representation of the magnetic circuits.

In Fig. 1 ist eine Sonde 1 für die erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt, die aus zwei magnetischen Leitern 2 gebildet wird. Die Probe 3 wird zwischen der Prüfspitze 4 und der Versorgungs­ spitze 5, in x-y-Richtung oder kreisend bzw. kreisend verschoben bewegt. Prüfspitze 4 und Versorgungsspitze 5 können in gleichem oder verschiedenem Maße spitz zulaufend ausgeführt sein.In Fig. 1 a probe 1 is shown for the inventive device which is formed from two magnetic conductors 2. The sample 3 is moved between the test tip 4 and the supply tip 5 , in the xy direction or in a circular or circular motion. Test tip 4 and supply tip 5 can be made tapered to the same or different extent.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Prüfspitze im Querschnitt. Um den Sondendraht 7 sind Abschirmdrähte 6 angeord­ net, wobei die aus magnetisch leitendem Material bestehenden Drähte 7, 6 in diamagnetisches Wismut 8 eingebettet sind. Fig. 2 shows a possible embodiment of a test probe in cross section. To the probe wire 7 shield wires 6 are angeord net, wherein the group consisting of magnetically conductive material wires 7 are embedded in diamagnetic bismuth 8. 6

Fig. 3 stellt den Verlauf der einzelnen Magnetkreise dar, die von der Spule 19 ausgehen. Der Kalibrierkreis 11 dient zur Kalibrie­ rung der Einrichtung, die zur Erhöhung der Meßgenauigkeit auch während des Betriebs erfolgen kann, wobei die Werte der Meßspule 9 als Bezugsgröße verwendet werden. An den Arbeitskreis 12 wird mit­ tels Schrauben 18 der Versorgungskreis 13 bzw. durch Kontaktfedern 17 der Abschirm- 15 und Sondenkreis 16 angeschlossen. Der Proben­ tisch 14 mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen befindet sich zwischen der an den Versorgungskreis 13 angeschlossenen Versor­ gungsspitze 5 und der Prüfspitze 4, in der der Abschirm- 15 und Sondenkreis 16 verläuft. Die Auflösung kann durch die Auswechslung der Spitzen 4, 5, durch Wahl des Spitzendurchmesser und Abstand der Spitzen 4, 5 zueinander geändert werden. Die Meßspulen 9 im Versorgungs- 13 und Abschirmkreis 15 liefern z. B. durch Differenz­ bildung den Meßwert, evtl. mit Einbeziehung des Meßwertes der Meß­ spule 9 des Kalibierkreises 11 als Referenzgröße. Fig. 3 shows the course of the individual magnetic circuits that emanate from the coil 19 . The calibration circuit 11 is used for calibrating the device, which can also be used to increase the measuring accuracy during operation, the values of the measuring coil 9 being used as a reference variable. 18, the supply circuit 13 or by contact springs 17 of the shielding 15 and probe circuit 16 is connected by means of screws to the working circuit 12th The sample table 14 with appropriate drive devices is located between the supply tip 5 connected to the supply circuit 13 and the test tip 4 , in which the shielding 15 and probe circuit 16 runs. The resolution can be changed by changing the tips 4 , 5 , by selecting the tip diameter and the spacing of the tips 4 , 5 from one another. The measuring coils 9 in the supply 13 and shielding circuit 15 deliver z. B. by difference forming the measured value, possibly including the measured value of the measuring coil 9 of the calibration circuit 11 as a reference variable.

BezugszeichenlisteReference list

1 Sonde
2 magnetischer Leiter
3 Probe
4 Prüfspitze
5 Versorgungsspitze
6 Abschirmdraht
7 Sondendraht
8 Wismut
9 Meßspule
11 Kalibrierkreis
12 Arbeitskreis
13 Versorgungskreis
14 Probentisch
15 Abschirmkreis
16 Sondenkreis
17 Kontaktfedern
18 Schrauben
19 Spule 1 probe
2 magnetic conductors
3 sample
4 test probe
5 supply peak
6 shielding wire
7 probe wire
8 bismuth
9 measuring coil
11 calibration circuit
12 working group
13 supply circuit
14 sample table
15 shielding circuit
16 probe circuit
17 contact springs
18 screws
19 coil

Claims (10)

1. Verfahren zur Rastermagnetmikroskopie, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe zusätzlich zu der durch die Rasterung erfolgenden Relativbewegung zur Sonde in eine Schwingung veränderbarer Ampli­ tude und Frequenz versetzt wird.1. A method for scanning magnetic microscopy, characterized in that the sample is set in addition to the relative movement to the probe caused by the scanning in an oscillation of variable amplitude and frequency. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsvektor der Schwingung zum Vektor der Rasterbewe­ gung vorzugsweise orthogonal ist.2. The method according to claim 1, characterized, that the motion vector of the vibration to the vector of the raster movement supply is preferably orthogonal. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis durch die Probe verläuft.3. The method according to claim 1 and 2, characterized, that the magnetic circuit runs through the sample. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung mittels lokal eingeprägter Magnetfelder erfolgt.4. The method according to claim 1 to 3, characterized, that the measurement is carried out by means of locally impressed magnetic fields. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Schreiben von Informationen verwendet wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized, that it is used to write information. 6. Verfahren zur Herstellung einer Sondenspitze, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Platindraht zwei Schichten aus vorzugsweise weichma­ gnetischem Material, die durch eine Schicht aus diamagnetischem Werkstoff voneinander getrennt werden, vorzugsweise elektrolytisch aufgebracht werden.6. Process for the production of a probe tip,  characterized, that on a platinum wire two layers of preferably soft material genetic material through a layer of diamagnetic Material are separated from each other, preferably electrolytically be applied. 7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß ein Sondendraht und ihn umschließende Abschirmdrähte aus vor­ zugsweise weichmagnetischem Material in einen diamagnetischen Werkstoff eingebettet werden und durch Ziehen eine Durchmesserver­ ringerung erfolgt.7. The method according to claim 6 characterized, that a probe wire and shielding wires surrounding it from in front preferably soft magnetic material in a diamagnetic Material are embedded and by pulling a diameter ver wrestling. 8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe mittels piezomechanischer Anregung in Schwingungen versetzt werden kann.8. Device for performing the method according to claim 1, characterized, that the sample vibrates using piezomechanical excitation can be moved. 9. Einrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde aus je einer auswechselbaren Prüf- und Versorgungs­ spitze besteht, die Prüfspitze mindestens zwei getrennte Magnet­ kreise enthält, die Spule zur Einprägung von Feldern einen zweiten Magnetkreis zur Kalibrierung speist, an oder in allen relevanten Magnetkreisen Sensoren zur Messung des magnetischen Flusses bzw. der magnetischen Feldstärke angebracht sind und daß die Sonden­ spitzen in der Höhe verstellbar sind. 9. Device according to claim 8. characterized, that the probe consists of an interchangeable test and supply tip, the test tip has at least two separate magnets contains circles, the coil for embossing fields a second Magnetic circuit for calibration feeds on or in all relevant Magnetic circuits sensors for measuring the magnetic flux or the magnetic field strength are attached and that the probes are adjustable in height.   10. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung von Prüfspitzen in einer oder mehreren, zueinander versetzten Reihen eine Lese- und/oder Schreibzeile auf­ gebaut wird.10. Device according to claim 8 and 9, characterized, that by arranging test probes in one or more, rows offset from one another a reading and / or writing line is built.
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