JPH05196704A - 表面磁気検出装置 - Google Patents
表面磁気検出装置Info
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- JPH05196704A JPH05196704A JP18858491A JP18858491A JPH05196704A JP H05196704 A JPH05196704 A JP H05196704A JP 18858491 A JP18858491 A JP 18858491A JP 18858491 A JP18858491 A JP 18858491A JP H05196704 A JPH05196704 A JP H05196704A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、試料の磁気的性質の情報を高
分解能，高感度で検出するのに好適な表面磁気検出装置
を提供することにある。 【構成】鋭く尖った先端を有する強磁性針を高い飽和磁
化を有する磁性材料と高い保磁力を有する磁性材料が少
なくとも１層以上の界面を接して構成した表面磁気検出
装置。 【効果】試料と探針の間の力を検出する表面顕微鏡、特
に磁気力を利用する表面磁気検出装置において、磁性探
針を高い飽和磁化を有する磁性体と高保磁力を持つ磁性
体を界面を接して交互に積層して構成することによっ
て、磁化したときの残留磁化と保磁力の大きな強磁性探
針を提供でき、磁性試料の磁気情報を高分解能，高感度
で計測できる効果を有する。
分解能，高感度で検出するのに好適な表面磁気検出装置
を提供することにある。 【構成】鋭く尖った先端を有する強磁性針を高い飽和磁
化を有する磁性材料と高い保磁力を有する磁性材料が少
なくとも１層以上の界面を接して構成した表面磁気検出
装置。 【効果】試料と探針の間の力を検出する表面顕微鏡、特
に磁気力を利用する表面磁気検出装置において、磁性探
針を高い飽和磁化を有する磁性体と高保磁力を持つ磁性
体を界面を接して交互に積層して構成することによっ
て、磁化したときの残留磁化と保磁力の大きな強磁性探
針を提供でき、磁性試料の磁気情報を高分解能，高感度
で計測できる効果を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、探針と試料、特に磁性
探針と磁性試料とを接近して発生する磁気力およびトン
ネル電流を利用する装置に係り、試料の磁気的性質の情
報を高分解能，高感度で検出するのに好適な磁気力顕微
鏡あるいは原子間力顕微鏡もしくはその類似装置に用い
る表面磁気検出装置に関する。
探針と磁性試料とを接近して発生する磁気力およびトン
ネル電流を利用する装置に係り、試料の磁気的性質の情
報を高分解能，高感度で検出するのに好適な磁気力顕微
鏡あるいは原子間力顕微鏡もしくはその類似装置に用い
る表面磁気検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術である走査型トンネル顕微鏡
は、探針と導電性試料間に電圧を印加し、探針と試料と
の距離を接近したときに得られるトンネル電流および電
解放射電流を利用して試料の表面情報を調べる装置であ
る。一方、原子間力顕微鏡は探針を導体もしくは絶縁体
試料面に対して数十ｎｍ以下の距離まで接近したときに
発生する原子間力を検出することにより、試料の表面情
報を調べる装置である。この場合、例えば探針をカンチ
レバーの一端に設け、探針に作用した原子間力をカンチ
レバーの変位に変換して、この変位量を検出することに
より表面情報を得る。
は、探針と導電性試料間に電圧を印加し、探針と試料と
の距離を接近したときに得られるトンネル電流および電
解放射電流を利用して試料の表面情報を調べる装置であ
る。一方、原子間力顕微鏡は探針を導体もしくは絶縁体
試料面に対して数十ｎｍ以下の距離まで接近したときに
発生する原子間力を検出することにより、試料の表面情
報を調べる装置である。この場合、例えば探針をカンチ
レバーの一端に設け、探針に作用した原子間力をカンチ
レバーの変位に変換して、この変位量を検出することに
より表面情報を得る。
【０００３】カンチレバーの変位量の検出手段として
