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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektronenmikroskop.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Im
Stand der Technik wurde in einem Transmissionselektronenmikroskop
eine Probe betrachtet, indem ein Elektronenstrahl auf die Probe
gerichtet wurde, so dass der Strahl durch die Probe hindurchtrat,
um ein Probenabbild zu erzeugen, sowie durch Vergrößern des
Probenabbildes mittels einer magnetischen Linse und Projizieren
des Abbildes auf einen Bildschirm. Eine Technik zum Einsetzen eines
Biprismas in ein solches herkömmliches
Transmissionselektronenmikroskop ist bekannt, wie z. B. in der Patentreferenz
1 beschrieben ist. Das Biprisma erzeugt Interferenzstreifen (Hologramm)
mittels Interferenz zwischen dem durch ein Vakuum geleiteten Elektronenstrahl
und dem durch die Probe geleiteten Strahl. Es werden vom Hologramm
Informationen über
Variationen in der Phase des Strahls aufgenommen. Es werden Informationen über die
Dickeverteilung über der
Probe, das elektrische Feld oder das magnetische Feld erhalten.
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Ferner
ist eine Technik bekannt (siehe z. B. Patentreferenz 2), die eine
Einrichtung zum Beseitigen einer Kontamination aus dem Draht, der
ein solches Biprisma bildet, verwendet.
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In
einer weiteren bekannten Technik ist ein Magnetfeldbeaufschlagungsmittel
zwischen den Polstücken
der Objektivlinse eines Elektronenmikroskops installiert. Ein Gleichstrom,
der von einer Magnetfeldbeaufschlagungs-Stromversorgung erzeugt wird, oder ein
Wechselstrom mit beliebiger Phase, Periode oder Amplitude wird an
das Magnetfeldbeaufschlagungsmittel angelegt, mit einem beliebigen Synchronisierungssignal,
um Informationen über
die Magnetdomänenstruktur
zu erhalten, während
ein Elektronenmikroskopabbild eines magnetischen Materials betrachtet
wird, das mit einem Magnetfeld beaufschlagt ist (siehe z. B. Patentreferenz
3).
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Im
Elektronenmikroskop des Standes der Technik wird ein magnetisches
Material mit einem externen Magnetfeld beaufschlagt, um Variationen
im Magnetfeld im Inneren und nahe der Probe hervorzurufen. Die hervorgerufenen
Variationen werden durch Beaufschlagen eines Magnetfeldes beobachtet.
Die folgenden Verfahren stehen zur Verfügung, um dieses Magnetfeld
zu beaufschlagen.
- 1. Das von der Objektivlinse
des Elektronenmikroskops erzeugte Magnetfeld wird als das Magnetfeld
verwendet, mit dem die Probe beaufschlagt wird.
- 2. Eine Spule, die nur für
die Beaufschlagung des Magnetfeldes verwendet wird, ist entweder
in der Probenkammer des Mikroskops oder in einem Probenhalter montiert.
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8 zeigt
das Verfahren des Standes der Technik zur Beaufschlagung einer Probe
mit einem Magnetfeld. Die Probe, mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet,
ist aus einem magnetischen Material gefertigt und wird von einem
Probenhalter 2 gehalten. Eine Erregungsspule 3 wird
verwendet, um die Probe 1 mit einem Magnetfeld zu beaufschlagen.
Mit e ist ein Elektronenstrahl bezeichnet. Der aus den N-Pol der Erregungsspule 3 austretende
magnetische Fluss tritt auf der S-Pol-Seite in die Erregungsspule 3 ein. Hierbei
dringt der magnetische Fluss 4, der von der Erregungsspule 3 zum
Erzeugen eines Magnetfeldes erzeugt wird, durch die Probe 1 aus
magnetischem Material, wodurch die Probe 1 mit einem Magnetfeld beaufschlagt
wird. Der Strahl e wird auf die Probe 1 gerichtet.
