JP3026138B2 - 磁気力顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気力顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁性体表面の局所磁界を測定する
装置としては、磁性探針付き板バネを用いた磁気力顕微
鏡が利用されてきた。例えば、Appl.Phys.Lett.57,1820
(1990)にこのような例が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の磁気力顕微鏡では、検出量としては、磁気力のＺ方
向の微分値のみであり、磁気力の絶対値を測定すること
はしていなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明では、板バネをＺ方向に走査しながら、磁
気力のＺ方向の微分値を測定し、磁気力のＺ方向の微分
値を積分することで、磁気力の絶対値を求めるようにし
た。

【０００５】

【作用】上記のように、板バネをＺ方向に走査しなが
ら、磁気力のＺ方向の微分値を測定し、磁気力のＺ方向
の微分値を積分することにより、従来技術では不可能で
あった磁気力の絶対値測定が可能となる。

【０００６】

【実施例】この発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。 （実施例１） ＜装置の構成＞図１は、本発明の磁気力顕微鏡の概略図
である。強磁性探針付き板バネ１が圧電素子２に片持ち
梁状に固定されている。前記強磁性探針としては、シリ
コン探針上にＣｏＣｒＰｔ合金薄膜を形成したものを用
いた。板バネとしては、シリコン製の板バネを用いた。
前記板バネと前記探針は一体製造物である。前記圧電素
子２を交流電圧を印加する手段３を用いて振動させ、前
記強磁性探針付き板バネ１を共振させる。前記交流電圧
を印加する手段としては、関数発生器を用いた。

【０００７】半導体レーザー４と４分割の光検出素子５
からなる変位検出手段６を用いて、前記強磁性探針付き
板バネ１の振動状態を検出する。検出された信号は、距
離制御手段８と情報処理手段１２へ入力される。前記距
離制御手段８からは、試料７と板バネ１間の力が一定に
なるようにする制御電圧が粗動機構１０と微動素子９お
よび画像処理手段１１へ入力される。前記粗動機構１０
と微動素子９より、試料７と前記強磁性探針付き板バネ
１を三次元的に相対運動させる。前記距離制御手段８の
出力に応じて試料表面の磁気分布像を表示するための前
記画像処理手段１１で、磁気力顕微鏡像が得られる。前
記情報処理手段１２では、検出信号の振幅値が積分さ
れ、磁気力の絶対値が得られる。

【０００８】＜動作原理＞図２は、板バネの振動振幅と
圧電素子の振動周波数との関係を示した図である。実線
１は、板バネと試料との距離が大きく、磁気力を受けな
い場合の周波数特性を示している。共振周波数をω0、
共振点での振幅をＡ0とすると、振幅Ａは、 Ａ＝Ａ_r （ω0／ω）／（１＋Ｑ² （ω／ω₀ −ω₀ ／ω）² ）^1/2 となる。ここで、Ｑは、共振点でのピークの大きさを示
すＱ値である。

【０００９】式で表される曲線の傾きが最も大きい点
は、 ω₁ ＝ω₀ （１＋１／８^1/2 Ｑ） となり、このとき、 δＡ／δω＝４Ａ_r Ｑ／３・３^1/2 ω₀ となる。

【００１０】図２の破線は、板バネが試料に近づき、試
料から磁気力ｆを受けたときの周波数特性をしめしてい
る。このときの共振点をω0´をすると、 ω₀ ´＝ω₀ （１−ｄｆ／ｄＺ・１／２ｋ） となる。ここで、ｋは板バネのバネ定数である。

【００１１】、式より、振幅の変化分ΔＡは、 ΔＡ＝（２Ａ_r Ｑ／３・３^1/2 ｋ）ｄｆ／ｄＺ となる。ΔＡ、Ａ₀ 、Ｑはそれぞれ、測定値であり、ｋ
は定数であるため、式より、ｄｆ／ｄＺは、 ｄｆ／ｄＺ＝（３・３^1/2 ｋ／２Ａ_r Ｑ）ΔＡ と求めることができる。

【００１２】＜磁気力の絶対値の測定方法＞図３は、板
バネの振動振幅と板バネ／試料間の距離との関係を示し
た図である。磁気力ｆは、式より、 ｆ＝∫（ｄｆ／ｄＺ）ｄＺ ＝（３・３^1/2 ｋ／２Ａ_r Ｑ）∫ΔＡｄＺ したがって、Ｚ＝Ｚ0のときの振幅をＡ0、Ｚ＝Ｚ1のと
きの振幅をＡ1とすると、磁気力ｆ（Ｚ1）は、

【００１３】

【数１】 となる。微動素子９を用いて、Ｚ方向に走査し、同時
に、半導体レーザー４と４分割の光検出素子５からなる
変位検出手段６を用いて、前記強磁性探針付き板バネ１
の振動状態を検出し、情報処理手段１２を用いて、図３
の曲線を得た。さらに、情報処理手段１２で数１の計算
を行い、磁気力ｆを求めることができた。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、試料表面より受け
る磁気力を変位に変換する強磁性探針付き板バネと、前
記強磁性探針付き板バネを片持ち梁状に固定し、かつ、
振動させる圧電素子と、前記圧電素子に交流電圧を印加
する手段と、前記磁性探針付き板バネの変位を検出する
変位検出手段と、前記試料と前記板バネ間の力が一定に
なるように前記試料と前記板バネ間の距離を制御する距
離制御手段と、前記距離制御手段の出力に応じて前記試
料と前記板バネを三次元的に相対運動させる粗動機構及
び微動素子と、画像処理手段と、信号を積分する情報処
理手段とからなる磁気力顕微鏡を用いることで、従来技
術では困難であった磁気力の絶対値測定が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気力顕微鏡の概略図である。

【図２】振幅と周波数との関係を示す図である。

【図３】振幅と板バネ／試料間の距離との関係を示す図
である。 １ 強磁性探針付き板バネ ２ 圧電素子 ３ 交流電圧を印加する手段 ４ 半導体レーザー ５ 光検出素子 ６ 変位検出手段 ７ 試料 ８ 距離制御手段 ９ 微動素子 １０ 粗動機構 １１ 画像処理手段 １２ 情報処理手段

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18 G01B 7/34 G01N 27/72 H01J 37/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料表面より受ける磁気力を変位に変換
   する強磁性探針付き板バネと、前記強磁性探針付き板バ
   ネを片持ち梁状に固定し、かつ、振動させる圧電素子
   と、前記圧電素子に交流電圧を印加する手段と、前記磁
   性探針付き板バネの変位を検出する変位検出手段と、前
   記試料と前記板バネ間の力が一定になるように前記試料
   と前記板バネ間の距離を制御するための電圧を出力する
   距離制御手段と、前記距離制御手段の出力に応じて前記
   試料と前記板バネを三次元的に相対運動させる粗動機構
   及び微動素子と、前記距離制御手段の出力に応じて試料
   表面の磁気分布像を表示するための画像処理手段と、前
   記変位検出手段からの出力をもとに前記磁気力のＺ方向
   の微分値を求めたのち、前記微分値を積分することによ
   って、前記磁気力の絶対値を得る情報処理手段とからな
   る磁気力顕微鏡。