は、トンネル電流の検出，光てこを用いた位置検出，静
電容量の検出，カンチレバーを加振した時の振幅あるい
は周波数変化の検出等により行なう。磁気力顕微鏡は、
探針として鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）などの強磁性
体を用い、この磁性探針を磁性試料の表面に接近したと
きの磁気力を利用して試料の磁化状態を調べる装置であ
る。
は、トンネル電流の検出，光てこを用いた位置検出，静
電容量の検出，カンチレバーを加振した時の振幅あるい
は周波数変化の検出等により行なう。磁気力顕微鏡は、
探針として鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）などの強磁性
体を用い、この磁性探針を磁性試料の表面に接近したと
きの磁気力を利用して試料の磁化状態を調べる装置であ
る。
【０００４】従来、磁性探針と試料を接近して得られる
磁気力を利用した走査型磁気力顕微鏡における試料の磁
気的情報の取得方法については、ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス ６８巻 ３号(１９９０年)第
１１６９頁から第１１８３頁において論じられている。
磁気力を利用した走査型磁気力顕微鏡における試料の磁
気的情報の取得方法については、ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス ６８巻 ３号(１９９０年)第
１１６９頁から第１１８３頁において論じられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の原子間
力顕微鏡や磁気力顕微鏡では、片持ちのカンチレバーの
一端に設けた先端が鋭く尖った探針が用いられる。特に
磁気力顕微鏡では探針と磁性試料の間に大きな磁気力を
作用させるために飽和磁化の大きなニッケル（Ｎｉ）や
鉄（Ｆｅ）からなる磁性探針を用いる。試料表面の磁気
情報を高分解能で検出するには、鋭く尖った磁性探針の
先端を出来るだけ（およそ数ｎｍ〜数十ｎｍ）試料表面
に接近する必要がある。この場合、従来用いられている
ＮｉやＦｅからなる磁性探針では、材料の飽和磁化は７
００emu／cc 以上と大きいが、一方、材料自身の保磁力
が１００エルステッド（Ｏｅ）以下と小さいため、試料
表面の漏洩磁界により探針先端の磁気特性が変化して正
確な磁気情報が得られない欠点があった。一方、磁性探
針の材料として高い保磁力（例えば５００Ｏｅ以上）を
有するＣｏＣｒＰｔ合金を用いる方法がある。この場
合、磁性試料の磁界により探針の磁気特性は変化し難い
特徴があるが、Ｃｒ（クロム）やＰｔ(白金)の添加によ
り飽和磁化が純コバルト（Ｃｏ）の約半分近く(約７０
０emu／cc）まで低下するため、探針の磁気力による感
度が低下する欠点がある。
力顕微鏡や磁気力顕微鏡では、片持ちのカンチレバーの
一端に設けた先端が鋭く尖った探針が用いられる。特に
磁気力顕微鏡では探針と磁性試料の間に大きな磁気力を
作用させるために飽和磁化の大きなニッケル（Ｎｉ）や
鉄（Ｆｅ）からなる磁性探針を用いる。試料表面の磁気
情報を高分解能で検出するには、鋭く尖った磁性探針の
先端を出来るだけ（およそ数ｎｍ〜数十ｎｍ）試料表面
に接近する必要がある。この場合、従来用いられている
ＮｉやＦｅからなる磁性探針では、材料の飽和磁化は７
００emu／cc 以上と大きいが、一方、材料自身の保磁力
が１００エルステッド（Ｏｅ）以下と小さいため、試料
表面の漏洩磁界により探針先端の磁気特性が変化して正
確な磁気情報が得られない欠点があった。一方、磁性探
針の材料として高い保磁力（例えば５００Ｏｅ以上）を
有するＣｏＣｒＰｔ合金を用いる方法がある。この場
合、磁性試料の磁界により探針の磁気特性は変化し難い
特徴があるが、Ｃｒ（クロム）やＰｔ(白金)の添加によ
り飽和磁化が純コバルト（Ｃｏ）の約半分近く(約７０
０emu／cc）まで低下するため、探針の磁気力による感
度が低下する欠点がある。
【０００６】本発明の目的は、磁性試料と磁性探針の間
に作用する磁気力を効率的に検出し、高感度，高分解能