- Patentreferenz
1
Japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2002-117800
(Seiten 3 und 4; 1)
- Patentreferenz 2
Japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. H9-80199
(Seiten 2,
3 und 4; 2)
- Patentreferenz 3
Japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. H8-96737
(Seiten 2 und
3; 1)
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In
dem obenbeschriebenen Verfahren des Standes der Technik wird die
Probe aus dem magnetischen Material mit dem von der Erregungsspule
erzeugten Magnetfeld beaufschlagt. Mit diesem Verfahren wird die
gesamte Probe mit im Wesentlichen einem gleichmäßigen Magnetfeld beaufschlagt. Wenn
jedoch das beaufschlagte Magnetfeld stark ist (z. B. mehr als 100
Gauß),
wird der einfallende Elektronenstrahl durch das Magnetfeld in einem
großen Ausmaß abgelenkt,
da das gleichmäßige Magnetfeld auf
diese Weise über
einen weiten Bereich und über die
gesamte Probe beaufschlagt wird. Das heißt, mit dem obenbeschriebenen
Verfahren des Standes der Technik kann eine Probe aus magnetischem
Material nicht mit einem starken Magnetfeld beaufschlagt werden.
Folglich kann eine Abbildung unter Umgebungen solcher starker Magnetfelder
nicht durchgeführt
werden. Es wäre
daher wünschenswert,
ein Elektronenmikroskop zu schaffen, das zur Abbildung unter Umgebungen
mit solchen starken Magnetfeldern fähig ist.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Hinsichtlich
des vorangehenden Problems wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Die Erfindung schafft ein Elektronenmikroskop, das mit einer magnetischen
Mikromesssonde ausgestattet ist, die eine hohe magnetische Flussdichte
pro Einheitsfläche
erzeugen kann und einen lokalen Bereich auf einer Probe aus magnetischem
Material mit einem starken Magnetfeld beaufschlagen kann, so dass
ein auf die Probe auftreffender Elektronenstrahl kaum abgelenkt
wird.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Elektronenmikroskop geschaffen, das mit einer magnetischen Mikromesssonde
ausgestattet ist, wobei das Mikroskop ein Abbild einer aus magnetischem
Material gefertigten Probe auf der Grundlage eines Elektronenstrahls,
der durch die Probe geleitet wird, erzeugt, wobei das Mikroskop
umfasst: einen Halter zum Halten der aus magnetischem Material gefertigten
Probe; eine magnetische Mikromesssonde, die aus einem magnetischen
Material gefertigt ist und eine nadelartige Spitze aufweist; und
einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Mikromesssonde in Richtung
zur Probe und von dieser weg.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Elektronenmikroskop geschaffen, das dafür ausgelegt ist, ein Abbild
einer aus magnetischem Material gefertigten Probe entsprechend einem
durch die Probe geleiteten Elektronenstrahl zu erzeugen. Das Mikroskop weist
einen Halter zum Halten der Probe, eine magnetische Mikromesssonde
mit einer nadelartigen Spitze, die aus einem magnetischen Material
gefertigt ist, und einen Bewegungsmechanismus auf, der die Mikromesssonde
in Richtung zur Probe und von dieser weg bewegen kann.
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Ein
beliebiger Teil des Bereiches auf der Probe aus magnetischem Material
kann somit magnetisiert werden. Der auf die Probe auftreffende Elektronenstrahl
wird durch das beaufschlagte Magnetfeld wenig abgelenkt. Es können Bilddaten über den
Teil des Bereiches erhalten werden.
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Das
Elektronenmikroskop ist vorzugsweise mit einem Biprisma ausgestattet,
um eine Interferenz zwischen dem durch eine aus magnetischem Material
gefertigte Probe geleiteten Elektronenstrahl und einem durch ein
Vakuum geleiteten Elektronenstrahl zu erzeugen. Es werden Daten über ein
Abbild, das von dem durch das Biprisma geleiteten Elektronenstrahl erzeugt
wird, aufgefangen (empfangen) und einer vorgegebenen Bildverarbeitung
unterworfen. Somit wird ein holographisches Abbild der Probe erhalten.
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Ein
holographisches Abbild der Probe eines magnetischen Materials kann
erhalten werden durch Ausführen
einer vorgegebenen Berechnungsverarbeitung, wie z. B. einer Fourier-Transformation,
mit dem aufgenommenen Abbild. Folglich können Eigenschaften des magnetischen
Materials analysiert werden.
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Vorteilhaft
ist das elektronische Mikroskop ferner dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel vorgesehen sind zum Verarbeiten des Abbildes der Probe, um
ein Lorentz-Abbild zu erhalten. Es kann somit ein Lorentz-Abbild
erhalten werden.
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Die
magnetische Mikromesssonde verwendet vorzugsweise einen Permanentmagneten.
Der Permanentmagnet kann als magnetische Mikromesssonde verwendet
werden. Folglich kann der Aufbau der magnetischen Mikromesssonde
einfacher gestaltet werden.
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Die
magnetische Mikromesssonde ist vorteilhaft mit einer Einrichtung
ausgestattet, die einen Elektromagneten verwendet, um die Stärke des
erzeugten Magnetfeldes zu variieren.
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Die
Stärke
des Magnetfeldes kann eingestellt werden, indem ein Elektromagnet
als magnetische Mikromesssonde verwendet wird.
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Der
Bewegungsmechanismus zum Variieren der Stärke verwendet als Antriebsquelle
einen Elektromotor oder eine piezoelektrische Vorrichtung. Die Mikromesssonde
kann somit unter Verwendung des Motors oder der piezoelektrischen
Vorrichtung bewegt werden.
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Die
aus einem magnetischen Material gefertigte Probe wird vorzugsweise
auf einem Antriebsmechanismus zum Antreiben der Probe in X-, Y-
und Z-Richtung getragen.
Die magnetische Mikromesssonde wird vorzugsweise auf einem Antriebsmechanismus
zum Antreiben der Mikromesssonde in X-, Y- und Z-Richtung getragen. Die Probe
aus dem magnetischen Material und die magnetische Mikromesssonde
können
in X-, Y- und Z-Richtung unabhängig voneinander
angetrieben werden. Die Positionen der Probe und der Mikromesssonde
können
somit präzise
variiert werden.
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Andere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung derselben
offensichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel einer Struktur einer Mikromesssonde
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel des Aufbaus eines Elektronenmikroskops
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3 zeigt
Abbilder, die durch eine Verarbeitung erhalten werden, die gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
wird;
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4 zeigt
Abbilder, die durch eine andere Verarbeitung erhalten werden, die
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
wird;
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5 ist
eine Tabelle, die Eigenschaften einer aus einem magnetischen Material
gefertigten Probe zeigt;
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6 zeigt
eine Art und Weise, wie eine aus einem magnetischen Material gefertigte
Probe magnetisiert wird, sowie holographische Abbilder;
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7 ist
ein Diagramm, das eine einen Elektromagneten verwendende, magnetisierte
Mikromesssonde zeigt, wobei die Mikromesssonde entsprechend einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
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8 ist
ein Diagramm, dass das Verfahren des Standes der Technik zum Beaufschlagen
einer Probe mit einem Magnetfeld zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
ein Beispiel des Aufbaus einer Mikromesssonde gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diese Mikromesssonde weist einen Probenhalter 12 auf. 1 ist
eine Draufsicht von oberhalb des Halters. Eine Probe 11, die
aus einem magnetischen Material gefertigt ist, wird vom Halter 12 gehalten.
Eine magnetische Mikromesssonde 13 (die im Folgenden als
Messsonde bezeichnet sein kann) ist aus einem magnetischen Material
gefertigt und weist eine nadelartige Spitze auf. In dieser Ausführungsform
ist die Messsonde 13 aus einem Permanentmagneten gefertigt.
Der Durchmesser der Spitze der Messsonde 13 beträgt etwa
1 μm. Jede
Technik zum Reduzieren des Durchmessers der Spitze der Messsonde 13 bis
auf etwa 1 μm bringt
große
Schwierigkeiten mit sich, jedoch haben wir eine Technik zur Herstellung
einer solchen Messsonde entwickelt. Die Messsonde 13 wird
von einem Messsondenhalteabschnitt 15 gehalten, der seinerseits
an einer Probenbühne 14 gehalten
wird, die sich in der durch Pfeile gezeigten Richtung bewegen kann.
Das heißt,
die Bühne 14 kann
sich in Richtung zur Probe und von dieser weg bewegen. Die Funktion der
auf diese Weise konstruierten Mikromesssonde wird im Folgenden beschrieben.
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Die
aus einem magnetischen Material gefertigte Probe 11 wird
vom Probenhalter 12 gehalten, wie vorher beschrieben worden
ist. Die Messsonde 13 wird zu einem Anschlag in einer beliebigen
Position auf der Probe 11 bewegt. Da die Spitze der Mikromesssonde 13 spitz
ist, ist die magnetische Flussdichte sehr hoch. Der Abschnitt der
Probe 11, über dem
sich die Messsonde 13 befindet, wird magnetisiert, indem
die Messsonde 13 mit einer solchen magnetischen Flussdichte
in eine beliebige Position über
der Probe 11 gebracht wird. Zum Antreiben der Messsonde 13 wird
ein elektrisch betätigter
Antriebsmechanismus (wie z. B. ein Schrittmotor oder eine piezoelektrische
Vorrichtung) verwendet. Die Antriebskraft des Antriebsmechanismus
kann von außen
gesteuert werden.
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Die
dargestellte Einrichtung ist vollständig in die Probenkammer eines
(nicht gezeigten) Elektronenmikroskops eingesetzt. Die Probe 11 aus
dem magnetischen Material und die Messsonde 13 werden gleichzeitig
als Elektronenmikroskopabbilder beobachtet. Wenn zu diesem Zeitpunkt
die Lorentz-Mikroskopie
verwendet wird, werden Magnetdomänen und
Domänenwände der
Probe 11 und der Messsonde 13 beobachtet. Ferner
kann die Verteilung des magnetischen Flusses auf seinem rekonstruierten Abbild
beobachtet werden, wenn die Elektronenholographie verwendet wird.
Während
die Probe 11 und die Messsonde 13 mit dem Elektronenmikroskop
beobachtet werden, wird die Einrichtung zum Antreiben der Messsonde 13 von
außer halb
des Mikroskops gesteuert, um die Messsonde in Richtung zur Probe 11 oder
von dieser weg zu bewegen.
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Auf
diese Weise kann gemäß dieser
Ausführungsform
ein beliebiger Teil der Probe 11 aus magnetischem Material
magnetisiert werden, wobei Bilddaten über diesen Teil erhalten werden
können.
Ferner kann der Aufbau der Messsonde vereinfacht werden, indem ein
Permanentmagnet als Messsonde verwendet wird.
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In
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Probenbühne 14 angetrieben werden,
um die Messsonde 13 in Richtung zur Probe 11 aus
magnetischem Material oder von dieser weg zu bewegen, wie vorher
beschrieben worden ist. Ein Schrittmotor oder eine piezoelektrische
Vorrichtung werden als Einrichtung zum Antreiben der Bühne 14 verwendet.
In diesem Fall kann die Bewegung der Messsonde 13 leicht
von außerhalb
gesteuert werden.
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2 zeigt
ein Beispiel der Konfiguration eines Elektronenmikroskops gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Dieses Mikroskop umfasst ein Transmissionselektronenmikroskop und
wird betrieben, um ein Hologramm anzuzeigen. Ähnliche Komponenten sind in
beiden 1 und 2 mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
Eine Feldemissionskanone 21 emittiert einen Elektronenstrahl
auf eine aus einem magnetischen Material gefertigte Probe 11.
Die magnetische Mikromesssonde 13, wie in 1 gezeigt
ist, kann nahe an die Probe 11 herangebracht werden. Als
Ergebnis wird ein Teil der Fläche
auf der Probe 11 durch die Messsonde 13 magnetisiert.
Die auf diese Weise magnetisierte Probe 11 wird mit dem
Elektronenstrahl bestrahlt.
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Ein
Transmissionsabbild, das mittels des Elektronenstrahls erzeugt wird,
wird von der Objektivlinse fokussiert und tritt anschließend in
ein Biprisma 22 ein. Das Biprisma 22 erzeugt eine
Interferenz zwischen einem Elektronenstrahl (Referenzwelle), der
durch ein Vakuum geleitet wird, und einem Elektronenstrahl (Objektwelle)
der durch die Probe geleitet wird, wodurch Interferenzstreifen gebildet
werden. Das Biprisma 22 enthält einen leitenden Draht 22a, einschließlich einer
Einrichtung, die entweder das Anlegen eines elektrischen Feldes
oder eine Erdung erlaubt. Erdungselektroden 22b und 22c sind
parallel zu dem leitenden Draht 22a und auf gegenüberliegenden
Seiten des Drahtes 22a angeordnet. Die Erdungselektroden 22b und 22c dienen
zur Zuschneidung des über
dem leitenden Draht 22a erzeugten elektrischen Feldes.
Die Funktion des auf diese Weise aufgebauten Gerätes wird im Folgenden beschrieben.
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In
dem in 2 gezeigten Gerät wird ein Abbildungsprozess
auf der Grundlage der digitalen Berechnungsanalyse der Elektronenholographie
erhalten. Die Analyse beruht auf der Elektronenholographie und umfasst
zwei Abbildungsschritte, einschließlich eines ersten Schritts,
der die Erzeugung eines Hologramms unter Verwendung des Biprismas 22 umfasst.
Eine Objektwelle (TEM-Abbild der Probe), die durch Hindurchtreten
eines Transmissionselektronenstrahls durch die Probe 11 aus
magnetischem Material erhalten wird, überlagert mit einer Referenzwelle,
die durch ein Vakuum läuft,
was zu einem Hologramm führt.
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In
einem zweiten Schritt wird eine Phasenverschiebung der Elektronenwellen
(Elektronenholographie) aus dem Hologramm mittels Fourier-Transformation
extrahiert, wobei somit ein Phaserekonstruiertes Abbild (holographisches
Abbild) erhalten wird.
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Der
von der Elektronenkanone 21 abgestrahlte Elektronenstrahl
wird mittels des Kondensorlinsensystems beschleunigt und fokussiert.
Der Transmissionselektronenstrahl, der durch die Probe geleitet
worden ist, wird auf einer Hälfte
der Objektebene in Stellung gebracht, die mittels eines kollimierten
Elektronenstrahls angezeigt wird. Wenn ein elektrisches Feld an
den leitenden Draht 22a angelegt wird, erzeugt der durch
das Biprisma 22 laufende Elektronenstrahl ein Elektronenhologramm 23 mit Referenzstreifen 24.
Dieses Elektronenhologramm wird mittels einer photoelektrischen
Vorrichtung in ein elektrisches Signal gewandelt und anschließend mittels
eines (nicht gezeigten) A/D-Wandlers in digitale Daten gewandelt.
Die digitalen Daten oder Bilddaten werden in einen Personalcomputer 26 eingegeben. Im
Computer 26 werden die eingegebenen Bilddaten in einer
vorgegebenen Weise verarbeitet, z. B. Fourier-transformiert. Es
wird ein phasenrekonstruiertes Abbild 25 (holographisches
Abbild) des Teils der Fläche
auf der magnetisierten Probe 11 erhalten. Es können Eigenschaften
der Probe 11 untersucht werden, indem das holographische
Abbild 25 betrachtet wird.
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In 2 ist
die rechte Hälfte
des rekonstruierten Abbildes 25 ein holographisches Abbild,
während
die linke Hälfte
ein durch das Magnetfeld nicht beeinflusstes Abbild ist. Es wird
deutlich, dass magnetische Kraftlinien vom holographischen Abbild
ausstrahlen.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
kann ein holographisches Abbild der Probe aus einem magnetischen
Material erhalten werden, indem eine vorgegebene Verarbeitung (wie
z. B. eine Fourier-Transformation) auf das aufgenommene Abbild angewendet wird.
Es können
Eigenschaften der Probe analysiert werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Probenhalter verwendet. Eine
scharfe Spitze, die aus einem Material Nd2Fe14B gefertigt ist, wird unter Verwendung
eines Schrittmotors oder eine piezoelektrischen Vorrichtung angetrieben
und nahe an eine Probe aus magnetischem Material herangebracht.
Das hartmagnetische Material wird magnetisiert. Hierbei wird angenommen, dass
das von der Messsondenspitze erzeugte Magnetfeld innerhalb der begrenzten
Breite des Feldes auf dem Anzeigebildschirm nahezu konstant ist.
Sie beträgt
näherungsweise
460 nm, wenn die Lorentz-Objektivlinse erregt ist. Dies ist für die Analyse unter
Verwendung der Elektronenholographie ausreichend.
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Wenn
jedoch die Lorentz-Objektivlinse nicht erregt ist, wird ein relativ
breiter Bereich beobachtet. Variationen der Referenzwelle, die durch
Variationen des Magnetfeldes hervorgerufen werden, haben eine wichtige
Bedeutung. 3 zeigt Beispiele von Bildern,
die durch Verarbeitung mittels eines Verfahrens gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erhalten werden. In 3 zeigen
(a)–(c)
Lorentz-Mikroskop-Abbilder, die Beispiele von Halbtonphotographien
des Hauptfensters sind, das auf einem Anzeigebildschirm gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung angezeigt wird. (d) bis (f) zeigen rekonstruierte
Abbilder (holographische Abbilder) einer Probe aus dem magnetischen
Material Nd2Fe14B. Die
weißen
und schwarzen Streifen, die in (a) bis (c) gezeigt sind, zeigen
magnetische Domänen wände der
Probe 11 aus magnetischem Material. Der Abstand zwischen
der Messsonde und der Probe ist am rechten Ende jeder Abbildung
gezeigt.
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Im
Folgenden wird ein Lorentz-Mikroskop beschrieben. Im Folgenden wird
ein Fall diskutiert, in welchem eine magnetisierte Probe aus magnetischem
Material mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird. Es kann angenommen
werden, dass die magnetisierte Probe eine Ansammlung winziger Magneten
ist, die jeweils N- und S-Pole umfassen. Zwischen diesen Magneten
fließt
der magnetische Fluss vom N-Pol zum S-Pol. Ein Elektronenstrahl
wird durch das Magnetfeld beeinflusst und abgelenkt. Der Raum wird
in erste Raumteile, gegen die der durch die Magneten geleitete Strahl
stößt, und
zweite Raumteile, wo kein Elektronenstrahl vorhanden ist, unterteilt.
In den ersten Raumteilen ist das Bild heller. In den zweiten Raumteilen
ist das Bild dunkler. Da die Magnetdomänenwände diese helleren und dunkleren
Abschnitte des Bildes erzeugen, kann die Lorentz-Mikroskopie Magnetdomänenwände eines
magnetischen Materials aufdecken. Gemäß dieser Ausführungsform
wird das Biprisma von der optischen Achse zurückgezogen, wenn ein Lorentz-Abbild
erhalten wird. Ein Abbild, das mittels des durch die Probe geleiteten
Strahls erzeugt wird, wird verarbeitet, um somit ein Lorentz-Abbild
zu erzeugen.
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(d)
bis (f) zeigen Phasenbilder (holographische Abbilder), die in Fällen rekonstruiert
worden sind, in denen die magnetische Substanz Nd2Fe14B verwendet wurde. Diese Phasenbilder von
(d) bis (f) sind holographische Abbilder, die mittels eines Verfahrens
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung erzeugt worden sind. In den Figuren ist die Richtung des
Flusses des magnetischen Flusses durch die Pfeile gezeigt. Jede
numerische Wert in Figuren zeigt den Abstand zwischen der Probe 11 aus
magnetischem Material und der Messsonde 13. Eigenschaften
der Probe können
untersucht werden, indem diese Abbilder erhalten werden. Die rekonstruierten Phasenabbilder
zeigen, dass die Phasen der magnetischen Wände (mittels weißer und
schwarzer Punkte gezeigt) durch das von der Messsonde 13 erzeugte Magnetfeld
verschoben worden sind. An diesen Stellen ist der Abstand zwischen
der Messsonde 13 und der Probe 11 weiter reduziert.
Dies wird in der Weise interpretiert, dass das erzeugte Magnetfeld
die Magnetdomänenwände senkrecht
verschiebt. Aus den Figuren ist ferner zu erkennen, dass die magnetisierten
Domänen
in einer Richtung parallel zur Messsonde gewachsen sind. Andererseits
sind magnetisierte Domänen
in antiparalleler Richtung fortschreitend geschrumpft.
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4 zeigt
ein Ergebnis eines Experiments, das mit dem mikroskopischen Material
Nd4,5Fe77B18,5 durchgeführt wurde, das bei 938 k angelassen
wurde. Es wurden Experimente mit der Probe aus dem magnetischen
Material durchgeführt,
um dessen magnetische Eigenschaften zu erhalten, wie in der Tabelle
in 5 gezeigt ist. 4 zeigt
ein holographisches Abbild, das von Nd4,5Fe77B18,5 erhalten
worden ist, das ein mikroskopischer Kunststoff nach Anlassen desselben
bei 983 K ist. Der Abstand zwischen der Messsonde und der Probe
des magnetischen Materials ist in der Figur gezeigt. Der fettgedruckte Pfeil
zeigt die Richtung, in der sich die Messsonde der Probe nähert.
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Da
der Abstand zwischen der Messsonde und der Probe aus dem magnetischen
Material klein ist, variiert die magnetische Flussverteilung im
rekonstruierten Phasenbild leicht. Die Dichte der Linien des magnetischen
Flusses wird nahe der Probenkante und dem Zentralabschnitt des Bildes
geringer festgestellt. Dies kann das Ergebnis einer Strahlungsbeschädigung aufgrund
eines Ionenfräsens
sein.
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Die
Richtung des magnetischen Flusses hat jedoch die Eigenschaft, dass,
wenn sich die Messsonde der Probe nähert, die Richtung des magnetischen
Flusses parallel zum Magnetfeld wird, wie im unteren Teil der 4(a) gezeigt ist.
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Die
gespitzte Messsonde erzeugt ein Magnetfeld um die Probe 11 aus
magnetischen Material. Das Magnetfeld ist noch nicht genau vermessen,
jedoch werden von der aus Nd2Fe14B
gefertigten Messsonde die Magnetdomänenwände und der magnetische Fluss
erzeugt. Eine Messung hat gezeigt, dass die Messsonde in Reaktion
auf das im Randbereich des magnetischen Flusses erzeugte Magnetfeld,
zugehörig
zu Nd2Fe14B, bewegt
werden kann. Diese Bewegung wird von einem Schrittmotor oder einer
piezoelektrischen Vorrichtung gesteuert. Es scheint, dass ein Probenhalter
mit einer gespitzten Messsonde und eine piezoelektrische Vorrichtung
den Magnetisierungsprozess eines hartmagnetischen Materials verdeutlichen.
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Um
den Magnetisierungsprozess eines hartmagnetischen Materials zu beobachten,
wurde eine Messsonde hergestellt, die eine angespitzte Spitze aufwies
und aus einem Permanentmagneten eines magnetischen Materials Nd2Fe14B gefertigt
wurde und ein starkes Magnetfeld erzeugt. Wie in 6(a) gezeigt
ist, wurde die Messsonde in den mittels eines Schrittmotors oder
einer piezoelektrischen Vorrichtung angetriebenen Probenhalter eingesetzt.
Ein erhaltenes Hologramm wurde mittels Computerverarbeitung zu einem
Phasenabbild rekonstruiert, was zu holographischen Abbildern führte, wie
in (b) und (c) gezeigt ist. (b) und (c) zeigen holographische Abbilder
der Probe aus dem magnetischen Material. (b) zeigt die Eigenschaften
der Messsonde in einem Fall, in dem sie entfernt von der Probenoberfläche des magnetischen
Materials angeordnet ist. (c) zeigt die Eigenschaften der Messsonde
in einem Fall, in dem sie nahe an der Probenoberfläche angeordnet
ist. Die Richtung, in der sich die Messsonde nähert, ist durch den Pfeil im
oberen Bereich von (b) gezeigt. Die Pfeile, die innerhalb (b) und
(c) gezeigt sind, zeigen die Richtungen des magnetischen Flusses.
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Der
innere und der äußere magnetische Fluss
innerhalb der Probe aus magnetischen Material veränderte sich
fortschreitend, als sich der S-Pol der Messsonde der Probenoberfläche näherte. Dies zeigt,
dass eine Verdeutlichung des Magnetisierungsprozesses unter Verwendung
eines hartmagnetischen Materials mittels Elektronenholographie sehr vorteilhaft
ist. Das von der Messsonde erzeugte starke Magnetfeld ist jedoch
auf eine begrenzte Fläche
in der Probe beschränkt.
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In
der obenbeschriebenen Ausführungsform wird
die Messsonde mittels der Probenbühne bewegt, die die Messsonde
in Richtung zu einer Probe aus magnetischem Material bewegen kann.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieser Ausführungsform beschränkt. Zum
Beispiel kann die Probenbühne,
auf der eine Probe aus magnetischem Material gehalten wird, auf
einer Einrichtung getragen werden, die sich in X-, Y- und Z-Richtung
bewegen kann. Ferner kann die Messsonde auf einer Einrichtung getragen
werden, die sich in X-, Y- und Z-Richtung bewegen kann. Als Ergebnis
können
die Positionen der Probe und der Messsonde präzise verändert werden, indem diese unabhängig in
X-, Y- und Z-Richtung angetrieben werden.
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7 zeigt
ein weiteres Beispiel der Konfiguration einer magnetischen Mikromesssonde
unter Verwendung eines Elektromagneten. Ein Stab 30 ist aus
einem magnetischen Material gefertigt. Eine Erregungsspule 31 ist
um den Stab 30 gewickelt. Eine Messsonde 32 ist
an einem Ende des Stabes 30 montiert. Eine Gleichspannungsquelle
ist mit E bezeichnet. Ein veränderlicher
Widerstand VR ist mit einem Ende der Erregungsspule 31 verbunden.
Der Stab 30 aus magnetischem Material und die Erregungsspule 31 (Solenoidspule)
bilden gemeinsam ein Solenoid (Elektromagnet). Ein Ende der Gleichspannungsquelle
E ist mit der Erregungsspule 31 verbunden, während das
andere Ende mit dem veränderlichen
Widerstand VR verbunden ist. Das heißt, die Gleichspannung E wird
an die Serienschaltung bestehend aus Erregungsspule 31 und
dem veränderlichen
Widerstand VR angelegt. Die gezeigte Messsonde 32 kann
in der durch den Pfeil gezeigten Richtung zusammen mit dem Solenoid
bewegt werden. Die Funktion der auf diese Weise konstruierten Messsonde
wird im Folgenden beschrieben.
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Wenn
die Gleichspannung E an die in 7 gezeigte
Schaltung angelegt wird, fließt
ein elektrischer Strom durch die Solenoidspule 31. Der
Stab aus dem magnetischen Material wirkt wie gezeigt wie ein Elektromagnet.
Als Ergebnis wird an der Spitze der Messsonde 32 ein sehr
starkes Magnetfeld erzeugt. Dementsprechend kann ein Teil der Fläche auf der
Probe magnetisiert werden, indem die Messsonde 32 näher an die
Probe gebracht wird. Gemäß dieser
Ausführungsform
ist der veränderliche
Widerstand VR montiert, so dass die Stärke der Erregung, d. h. die
Stärke
des Magnetfeldes, variiert werden kann, indem der Widerstandswert
des veränderlichen
Widerstands variiert wird.
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Die
in 7 gezeigte Messsonde weist einen komplizierteren
Aufbau auf als die in 1 gezeigte Messsonde, weist
jedoch das Merkmal auf, dass die Stärke des Magnetfeldes variiert
werden kann. Auf diese Weise kann gemäß dieser Ausführungsform
die Stärke
des Magnetfeldes unter Verwendung eines Elektromagneten als magnetische Mikromesssonde
eingestellt werden.
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Wie
bisher genauer beschrieben worden ist, wird gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Messsonde, die aus einem magneti schen
Material gefertigt ist und eine Spitze mit einer Abmessung von 1 μm aufweist,
in einen Probenhalter eines Elektronenmikroskops eingesetzt. Der
Abstand zwischen einer Probe aus magnetischem Material und der Messsonde
wird variabel gemacht. Somit kann ein starkes Magnetfeld in einem
lokalen Bereich auf der Probe erzeugt werden. Gleichzeitig kann
die Stärke
des Feldes variiert werden. Es können
die magnetischen Eigenschaften und die dynamischen Veränderungen
der Probe beobachtet werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf den Gebieten der Elektronenmikroskopie,
der Elektronenholographiemikroskopie und der Lorentz-Mikroskopie genutzt
werden.