JP3142652B2 - 磁気力顕微鏡 - Google Patents
磁気力顕微鏡Info
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Description
を検出し、画像化する磁気力顕微鏡に関する。
W.van Kesterenらによって発表されてい
る(J.Appl.Phys.70.2413(199
1))。板バネをバイモルフ型圧電素子で振動させ、光
干渉法によって変位を検出するものである。試料/板バ
ネ間に働く微小な力により、板バネの振動周波数及び振
動振幅が変動する。この変動による振幅のずれ量を電気
信号として検出する。検出された信号はZ軸制御系に入
力され、試料/板バネ間の力が一定になるようにZ軸の
微動素子を制御する。この状態で面内走査を行い三次元
像を得ている。
力の極性を判別するため及び制御の安定性の確保のため
に直流電圧を印加している。板バネに形成された強磁性
探針は、試料表面の磁気分布により引力と斥力を受け
る。板バネの振動振幅は力の絶対値に反応するため、こ
のままでは磁気力の極性を判別できず、磁区分布を測定
することが困難である。そこで試料/板バネ間に直流電
圧を印加し、斥力より大きい静電引力を付加することで
全検出力を引力のみとし、磁気極性の判別は、この引力
の強弱で置き換えることにしている。さらに、力の方向
が一定となりZ軸制御の安定性にも寄与している。
うな磁気力顕微鏡では、磁気力に静電引力を加算した力
を検出し画像化するため、磁区分布と静電力分布の合成
像となる。静電力分布は試料表面の凹凸と一致するた
め、磁区像に表面凹凸像が重なってしまう。特に、テク
スチャー処理がなされた磁気媒体では、表面凹凸が大き
いため、磁区構造の判別が困難となっている。
めに、この発明は、試料/板バネ間に交流電圧を印加
し、この印加電圧と同周波数の交流変調波の検出手段を
もちいて、Z軸制御を行うようにした。
加し、この印加電圧と同周波数の交流変調波の検出手段
をもちいて、Z軸制御を行うことにより、静電引力のみ
でZ軸の制御が行える。静電引力は試料/板バネ間の印
加電圧によるものであり、この印加電圧を交流変調し検
波することで、磁気力による影響を除けるからである。
このように静電引力のみでZ軸制御することにより、静
電力像を得ることができる。
に制御されているため、この状態で板バネをバイモルフ
型圧電素子で振動させ、その振動振幅の変動を検出する
と、検出力の変動分は常に磁気力のみとなる。この変動
分を画像化すると磁区像のみが得られることになる。し
たがって、磁区像に表面凹凸像が重なってしまうことが
なく、テクスチャー処理がなされた磁気媒体でも、容易
に磁区構造の判別が可能となる。
説明する。 <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。バイモルフ型圧電素子2を交流電圧印加手段3を
もちいて振動させ、強磁性探針付き板バネ1を共振させ
る。板バネ1と試料16の間に、交流電圧印加手段11
をもちいて交流電圧を印加する。半導体レーザー4より
レーザー光を板バネ1に照射し、反射光をミラー5で反
射し光検出素子6で検出する。検出された信号は、レー
ザー光制御検出回路9からバイモルフ型圧電素子印加電
圧と同周波数の交流変調波検出手段10と試料/板バネ
間印加電圧と同周波数の交流変調波検出手段12にそれ
ぞれ入力される。交流変調波検出手段12の出力は、試
料と板バネ間の距離制御手段13に入力され、距離制御
手段13内のZ軸サーボ回路および高圧増幅器よりZ軸
圧電素子印加電圧が出力される。距離制御手段13の出
力は微動素子8へ印加され、Z軸の制御すなはち試料と
板バネ間の距離を制御する。
回路より制御電圧が粗動機構7へ出力され、Z軸の粗動
を制御する。装置全体は除振機構14上に設置され、外
部振動の影響を除去している。一方、交流変調波検出手
段10の出力は画像処理手段15をもちいて磁区像とし
て画像化する。同様に、距離制御手段13の出力は画像
処理手段15をもちいて静電力分布すなはち表面凹凸像
として画像化する。
カーブ)を示す。実線1は試料からの力を検出していな
い状態を表し、破線2は探針が試料に接近し、力を検出
した状態を表す。板バネの共振特性は、図2で示される
ように、外力が加わる(力を検出する)と共振周波数ω
0 が低周波側ω0 ´へシフトする。同時に最大振幅も減
少する。ここで、周波数をω1 に固定し振幅の変化を調
べると、力を検出していない状態ではA点で示される振
幅となり、力を検出するとB点で示される振幅となる。
このように、力に対応して振幅の減少が生じる。これ
を、探針/試料間の距離との関係で表した図が図3であ
る。
対応している。すなわち、探針(または板バネ)が試料
に接近すると力が増大し振幅の減少が生じる。そこで、
周波数を一定値ω1 に固定し、振幅(または振幅の減少
量)を一定にするようにZ軸を制御すると、探針/試料
間の距離が一定に保たれる。この状態でXY方向に探針
を走査するとZ軸の上下動により表面画像を得ることが
できる。ただし、この画像は静電引力像(表面凹凸像)
と磁区像との混合された画像である。
示した図である。バイモルフ型圧電素子2を交流電圧印
加手段3を用いて周波数ω1 で振動させ、強磁性探針付
き板バネ1を共振させる。板バネ1と試料16の間に、
交流電圧印加手段11を用いて周波数ω2 (ただし、ω
1 >ω2 )の交流電圧を印加する。半導体レーザー4よ
りレーザー光を板バネ1に照射し、反射光をミラー5で
反射し光検出素子6で検出する。検出された信号はレー
ザー光制御検出回路9に入力される。このとき、信号は
ω1 とω2 で変調された混合波形となっている。検出さ
れた信号はレーザー光制御検出回路9より検出周波数ω
2 の交流変調波検出手段12と検出周波数ω1 の交流変
調波検出手段10にそれぞれ入力される。交流変調波検
出手段12の出力信号は混合波形から周波数ω2 成分の
みとなる。板バネ1と試料16の間の印加電圧は、周波
数ω2 の交流電圧であるため、この出力信号は静電引力
に応じて変動する。
へ入力し、微動素子8を制御することで静電引力を一定
にすることができる。この状態でXY方向に探針を走査
し、Z軸の上下動を画像処理手段15に入力することに
より静電引力像を得ることができる。
は混合波形から周波数ω1 成分のみとなる。強磁性探針
付き板バネ1の振動の周波数はω1 であり、交流変調波
検出手段10の出力信号は、静電引力が一定に保たれて
いるため、磁気力に応じて変動する。したがって、この
出力信号を画像処理手段15に入力することにより、磁
区像を得ることができる。
像)と磁区像の分離、画像化が可能となった。
ば、試料/板バネ間に交流電圧を印加し、この印加電圧
と同周波数の交流変調波の検出手段をもちいてZ軸制御
を行うことにより、従来困難であった磁区像と表面凹凸
像の分離、画像化を容易に行え、特に問題となっていた
テクスチャー処理がなされた磁気媒体でも、容易に磁区
構造の判別が可能となるのである。
をしめす図である。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 試料表面より受ける力を変位に変換する
強磁性体探針付き板バネと、交流変調用のバイモルフ型
圧電素子と、バイモルフ型圧電素子に交流電圧を印加す
る手段と、半導体レーザー、ミラー及び光検出素子より
なる変位検出手段と、試料と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、バイモルフ型圧電素
子印加電圧と同周波数の交流変調波の検出手段と、試料
と板バネ間に交流電圧を印加する手段と、試料/板バネ
間の印加電圧と同周波数の交流変調波検出手段と、試料
と板バネ間の距離制御手段と、除振機構からなる磁気力
顕微鏡。 - 【請求項2】 試料表面より受ける力を変位に変換する
強磁性体探針付き板バネと、 交流電圧により振動して前記板バネを振動させる圧電素
子と、 前記板バネの変位を検出する変位検出手段と、 前記試料と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、 前記変位検出手段からの信号のうち、前記圧電素子に印
加される前記交流電圧と同周波数の交流変調波を検出す
る第1の検出手段と、 前記試料と板バネ間に交流電圧を印加する手段と、 前記変位検出手段からの信号のうち、前記試料と板バネ
間に印加される交流電圧と同周波数の交流変調波を検出
する第2の検出手段と、 前記第2の検出手段からの信号を入力し前記微動素子を
制御し、前記試料と板バネ間の静電引力が一定になるよ
うに動作させる距離制御手段とからなり、 前記静電引力が一定の状態でXY方向に探針を走査し、
Z軸の上下動から表面凹凸像を得、前記第1の検出手段
の出力信号により磁区像を得ることを特徴とする磁気力
顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04220506A JP3142652B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 磁気力顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04220506A JP3142652B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 磁気力顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0666903A JPH0666903A (ja) | 1994-03-11 |
JP3142652B2 true JP3142652B2 (ja) | 2001-03-07 |
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ID=16752102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04220506A Expired - Fee Related JP3142652B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 磁気力顕微鏡 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3142652B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3398411B2 (ja) | 1993-03-08 | 2003-04-21 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 磁気力顕微鏡 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5579516B2 (ja) * | 2010-07-01 | 2014-08-27 | 株式会社日立製作所 | 走査プローブ顕微鏡 |
-
1992
- 1992-08-19 JP JP04220506A patent/JP3142652B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP3398411B2 (ja) | 1993-03-08 | 2003-04-21 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 磁気力顕微鏡 |
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