の磁気情報を得るのに好適な磁性探針を備えた表面磁気
検出装置を提供することにある。
に作用する磁気力を効率的に検出し、高感度，高分解能
の磁気情報を得るのに好適な磁性探針を備えた表面磁気
検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では高い飽和磁化をもつ磁性材料と高い保磁
力をもつ磁性材料を界面を接して結合した先端が鋭く尖
った磁性探針を設ける手段を採用した。
に、本発明では高い飽和磁化をもつ磁性材料と高い保磁
力をもつ磁性材料を界面を接して結合した先端が鋭く尖
った磁性探針を設ける手段を採用した。
【０００８】
【作用】本発明は次のように作用する。カンチレバーの
一端に設けた探針が試料表面に接近すると、試料と探針
の間に力が作用しカンチレバーに撓みを生じさせる。こ
の撓みの量を検出することにより表面形態，表面の電気
特性，表面の磁気情報等の表面情報が得られる。この場
合、計測される像の分解能は用いる探針先端の曲率に依
存し、これが小さいほど高分解能の表面情報を得ること
が出来る。探針先端の曲率は１００ｎｍ以下がよい。ま
た、試料と磁性探針の間に作用する磁気力は、探針先端
部の磁極の強さに依存し、これが大きいほど感度が高く
なる。さらに磁性探針は、先端曲率が小さく、かつアス
ペクト比が大きいことが望ましい。磁気力顕微鏡では、
先端が鋭く尖った針の先端に強磁性体からなる磁性探針
を設置して用いる。この磁性探針が磁性試料の表面に接
近すると試料の磁化の向きに対応して、磁性探針は引力
あるいは反発力を受ける。例えば、磁性探針として保磁
力が小さく、透磁率の大きい材料を用いると試料と探針
の間には常に引力が作用する。一方、保磁力の大きな磁
性探針を用いたときには試料表面の漏洩磁界によって探
針の磁化が変化しないために、試料の磁化の向きに対応
して引力あるいは反発力を受けることになり、試料の磁
区構造や磁化の向きを正確に検出できる。この力を例え
ばトンネル電流の変化やカンチレバーの撓みの量に変換
してカンチレバーの後方に設置した変位検出手段（例え
ば、トンネル電流の検出，光てこによる位置検出，光の
位相変化の検出，静電容量の検出等）により試料の磁気
情報を得る。この磁気情報の分解能は前記磁性探針の先
端の曲率が小さいほど向上し、また試料からの磁界によ
り探針の磁化が変化しないことが正確な磁気情報を得る
のに重要である。また、磁性探針の飽和磁化（または残
留磁化）が大きいほど検出感度は大きくなる。
一端に設けた探針が試料表面に接近すると、試料と探針
の間に力が作用しカンチレバーに撓みを生じさせる。こ
の撓みの量を検出することにより表面形態，表面の電気
特性，表面の磁気情報等の表面情報が得られる。この場
合、計測される像の分解能は用いる探針先端の曲率に依
存し、これが小さいほど高分解能の表面情報を得ること
が出来る。探針先端の曲率は１００ｎｍ以下がよい。ま
た、試料と磁性探針の間に作用する磁気力は、探針先端
部の磁極の強さに依存し、これが大きいほど感度が高く
なる。さらに磁性探針は、先端曲率が小さく、かつアス
ペクト比が大きいことが望ましい。磁気力顕微鏡では、
先端が鋭く尖った針の先端に強磁性体からなる磁性探針
を設置して用いる。この磁性探針が磁性試料の表面に接
近すると試料の磁化の向きに対応して、磁性探針は引力
あるいは反発力を受ける。例えば、磁性探針として保磁
力が小さく、透磁率の大きい材料を用いると試料と探針
の間には常に引力が作用する。一方、保磁力の大きな磁
性探針を用いたときには試料表面の漏洩磁界によって探
針の磁化が変化しないために、試料の磁化の向きに対応
して引力あるいは反発力を受けることになり、試料の磁
区構造や磁化の向きを正確に検出できる。この力を例え
ばトンネル電流の変化やカンチレバーの撓みの量に変換
してカンチレバーの後方に設置した変位検出手段（例え
ば、トンネル電流の検出，光てこによる位置検出，光の
位相変化の検出，静電容量の検出等）により試料の磁気
情報を得る。この磁気情報の分解能は前記磁性探針の先
端の曲率が小さいほど向上し、また試料からの磁界によ
り探針の磁化が変化しないことが正確な磁気情報を得る
のに重要である。また、磁性探針の飽和磁化（または残
留磁化）が大きいほど検出感度は大きくなる。
【０００９】本発明では鋭く尖った探針の先端部に、保
磁力は小さいが大きな飽和磁化（もしくは残留磁化）を
有する磁性体と大きな保磁力を有する磁性体が互いに界
面を接した構造の磁性探針を採用した。この構造の磁性
探針は磁気特性の異なる２種類以上の磁性体を効果的に
界面を接した交換結合により、磁化したときの飽和磁化
や保磁力を大きくできる。この時、２種類以上の磁性体
の界面は互いにエピタキシャル的に結合していると効果
はさらに向上する。この磁性探針を表面磁気検出装置と
して用いる際には、磁化容易軸の方向に磁化し残留磁化
（Ｍｒ）の状態で用い、この構成の磁性探針はＭｒ×Ｈ
ｃ（保磁力）の値が大きい強い磁石が形成でき、高感度
の磁気情報の検出に有効に作用する。また、カンチレバ
ーと磁性探針を軟磁性材料で構成し、探針先端部に高保
磁力材料の層を設けた構造の探針を用い、さらにカンチ
レバーの一部にコイル等を設けて探針を励磁して用いる
ことも出来る。
磁力は小さいが大きな飽和磁化（もしくは残留磁化）を
有する磁性体と大きな保磁力を有する磁性体が互いに界
面を接した構造の磁性探針を採用した。この構造の磁性
探針は磁気特性の異なる２種類以上の磁性体を効果的に
界面を接した交換結合により、磁化したときの飽和磁化
や保磁力を大きくできる。この時、２種類以上の磁性体
の界面は互いにエピタキシャル的に結合していると効果
はさらに向上する。この磁性探針を表面磁気検出装置と
して用いる際には、磁化容易軸の方向に磁化し残留磁化
（Ｍｒ）の状態で用い、この構成の磁性探針はＭｒ×Ｈ
ｃ（保磁力）の値が大きい強い磁石が形成でき、高感度
の磁気情報の検出に有効に作用する。また、カンチレバ
ーと磁性探針を軟磁性材料で構成し、探針先端部に高保
磁力材料の層を設けた構造の探針を用い、さらにカンチ
レバーの一部にコイル等を設けて探針を励磁して用いる
ことも出来る。
【００１０】以上述べた磁性探針は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ
を主成分とする強磁性体にＮ，Ｃ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｓｍ，
Ｇｄ，Ｓｉ，Ｂを添加した単結晶，多結晶、あるいは非
晶質体もしくはこれらの積層膜で構成した飽和磁化の大
きい軟磁性体と、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｍｎ
等を主成分とし、これにＣｒ，Ｏ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｔａな
どを添加した保磁力の大きい強磁性体を組み合わせて構
成する。この場合、軟磁性体の飽和磁化（または残留磁
化）は７００emu／cc 以上が良い。
を主成分とする強磁性体にＮ，Ｃ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｓｍ，
Ｇｄ，Ｓｉ，Ｂを添加した単結晶，多結晶、あるいは非
晶質体もしくはこれらの積層膜で構成した飽和磁化の大
きい軟磁性体と、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｍｎ
等を主成分とし、これにＣｒ，Ｏ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｔａな
どを添加した保磁力の大きい強磁性体を組み合わせて構
成する。この場合、軟磁性体の飽和磁化（または残留磁
化）は７００emu／cc 以上が良い。
【００１１】磁性試料と探針間の引力，反発力を測定し
磁化の向きを正確に検出するには、試料からの漏洩磁界
により磁性探針の磁化が変化しない保磁力の大きい（望
ましくは５００Ｏｅ以上）永久磁石を用いるのが望まし
い。
磁化の向きを正確に検出するには、試料からの漏洩磁界
により磁性探針の磁化が変化しない保磁力の大きい（望
ましくは５００Ｏｅ以上）永久磁石を用いるのが望まし
い。
【００１２】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。
【００１３】実施例１ 図１，図２により本実施例を説明する。表面磁気検出装
置は、図１のごとく試料１とこれに接近する探針２，試
料と探針の間に作用する力を変位に変換するカンチレバ
ー３、およびカンチレバーの変位を検出する手段、例え
ばＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）用探針４を備えてい
る。前記変位の検出手段としてはＳＴＭの他に光を用い
た位置検出法，静電容量の検出法，光の位相変化検出
法，カンチレバーを加振したときの振幅や固有振動数の
変化を検出する方法などのいずれを用いても良い。試料
１およびＳＴＭ用探針４はそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向に走
査できる試料スキャナ５，探針スキャナ６に設置されて
いる。この表面磁気検出装置は、例えば次のように動作
する。カンチレバー３とＳＴＭ用探針４の間にバイアス
電圧を印加し、カンチレバーとＳＴＭ用探針の間に流れ
るトンネル電流を一定に保つように試料スキャナ５のＺ
軸方向のサーボを行いながら、同時にＸ，Ｙ走査を行
う。これにより試料と探針先端に作用する力一定の分布
像、例えば試料の表面形態，磁気分布，電気特性の分布
等を計測できる。
置は、図１のごとく試料１とこれに接近する探針２，試
料と探針の間に作用する力を変位に変換するカンチレバ
ー３、およびカンチレバーの変位を検出する手段、例え
ばＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）用探針４を備えてい
る。前記変位の検出手段としてはＳＴＭの他に光を用い
た位置検出法，静電容量の検出法，光の位相変化検出
法，カンチレバーを加振したときの振幅や固有振動数の
変化を検出する方法などのいずれを用いても良い。試料
１およびＳＴＭ用探針４はそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向に走
査できる試料スキャナ５，探針スキャナ６に設置されて
いる。この表面磁気検出装置は、例えば次のように動作
する。カンチレバー３とＳＴＭ用探針４の間にバイアス
電圧を印加し、カンチレバーとＳＴＭ用探針の間に流れ
るトンネル電流を一定に保つように試料スキャナ５のＺ
軸方向のサーボを行いながら、同時にＸ，Ｙ走査を行
う。これにより試料と探針先端に作用する力一定の分布
像、例えば試料の表面形態，磁気分布，電気特性の分布
等を計測できる。
【００１４】図１の表面磁気検出装置により磁性試料の
磁気分布を測定するための探針２は図２（ａ）に示した
構成とした。カンチレバー３の一端に先端が鋭く尖った
強磁性探針７を設けた。カンチレバー３の材質は酸化珪
素，窒化珪素，ダイヤモンド箔，タングステン，ステン
レス鋼、あるいは鉄やニッケル等を用いることが出来
る。またカンチレバーと強磁性探針を一体で構成しても
良い。高分解能の磁気情報を検出するためには、前記強
磁性探針７の先端の曲率は１００ｎｍ以下が適してい
る。強磁性探針７の先端部のアスペクト比は小さい方が
高分解能検出に適しており、先端部の開き角は５〜２０
度が望ましい。
磁気分布を測定するための探針２は図２（ａ）に示した
構成とした。カンチレバー３の一端に先端が鋭く尖った
強磁性探針７を設けた。カンチレバー３の材質は酸化珪
素，窒化珪素，ダイヤモンド箔，タングステン，ステン
レス鋼、あるいは鉄やニッケル等を用いることが出来
る。またカンチレバーと強磁性探針を一体で構成しても
良い。高分解能の磁気情報を検出するためには、前記強
磁性探針７の先端の曲率は１００ｎｍ以下が適してい
る。強磁性探針７の先端部のアスペクト比は小さい方が
高分解能検出に適しており、先端部の開き角は５〜２０
度が望ましい。
【００１５】強磁性磁性探針７は、次のように構成す
る。直径１００〜５０μｍの鉄(Ｆｅ），コバルト（Ｃ
ｏ），ニッケル（Ｎｉ）等の軟磁性材料８（保磁力は１
００Ｏｅ以下）の先端を電解研磨法や機械研磨法により
鋭く加工して尖らせる。軟磁性材料の磁化−磁界曲線９
は図２（ｂ）のような特性を示した。この軟磁性材料８
の表面に膜厚約５０ｎｍのＣｏＣｒＴａからなる高保磁
力膜１０をスパッタリング法により形成した。この高保
磁力膜１０単体の磁化−磁界曲線１１は、軟磁性材料８
に較べて飽和磁化は小さいが約１０００Ｏｅと大きな保
磁力を得た。上記の軟磁性材料８と高保磁力膜１０を界
面を接して構成した強磁性探針７の磁化−磁界曲線は図
２（ｃ）に示したように、大きな残留磁化１２と高い保
磁力１３を示した。
る。直径１００〜５０μｍの鉄(Ｆｅ），コバルト（Ｃ
ｏ），ニッケル（Ｎｉ）等の軟磁性材料８（保磁力は１
００Ｏｅ以下）の先端を電解研磨法や機械研磨法により
鋭く加工して尖らせる。軟磁性材料の磁化−磁界曲線９
は図２（ｂ）のような特性を示した。この軟磁性材料８
の表面に膜厚約５０ｎｍのＣｏＣｒＴａからなる高保磁
力膜１０をスパッタリング法により形成した。この高保
磁力膜１０単体の磁化−磁界曲線１１は、軟磁性材料８
に較べて飽和磁化は小さいが約１０００Ｏｅと大きな保
磁力を得た。上記の軟磁性材料８と高保磁力膜１０を界
面を接して構成した強磁性探針７の磁化−磁界曲線は図
２（ｃ）に示したように、大きな残留磁化１２と高い保
磁力１３を示した。
【００１６】高保磁力膜１０としては、ＣｏＣｒＴａの
他にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｓｍ，Ｇｄ等を主成分とし、こ
れに５〜２０ａｔ％のＣｒ，Ｏ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｔａなど
を添加した材料、例えばＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＰｔ，Ｃｏ
ＣｒＺｒ，ＳｍＣｏ合金，Ｃｏ−ＣｏＯを用いても同様
の効果がある。
他にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｓｍ，Ｇｄ等を主成分とし、こ
れに５〜２０ａｔ％のＣｒ，Ｏ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｔａなど
を添加した材料、例えばＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＰｔ，Ｃｏ
ＣｒＺｒ，ＳｍＣｏ合金，Ｃｏ−ＣｏＯを用いても同様
の効果がある。
【００１７】また強磁性探針７は、前記軟磁性材料８の
線を電解研磨法や機械研磨法により加工して作成する
か、もしくはタングステンなどの非磁性の線材を電解研
磨法などにより鋭く尖らせ、この表面に前記軟磁性材料
８と高保磁力膜１０を交互に蒸着法，スパッタリング
法，メッキ法などにより作成でき、磁気特性の異なる材
料の界面において飽和磁化や保磁力を大きくできる。強
磁性探針の長軸方向に磁性体の磁化容易軸が向いている
ことが望ましく、最も望ましくは単磁区構造が良い。
線を電解研磨法や機械研磨法により加工して作成する
か、もしくはタングステンなどの非磁性の線材を電解研
磨法などにより鋭く尖らせ、この表面に前記軟磁性材料
８と高保磁力膜１０を交互に蒸着法，スパッタリング
法，メッキ法などにより作成でき、磁気特性の異なる材
料の界面において飽和磁化や保磁力を大きくできる。強
磁性探針の長軸方向に磁性体の磁化容易軸が向いている
ことが望ましく、最も望ましくは単磁区構造が良い。
【００１８】実施例２ 本発明の探針を用いた表面顕微鏡の応用例を図３により
説明する。図１に示した表面磁気検出装置に試料１を設
置する。この試料は図の矢印の向きに記録磁化１４が形
成されている磁性体試料である。（ａ）は先端が鋭く尖
ったＦｅまたはＮｉ等の軟磁性探針１５を用いた例を示
す。この場合、同図の右に示したように軟磁性探針１５
は、試料表面の磁界により常に吸引力を受けるため、磁
区の境界は検出できるが磁化の向きを正確に調べるには
望ましくない。（ｂ）は、先端が鋭く尖った軟磁性探針
１５の上にＣｏ−ＣｏＯからなる高保磁力膜１０を形成
してなる強磁性探針７を用い、さらに探針の長軸方向に
磁化して同様の試料を観測した例である。この強磁性探
針７は、残留磁化８５０ｅｍｕ／cc ，保磁力１２００
Ｏｅであった。この場合、同図右に示したように試料の
磁化の向きに対応して探針は吸引力、および反発力をそ
れぞれ受けて変化し、磁区の境界や磁化の向き等の正確
な磁気情報を高分解能，高感度で検出できる。
説明する。図１に示した表面磁気検出装置に試料１を設
置する。この試料は図の矢印の向きに記録磁化１４が形
成されている磁性体試料である。（ａ）は先端が鋭く尖
ったＦｅまたはＮｉ等の軟磁性探針１５を用いた例を示
す。この場合、同図の右に示したように軟磁性探針１５
は、試料表面の磁界により常に吸引力を受けるため、磁
区の境界は検出できるが磁化の向きを正確に調べるには
望ましくない。（ｂ）は、先端が鋭く尖った軟磁性探針
１５の上にＣｏ−ＣｏＯからなる高保磁力膜１０を形成
してなる強磁性探針７を用い、さらに探針の長軸方向に
磁化して同様の試料を観測した例である。この強磁性探
針７は、残留磁化８５０ｅｍｕ／cc ，保磁力１２００
Ｏｅであった。この場合、同図右に示したように試料の
磁化の向きに対応して探針は吸引力、および反発力をそ
れぞれ受けて変化し、磁区の境界や磁化の向き等の正確
な磁気情報を高分解能，高感度で検出できる。
【００１９】実施例３ 図４により、本発明の探針の他の作成法の一例を説明す
る。半導体リソグラフィ技術により、同図のような酸化
珪素、あるいは窒化珪素からなる片持ちのカンチレバー
３を作成する。このカンチレバーはシリコンなどの支持
台１２に接続されている。すなわちＳｉ（シリコン）基
板の表面に酸化珪素、または窒化珪素の膜を形成し、フ
ォトリソグラフィ技術によりパターンニングして作成す
る。カンチレバー３の先端部に強磁性探針７を形成す
る。すなわちカンチレバーの先端部以外の領域にフォト
レジストなどによりマスクして、まず膜厚３０ｎｍのパ
ーマロイ（８３ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ）を蒸着し、軟磁性膜
１６を形成した。この膜の形成時に探針の先端方向に約
５０ガウス磁界を印加した。続いて同一真空中で膜厚６
０ｎｍのＣｏＣｒ膜からなる高保磁力膜１０を形成し、
さらに余分のレジスト膜を除去すると共に先端部を収束
イオンビームにより加工して先端が鋭く尖った強磁性探
針７とした。この強磁性探針の残留磁化はおよそ１テス
ラ、保磁力は約８００Ｏｅであった。この探針を用いて
磁性試料を観察した結果、図３（ｂ）と同様に磁化状態
を高分解能で検出出来た。
る。半導体リソグラフィ技術により、同図のような酸化
珪素、あるいは窒化珪素からなる片持ちのカンチレバー
３を作成する。このカンチレバーはシリコンなどの支持
台１２に接続されている。すなわちＳｉ（シリコン）基
板の表面に酸化珪素、または窒化珪素の膜を形成し、フ
ォトリソグラフィ技術によりパターンニングして作成す
る。カンチレバー３の先端部に強磁性探針７を形成す
る。すなわちカンチレバーの先端部以外の領域にフォト
レジストなどによりマスクして、まず膜厚３０ｎｍのパ
ーマロイ（８３ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ）を蒸着し、軟磁性膜
１６を形成した。この膜の形成時に探針の先端方向に約
５０ガウス磁界を印加した。続いて同一真空中で膜厚６
０ｎｍのＣｏＣｒ膜からなる高保磁力膜１０を形成し、
さらに余分のレジスト膜を除去すると共に先端部を収束
イオンビームにより加工して先端が鋭く尖った強磁性探
針７とした。この強磁性探針の残留磁化はおよそ１テス
ラ、保磁力は約８００Ｏｅであった。この探針を用いて
磁性試料を観察した結果、図３（ｂ）と同様に磁化状態
を高分解能で検出出来た。
【００２０】本実施例では、軟磁性材料の上に高保磁力
膜を形成した探針を用いた場合について説明したが、こ
の逆に用いても同様の効果が得られることは言うまでも
ない。また軟磁性材料と高保磁力膜を交互に積層して用
いると効果は更に増大する。
膜を形成した探針を用いた場合について説明したが、こ
の逆に用いても同様の効果が得られることは言うまでも
ない。また軟磁性材料と高保磁力膜を交互に積層して用
いると効果は更に増大する。
【００２１】
【発明の効果】以上、述べたごとく試料と探針の間の力
を検出する表面顕微鏡、特に磁気力を利用する表面磁気
検出装置において、磁性探針を高い飽和磁化を有する磁
性体と高保磁力を持つ磁性体を界面を接して交互に積層
して構成することによって、磁化したときの残留磁化と
保磁力の大きな強磁性探針を提供でき、磁性試料の磁気
情報を高分解能，高感度で計測できる効果を有する。
を検出する表面顕微鏡、特に磁気力を利用する表面磁気
検出装置において、磁性探針を高い飽和磁化を有する磁
性体と高保磁力を持つ磁性体を界面を接して交互に積層
して構成することによって、磁化したときの残留磁化と
保磁力の大きな強磁性探針を提供でき、磁性試料の磁気
情報を高分解能，高感度で計測できる効果を有する。
【図１】本発明の一実施例の表面磁気検出装置の構成
図。
図。
【図２】本発明の磁性探針の説明図。
【図３】本発明の磁性探針を用いた計測例の説明図。
【図４】本発明の探針の他の作成法の説明図。
１…試料、２…探針、３…カンチレバー、４…ＳＴＭ用
探針、５…試料スキャナ、６…探針スキャナ、７…強磁
性探針、８…軟磁性材料、９…軟磁性材料の磁化−磁界
曲線、１０…高保磁力膜、１１…高保磁力膜の磁化−磁
界曲線、１２…残留磁化、１３…保磁力、１４…記録磁
化、１５…軟磁性探針、１６…軟磁性膜。
探針、５…試料スキャナ、６…探針スキャナ、７…強磁
性探針、８…軟磁性材料、９…軟磁性材料の磁化−磁界
曲線、１０…高保磁力膜、１１…高保磁力膜の磁化−磁
界曲線、１２…残留磁化、１３…保磁力、１４…記録磁
化、１５…軟磁性探針、１６…軟磁性膜。
Claims (2)
- 【請求項１】試料と探針の間に力を発生する機能と、探
針に作用した力を変位に変換する機能と、前記変位を検
出する機能を備えた表面情報検出装置において、該探針
が高い飽和磁化を有する磁性材料と高い保磁力を有する
磁性材料が少なくとも１層以上の界面を接してなる強磁
性針を有することを特徴とする表面磁気検出装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、強磁性針が飽和磁化Ｍ1 ，保磁力Ｈc1の磁気特性を
有する第１の磁性材料と飽和磁化Ｍ2 ，保磁力Ｈc2を有
する第２の磁性材料とからなる少なくとも２種類以上の
磁性体で構成され、その磁気特性がＭ1≧Ｍ2，Ｈc1≦Ｈ
c2の条件を持つことを特徴とする表面磁気検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03188584A JP3134369B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 表面磁気検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03188584A JP3134369B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 表面磁気検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196704A true JPH05196704A (ja) | 1993-08-06 |
| JP3134369B2 JP3134369B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16226233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03188584A Expired - Fee Related JP3134369B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 表面磁気検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3134369B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP03188584A patent/JP3134369B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3134369B2 (ja) | 2001-02-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |