DE69823413T2

DE69823413T2 - Rastersondemikroskop

Info

Publication number: DE69823413T2
Application number: DE69823413T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Hidaka Saitama Kitamura; Takashi Kunitachi Tokyo Sueyoshi
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2018-02-28
Also published as: DE69823413D1; EP0862046A1; EP0862046B1; JPH10239329A; US5939715A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rastersondenmikroskop, das in der Lage ist, in einer Messung ein topographisches Bild und ein magnetisches Bild der Oberfläche einer Probe zu erhalten, vorausgesetzt, dass die Probe aus magnetischem Material besteht.
Hintergrund der Erfindung
Rastertunnelmikroskope, Rasteratomkraftmikroskope und ähnliche andere Mikroskope sind als Rastersondenmikroskope (SPMs) allgemein bekannt. Es ist bekannt, dass ein Rastersondenmikroskop eingesetzt wird, um einem zu gestatten, die Topographie einer Probenoberfläche als zweidimensionales Bild zu betrachten (d. h. ein topographisches Bild zu erzeugen) oder verschiedene Arten physikalischer Kräfte bildlich darzustellen, wie etwa eine Atomkraft oder eine magnetische Kraft, die zwischen einer Probe und einer Sondenspitze ausgeübt wird.
Es sind verschiedene Methoden bekannt, um topographische Bilder von Probenoberflächen zu erlangen. Eine von diesen ist als Steilheitsdetektionsmethode bekannt. Ein Beispiel der Instrumentation zur Durchführung dieser Methode ist in 3 gezeigt. In dieser Figur gezeigt sind ein Ausleger 1, eine Sondenspitze 2, eine Probe 3, piezoelektrische Abtastelemente 4x, 4y, 4z, ein als Lichtquelle wirkender Laser 5, ein Reflektionsspiegel 6, ein Detektor 7, ein IV (Strom-zu-Spannungs)-Verstärker, ein Lock-in-Verstärker (LIA) 9, ein Fehlerverstärker 10, Treiberstromversorgungen 11, 12, ein Abtastertreiberabschnitt 13, ein Steuerabschnitt 14, ein Anzeigeabschnitt 15, eine piezoelektrische Vorrichtung 16 und ein Oszillator 17.
Die Sondenspitze 2 ist am Vorderende des Auslegers 1 ausgebildet. Die Sondenspitze 2 und die Probe 3 werden einander gegenüberliegend angeordnet. Der Laser 5 ist über dem Ausleger 1 angeordnet. Von dem Laser 5 abgegebenes Laserlicht wird durch die Oberseite des Auslegers 1 reflektiert, wird durch den Reflektionsspiegel 6 reflektiert und fällt auf den Detektor 7.
Zum Beispiel umfasst der Detektor 7 einen Fotodetektor, der in vier Teile A – D aufgeteilt ist, wie in 4 gezeigt. Eine Änderung der von dem Laserlicht getroffenen Position kann aus dem Balancezustand zwischen den Lichtmengen, die auf die zwei Paare von Teilen A – D des Detektors fallen, erfasst werden. Wenn die Sondenspitze 2 in die Nähe der Probe 3 gebracht wird, wirkt eine physikalische Kraft (wie etwa eine Atomkraft oder eine magnetische Kraft), die zwischen den Atomen an der Sondenspitze 2 und den Atomen auf der Oberfläche der Probe 3 erzeugt werden, dahingehend, den Ausleger 1 auszulenken. Es ist gut bekannt, dass eine Änderung in der von dem reflektierten Laserlicht getroffenen Position, welche durch das vertikale Auslenken des Auslegers 1 induziert wird, durch Vergleich der Lichtmenge, die auf ein Detektorteilpaar (A + B) fällt, mit der Lichtmenge, die auf das andere Detektorteilpaar (C + D) fällt, sensiert werden kann.
Man nehme an, dass der Detektor 7 ein Rechnermittel enthält, um gegebene Berechnungen an den Ausgangssignalen von den zwei Paaren von Detektorteilen durchzuführen. In diesem Fall führt dieser Detektor 7 die folgende Berechnung durch: ((A + B) – (C + D))/((A + B)) + (C + D)) (1)
Die piezoelektrische Vorrichtung 16 ist an einem Element angebracht, das den Ausleger trägt. Diese piezoelektrische Vorrichtung 16 wird durch ein von dem Oszillator 17 erzeugtes Signal in Schwingung versetzt. Das heißt, der Ausleger 1 wird durch die piezoelektrische Vorrichtung 16 in Schwingung versetzt. Die Oszillationsfrequenz des Oszillators 17 wird in die Nähe der Resonanzfrequenz des Auslegers 1 gestellt.
Noch immer in Bezug auf 3, wird der Ausgangsstrom von dem Detektor 7 durch den IV Verstärker 8 in eine Spannung umgewandelt und durch den Lock-in-Verstärker 9 durch Referenz auf das Ausgangssignal von dem Oszillator 17 phasenmäßig erfasst. Das Ausgangssignal von dem Lock-in-Verstärker 9 wird in einen Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 10 eingegeben. Eine voreingestellte Referenzspannung V_REF wird an dem anderen Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 10 angelegt. Dieser Fehlerverstärker 10 erzeugt die Differenz zwischen diesen zwei Eingangssignalen.
Das Ausgangssignal von dem Fehlerverstärker 10 wird dem Steuerabschnitt 14 und der Treiberstromversorgung 11 zugeführt. Der Fehlerverstärker 10 steuert/regelt das piezoelektrische Abtastelement 4z zur z Bewegung über die Treiberstromversorgung 11, so dass das Ausgangssignal von dem Lock-in-Verstärker 9 gleich der Referenzspannung V_REF wird. Daher wird der Abstand zwischen dem Ausleger 1 und der Oberfläche der Probe 3 immer auf einem Abstand gehalten, der der Referenzspannung V_REF entspricht. Das heißt, das piezoelektrische Abtastelement 4z für die z Bewegung wird durch das zu ihm rückgekoppelte Signal geregelt, so dass der Abstand zwischen der Sondenspitze 2 und der Probe 3 konstant gehalten wird.
Der Steuerabschnitt 14 erzeugt ein topographisches Bild der Probe 3 von dem aus dem Ausgangssignal von dem Fehlerverstärker 10 und stellt das Bild auf dem Anzeigeabschnitt 15 dar. Auch steuert/regelt der Steuerabschnitt 14 den Abtasttreiberabschnitt 13, um die Probe 3 in zwei Dimensionen innerhalb der x – y Ebene abzutasten. Insbesondere erzeugt der Abtasttreiberabschnitt 13 ein Signal für zweidimensionale Abtastungen für die Treiberstromversorgung 12 unter der Steuerung des Steuerabschnitts 14. In Antwort auf dieses Signal liefert die Stromversorgung 12 Signale zu den piezoelektrischen Elementen 4x und 4y durch jeweilige x und y Bewegungen.
Auf diese Weise erhält man ein topographisches Bild der Oberfläche der Probe 3. Wenn die Probe 3 aus magnetischem Material hergestellt ist, ist es erwünscht, die magnetische Verteilung auf der Probe 3 zu erkennen, zusätzlich dazu, das topographische Bild zu bekommen. Zusätzlich ist eine Methode entwickelt worden, um ein sichtbares zweidimensionales Bild von der magnetischen Verteilung auf der Probe zu erzeugen.
Nun wird ein Beispiel hiervon angegeben. Wenn die magnetische Kraft erfasst werden soll, muss die Sondenspitze aus magnetischem Material hergestellt sein. Zu diesem Zweck ist es allgemeine Praxis, die Sondenspitze selbst aus magnetischem Material herzustellen, oder die Sondenspitze mit magnetischem Material zu beschichten.
Wenn die Sondenspitze einfach aus magnetischem Material hergestellt wird, wie oben beschrieben, unterliegt die Sondenspitze einer Anziehungskraft unabhängig von den Polarisationseigenschaften der Oberfläche der Probe. Insbesondere wird die Sondenspitze angezogen, ob die Probenoberfläche Südpol oder Nordpol ist, und daher erhält die Sondenspitze eine Anziehungskraft. Natürlich können die Änderungen in der Magnetkraft in ein Bild aus einer Mehrzahl von Graustufen umgewandelt werden, indem man die Bewegung des Auslegers in Antwort auf die Anziehungskraft erfasst. Jedoch ist es unmöglich, die Polarität zu erkennen.
Dementsprechend werden der Ausleger, sein Trägerelement und die Sondenspitze alle aus einem magnetischen Material hergestellt, wie oben beschrieben. Ein Leiterdraht ist um das Trägerelement 18 für den Ausleger 10 herumgewickelt, um eine Spule 19 zu bilden, wie in 5 gezeigt. Ein elektrischer Strom wird der Spule 19 von einer Stromversorgung (in 5 nicht gezeigt) zugeführt, um hierdurch den Ausleger 1 und die Sondenspitze 2 zu magnetisieren. Merke, dass 5(a) eine Draufsicht ist, während 5(b) eine Seitenansicht ist.
Wenn die auf diese Weise magnetisierte Sondenspitze 2 verwendet wird, erzeugen Änderungen in den magnetischen Polarisationseigenschaften der Oberfläche der Probe eine Anziehungs- oder Abstoßkraft, die auf die Sondenspitze 2 wirkt, um hierdurch den Ausleger 1 auf- und abzubewegen. Durch Erfassung dieser Bewegung des Auslegers kann ein Bild mit unterschiedlichen Graustufen aus der Magnetverteilung der magnetischen Polarisationseigenschaft auf der Oberfläche der Probe erzeugt werden. Dieses Bild wird nachfolgend als magnetisches Bild bezeichnet.
Wenn man ein topographisches Bild mit der in 3 gezeigten Struktur erhält, wird das piezoelektrische Abtastelement 4z für die z Bewegung gemäß den zu ihm rückgekoppelten Signalen von dem Fehlerverstärker 10 geregelt, um den Abstand zwischen der Sondenspitze 2 und der Probe 3 konstant zu halten. Wenn ein magnetisches Bild erzeugt wird, ist es notwendig, nur die vertikale Bewegung des Auslegers 10 zu erfassen, ohne die rückkoppelnde Regelung des piezoelektrischen Abtastelements 4z vorzusehen. Dies bedeutet, dass dann, wenn ein topographisches Bild und ein magnetisches Bild aus der selben Probe erhalten werden sollen, zwei separate Messungen durchgeführt werden müssen.
Gleichzeitige topographische und magnetische Bilder werden mit dem Mikroskop erhalten, das in der US-A-5 266 897 offenbart ist, wobei aber dieses Mikroskop unter einem Prinzip arbeitet, das von dem Vorliegenden abweicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf das vorstehende Problem gerichtet ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rastersondenmikroskop anzugeben, das in der Lage ist, ein topographisches Bild und ein magnetisches Bild gleichzeitig in einer Messung herzustellen.
Die Erfindung sieht ein Rastersondenmikroskop vor, wie es in den Ansprüchen 1 und 4 angegeben ist.
Andere Ziele und Merkmale der Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung ersichtlich, welche folgt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines Rastersondenmikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Wellenverlaufsdiagramm, das den Betrieb des in 1 gezeigten Mikroskops darstellt, wenn ein magnetisches Bild erhalten wird;
3 ist ein Blockdiagramm des herkömmlichen Rastersondenmikroskops zum Erzeugen eines topographischen Bilds einer Abtastoberfläche durch die Steilheitserfassungsmethode;
4 ist eine Vorderansicht des Photodetektors eines Detektors 7, der in den in 1 und 3 gezeigten Mikroskopen enthalten ist;
5(a) ist eine Draufsicht, die eine Magnetisierungsmethode des Auslegers, dessen Trägerelements und der Probenspitze, die in 3 gezeigt sind, darstellt, wenn ein magnetisches Bild einer Probenoberfläche durch das in 1 gezeigte Rastersondenmikroskop erzeugt wird; und
5(b) ist eine Seitenansicht, der in 5(a) gezeigten Magnetisierungsstruktur.
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
In Bezug auf 8 ist ein Rastersondenmikroskop gezeigt, das das Konzept der vorliegenden Erfindung verkörpert. Dieses Mikroskop ist so ausgestaltet, dass sein Ausleger 1 mit seiner Resonanzfrequenz in Schwingung versetzt wird und dass Änderungen in der Frequenz erfasst werden (FM Erfassung). Das Mikroskop umfasst einen Phasenverschieber 20, einen Amplitudenregler 21, einen FM Demodulator 22, einen Tiefpassfilter (LPF) 23, einen Oszillator 24 und einen Lock-in-Verstärker (LIA) 25. Anzumerken ist, dass in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszahlen versehen sind und dass jene Komponenten, die bereits in Verbindung mit den 3 und 5 beschrieben worden sind, unten nicht beschrieben werden. Man nehme an, dass die dem Laserlicht zugeordnete Optik 1 entspricht. Man nehme ferner an, dass die Oberfläche der Probe 3 eine magnetische Verteilung aufweist.
Der Ausleger 1, sein Trägerelement 18 und die Sondenspitze 2 sind aus magnetischem Material hergestellt. Die Spule 19 ist um das Trägerelement 18 herum ausgebildet und wird mit einem Wechselstrom der Frequenz f_m von dem Oszillator 24 versorgt. So verändert sich der Magnetpol an der Sondenspitze 2 mit der Frequenz f_m, um hier durch Anziehung und Abstoßkräfte magnetisch zu überzeugen. Polaritätsänderungen des Kraftgradienten können erfasst werden. Die Frequenz f_m ist niedriger eingestellt als die Resonanzfrequenz des Auslegers 1 und höher als die Antwortfrequenz der Rückkopplungsschaltung, die das piezoelektrische Abtastelement 4z für die z Bewegung antreibt. Wenn z. B. die Resonanzfrequenz des Auslegers 10 etwa 300 kHz beträgt und die Antwortfrequenz der Rückkopplungsschaltung, die das piezoelektrische Abtastelement 4z antreibt, etwa 1 kHz beträgt, könnte die Oszillationsfrequenz f_m des Oszillators 24 auf angenähert 10 kHz eingestellt werden.
Der Ausleger 1 schwingt aufgrund thermischer Vibrationen mit seiner Resonanzfrequenz. Daher verändert sich auf der lichtempfindlichen Oberfläche des Detektors 7 die von dem Laserlicht getroffene Position mit regelmäßigen Zeitintervallen. Das heißt, das Ausgangssignal von dem Detektor 7 wird mit der Resonanzfrequenz des Auslegers 1 moduliert.
Man nehme an, dass der Detektor 7 einen Photodetektor aufweist, der in vier Teile aufgeteilt ist, wie in 4 gezeigt. In diesem Fall wird die durch die obige Gleichung (1) angegebene Berechnung durchgeführt. Wenn der Detektor 7 einen in zwei Teile aufgeteilten Photodetektor aufweist, wird eine Berechnung durchgeführt, gegeben durch: (X – Y)/(X + Y) (2)worin X und Y die jeweiligen Ausgangssignale von zwei Teilen des Photodetektors sind. Das Ausgangssignal von dem Detektor 7 wird über den IV Verstärker 8 an den Phasenverschieber 20 angelegt. Der Phasenverschieber 20 justiert die Phase derart, dass die Amplitude des Ausgangssignals maximiert ist. Der Phasenverschieber 20 gestattet es einer Bedienungsperson, entweder die Phase des Signals manuell einzustellen, oder stellt die Phase durch eine geeignete Methode automatisch ein. Das Ausgangssignal von dem Phasenverschieber 20 wird durch den Amplitudenregler 21 auf eine gegebene Amplitude eingestellt und zu der piezoelektrischen Vorrichtung 16 rückgekoppelt (d. h. positive Rückkopplung). In Folge dessen schwingt der Ausleger 1 von selbst mit seiner Resonanzfrequenz. Im Ergebnis schwingen der Ausleger 1 und die Sondenspitze 2 fortlaufend mit einer Amplitude, die größer ist als jene, die durch thermische Vibrationen reduziert wird.
Das Ausgangssignal von dem Phasenverschieber 20 wird auch dem FM Demodulator 22 zugeführt, wo die Erfassung erfolgt. Das Ausgangssignal von dem FM Demodulator 22 wird über den Tiefpassfilter 23 dem Fehlerverstärker 10 zugeführt, und auch dem Lock-in-Verstärker (LIA) 25. Dieser Verstärker 25 erhält auch ein Wechselsignal der Frequenz f_m von dem Oszillator 24. Dementsprechend erfasst der Verstärker 25 phasenmäßig das Ausgangssignal von dem FM Demodulator 22 durch Referenz auf das Wechselsignal von dem Oszillator 24.
Wenn in 1 die Sondenspitze 2 in die Nähe der Probe 3 gebracht wird, wirkt eine atomare oder magnetische Kraft zwischen den Atomen an der Sondenspitze 2 und den Atomen auf der Oberfläche der Probe 3. Wenn hierbei die Kraft eine Anziehungskraft ist, nimmt die Resonanzfrequenz des Auslegers 1 ab. Wenn andererseits die Kraft eine Abstoßkraft ist, nimmt die Resonanzfrequenz zu. Die Änderung der Resonanzfrequenz erscheint als das Ausgangssignal von dem FM Demodulator 22. Das Ausgangssignal von dem FM Demodulator 22, welches die Änderungen in der Resonanzfrequenz des Auslegers 1 repräsentieren, enthält (i) eine Komponente, die der Magnetkraft zugeordnet ist, welche zwischen dem Magnetpol der Sondenspitze 2 und dem Magnetpol der Oberfläche der Probe 3 ausgeübt wird, und (ii) eine Komponente, die einer Atomkraft zugeordnet ist, die zwischen den Atomen der Sondenspitze 2 und den Atomen auf der Oberfläche der Probe 3 ausgeübt wird.
Die erstere Komponente, die der oben beschriebenen Magnetkraft zugeordnet ist, beruht auf der Oszillationsfrequenz f_m des Oszillators 24. Andererseits wird die der Atomkraft zugeordnete Komponente für die Rückkopplungsschaltung verwendet, die das piezoelektrische Abtastelement 4z antreibt. Wie zuvor erwähnt, ist die Oszillationsfrequenz f_m des Oszillators 24 höher eingestellt als die Antwortfrequenz der Rückkopplungsschaltung, die das piezoelektrische Abtastelement 4z antreibt.
Dementsprechend extrahiert der Tiefpassfilter 23 nur die auf die Atomkraft bezogene Komponente aus dem Ausgangssignal von dem FM Demodulator 22 und schickt es zu dem Fehlerverstärker 10. Das Ausgangssignal von dem FM Demodulator 22 wird dem Lock-in-Verstärker 25 zugeführt, der wiederum das Signal durch Referenz auf das Ausgangssignal von dem Oszillator 24 phasenmäßig erfasst.
Der Fehlerverstärker 10 erzeugt die Differenz zwischen dem Ausgangssignal von dem Tiefpassfilter 23 und der Referenzspannung V_REF Das Ausgangssignal von dem Fehlerverstärker 10 wird dem Steuerabschnitt 14 und der Treiberstromversorgung 11 zugeführt. Der Fehlerverstärker 10 steuert das piezoelektrische Abtastelement 4z zur z Bewegung über die Treiberstromversorgung 11, so dass das Ausgangssignal von dem Tiefpassfilter 23 gleich der Referenzspannung V_REF wird. Daraus folgt, dass der Abstand zwischen dem Ausleger 1 und der Probe 3 auf einem Abstand gehalten wird, der der Referenzspannung V_REF entspricht. Diese Struktur lässt zu, dass der Ausleger 1 auf und ab schwingt. Natürlich ist der oben beschriebene Abstand zwischen dem Ausleger 1 und der Oberfläche der Probe 3 der durchschnittliche Abstand.
Der Steuerabschnitt 14 erzeugt ein topographisches Bild der Oberfläche der Probe 3 aus dem Ausgangssignal von dem Fehlerverstärker 10 und stellt das Bild auf dem Anzeigeabschnitt 15 dar. Zusätzlich steuert der Steuerabschnitt 14 den Abtasttreiberabschnitt 13 zum Abtasten der Probe 3 in zwei Dimensionen innerhalb der x-y Ebene. Auf diese Weise wird ein topographisches Bild der Oberfläche der Probe 3 erhalten.
Als nächstes wird der Betrieb des Instruments zum Erhalten eines magnetischen Bilds in Bezug auf 2 beschrieben. Man nehme an, dass der Magnetpol an der Sondenspitze 2 durch den Wechselstrom von dem Oszillator 24 verändert wird, wie in 2(a) gezeigt. Man nehme auch an, dass die abgetastete Oberfläche der Probe 3 eine magnetische Verteilung aufzeigt, wie in 2(c) gezeigt. Natürlich ändert sich der in 2(a) gezeigte Magnetpol an der Sondenspitze 2 mit der Frequenz f_m.
Hierbei ändert sich das Ausgangssignal von dem FM Demodulator 22 so, wie in 2(b) gezeigt. Dieses Signal wird an den Lock-in-Verstärker 25 angelegt. Ein Signal der Frequenz f_m wird als Referenzsignal von dem Oszillator 24 dem Lock-in-Verstärker 25 zugeführt. Daher erzeugt der Verstärker 25 in Antwort auf ein in-der-Phase-Signal ein positiv gehendes Signal. Der Lock-in-Verstärker 25 erzeugt in Antwort auf ein Außerphasensignal eine negativ gehende Ausgabe. Der Verstärker 25 erzeugt in Antwort auf ein neutrales Signal ein Nullsignal. Wenn die magnetische Verteilung auf der Oberfläche der Probe 3 einen Zustand einnimmt, wie er in 2(c) gezeigt ist, erzeugt der Verstärker 25 ein Ausgangssignal, wie es in 2(d) gezeigt ist.
Wenn ähnlich die magnetische Verteilung auf der abgetasteten Oberfläche der Probe 3 so ist, wie in 2(f) gezeigt, verändert sich das Ausgangssignal von dem FM Demodulator 22 so, wie in 2(e) gezeigt. Unter dieser Bedingung verändert sich das Ausgangssignal von dem Lock-in-Verstärker 25 so, wie in 2(g) gezeigt. Demzufolge kann der Magnetpol der Abtastposition und dessen Stärke aus dem Ausgangssignal von dem Lock-in-Verstärker 25 erkannt werden.
Das Ausgangssignal von dem Lock-in-Verstärker 25 wird dem Steuerabschnitt 14 zugeführt, um das Bild sichtbar zu machen. Das heisst, auf dem Anzeigerabschnitt 15 wird ein sichtbares Bild dargeboten. Dies ermöglicht es einem Verwender, das magnetische Bild auf der Oberfläche der Probe 3 zu beobachten.
Wie aus der insofern angegebenen Beschreibung verständlich werden kann, ist das Rastersondenmikroskop in der Lage, ein topographisches Bild und ein magnetisches Bild einer Probenoberfläche gleichzeitig und kontaktlos in einer Messung herzustellen.
Während eine Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, sondern stattdessen verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind.
Zum Beispiel ist in der oben beschriebenen Ausführung der Reflektionsspiegel 6 in dem optischen System für das Laserlicht angeordnet. Der Reflektionsspiegel 6 kann weggelassen werden, und das von dem Ausleger 1 reflektierte Licht kann direkt von dem Detektor 7 detektiert werden.
Ferner werden in der oben beschriebenen Ausführung Änderungen in der Resonanzfrequenz des Auslegers 1 durch den FM Demodulator 22 detektiert. Die Veränderungen können auch durch die so genannte Steilheitsdetektionsmethode detektiert werden.
Zusätzlich wird in der oben beschriebenen Ausführung eine so genannte optische Auslenkerfassung angewendet. Es kann eine optische Interferenz verwendet werden, um Hübe des Auslegers zu detektieren. Auch kann das Hub umfassende System weggelassen werden, indem ein piezoelektrischer Ausleger angewendet wird, der selbst Hübe aufgrund der Kraft erfassen und als Oszillator wirken kann. In letzterem Fall kann ein Hub des Auslegers selbst als Spannungsausgabe extrahiert werden, um hierdurch den Detektor 7 zu erübrigen, der in der obigen Ausführung verwendet wird. Eine Spannungsausgabe, die durch einen Hub des Auslegers selbst hervorgerufen wird, kann der folgenden Stufe des Schaltkreises zugeführt werden.
Die magnetische Kraft kann präzise erfasst werden, indem die magnetische Kraft an jedem Abtastpunkt detektiert wird (d. h. die Höhe der Sondenspitze wird bei jedem Pixel festgehalten).
Ferner kann die Differenz zwischen magnetischen und nicht magnetischen Abschnitten abgebildet werden, indem ein Signal erfasst wird, das unter Verwendung von Lock-in-Technik mit einer Frequenz synchronisiert ist, die doppelt so hoch ist wie die Frequenz f_m.

Claims

Rastersondenmikroskop zum Anordnen einer Sondenspitze gegenüber einer Probe, Abtasten der Sondenspitze oder der Probe in zwei Dimensionen, um dazwischen eine physikalische Kraft zu erzeugen, Detektieren eines Hubbetrags der Sondensptize relativ zu der Probe aufgrund der physikalischen Kraft, und Erzeugen eines Probenbilds aus einem Signal, das den erfassten Hubbetrag repräsentiert, wobei das Rastersondenmikroskop umfasst: die Sondenspitze, die aus magnetischem Material besteht und mit ihrer Resonanzfrequenz schwingt; ein erstes Detektionsmittel zum Erfassen von Hüben der Sondenspitze und Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Hübe repräsentiert; ein zweites Detektionsmittel zum Erfassen der Abweichung der Schwingfrequenz der Sondenspitze von ihrer Resonanzfrequenz und Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Topographie einer Oberfläche der Probe repräsentiert, aus dem Ausgangssignal von dem ersten Detektionsmittel; ein Mittel zum Anzeigen eines topographischen Bilds der Probe gemäß einem Ausgangssignal von dem zweiten Detektionsmittel; ein Magnetfeldanlegemittel zum Anlegen eines Wechselmagnetfelds, das eine Frequenz hat, die sich von der ersten Schwingfrequenz unterscheidet, an die Sondenspitze; ein drittes Detektionsmittel zum Extrahieren eines Signals, das dem Magnetismus einer Probe zugeordnet ist, aus dem Ausgangssignal von dem ersten Detektionsmittel; und ein Mittel zum Anzeigen eines magnetischen Bilds der Oberfläche der Probe gemäß einem Ausgangssignal von dem dritten Detektionsmittel.
Rastersondenmikroskop nach Anspruch 1, worin die Sondenspitze an einem Ausleger angebracht ist, der aus magnetischem Material hergestellt ist und worin das Wechselmagnetfeld an den Ausleger angelegt wird.
Rastersondenmikroskop nach Anspruch 1, worin das dritte Detektionsmittel das dem Magnetismus der Probe zugeordnete Signal aus dem Ausgangssignal von dem ersten Detektionsmittel durch Referenz auf ein von dem Magnetfeldanlegemittel erzeugtes Signal extrahiert.
Rastersondenmikroskop, das einen gegenüber einer Probe angeordneten Ausleger, eine gegenüber der Probe angeordnete Sondenspitze sowie ein erstes Detektionsmittel aufweist, um einen Hubbetrag der Sondenspitze zu detektieren, der durch eine zwischen dem Ausleger und der Sondenspitze ausgeübte physikalische Kraft induziert wird, wobei das Rastersondenmikroskop umfasst: Mittel zum Bewirken, dass der Ausleger und die Sondenspitze mit oder nahe ihrer Resonanzfrequenz schwingen; ein zweites Detektionsmittel zum Detektieren einer Abweichung der Schwingfrequenz der Sondenspitze von ihrer Resonanzfrequenz und Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Topographie einer Oberfläche der Probe repräsentiert, aus einem Ausgangssignal von dem ersten Detektionsmittel; ein Regelmittel zum Regeln der Höhe der Probe gemäß einem Ausgangssignal von dem zweiten Detektionsmittel, wobei das Regelmittel eine Antwortfrequenz aufweist; ein Magnetfeldanlegemittel, um an den Ausleger und an die Sondenspitze ein Wechselmagnetfeld einer zweiten Frequenz anzulegen, die niedriger ist als die erste Schwingfrequenz und höher als die Antwortfrequenz des Regelsystems; ein drittes Detektionsmittel zum Extrahieren eines von der zweiten Frequenz abhängigen Signals aus dem Ausgangssignal von dem ersten Detektionsmittel; und Mittel zum Erzeugen eines topographischen Bilds und eines magnetischen Bilds einer Oberfläche der Probe aus der Ausgabe von dem zweiten Detektionsmittel bzw. aus der Ausgabe von dem dritten Detektionsmittel.