JP2001264231A - 走査型ａｃホール顕微鏡とその測定方法 - Google Patents
走査型ａｃホール顕微鏡とその測定方法Info
- Publication number
- JP2001264231A JP2001264231A JP2001020041A JP2001020041A JP2001264231A JP 2001264231 A JP2001264231 A JP 2001264231A JP 2001020041 A JP2001020041 A JP 2001020041A JP 2001020041 A JP2001020041 A JP 2001020041A JP 2001264231 A JP2001264231 A JP 2001264231A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- hall sensor
- scanning
- hall
- microscope
- 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
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/50—MFM [Magnetic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. MFM probes
- G01Q60/54—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- 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
- G01R33/038—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using permanent magnets, e.g. balances, torsion devices
- G01R33/0385—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using permanent magnets, e.g. balances, torsion devices in relation with magnetic force measurements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 走査型ＡＣホール顕微鏡と磁性材料の領域パ
ターンの測定する用法を提供すること。 【解決手段】 磁性材料には磁気格納媒体などがあり、
外部から加えられたＡＣ磁界の影響下で、領域境界の振
動運動を測定することにより領域パターンが測定され
る。これにより、不動の領域と可動の領域との区別が可
能になる。
ターンの測定する用法を提供すること。 【解決手段】 磁性材料には磁気格納媒体などがあり、
外部から加えられたＡＣ磁界の影響下で、領域境界の振
動運動を測定することにより領域パターンが測定され
る。これにより、不動の領域と可動の領域との区別が可
能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に走査型ＡＣ
ホール顕微鏡に関する。より詳細には、不動の領域と可
動の領域との区別を可能にする外部から加えられたＡＣ
磁界の影響下で、領域境界の振動運動を測定することに
より、磁性材料の領域パターンを測定する走査型ＡＣホ
ール顕微鏡に関する。
ホール顕微鏡に関する。より詳細には、不動の領域と可
動の領域との区別を可能にする外部から加えられたＡＣ
磁界の影響下で、領域境界の振動運動を測定することに
より、磁性材料の領域パターンを測定する走査型ＡＣホ
ール顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に走査型顕微鏡で使用されるタイプ
および技術は、この１０年間に急速的に進歩した。とり
わけ、システムの磁気特性の空間画像を提供する走査型
磁気顕微鏡検査法のサブフィールドの研究が行われてい
る。現在４つの異なるタイプの磁気顕微鏡が使用されて
おり、ＳＱＵＩＤ顕微鏡と、磁力顕微鏡と、磁気抵抗顕
微鏡と、ホール顕微鏡である。
および技術は、この１０年間に急速的に進歩した。とり
わけ、システムの磁気特性の空間画像を提供する走査型
磁気顕微鏡検査法のサブフィールドの研究が行われてい
る。現在４つの異なるタイプの磁気顕微鏡が使用されて
おり、ＳＱＵＩＤ顕微鏡と、磁力顕微鏡と、磁気抵抗顕
微鏡と、ホール顕微鏡である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
第１の目的は、走査型ＡＣホール顕微鏡を提供すること
である。
第１の目的は、走査型ＡＣホール顕微鏡を提供すること
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の走査型ＡＣホー
ル顕微鏡は、不動の領域と可動の領域との区別を可能に
する、外部から加えられたＡＣ磁界の影響下で、領域境
界の振動運動を測定することにより、磁性材料の領域パ
ターンを測定する走査型ＡＣホール顕微鏡であって、 ａ．一定のＤＣ磁界Ｈ0を磁性材料試料に加えるための
手段と、 ｂ．磁性材料試料から見た正味の磁界Ｈ（ｔ）が、 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） となるように、交番ＡＣ磁界Ｈacを磁性材料試料にさら
に加えるための手段と、 ｃ．試料がホールセンサで走査されたときに、磁性材料
試料のＡＣ応答の空間画像を検出するための手段とを備
える。
ル顕微鏡は、不動の領域と可動の領域との区別を可能に
する、外部から加えられたＡＣ磁界の影響下で、領域境
界の振動運動を測定することにより、磁性材料の領域パ
ターンを測定する走査型ＡＣホール顕微鏡であって、 ａ．一定のＤＣ磁界Ｈ0を磁性材料試料に加えるための
手段と、 ｂ．磁性材料試料から見た正味の磁界Ｈ（ｔ）が、 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） となるように、交番ＡＣ磁界Ｈacを磁性材料試料にさら
に加えるための手段と、 ｃ．試料がホールセンサで走査されたときに、磁性材料
試料のＡＣ応答の空間画像を検出するための手段とを備
える。
【０００５】この場合、試料が走査されたときに、振動
界Ｂacの振幅および位相差φを検出するための手段を含
む、こととしてもよい。
界Ｂacの振幅および位相差φを検出するための手段を含
む、こととしてもよい。
【０００６】また、検出手段が、位相感知検出回路を用
いたロックイン増幅器を含むこととしてもよい。
いたロックイン増幅器を含むこととしてもよい。
【０００７】また、ホールセンサが、試料の反対側に据
え付けられており、ホールセンサから見た磁束密度が、
関係式 Ｂ＝Ｈ（１＋４πχ） によって磁化率中に試料の磁気応答を組み込み、正味の
磁束密度が Ｂ（ｔ）＝Ｂ0＋Ｂacｃｏｓ（ωｔ＋φ） で与えられる、こととしてもよい。
え付けられており、ホールセンサから見た磁束密度が、
関係式 Ｂ＝Ｈ（１＋４πχ） によって磁化率中に試料の磁気応答を組み込み、正味の
磁束密度が Ｂ（ｔ）＝Ｂ0＋Ｂacｃｏｓ（ωｔ＋φ） で与えられる、こととしてもよい。
【０００８】また、顕微鏡のスケール上で磁性材料のＡ
Ｃ散逸をマッピングするために、検出手段が、駆動ＡＣ
界に対して移動領域の局所的位相差を測定する、ことと
してもよい。
Ｃ散逸をマッピングするために、検出手段が、駆動ＡＣ
界に対して移動領域の局所的位相差を測定する、ことと
してもよい。
【０００９】また、磁性材料試料が、ＡＣホール顕微鏡
の顕微鏡段に取り付けられた金属コイルの上に配置され
ており、金属コイル中に交流電流を加えることにより交
番（ＡＣ）磁界が加えられる、こととしてもよい。
の顕微鏡段に取り付けられた金属コイルの上に配置され
ており、金属コイル中に交流電流を加えることにより交
番（ＡＣ）磁界が加えられる、こととしてもよい。
【００１０】また、ホールセンサが、ホールセンサに連
結されているピエゾ抵抗素子である可撓性のカンチレバ
ー上に据え付けられており、ホールセンサが試料に接触
したとき、カンチレバーの抵抗が、その曲がりに応答し
て変化する、こととしてもよい。
結されているピエゾ抵抗素子である可撓性のカンチレバ
ー上に据え付けられており、ホールセンサが試料に接触
したとき、カンチレバーの抵抗が、その曲がりに応答し
て変化する、こととしてもよい。
【００１１】また、接触モードにあるとき、ホールセン
サによる磁界の分布の撮像と同時に、試料のトポグラフ
ィが、ホールセンサを走査することにより測定される、
こととしてもよい。
サによる磁界の分布の撮像と同時に、試料のトポグラフ
ィが、ホールセンサを走査することにより測定される、
こととしてもよい。
【００１２】また、ホールセンサおよびカンチレバーア
センブリが、２次元の並進移動を提供するバイモルフ板
ベースのｘおよびｙピエゾスキャナ上に据え付けられて
おり、試料ホルダを有するＺ−ピエゾ−トランスレータ
が、スキャナに対向して据え付けられており、金属コイ
ルが試料ホルダに取り付けられ、試料が試料ホルダ上に
据え付けられており、金属コイルが、その中心がｚ軸に
沿ってホールセンサと位置合わせされるように配置され
ている、こととしてもよい。
センブリが、２次元の並進移動を提供するバイモルフ板
ベースのｘおよびｙピエゾスキャナ上に据え付けられて
おり、試料ホルダを有するＺ−ピエゾ−トランスレータ
が、スキャナに対向して据え付けられており、金属コイ
ルが試料ホルダに取り付けられ、試料が試料ホルダ上に
据え付けられており、金属コイルが、その中心がｚ軸に
沿ってホールセンサと位置合わせされるように配置され
ている、こととしてもよい。
【００１３】また、ホールセンサへの試料の接近が、Ｚ
−ピエゾ−トランスレータに電圧を加えることにより達
成され、ホールセンサと試料の接触が、カンチレバーの
抵抗の変化をモニタすることにより検出され、カンチレ
バー抵抗をモニタする間、走査面が、スキャナの電圧に
比例する補償電圧をＺ−ピエゾ−トランスレータに加え
ることにより、試料の表面と位置合わせされており、位
置合わせ終了後、電子フィードバックシステムが、走査
の間、カンチレバーが一定の曲がりを維持するモードと
し、このモードで、フィードバック信号の状態にあるト
ポグラフィのデータと磁気情報の両方が同時に獲得され
る、こととしてもよい。
−ピエゾ−トランスレータに電圧を加えることにより達
成され、ホールセンサと試料の接触が、カンチレバーの
抵抗の変化をモニタすることにより検出され、カンチレ
バー抵抗をモニタする間、走査面が、スキャナの電圧に
比例する補償電圧をＺ−ピエゾ−トランスレータに加え
ることにより、試料の表面と位置合わせされており、位
置合わせ終了後、電子フィードバックシステムが、走査
の間、カンチレバーが一定の曲がりを維持するモードと
し、このモードで、フィードバック信号の状態にあるト
ポグラフィのデータと磁気情報の両方が同時に獲得され
る、こととしてもよい。
【００１４】本発明の走査型ＡＣホール顕微鏡の測定方
法は、不動の領域と可動の領域との区別を可能にする、
外部から加えられたＡＣ磁界の影響下で、領域境界の振
動運動を測定することにより、磁性材料の領域パターン
を測定する走査型ＡＣホール顕微鏡の測定方法であっ
て、 ａ．一定のＤＣ磁界Ｈ0を磁性材料試料に加えるステッ
プと、 ｂ．磁性材料試料から見た正味の磁界Ｈ（ｔ）が、 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） となるように、交番ＡＣ磁界Ｈacを磁性材料試料にさら
に加えるステップと、 ｃ．試料がホールセンサで走査されたときに、磁性材料
試料のＡＣ応答の空間画像を検出するステップとを備え
る。
法は、不動の領域と可動の領域との区別を可能にする、
外部から加えられたＡＣ磁界の影響下で、領域境界の振
動運動を測定することにより、磁性材料の領域パターン
を測定する走査型ＡＣホール顕微鏡の測定方法であっ
て、 ａ．一定のＤＣ磁界Ｈ0を磁性材料試料に加えるステッ
プと、 ｂ．磁性材料試料から見た正味の磁界Ｈ（ｔ）が、 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） となるように、交番ＡＣ磁界Ｈacを磁性材料試料にさら
に加えるステップと、 ｃ．試料がホールセンサで走査されたときに、磁性材料
試料のＡＣ応答の空間画像を検出するステップとを備え
る。
【００１５】この場合、試料が走査されたときに、振動
界Ｂacの振幅および位相差φを検出するステップを含
む、こととしてもよい。
界Ｂacの振幅および位相差φを検出するステップを含
む、こととしてもよい。
【００１６】また、検出ステップが、位相感知検出回路
を用いたロックイン増幅器によって実施される、ことと
してもよい。
を用いたロックイン増幅器によって実施される、ことと
してもよい。
【００１７】また、検出ステップが、関係式 Ｂ＝Ｈ（１＋４πχ） によって磁化率中に試料の磁気応答を組み込む試料の反
対側でホールセンサから見た磁束密度を検出し、正味の
密度が、 Ｂ（ｔ）＝Ｂ0＋Ｂacｃｏｓ（ωｔ＋φ） によって与えられる、こととしてもよい。
対側でホールセンサから見た磁束密度を検出し、正味の
密度が、 Ｂ（ｔ）＝Ｂ0＋Ｂacｃｏｓ（ωｔ＋φ） によって与えられる、こととしてもよい。
【００１８】また、磁性試料が、領域壁により、Ｓ極の
領域から分離されたＮ極の領域に分割されており、検出
ステップが、可動（弱く固定された）領域に対する不動
（強く固定された）領域のコントラスト地図を提供し、
これがＮ極からＳ極、またはその逆の領域の切り替えの
容易度または難易度を表す、こととしてもよい。
領域から分離されたＮ極の領域に分割されており、検出
ステップが、可動（弱く固定された）領域に対する不動
（強く固定された）領域のコントラスト地図を提供し、
これがＮ極からＳ極、またはその逆の領域の切り替えの
容易度または難易度を表す、こととしてもよい。
【００１９】また、検出ステップが、顕微鏡スケール上
の磁性材料においてＡＣ散逸をマッピングするために、
駆動ＡＣ界に対する移動領域の局所的位相差を測定す
る、こととしてもよい。
の磁性材料においてＡＣ散逸をマッピングするために、
駆動ＡＣ界に対する移動領域の局所的位相差を測定す
る、こととしてもよい。
【００２０】また、磁性材料試料が、ＡＣホール顕微鏡
の顕微鏡段に取り付けられた金属コイルの上に配置され
ており、金属コイル中に交流電流（ＡＣ）を加えること
により交番（ＡＣ）磁界が加えられる、こととしてもよ
い。
の顕微鏡段に取り付けられた金属コイルの上に配置され
ており、金属コイル中に交流電流（ＡＣ）を加えること
により交番（ＡＣ）磁界が加えられる、こととしてもよ
い。
【００２１】また、ホールセンサが、ホールセンサに連
結されているピエゾ抵抗素子である可撓性のカンチレバ
ー上に据え付けられており、ホールセンサが試料に接触
したとき、カンチレバーの抵抗が、その曲がりに応答し
て変化する、こととしてもよい。
結されているピエゾ抵抗素子である可撓性のカンチレバ
ー上に据え付けられており、ホールセンサが試料に接触
したとき、カンチレバーの抵抗が、その曲がりに応答し
て変化する、こととしてもよい。
【００２２】また、接触モードにある間、ホールセンサ
による磁界の分布の撮像と同時に、試料のトポグラフィ
が、ホールセンサを走査することにより測定される、こ
ととしてもよい。
による磁界の分布の撮像と同時に、試料のトポグラフィ
が、ホールセンサを走査することにより測定される、こ
ととしてもよい。
【００２３】また、ホールセンサおよびカンチレバー・
アセンブリが、２次元並進運動を提供する、バイモルフ
板ベースのｘおよびｙピエゾスキャナ上に据え付けられ
ており、試料ホルダを有するＺ−ピエゾ−トランスレー
タが、スキャナに対向して取り付けられていて、金属コ
イルがホルダに取り付けられ、試料がホルダに据え付け
られており、金属コイルが、その中心がｚ軸に沿ってホ
ールセンサと位置合わせされるように配置されている、
こととしてもよい。
アセンブリが、２次元並進運動を提供する、バイモルフ
板ベースのｘおよびｙピエゾスキャナ上に据え付けられ
ており、試料ホルダを有するＺ−ピエゾ−トランスレー
タが、スキャナに対向して取り付けられていて、金属コ
イルがホルダに取り付けられ、試料がホルダに据え付け
られており、金属コイルが、その中心がｚ軸に沿ってホ
ールセンサと位置合わせされるように配置されている、
こととしてもよい。
【００２４】また、ホールセンサへの試料の接近が、Ｚ
−ピエゾ−トランスレータに電圧を加えることにより達
成され、ホールセンサと試料の接触が、カンチレバーの
抵抗の変化をモニタすることにより検出され、カンチレ
バー抵抗をモニタする間、走査板が、スキャナの電圧に
比例する補償電圧をＺ−ピエゾ−トランスレータに加え
ることにより、試料の表面と位置合わせされており、位
置合わせ終了後、電子フィードバックシステムが、走査
の間、カンチレバーが一定の曲がりを維持するモードと
し、このモードで、フィードバック信号のトポグラフィ
のデータと磁気情報の両方が同時に獲得される、ことと
してもよい。
−ピエゾ−トランスレータに電圧を加えることにより達
成され、ホールセンサと試料の接触が、カンチレバーの
抵抗の変化をモニタすることにより検出され、カンチレ
バー抵抗をモニタする間、走査板が、スキャナの電圧に
比例する補償電圧をＺ−ピエゾ−トランスレータに加え
ることにより、試料の表面と位置合わせされており、位
置合わせ終了後、電子フィードバックシステムが、走査
の間、カンチレバーが一定の曲がりを維持するモードと
し、このモードで、フィードバック信号のトポグラフィ
のデータと磁気情報の両方が同時に獲得される、ことと
してもよい。
【００２５】「作用」本発明は、不動の領域と可動の領
域との区別を可能にする外部から加えられたＡＣ磁界の
影響下で、領域境界の振動運動を測定することにより、
磁性材料の領域パターンを測定する走査型ＡＣホール顕
微鏡およびその動作方法を提供する。磁性材料試料から
見た正味の磁界Ｈ（ｔ）が、 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） となるように、一定のＤＣ磁界Ｈ0と交番ＡＣ磁界Ｈac
を磁性材料試料に加える。磁性材料試料のＡＣ応答の空
間画像は、試料がホールセンサで走査されたときに、振
動界Ｂacの振幅および位相差φを検出することにより検
出される。
域との区別を可能にする外部から加えられたＡＣ磁界の
影響下で、領域境界の振動運動を測定することにより、
磁性材料の領域パターンを測定する走査型ＡＣホール顕
微鏡およびその動作方法を提供する。磁性材料試料から
見た正味の磁界Ｈ（ｔ）が、 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） となるように、一定のＤＣ磁界Ｈ0と交番ＡＣ磁界Ｈac
を磁性材料試料に加える。磁性材料試料のＡＣ応答の空
間画像は、試料がホールセンサで走査されたときに、振
動界Ｂacの振幅および位相差φを検出することにより検
出される。
【００２６】上記の目的と走査型ＡＣホール顕微鏡に対
する本発明の利点は、いくつかの好ましい実施形態に関
する下記の詳細な説明を参照することにより、当業者に
はさらに容易に理解されるであろう。これらの実施形態
は、添付の図に関連して取り入れたものであり、図を通
して同じ要素には同一の参照番号を付けている。
する本発明の利点は、いくつかの好ましい実施形態に関
する下記の詳細な説明を参照することにより、当業者に
はさらに容易に理解されるであろう。これらの実施形態
は、添付の図に関連して取り入れたものであり、図を通
して同じ要素には同一の参照番号を付けている。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明は、標準的な走査型ホール
顕微鏡で一般に実施されているように、磁性材料の領域
パターンの測定を可能にする走査型ＡＣホール顕微鏡に
関する。さらに本発明は、外部から加えられた振動ＡＣ
磁界の影響下で、磁性材料の領域境界の振動運動を一意
に測定することを可能にする。このＡＣ応答の空間画像
は、不動の領域と可動の領域との区別を可能にする。駆
動ＡＣ界に対する移動領域の局所的位相差を測定するこ
とにより、顕微鏡スケール上の磁性材料にＡＣ散逸を位
置づけることができる。磁気領域の固定および非散逸の
転換は、格納媒体およびＡＣ磁気装置の応用に不可欠な
ので、本発明は磁性材料の診断研究に進歩をもたらすも
のである。
顕微鏡で一般に実施されているように、磁性材料の領域
パターンの測定を可能にする走査型ＡＣホール顕微鏡に
関する。さらに本発明は、外部から加えられた振動ＡＣ
磁界の影響下で、磁性材料の領域境界の振動運動を一意
に測定することを可能にする。このＡＣ応答の空間画像
は、不動の領域と可動の領域との区別を可能にする。駆
動ＡＣ界に対する移動領域の局所的位相差を測定するこ
とにより、顕微鏡スケール上の磁性材料にＡＣ散逸を位
置づけることができる。磁気領域の固定および非散逸の
転換は、格納媒体およびＡＣ磁気装置の応用に不可欠な
ので、本発明は磁性材料の診断研究に進歩をもたらすも
のである。
【００２８】この技術は材料のホール効果に基づいてい
る。この技術により、材料をｚ軸方向の磁界の中に置
き、電流をｘ軸方向に向けるとき、材料は、ホール電圧
として知られているｙ軸方向の横電圧を生じる。定常状
態にあるこの電圧により、平衡状態にある磁界内の電子
の横方向のドリフトを測定する。ホール電圧Ｅyは、次
式で与えられる。
る。この技術により、材料をｚ軸方向の磁界の中に置
き、電流をｘ軸方向に向けるとき、材料は、ホール電圧
として知られているｙ軸方向の横電圧を生じる。定常状
態にあるこの電圧により、平衡状態にある磁界内の電子
の横方向のドリフトを測定する。ホール電圧Ｅyは、次
式で与えられる。
【００２９】Ｅy＝Ｊ×Ｂ．（１／ｎｅ） （１） ここで、ｅはキャリアの電荷（電子または正孔）であ
り、ｎはその密度である。ホール係数は、ＲH＝１／ｎ
ｅである。したがってホール電圧は、キャリアから見た
界の測定である。実際には、操作する対象物は、大きな
ＲHの値を有する半金属または半導体である。空間領域
にわたって走査され、したがって観測した局所的磁界の
空間地図をもたらす。文献［A.M.Changet al.,Applied
Physics Letters,61,1974(1992),A.Oral et al.,Applie
d PhysicsLetters,69 1324(1996)］に報告されているよ
うに、多くのホール顕微鏡の実装方法がある。
り、ｎはその密度である。ホール係数は、ＲH＝１／ｎ
ｅである。したがってホール電圧は、キャリアから見た
界の測定である。実際には、操作する対象物は、大きな
ＲHの値を有する半金属または半導体である。空間領域
にわたって走査され、したがって観測した局所的磁界の
空間地図をもたらす。文献［A.M.Changet al.,Applied
Physics Letters,61,1974(1992),A.Oral et al.,Applie
d PhysicsLetters,69 1324(1996)］に報告されているよ
うに、多くのホール顕微鏡の実装方法がある。
【００３０】標準的な磁気顕微鏡画像は、空間磁界地図
を提供する。磁石を走査するとき、局所的磁気極性、た
とえば空間におけるＮ極およびＳ極を提供する。多くの
磁石に対しては、試料は、Ｎ極とＳ極を分離している領
域壁で、Ｓ極の領域から分離されているＮ極の領域に分
割される。標準走査画像は、走査時間にわたって平均し
たこれらの領域の静的な像を提供する。領域が可動で走
査中に移動する場合には、運動により、当然、画像はぼ
やける。これらの画像は、可動である領域と可動でない
領域について何ら情報を提供しない。しかし、磁気格納
媒体の有用性について鍵となる問題は、データが格納さ
れることになる領域の切替え可能性に関するものであ
る。したがって、領域の切替え、たとえば、Ｎ極からＳ
極、または、その逆のような切替えの容易度または難易
度を知る必要がある。本発明の顕微鏡は、可動（弱い固
定）領域に対する不動（強い固定）領域の対照的（コン
トラスト）な地図を提供する。したがってこの技術は、
たとえば磁気格納媒体の有用性の診断評価において、新
しく非常に有用なツールを提供する。
を提供する。磁石を走査するとき、局所的磁気極性、た
とえば空間におけるＮ極およびＳ極を提供する。多くの
磁石に対しては、試料は、Ｎ極とＳ極を分離している領
域壁で、Ｓ極の領域から分離されているＮ極の領域に分
割される。標準走査画像は、走査時間にわたって平均し
たこれらの領域の静的な像を提供する。領域が可動で走
査中に移動する場合には、運動により、当然、画像はぼ
やける。これらの画像は、可動である領域と可動でない
領域について何ら情報を提供しない。しかし、磁気格納
媒体の有用性について鍵となる問題は、データが格納さ
れることになる領域の切替え可能性に関するものであ
る。したがって、領域の切替え、たとえば、Ｎ極からＳ
極、または、その逆のような切替えの容易度または難易
度を知る必要がある。本発明の顕微鏡は、可動（弱い固
定）領域に対する不動（強い固定）領域の対照的（コン
トラスト）な地図を提供する。したがってこの技術は、
たとえば磁気格納媒体の有用性の診断評価において、新
しく非常に有用なツールを提供する。
【００３１】図１は走査型ＡＣホール顕微鏡を示し、金
属コイル１０が顕微鏡段に取り付けられ、その金属コイ
ル１０の上に調査することになる試料１２が置かれてい
る。通常、本発明によるホール顕微鏡でソレノイドによ
り加えられる一定のＤＣ磁界Ｈ0の他に、金属コイル１
０中に交流電流による交番（ＡＣ）磁界Ｈacが加えられ
る。したがって、正味の磁界Ｈ（ｔ）は次式のようにな
る。
属コイル１０が顕微鏡段に取り付けられ、その金属コイ
ル１０の上に調査することになる試料１２が置かれてい
る。通常、本発明によるホール顕微鏡でソレノイドによ
り加えられる一定のＤＣ磁界Ｈ0の他に、金属コイル１
０中に交流電流による交番（ＡＣ）磁界Ｈacが加えられ
る。したがって、正味の磁界Ｈ（ｔ）は次式のようにな
る。
【００３２】 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） （２） 試料１４の反対側に置かれたホールセンサ１４から見た
磁束密度Ｂは、次の関係式 Ｂ＝Ｈ（１＋４πχ） （３） によって磁化率中に試料の磁気応答を組み込んでいる。
正味の磁束密度Ｂは次式で与えられる。
磁束密度Ｂは、次の関係式 Ｂ＝Ｈ（１＋４πχ） （３） によって磁化率中に試料の磁気応答を組み込んでいる。
正味の磁束密度Ｂは次式で与えられる。
【００３３】 Ｂ（ｔ）＝Ｂ0＋Ｂacｃｏｓ（ωｔ＋φ） （４） 式（１）からわかるように、これは、Ｂ（ｔ）に比例す
る局所的ホール電圧をもたらす。
る局所的ホール電圧をもたらす。
【００３４】測定器は、試料が走査されたときに、
（１）一定の磁界Ｂ0と、（２）振動界Ｂacの振幅と、
（３）位相差φの３つの量を検出する。後者２つのプロ
ットは、標準の電子回路に追加された標準位相感知検出
回路を用いたロックイン増幅器により検出することがで
き、本発明の測定器の新しい態様である。
（１）一定の磁界Ｂ0と、（２）振動界Ｂacの振幅と、
（３）位相差φの３つの量を検出する。後者２つのプロ
ットは、標準の電子回路に追加された標準位相感知検出
回路を用いたロックイン増幅器により検出することがで
き、本発明の測定器の新しい態様である。
【００３５】図１は、本発明による走査型ＡＣホール顕
微鏡の構造を示す図である。この測定器は、下記のよう
にいくつかのサブセクションに分割することができる。
微鏡の構造を示す図である。この測定器は、下記のよう
にいくつかのサブセクションに分割することができる。
【００３６】（１）ホールセンサ／ピエゾ−カンチレバ
ー・アセンブリ （２）走査部分（ＸＹＺピエゾ） （３）試料ステージ （４）ＡＣ磁界コイル （５）（ａ）標準顕微鏡検査法用の電子検出システム （ｂ）走査型ＡＣ磁化率法用の電子検出システム 装置の中央部分は、フォトリソグラフィによって用意さ
れる、１μｍの作動エリアを有する２ＤＥＧ（２次元電
子ガス）ホールセンサ１４である。ホールセンサ１４
は、可撓性チタニウムのレバー１６に上に据え付けられ
ており、レバー１６は、ホールセンサ１４のチップの角
が試料１２と接触したときに曲げられる。ピエゾ抵抗素
子であるカンチレバー１８は市販品を利用可能であり、
ホールセンサ１４の機械的なガラスファイバーのジョイ
ント２０により、ホールセンサ１４に連結されている。
したがって、カンチレバー１８は、レバー１６の曲がり
に応答して変化することになる。このアセンブリによ
り、試料１２との接触による、ホールセンサ１４の変位
を検出することが可能になる。
ー・アセンブリ （２）走査部分（ＸＹＺピエゾ） （３）試料ステージ （４）ＡＣ磁界コイル （５）（ａ）標準顕微鏡検査法用の電子検出システム （ｂ）走査型ＡＣ磁化率法用の電子検出システム 装置の中央部分は、フォトリソグラフィによって用意さ
れる、１μｍの作動エリアを有する２ＤＥＧ（２次元電
子ガス）ホールセンサ１４である。ホールセンサ１４
は、可撓性チタニウムのレバー１６に上に据え付けられ
ており、レバー１６は、ホールセンサ１４のチップの角
が試料１２と接触したときに曲げられる。ピエゾ抵抗素
子であるカンチレバー１８は市販品を利用可能であり、
ホールセンサ１４の機械的なガラスファイバーのジョイ
ント２０により、ホールセンサ１４に連結されている。
したがって、カンチレバー１８は、レバー１６の曲がり
に応答して変化することになる。このアセンブリによ
り、試料１２との接触による、ホールセンサ１４の変位
を検出することが可能になる。
【００３７】また、接触モードにある間、試料１２のト
ポグラフィは、ホールセンサ１４による磁界の分布の撮
像と同時に、ホールセンサ１４の角を走査することによ
り測定することができる。ホール・バー−カンチレバー
・アセンブリを構成する、ホールセンサ１４、レバー１
６、カンチレバー１８、ジョイント２０は、ｘ−ピエゾ
スキャナ２２とｙ−ピエゾスキャナ２４からなるバイモ
ルフ板ベースのピエゾスキャナの上に据え付けられてお
り、これは約１５０μｍの範囲で２次元（２Ｄ）並進運
動を提供する。試料ホルダ２８を有するＺ−ピエゾ−ト
ランスレータ２６は、ｘ−ピエゾスキャナ２２とｙ−ピ
エゾスキャナ２４に対向して据え付けられている。小さ
な銅の金属コイル１０が試料ホルダ２８に取り付けられ
ており、試料１２は、試料ホルダ２８の上に据え付けら
れている。試料１２を取り付ける前に、金属コイル１０
は、その中心がｚ軸に沿ってホールセンサ１４と位置合
わせされるように配置されている。
ポグラフィは、ホールセンサ１４による磁界の分布の撮
像と同時に、ホールセンサ１４の角を走査することによ
り測定することができる。ホール・バー−カンチレバー
・アセンブリを構成する、ホールセンサ１４、レバー１
６、カンチレバー１８、ジョイント２０は、ｘ−ピエゾ
スキャナ２２とｙ−ピエゾスキャナ２４からなるバイモ
ルフ板ベースのピエゾスキャナの上に据え付けられてお
り、これは約１５０μｍの範囲で２次元（２Ｄ）並進運
動を提供する。試料ホルダ２８を有するＺ−ピエゾ−ト
ランスレータ２６は、ｘ−ピエゾスキャナ２２とｙ−ピ
エゾスキャナ２４に対向して据え付けられている。小さ
な銅の金属コイル１０が試料ホルダ２８に取り付けられ
ており、試料１２は、試料ホルダ２８の上に据え付けら
れている。試料１２を取り付ける前に、金属コイル１０
は、その中心がｚ軸に沿ってホールセンサ１４と位置合
わせされるように配置されている。
【００３８】ホールセンサ１４への試料１２の初期の
「粗い」接近は、機械的スクリュー（図示せず）により
達成することができる。続いて行われる、さらに「繊細
な」接近は、バイモルフ板であるＺ−ピエゾ−トランス
レータ２６に電圧を加えることにより実施することがで
きる。ホールセンサ１４と試料１２の接触は、カンチレ
バー１８の抵抗の変化をモニタすることにより検出され
る。次に、走査板を試料１２の表面と位置合わせする。
これは、カンチレバー１８をモニタする間、スキャナ電
圧に比例する補償電圧をＺ−ピエゾ−トランスレータ２
６に加えることにより達成される。位置合わせを実施し
た後、トポグラフィ撮像について従来の原子力顕微鏡
（ＡＦＭ）と同じ方式で、走査中レバー１６、カンチレ
バー１８の曲がりを維持するために、プリアンプ３０と
駆動回路３２からなる電子フィードバックシステムの電
源を入れる。このモードでは、トポグラフィの情報（プ
リアンプ３０と駆動回路３２を通るフィードバック信
号）および磁気情報を、信号３６として同時に獲得する
ことができる。別法として、試料の表面から約０．１μ
ｍホールセンサ１４を引き出し、非接触モードで試料の
表面を平行に走査することにより、フィードバックを使
用することを避けることができる。この場合には、信号
３６での磁気情報のみが集められる。後者のモードは、
ホールセンサ１４の耐用寿命を延長する。どちらの動作
モードでも、ＡＣ電流３８は、外部ソレノイドによって
作成されるＤＣ磁界を変調するために、試料１２の下の
金属コイル１０に加えられる。
「粗い」接近は、機械的スクリュー（図示せず）により
達成することができる。続いて行われる、さらに「繊細
な」接近は、バイモルフ板であるＺ−ピエゾ−トランス
レータ２６に電圧を加えることにより実施することがで
きる。ホールセンサ１４と試料１２の接触は、カンチレ
バー１８の抵抗の変化をモニタすることにより検出され
る。次に、走査板を試料１２の表面と位置合わせする。
これは、カンチレバー１８をモニタする間、スキャナ電
圧に比例する補償電圧をＺ−ピエゾ−トランスレータ２
６に加えることにより達成される。位置合わせを実施し
た後、トポグラフィ撮像について従来の原子力顕微鏡
（ＡＦＭ）と同じ方式で、走査中レバー１６、カンチレ
バー１８の曲がりを維持するために、プリアンプ３０と
駆動回路３２からなる電子フィードバックシステムの電
源を入れる。このモードでは、トポグラフィの情報（プ
リアンプ３０と駆動回路３２を通るフィードバック信
号）および磁気情報を、信号３６として同時に獲得する
ことができる。別法として、試料の表面から約０．１μ
ｍホールセンサ１４を引き出し、非接触モードで試料の
表面を平行に走査することにより、フィードバックを使
用することを避けることができる。この場合には、信号
３６での磁気情報のみが集められる。後者のモードは、
ホールセンサ１４の耐用寿命を延長する。どちらの動作
モードでも、ＡＣ電流３８は、外部ソレノイドによって
作成されるＤＣ磁界を変調するために、試料１２の下の
金属コイル１０に加えられる。
【００３９】ホールセンサ１４は、２〜５μｍのＤＣ電
流によって駆動される。電圧信号は、まず利得１０4を
有するプリアンプ３４によって増幅され、次いでロック
イン増幅器４０（ＡＣ信号）と変調周波数以下のカット
オフ周波数を有するローパスフィルタ４２（ＡＣまたは
ＤＣ信号）の間で分割される。
流によって駆動される。電圧信号は、まず利得１０4を
有するプリアンプ３４によって増幅され、次いでロック
イン増幅器４０（ＡＣ信号）と変調周波数以下のカット
オフ周波数を有するローパスフィルタ４２（ＡＣまたは
ＤＣ信号）の間で分割される。
【００４０】説明した測定器は、以下の特徴を有する。
【００４１】 横解像度１μｍ 温度範囲：３００−５Ｋ 走査範囲：〜２００×２００μｍ（３００Ｋで） 〜５０×５０μｍ（５Ｋで） フィールド解像度（ＤＣフィールド）：〜１Ｇ（３００Ｋで） 〜５０ｍＧ（５Ｋで） 装置の性能を示すために、ＡＣおよびＤＣホール画像を
ガーネット膜上で測定した。そのようなシステムの「迷
路のような」パターンは、文献［M.Seul,Science,Volum
e254,pp1616(1991)］で報告されており、また、一般的
な理論的理解も利用可能である［T.Gareland S.DOniac
h,Physical Review B26,325(1982)参照］。膜の磁気領
域構造は、図２（ａ）のＤＣホール画像に明らかに認め
られる。明るい領域と暗い領域は、反対の極性の領域で
あり、磁化ベクトルは、膜表面の法線である。走査中、
ｆ＝７７７Ｈｚである周波数のＡＣ変調を加え、その結
果得られた試料を通して伝送されたＡＣ振幅と位相の画
像をそれぞれ図２（ｂ）と図２（ｃ）に示す。ＡＣ振幅
画像では、加えられた変調フィールドに関して横方向に
動く領域境界のみが可視となり、それにより空間走査を
実施する際に、振幅および位相の両方で変化する信号を
提供する。明るい領域は大きな振幅振動に対応し、暗い
領域は強く固定された領域を示す。さらに領域壁が励起
している明確な構造が認められ、この励起は、領域構造
において位相欠陥（「ブランチング」および「終了」
点）の間に優先的に集中している。さらにより明るいコ
ントラストが、位相画像（図２（ｃ））に認められる。
この図では、個々の領域境界の運動の位相差が観測され
ている他に、すべての位相欠陥が明るい点として現れて
いる。したがって本発明は、振動領域壁の走査型顕微鏡
検出を一意に提供する。
ガーネット膜上で測定した。そのようなシステムの「迷
路のような」パターンは、文献［M.Seul,Science,Volum
e254,pp1616(1991)］で報告されており、また、一般的
な理論的理解も利用可能である［T.Gareland S.DOniac
h,Physical Review B26,325(1982)参照］。膜の磁気領
域構造は、図２（ａ）のＤＣホール画像に明らかに認め
られる。明るい領域と暗い領域は、反対の極性の領域で
あり、磁化ベクトルは、膜表面の法線である。走査中、
ｆ＝７７７Ｈｚである周波数のＡＣ変調を加え、その結
果得られた試料を通して伝送されたＡＣ振幅と位相の画
像をそれぞれ図２（ｂ）と図２（ｃ）に示す。ＡＣ振幅
画像では、加えられた変調フィールドに関して横方向に
動く領域境界のみが可視となり、それにより空間走査を
実施する際に、振幅および位相の両方で変化する信号を
提供する。明るい領域は大きな振幅振動に対応し、暗い
領域は強く固定された領域を示す。さらに領域壁が励起
している明確な構造が認められ、この励起は、領域構造
において位相欠陥（「ブランチング」および「終了」
点）の間に優先的に集中している。さらにより明るいコ
ントラストが、位相画像（図２（ｃ））に認められる。
この図では、個々の領域境界の運動の位相差が観測され
ている他に、すべての位相欠陥が明るい点として現れて
いる。したがって本発明は、振動領域壁の走査型顕微鏡
検出を一意に提供する。
【００４２】磁性材料が容易に、すなわち、強く固定さ
れていないようにスイッチされる場合は、ＡＣ界の下で
振動することになり、これは大きなＡＣホール抵抗では
っきり現れる。スイッチ不可能領域は大きく振動しない
ので、小さなホール抵抗を提供する。したがってＡＣホ
ール抵抗のコントラストは、スイッチ可能およびスイッ
チ不可能領域の空間地図を提供する。さらにこの方法
は、一般に磁気不均一性のシステムに対し、非常に有用
なツールを提供する。
れていないようにスイッチされる場合は、ＡＣ界の下で
振動することになり、これは大きなＡＣホール抵抗では
っきり現れる。スイッチ不可能領域は大きく振動しない
ので、小さなホール抵抗を提供する。したがってＡＣホ
ール抵抗のコントラストは、スイッチ可能およびスイッ
チ不可能領域の空間地図を提供する。さらにこの方法
は、一般に磁気不均一性のシステムに対し、非常に有用
なツールを提供する。
【００４３】この技術はいくつかの明確な利点を有す
る。第１に、検出技術は非干渉的である。すなわち、磁
力顕微鏡検査法とは対照的に、検出システム自体は、調
査することになるシステムの状態を干渉しないのであ
る。第２に、絶対的なスケールの補償を提供する。第３
に、ＳＱＵＩＤ顕微鏡ほどの感受性はないが、ＳＱＵＩ
Ｄが動作できない室温で、容易に動作する。第４に、顕
微鏡の空間解像度は、最適に利用可能なＳＱＵＩＤ顕微
鏡よりも優れている。さらに、程度をさらに低減する努
力により、空間解像度は最高水準まで改良できると考え
られている。
る。第１に、検出技術は非干渉的である。すなわち、磁
力顕微鏡検査法とは対照的に、検出システム自体は、調
査することになるシステムの状態を干渉しないのであ
る。第２に、絶対的なスケールの補償を提供する。第３
に、ＳＱＵＩＤ顕微鏡ほどの感受性はないが、ＳＱＵＩ
Ｄが動作できない室温で、容易に動作する。第４に、顕
微鏡の空間解像度は、最適に利用可能なＳＱＵＩＤ顕微
鏡よりも優れている。さらに、程度をさらに低減する努
力により、空間解像度は最高水準まで改良できると考え
られている。
【００４４】走査型ＡＣホール顕微鏡に対する本発明の
いくつかの実施形態と変形形態について、本明細書で詳
細に説明してきたが、本発明の開示および教示は、当業
者に対し、多くの代替設計を提示することになることは
明らかである。
いくつかの実施形態と変形形態について、本明細書で詳
細に説明してきたが、本発明の開示および教示は、当業
者に対し、多くの代替設計を提示することになることは
明らかである。
【図１】本発明のある実施形態による、走査型ＡＣホー
ル顕微鏡の概略図である。
ル顕微鏡の概略図である。
【図２】ガーネット膜の走査磁気画像で、（ａ）は従来
のＤＣ磁界画像を示す図、（ｂ）は明るい領域が大きな
振動に対応するＡＣ磁界画像を提供する振幅地図であ
り、本発明の新規な測定を表す図、（ｃ）は、明るい領
域が大きな振動に対応するＡＣ磁界画像を提供する位相
地図であり、本発明の新規な測定を表す図である。
のＤＣ磁界画像を示す図、（ｂ）は明るい領域が大きな
振動に対応するＡＣ磁界画像を提供する振幅地図であ
り、本発明の新規な測定を表す図、（ｃ）は、明るい領
域が大きな振動に対応するＡＣ磁界画像を提供する位相
地図であり、本発明の新規な測定を表す図である。
１０ 金属コイル １２ 試料 １４ ホールセンサ １６ レバー １８ カンチレバー ２０ ジョイント ２２ ｘ−ピエゾスキャナ ２４ ｙ−ピエゾスキャナ ２６ Ｚ−ピエゾ−トランスレータ ２８ 試料ホルダ ３０ プリアンプ ３２ 駆動回路 ３４ プリアンプ ３６ 信号 ３８ ＡＣ電流 ４０ ロックイン増幅器 ４２ ローパスフィルタ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） (72)発明者 マーク・ジェイ・ヒギンズ アメリカ合衆国、 ニュージャージー 08540、 プリンストン、 インディペン デンス ウェイ ４ エヌ・イー・シー・ リサーチ・インスティテューテュ・インク 内 (72)発明者 マキシム マーチェフスキー アメリカ合衆国、 ニュージャージー 08540、 プリンストン、 インディペン デンス ウェイ ４ エヌ・イー・シー・ リサーチ・インスティテューテュ・インク 内
Claims (21)
- 【請求項１】 不動の領域と可動の領域との区別を可能
にする、外部から加えられたＡＣ磁界の影響下で、領域
境界の振動運動を測定することにより、磁性材料の領域
パターンを測定する走査型ＡＣホール顕微鏡であって、 ａ．一定のＤＣ磁界Ｈ0を磁性材料試料に加えるための
手段と、 ｂ．磁性材料試料から見た正味の磁界Ｈ（ｔ）が、 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） となるように、交番ＡＣ磁界Ｈacを磁性材料試料にさら
に加えるための手段と、 ｃ．試料がホールセンサで走査されたときに、磁性材料
試料のＡＣ応答の空間画像を検出するための手段とを備
える走査型ＡＣホール顕微鏡。 - 【請求項２】 試料が走査されたときに、振動界Ｂacの
振幅および位相差φを検出するための手段を含む、請求
項１に記載の走査型ＡＣホール顕微鏡。 - 【請求項３】 検出手段が、位相感知検出回路を用いた
ロックイン増幅器を含む、請求項１に記載の走査型ＡＣ
ホール顕微鏡。 - 【請求項４】 ホールセンサが、試料の反対側に据え付
けられており、ホールセンサから見た磁束密度が、関係
式 Ｂ＝Ｈ（１＋４πχ） によって磁化率中に試料の磁気応答を組み込み、正味の
磁束密度が Ｂ（ｔ）＝Ｂ0＋Ｂacｃｏｓ（ωｔ＋φ） で与えられる、請求項１に記載の走査型ＡＣホール顕微
鏡。 - 【請求項５】 顕微鏡のスケール上で磁性材料のＡＣ散
逸をマッピングするために、検出手段が、駆動ＡＣ界に
対して移動領域の局所的位相差を測定する、請求項１に
記載の走査型ＡＣホール顕微鏡。 - 【請求項６】 磁性材料試料が、ＡＣホール顕微鏡の顕
微鏡段に取り付けられた金属コイルの上に配置されてお
り、金属コイル中に交流電流を加えることにより交番
（ＡＣ）磁界が加えられる、請求項１に記載の走査型Ａ
Ｃホール顕微鏡。 - 【請求項７】 ホールセンサが、ホールセンサに連結さ
れているピエゾ抵抗素子である可撓性のカンチレバー上
に据え付けられており、ホールセンサが試料に接触した
とき、カンチレバーの抵抗が、その曲がりに応答して変
化する、請求項１に記載の走査型ＡＣホール顕微鏡。 - 【請求項８】 接触モードにあるとき、ホールセンサに
よる磁界の分布の撮像と同時に、試料のトポグラフィ
が、ホールセンサを走査することにより測定される、請
求項７に記載の走査型ＡＣホール顕微鏡。 - 【請求項９】 ホールセンサおよびカンチレバーアセン
ブリが、２次元の並進移動を提供するバイモルフ板ベー
スのｘおよびｙピエゾスキャナ上に据え付けられてお
り、試料ホルダを有するＺ−ピエゾ−トランスレータ
が、スキャナに対向して据え付けられており、金属コイ
ルが試料ホルダに取り付けられ、試料が試料ホルダ上に
据え付けられており、金属コイルが、その中心がｚ軸に
沿ってホールセンサと位置合わせされるように配置され
ている、請求項８に記載の走査型ＡＣホール顕微鏡。 - 【請求項１０】 ホールセンサへの試料の接近が、Ｚ−
ピエゾ−トランスレータに電圧を加えることにより達成
され、ホールセンサと試料の接触が、カンチレバーの抵
抗の変化をモニタすることにより検出され、カンチレバ
ー抵抗をモニタする間、走査面が、スキャナの電圧に比
例する補償電圧をＺ−ピエゾ−トランスレータに加える
ことにより、試料の表面と位置合わせされており、位置
合わせ終了後、電子フィードバックシステムが、走査の
間、カンチレバーが一定の曲がりを維持するモードと
し、このモードで、フィードバック信号の状態にあるト
ポグラフィのデータと磁気情報の両方が同時に獲得され
る、請求項９に記載の走査型ＡＣホール顕微鏡。 - 【請求項１１】 不動の領域と可動の領域との区別を可
能にする、外部から加えられたＡＣ磁界の影響下で、領
域境界の振動運動を測定することにより、磁性材料の領
域パターンを測定する走査型ＡＣホール顕微鏡の測定方
法であって、 ａ．一定のＤＣ磁界Ｈ0を磁性材料試料に加えるステッ
プと、 ｂ．磁性材料試料から見た正味の磁界Ｈ（ｔ）が、 Ｈ（ｔ）＝Ｈ0＋Ｈacｃｏｓ（ωｔ） となるように、交番ＡＣ磁界Ｈacを磁性材料試料にさら
に加えるステップと、 ｃ．試料がホールセンサで走査されたときに、磁性材料
試料のＡＣ応答の空間画像を検出するステップとを備え
る走査型ＡＣホール顕微鏡の測定方法。 - 【請求項１２】 試料が走査されたときに、振動界Ｂac
の振幅および位相差φを検出するステップを含む、請求
項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 検出ステップが、位相感知検出回路を
用いたロックイン増幅器によって実施される、請求項１
１に記載の方法。 - 【請求項１４】 検出ステップが、関係式 Ｂ＝Ｈ（１＋４πχ） によって磁化率中に試料の磁気応答を組み込む試料の反
対側でホールセンサから見た磁束密度を検出し、正味の
密度が、 Ｂ（ｔ）＝Ｂ0＋Ｂacｃｏｓ（ωｔ＋φ） によって与えられる、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１５】 磁性試料が、領域壁により、Ｓ極の領
域から分離されたＮ極の領域に分割されており、検出ス
テップが、可動（弱く固定された）領域に対する不動
（強く固定された）領域のコントラスト地図を提供し、
これがＮ極からＳ極、またはその逆の領域の切り替えの
容易度または難易度を表す、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１６】 検出ステップが、顕微鏡スケール上の
磁性材料においてＡＣ散逸をマッピングするために、駆
動ＡＣ界に対する移動領域の局所的位相差を測定する、
請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１７】 磁性材料試料が、ＡＣホール顕微鏡の
顕微鏡段に取り付けられた金属コイルの上に配置されて
おり、金属コイル中に交流電流（ＡＣ）を加えることに
より交番（ＡＣ）磁界が加えられる、請求項１１に記載
の方法。 - 【請求項１８】 ホールセンサが、ホールセンサに連結
されているピエゾ抵抗素子である可撓性のカンチレバー
上に据え付けられており、ホールセンサが試料に接触し
たとき、カンチレバーの抵抗が、その曲がりに応答して
変化する、請求項１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 接触モードにある間、ホールセンサに
よる磁界の分布の撮像と同時に、試料のトポグラフィ
が、ホールセンサを走査することにより測定される、請
求項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】 ホールセンサおよびカンチレバー・ア
センブリが、２次元並進運動を提供する、バイモルフ板
ベースのｘおよびｙピエゾスキャナ上に据え付けられて
おり、試料ホルダを有するＺ−ピエゾ−トランスレータ
が、スキャナに対向して取り付けられていて、金属コイ
ルがホルダに取り付けられ、試料がホルダに据え付けら
れており、金属コイルが、その中心がｚ軸に沿ってホー
ルセンサと位置合わせされるように配置されている、請
求項１８に記載の方法。 - 【請求項２１】 ホールセンサへの試料の接近が、Ｚ−
ピエゾ−トランスレータに電圧を加えることにより達成
され、ホールセンサと試料の接触が、カンチレバーの抵
抗の変化をモニタすることにより検出され、カンチレバ
ー抵抗をモニタする間、走査板が、スキャナの電圧に比
例する補償電圧をＺ−ピエゾ−トランスレータに加える
ことにより、試料の表面と位置合わせされており、位置
合わせ終了後、電子フィードバックシステムが、走査の
間、カンチレバーが一定の曲がりを維持するモードと
し、このモードで、フィードバック信号のトポグラフィ
のデータと磁気情報の両方が同時に獲得される、請求項
２０に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/528,689 US6396261B1 (en) | 2000-03-20 | 2000-03-20 | Scanning AC hall microscope |
| US09/528689 | 2000-03-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264231A true JP2001264231A (ja) | 2001-09-26 |
| JP3522222B2 JP3522222B2 (ja) | 2004-04-26 |
Family
ID=24106732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001020041A Expired - Fee Related JP3522222B2 (ja) | 2000-03-20 | 2001-01-29 | 走査型ａｃホール顕微鏡とその測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6396261B1 (ja) |
| JP (1) | JP3522222B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005134196A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Nec Electronics Corp | 非破壊解析方法及び非破壊解析装置 |
| WO2009118887A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 株式会社フォスメガ | 磁気センサー及び走査型顕微鏡 |
| KR101793524B1 (ko) * | 2016-03-14 | 2017-11-06 | 한국과학기술원 | 집속자기장 떨림반응 현미경 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6657431B2 (en) * | 2000-06-06 | 2003-12-02 | Brown University Research Foundation | Scanning magnetic microscope having improved magnetic sensor |
| EP1197726A1 (en) * | 2000-10-04 | 2002-04-17 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich | Multipurpose Sensor and cantilever for it |
| AU2003225703A1 (en) * | 2002-03-08 | 2003-09-22 | Brown University Research Foundation | High resolution scanning magnetic microscope operable at high temperature |
| WO2004017102A2 (en) | 2002-08-16 | 2004-02-26 | Brown University Research Foundation | Scanning magnetic microscope having improved magnetic sensor |
| US20110061139A1 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-10 | Ahmet Oral | Method to measure 3 component of the magnetic field vector at nanometer resolution using scanning hall probe microscopy |
-
2000
- 2000-03-20 US US09/528,689 patent/US6396261B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-01-29 JP JP2001020041A patent/JP3522222B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005134196A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Nec Electronics Corp | 非破壊解析方法及び非破壊解析装置 |
| WO2009118887A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 株式会社フォスメガ | 磁気センサー及び走査型顕微鏡 |
| US8104093B2 (en) | 2008-03-28 | 2012-01-24 | Empire Technology Development Llc | Magnetic sensor and scanning microscope |
| JP5027237B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2012-09-19 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 走査型顕微鏡 |
| US8631510B2 (en) | 2008-03-28 | 2014-01-14 | Empire Technology Development Llc | Magnetic sensor and scanning microscope |
| KR101793524B1 (ko) * | 2016-03-14 | 2017-11-06 | 한국과학기술원 | 집속자기장 떨림반응 현미경 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3522222B2 (ja) | 2004-04-26 |
| US6396261B1 (en) | 2002-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6429652B1 (en) | System and method of providing a resonant micro-compass | |
| EP1360515B1 (en) | Method and apparatus for detection and measurement of accumulations of magnetic particles | |
| JP3249132B2 (ja) | 原子間力顕微鏡内の交流検出用力センサを磁気変調させる方法 | |
| US9069007B2 (en) | Multiple frequency atomic force microscopy | |
| Foner | Review of magnetometry | |
| JP4769918B1 (ja) | 磁場観察装置及び磁場観察方法 | |
| Zhou et al. | A compact high field magnetic force microscope | |
| Brugger et al. | Microfabricated ultrasensitive piezoresistive cantilevers for torque magnetometry | |
| US20120079632A1 (en) | Method to measure 3 component of the magnetic field vector at nanometer resolution using scanning hall probe microscopy | |
| JP3522222B2 (ja) | 走査型ａｃホール顕微鏡とその測定方法 | |
| Zhang et al. | A horseshoe micromachined resonant magnetic field sensor with high quality factor | |
| Todorovic et al. | Miniature high-sensitivity quartz tuning fork alternating gradient magnetometry | |
| Chong et al. | Scanning Hall probe microscopy on an atomic force microscope tip | |
| Zueco et al. | Combined Kerr-/magnetic force microscopy on NdFeB crystals of different crystallographic orientation | |
| JP4801881B2 (ja) | 共振型磁気センサとこれを用いた磁場検出装置 | |
| JP2000258449A (ja) | 磁気式加速度センサ及び加速度検知装置 | |
| Tang et al. | An interchangeable scanning Hall probe/scanning SQUID microscope | |
| Maspero et al. | MEMS magnetometer using magnetic flux concentrators and permanent magnets | |
| Sandhu et al. | A novel variable temperature scanning nano-Hall probe microscope system for large area magnetic imaging incorporating piezoelectric actuators maintained at room temperature | |
| Gao et al. | Micro acceleration measurement system based on highly-sensitive tunnel magneto-resistance sensor | |
| JP3376374B2 (ja) | プローブ顕微鏡における試料表面のイメージ作成方法 | |
| Baltes et al. | Progress in CMOS integrated measurement systems | |
| Meiser et al. | Low temperature scanning force microscopy using piezoresistive cantilevers | |
| JP2002286613A (ja) | 高周波特性測定装置 | |
| KR20030047162A (ko) | 로렌츠력 현미경 및 로렌츠력을 이용한 자구 측정방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040121 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040203 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080220 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090220 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100220 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100220 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110220 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110220 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120220 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120220 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130220 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130220 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140220 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |