JPH07311251A - Surface magnetism microscope - Google Patents

Surface magnetism microscope

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JPH07311251A
JPH07311251A JP6105197A JP10519794A JPH07311251A JP H07311251 A JPH07311251 A JP H07311251A JP 6105197 A JP6105197 A JP 6105197A JP 10519794 A JP10519794 A JP 10519794A JP H07311251 A JPH07311251 A JP H07311251A
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JP
Japan
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sample
magnetic
eddy current
microscope
probe
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Application number
JP6105197A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Hasegawa
剛 長谷川
Shigeyuki Hosoki
茂行 細木
Makiko Kono
真貴子 河野
Satoshi Tomimatsu
聡 富松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07311251A publication Critical patent/JPH07311251A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a surface magnetism microscope which can detect the magnetic flux distribution of a sample surface with high resolution separately from the uneveness in formation of the sample, and locally measure physical characteristics such as permeability, resistivity, etc., of the sample. CONSTITUTION:A modulation magnetic field of a high frequency is applied to a sample 2 by a solenoid coil 5. An eddy current induced in the surface of the sample 2 by a magnetic flux 6 penetrating the sample 2 is detected by the probe 1 of a scanning type tunnel microscope, etc., separately from the unevenness information of the surface by a frequency, and the magnetic flux distribution of the surface of the sample 2 is measured with high resolution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
に係り、特に、試料表面の磁気特性を高分解能で検出す
る表面磁性顕微鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope, and more particularly to a surface magnetic microscope for detecting magnetic characteristics of a sample surface with high resolution.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、試料表面の磁気情報を得る手段と
して、ローレンツ顕微鏡を始めとする電子顕微鏡が広く
用いられてきた。一方、最近では、高い空間分解能を有
する原子間力顕微鏡を基にした、走査型磁気力顕微鏡が
開発されている。これは、カンチレバーの先端部に磁性
体の探針を用いることによって、試料表面の磁気情報を
得ようとするものである。その詳細は、例えば、アプラ
イド・フィジクス・レターズ,第52巻(1988年)
第244頁−246頁(Appl. Phys. Lett., 52(198
8)pp.244-246)に記載されている。磁性体からなる探
針を試料である磁性体表面に接近させると、前記探針と
試料表面との間に原子間力、および磁気力が働く。例え
ば、この力によるカンチレバーの変位が一定となるよう
にカンチレバーの位置を制御しながら前記カンチレバー
を試料表面上で走査することによって、試料表面の磁化
情報を得ることができる。しかし、前述のように、カン
チレバーの変位は磁気力だけではなく、原子間力等によ
っても引き起こされるので、磁気情報だけを分離して検
出することは難しかった。そのため、これまでに様々な
工夫がなされてきた。例えば、原子間力に比べて磁気力
は長距離力であるので、カンチレバーを試料表面から離
したところで制御することにより、磁気力を効率良く検
出しようとするものである。また、別の方法として、カ
ンチレバーを振動させることにより、原子間力と磁気力
とを分離しようとする試みが、ウルトラマイクロスコピ
ー,第42−44巻(1992年)第315頁−320
頁(Ultramicroscopy, 42-44 (1992) pp.315-320)に記
載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, electron microscopes such as a Lorentz microscope have been widely used as means for obtaining magnetic information on the surface of a sample. On the other hand, recently, a scanning magnetic force microscope based on an atomic force microscope having high spatial resolution has been developed. This is to obtain magnetic information on the sample surface by using a magnetic probe at the tip of the cantilever. For details, see, for example, Applied Physics Letters, Vol. 52 (1988).
Pp. 244-246 (Appl. Phys. Lett., 52 (198
8) pp.244-246). When a probe made of a magnetic material is brought close to the surface of a magnetic material as a sample, an atomic force and a magnetic force act between the probe and the surface of the sample. For example, magnetization information of the sample surface can be obtained by scanning the cantilever on the sample surface while controlling the position of the cantilever so that the displacement of the cantilever due to this force becomes constant. However, as described above, the displacement of the cantilever is caused not only by the magnetic force but also by the interatomic force, etc., so it was difficult to separate and detect only the magnetic information. Therefore, various ideas have been made so far. For example, since the magnetic force is a long-range force as compared with the atomic force, the magnetic force is efficiently detected by controlling the cantilever at a position away from the sample surface. As another method, an attempt to separate an atomic force and a magnetic force by vibrating a cantilever has been reported in Ultramicroscopy, Vol. 42-44 (1992) pp. 315-320.
Page (Ultramicroscopy, 42-44 (1992) pp.315-320).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の走査型磁気力顕微鏡においては、磁気力と原子間
力とを分離して検出しようとする様々な工夫がなされて
いるが、いずれの手段においても、磁気力をカンチレバ
ーの変位量から検出しようとすることには変わりはなか
った。このため、原子間力と磁気力とを完全に分離する
ことは困難であった。また、試料から離れたところでカ
ンチレバーを制御して、原子間力に比べて長距離力であ
る磁気力のみを検出しようとする場合には、試料表面か
らの距離が遠くなるため、面分解能が劣化するという問
題があった。さらに、磁気力は前述のように長距離力で
あるため、探針先端部には、最近接試料表面間とだけの
磁気力が働くわけではないので、たとえ試料表面の極く
近傍でカンチレバーを制御したとしても、分解能の向上
には限界があった。また、従来の手段では、試料の磁化
によって形成される、いわば、試料からの洩れ磁界を検
出していたのである。したがって、洩れ磁界から試料表
面の詳細な磁化分布を得ることは難しい上に、分解能も
限られているため、局所的な試料の透磁率、磁束密度な
どの物理量を計測することは不可能であった。
However, in the conventional scanning magnetic force microscope as described above, various attempts have been made to detect the magnetic force and the atomic force by separating them. Even with this method, there is no change in trying to detect the magnetic force from the displacement amount of the cantilever. Therefore, it is difficult to completely separate the atomic force and the magnetic force. When the cantilever is controlled away from the sample and only the magnetic force, which is a long-range force compared to the atomic force, is to be detected, the distance from the sample surface increases, and the surface resolution deteriorates. There was a problem of doing. Furthermore, since the magnetic force is a long-distance force as described above, the magnetic force does not act only between the closest sample surfaces at the tip of the probe, so even if the cantilever is located very close to the sample surface. Even with control, there was a limit to the improvement in resolution. Further, in the conventional means, a so-called leakage magnetic field from the sample, which is formed by the magnetization of the sample, is detected. Therefore, since it is difficult to obtain a detailed magnetization distribution on the sample surface from the leakage magnetic field and the resolution is limited, it is impossible to measure physical quantities such as local magnetic permeability and magnetic flux density of the sample. It was

【0004】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、試料表面の磁気情報を表面の凹凸情報とは
分離して検出でき、かつ、試料表面の磁束分布を高分解
能で検出して、試料表面の透磁率や抵抗率などの物理特
性を局所的に計測することのできる表面磁性顕微鏡を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The magnetic information on the sample surface can be detected separately from the unevenness information on the surface, and the magnetic flux distribution on the sample surface can be detected with high resolution. Therefore, it is an object of the present invention to provide a surface magnetic microscope capable of locally measuring physical properties such as magnetic permeability and resistivity of a sample surface.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、試料に変調磁界を印加し、該試
料表面に誘起される磁束のまわりに流れるうず電流を、
走査型プローブ顕微鏡を用いて検出する。このとき、変
調磁界の印加は、例えば、試料近傍に設置された電磁コ
イルにより行なう。また、この試料と走査型プローブ顕
微鏡の主要部とを電子顕微鏡の対物レンズ内に設置し
て、試料表面の像を観察すると共に、試料表面の磁気情
報を得る。このとき、電子顕微鏡の対物レンズを、変調
磁界の印加装置として用いることもできる。
In order to achieve this object, in the present invention, a eddy current flowing around a magnetic flux induced on the surface of a sample is applied by applying a modulation magnetic field to the sample,
Detect using a scanning probe microscope. At this time, the modulation magnetic field is applied by, for example, an electromagnetic coil installed near the sample. Further, this sample and the main part of the scanning probe microscope are installed in the objective lens of the electron microscope to observe an image of the sample surface and obtain magnetic information of the sample surface. At this time, the objective lens of the electron microscope can be used as a device for applying the modulation magnetic field.

【0006】また、上記の変調磁界の印加手段として、
別に磁性探針を用い、例えば、この探針にまいたコイル
の電流を変調させて、試料の特定領域に集中的に変調磁
界を印加する。あるいは、上記の磁性探針を試料近傍で
走査させることによって、試料の特定部位に対して変調
磁界を印加する。
Further, as the above-mentioned means for applying the modulation magnetic field,
Separately, a magnetic probe is used, for example, the current of the coil applied to the probe is modulated, and the modulation magnetic field is concentratedly applied to a specific region of the sample. Alternatively, the modulation magnetic field is applied to a specific portion of the sample by scanning the magnetic probe near the sample.

【0007】そして、検出されたうず電流の分布から、
試料表面における磁束分布を計測し、また、うず電流の
大きさと分布とから、試料表面の局所的な透磁率や抵抗
率などの物理特性を計測する。
From the distribution of the eddy current detected,
The magnetic flux distribution on the sample surface is measured, and the physical characteristics such as local permeability and resistivity of the sample surface are measured from the magnitude and distribution of the eddy current.

【0008】また、試料表面に金属薄膜を形成し、これ
に流れるうず電流を検出することもでき、このとき、金
属薄膜を島状構造にすると、磁束を効率的に検出するこ
とが可能になる。
It is also possible to form a metal thin film on the surface of the sample and detect the eddy current flowing therein. At this time, if the metal thin film has an island structure, the magnetic flux can be efficiently detected. .

【0009】[0009]

【作用】本発明を見出す過程で、うず電流が各磁束のま
わりに局所的に発生することがわかった。このため、う
ず電流を測定することによって、各磁束の位置を検出す
ることができ、また、これにより、透磁率などの物理量
を極微小領域で計測することができる。
In the process of finding the present invention, it was found that eddy currents are locally generated around each magnetic flux. Therefore, the position of each magnetic flux can be detected by measuring the eddy current, and thus, the physical quantity such as magnetic permeability can be measured in an extremely small area.

【0010】一般に、試料が超伝導状態である場合に
は、磁束が量子化されて離散的に存在することが知られ
ている。これに対して、常伝導状態では、磁束は連続的
に分布していると思われていた。しかし、本発明を見出
す過程で、常伝導状態においても、最小単位の磁束が離
散的に存在していることがわかった。なお、この常伝導
状態における最小単位の磁束は、超伝導状態における磁
束量子とは異なる。したがって、上記の各磁束とは、超
伝導状態では磁束量子のことであり、常伝導状態では本
発明で発見した最小単位の磁束のことである。これらの
磁束のまわりに、うず電流が流れるのである。
It is generally known that when a sample is in a superconducting state, the magnetic flux is quantized and discretely exists. On the other hand, it was thought that the magnetic flux was continuously distributed in the normal conduction state. However, in the process of finding the present invention, it was found that the minimum unit magnetic flux exists discretely even in the normal conduction state. The minimum unit magnetic flux in the normal conduction state is different from the magnetic flux quantum in the superconducting state. Therefore, the above-mentioned magnetic fluxes are the magnetic flux quanta in the superconducting state and the minimum unit magnetic flux found in the present invention in the normal conducting state. An eddy current flows around these magnetic fluxes.

【0011】ところで、このように試料表面にうず電流
が流れると、その場所の電子密度が局所的に高くなるの
で、例えば、走査型トンネル顕微鏡を用いると、その探
針に流れるトンネル電流が増大する。これにより、うず
電流の発生場所、すなわち、磁束の存在を検出すること
ができる。そして、このうず電流は、磁束の変調周波
数、試料の抵抗率および透磁率の関数であるから、試料
表面に流れるうず電流の大きさや分布状態から、試料の
透磁率や抵抗率などの物理特性を局所的に計測すること
ができる。
By the way, when the eddy current flows on the surface of the sample in this way, the electron density at the location locally increases, so that, for example, when a scanning tunneling microscope is used, the tunnel current flowing through the probe increases. . As a result, the place where the eddy current is generated, that is, the presence of the magnetic flux can be detected. Since this eddy current is a function of the modulation frequency of the magnetic flux, the resistivity and the magnetic permeability of the sample, the physical properties such as the magnetic permeability and the resistivity of the sample can be determined from the magnitude and distribution of the eddy current flowing on the sample surface. It can be measured locally.

【0012】また、このような表面磁性顕微鏡を電子顕
微鏡の対物レンズの中に設置して組み合わせることによ
り、試料表面の像観察と探針位置の確認ができ、かつ、
その場所の試料の磁気特性を対応づけて検出することが
できる。このとき、上記の対物レンズを変調磁界印加手
段として用いることもできる。
By installing and combining such a surface magnetic microscope in the objective lens of an electron microscope, it is possible to observe an image of the sample surface and confirm the probe position, and
The magnetic characteristics of the sample at that location can be detected in association with each other. At this time, the above-mentioned objective lens can also be used as a modulating magnetic field applying means.

【0013】また、試料に対する変調磁界の印加方式と
して磁性探針を用いると、試料に局所的に強い磁界を集
中的に印加することができるので、効率良く試料の磁気
特性を検出することができる。
When a magnetic probe is used as a method of applying a modulating magnetic field to a sample, a strong magnetic field can be locally and intensively applied to the sample, so that the magnetic characteristics of the sample can be efficiently detected. .

【0014】一方、うず電流の大きさは試料の抵抗率に
反比例するので、試料の絶縁性が高い場合には、試料表
面に金属薄膜を形成し、これに流れるうず電流を検出す
ればよい。このとき、金属薄膜を島状構造にすると、分
離した島状構造間には電流が流れず、各島状構造内で閉
ループのうず電流が流れる。したがって、この島状構造
を磁束が貫いている場合には、うず電流は島状構造内の
みで流れるので、島状構造が小さいほど、精度良く磁束
の位置決めを行なうことができる。
On the other hand, since the magnitude of the eddy current is inversely proportional to the resistivity of the sample, if the sample has a high insulating property, a metal thin film may be formed on the surface of the sample and the eddy current flowing therethrough may be detected. At this time, if the metal thin film has an island structure, no current flows between the separated island structures, and a closed-loop eddy current flows in each island structure. Therefore, when the magnetic flux penetrates the island structure, the eddy current flows only in the island structure, and the smaller the island structure, the more accurately the magnetic flux can be positioned.

【0015】[0015]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1に、本発明に係る表面磁性顕微鏡の一
実施例の装置構成図を示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows an apparatus configuration diagram of an embodiment of a surface magnetic microscope according to the present invention.

【0016】まず、鋭利な先端を有する金属探針1を試
料2表面に近づけ、両者の間に電圧を印加すると、トン
ネル電流が流れる。このトンネル電流Iが一定となるよ
うに、制御系3により探針スキャナ4を制御する。さら
に、探針1を試料2表面上で走査することによって、試
料2表面の凹凸情報を得ることができる。以上は、通常
の走査型トンネル顕微鏡による試料表面の観察手法と同
じである。本発明では、さらに、電磁コイル5により、
試料に磁界を印加する。すると、磁束6が試料2を貫
く。交流信号発生器7により、電磁コイル5に流す電流
に変調をかけると、形成される磁界が変調する。すなわ
ち、試料2を貫く磁束6が変化するため、試料2表面に
うず電流が発生する。このうず電流は、磁束6のまわり
に磁界の変調に同期して発生する。そして、うず電流が
発生すると、局所的に電子密度が高くなるので、例え
ば、探針1の試料2表面からの高さが一定であれば、ト
ンネル電流が増大する。うず電流は磁界の変調に同期し
て発生するので、トンネル電流Iのうち、磁界の変調に
同期した成分を検出器8において検出することにより、
トンネル電流のうち、うず電流成分のみを検出すること
ができる。磁界の変調を制御系3の応答周波数よりも高
い周波数で行なうと、探針1は表面の凹凸にのみ追従す
ることになり、うず電流成分は分離して測定することが
できる。そして、探針スキャナ4の制御信号により形成
される表面凹凸像9と、前記手法により得たうず電流像
10とにより、試料2表面の形状と変調磁界に起因する
磁束の分布とを同時に知ることができる。
First, when the metal probe 1 having a sharp tip is brought close to the surface of the sample 2 and a voltage is applied between them, a tunnel current flows. The probe scanner 4 is controlled by the control system 3 so that the tunnel current I becomes constant. Further, by scanning the surface of the sample 2 with the probe 1, it is possible to obtain information on the unevenness of the surface of the sample 2. The above is the same as the method of observing the sample surface with a normal scanning tunneling microscope. In the present invention, the electromagnetic coil 5 further
Apply a magnetic field to the sample. Then, the magnetic flux 6 penetrates the sample 2. When the AC signal generator 7 modulates the current flowing through the electromagnetic coil 5, the formed magnetic field is modulated. That is, since the magnetic flux 6 penetrating the sample 2 changes, an eddy current is generated on the surface of the sample 2. This eddy current is generated around the magnetic flux 6 in synchronization with the modulation of the magnetic field. Then, when the eddy current is generated, the electron density locally increases, so that, for example, if the height of the probe 1 from the surface of the sample 2 is constant, the tunnel current increases. Since the eddy current is generated in synchronization with the modulation of the magnetic field, the component of the tunnel current I synchronized with the modulation of the magnetic field is detected by the detector 8,
Of the tunnel current, only the eddy current component can be detected. If the magnetic field is modulated at a frequency higher than the response frequency of the control system 3, the probe 1 follows only the surface irregularities, and the eddy current component can be measured separately. Then, the shape of the surface of the sample 2 and the distribution of the magnetic flux due to the modulation magnetic field are simultaneously known from the surface unevenness image 9 formed by the control signal of the probe scanner 4 and the eddy current image 10 obtained by the above method. You can

【0017】図2は、試料11を貫く磁束12〜15と
試料表面に誘起されるうず電流16〜19の模式図であ
る。試料11を磁束12〜15が貫くと、磁束を打ち消
そうと試料11表面にうず電流16〜19が誘起され
る。このうず電流16〜19は、前述のように、磁界の
変調に同期して発生する。従来、うず電流は、図3に示
すように、変調する磁束群20を取り囲むように流れる
と思われていた。しかし、本発明を見出す過程で、各磁
束のまわりにうず電流が発生することがわかった。言い
換えれば、うず電流の中心には、磁束が一本存在する。
したがって、例えば、図1において説明したような方法
でうず電流を検出することにより、試料表面上の磁束分
布を知ることができる。
FIG. 2 is a schematic diagram of magnetic fluxes 12 to 15 penetrating the sample 11 and eddy currents 16 to 19 induced on the sample surface. When the magnetic fluxes 12 to 15 penetrate the sample 11, eddy currents 16 to 19 are induced on the surface of the sample 11 in order to cancel the magnetic flux. The eddy currents 16 to 19 are generated in synchronization with the magnetic field modulation as described above. Conventionally, it was thought that the eddy current flows so as to surround the modulating magnetic flux group 20, as shown in FIG. However, in the process of finding the present invention, it was found that an eddy current is generated around each magnetic flux. In other words, there is one magnetic flux at the center of the eddy current.
Therefore, for example, the magnetic flux distribution on the sample surface can be known by detecting the eddy current by the method described in FIG.

【0018】図4は、本実施例により検出されたうず電
流の断面図である。図中、2つのうず電流21、22が
検出されている。このうず電流像から、磁束が図中破線
で示した位置にあることがわかる。うず電流は、磁束の
変調周波数、試料の抵抗率および透磁率の関数であるか
ら、同じ大きさの一本の磁束に対しても、試料の抵抗率
および、透磁率が局所的に異なれば、観測されるうず電
流の大きさは局所的に異なることになる。例えば、図4
では、左側のうず電流値21の方が大きいことから、図
中左側の方が、(透磁率/抵抗率)の値が大きいことが
わかる。うず電流の大きさからは、この(透磁率/抵抗
率)の値しかわからないが、磁束の分布から透磁率を決
定することができるので、透磁率および抵抗率を独立に
求めることができる。したがって、本発明によれば、試
料表面上での磁束分布から、上述した試料の磁気特性を
検出することができる。
FIG. 4 is a sectional view of an eddy current detected by this embodiment. In the figure, two eddy currents 21 and 22 are detected. From this eddy current image, it can be seen that the magnetic flux is at the position shown by the broken line in the figure. Since the eddy current is a function of the modulation frequency of the magnetic flux, the resistivity of the sample and the magnetic permeability, if the resistivity and the magnetic permeability of the sample are locally different even for one magnetic flux of the same size, The magnitude of the eddy current observed will be locally different. For example, in FIG.
Then, since the eddy current value 21 on the left side is larger, it can be seen that the value of (magnetic permeability / resistivity) is larger on the left side in the figure. Only the value of (permeability / resistivity) can be known from the magnitude of the eddy current, but since the permeability can be determined from the distribution of magnetic flux, the permeability and the resistivity can be independently obtained. Therefore, according to the present invention, the above-mentioned magnetic characteristics of the sample can be detected from the magnetic flux distribution on the surface of the sample.

【0019】(実施例2)図5は、本発明に係る別の実
施例を示す図である。ここで、電子顕微鏡の対物レンズ
23内に、試料24および粗動機構25によって移動可
能な探針26およびスキャナ27が挿入されている。電
子顕微鏡と組み合わせることによって、探針26の位置
の同定や、低倍率での試料24の表面像を容易に得るこ
とができる。本実施例では、さらに対物レンズ23を変
調磁界印加装置としても用いている。つまり、まず、電
子顕微鏡モードで試料24表面の観察および探針26の
場所の同定を行ない、つぎに、対物レンズ23を用いて
試料24に変調磁界を印加して、それに伴ううず電流
を、対物レンズ23内に挿入されている探針26により
検出する。このようにすれば、変調磁界を印加するため
の電子回路系を付加するだけで、容易に本発明を実施す
ることができる。
(Embodiment 2) FIG. 5 is a view showing another embodiment according to the present invention. Here, a probe 26 and a scanner 27, which are movable by a sample 24 and a coarse movement mechanism 25, are inserted into the objective lens 23 of the electron microscope. By combining with the electron microscope, the position of the probe 26 can be identified and the surface image of the sample 24 at a low magnification can be easily obtained. In this embodiment, the objective lens 23 is also used as a modulating magnetic field applying device. That is, first, the surface of the sample 24 is observed and the position of the probe 26 is identified in the electron microscope mode. Then, a modulation magnetic field is applied to the sample 24 using the objective lens 23, and the eddy current accompanying the modulation magnetic field is detected. The detection is performed by the probe 26 inserted in the lens 23. With this configuration, the present invention can be easily implemented only by adding an electronic circuit system for applying the modulation magnetic field.

【0020】もちろん、対物レンズ23とは別の変調磁
界印加手段を設けることによっても、本発明を実施でき
る。この場合、試料24に微弱な変調磁界を印加するこ
とにより、電子顕微鏡の像観察も同時に可能となる。例
えば、ホログラフィ電子顕微鏡を用いれば、試料24の
磁化に起因する磁束の空間分布を観察することができ
る。そして、これに加えて、うず電流の観察から試料2
4表面の透磁率などの磁気特性を同時に測定できるの
で、多面的に、かつ、高精度な磁気測定が行なえる。
Of course, the present invention can be implemented by providing a modulating magnetic field applying means other than the objective lens 23. In this case, by applying a weak modulation magnetic field to the sample 24, it is possible to observe an image with an electron microscope at the same time. For example, a holographic electron microscope can be used to observe the spatial distribution of magnetic flux due to the magnetization of the sample 24. In addition to this, from the observation of the eddy current, the sample 2
Since magnetic properties such as magnetic permeability of the four surfaces can be measured at the same time, multifaceted and highly accurate magnetic measurement can be performed.

【0021】(実施例3)図6は、本発明に係る別の磁
界印加方式を示す図である。試料28に接近して、スキ
ャナ29上に取り付けられた探針30が設置されてい
る。この探針30とは試料28をはさんで反対側に磁性
探針31が設置されている。鋭利な先端を有する磁性探
針31を用いることで、試料28に局所的に磁界を印加
することができる。このため、発生できる全磁界が小さ
くとも、局所的に大きな磁界を印加することができるの
で、効率良くうず電流を発生させることができる。磁界
の変調は、磁性探針31にまいたコイル32に通電する
電流に変調をかけても良いし、磁性探針31をスキャナ
33により走査することによっても良い。コイル32に
通電する電流に変調をかける場合は、先に述べた実施例
1と同様の方法により、うず電流を検出することができ
る。磁性探針31を走査する場合には、磁性探針31の
走査速度に同期したトンネル電流成分を検出する。した
がって、磁性探針31の走査速度をトンネル電流検出用
探針30の走査速度よりも1桁以上速くすることによっ
て、精度良くうず電流を検出することができる。
(Embodiment 3) FIG. 6 is a diagram showing another magnetic field applying method according to the present invention. A probe 30 mounted on a scanner 29 is installed close to the sample 28. A magnetic probe 31 is provided on the opposite side of the probe 30 from the sample 28. By using the magnetic probe 31 having a sharp tip, a magnetic field can be locally applied to the sample 28. Therefore, even if the total magnetic field that can be generated is small, a large magnetic field can be applied locally, so that an eddy current can be efficiently generated. The magnetic field may be modulated by modulating the current passing through the coil 32 wound around the magnetic probe 31, or by scanning the magnetic probe 31 with the scanner 33. When modulating the current flowing through the coil 32, the eddy current can be detected by the same method as in the first embodiment described above. When scanning the magnetic probe 31, a tunnel current component synchronized with the scanning speed of the magnetic probe 31 is detected. Therefore, the eddy current can be accurately detected by making the scanning speed of the magnetic probe 31 faster than the scanning speed of the tunnel current detecting probe 30 by one digit or more.

【0022】一方、うず電流の大きさは、試料の抵抗率
に反比例するので、試料の絶縁性が高くなると検出感度
が低くなる。この対策として、試料表面に金属薄膜をコ
ーテイングすると、流れるうず電流を大きくすることが
できる。金属薄膜をコーテイングしても、磁束が試料を
貫く位置は変わらないので、測定上問題は無い。
On the other hand, since the magnitude of the eddy current is inversely proportional to the resistivity of the sample, the higher the insulating property of the sample, the lower the detection sensitivity. As a countermeasure against this, if a metal thin film is coated on the sample surface, the eddy current that flows can be increased. Even if the thin metal film is coated, the position where the magnetic flux penetrates the sample does not change, so there is no problem in measurement.

【0023】しかし、島状構造からなる薄膜(各島状構
造は分離している)を試料表面上に形成すると、さらに
高感度でうず電流を検出することができる。これは、分
離した島状構造間には電流が流れないため、各磁束のま
わりに閉ループを描いて流れるうず電流は、まさに、磁
束が貫いている島状構造内でのみ流れるからである。し
たがって、島状構造が小さいほど、精度良く磁束の位置
を決定することができる。そして、それと同時に、電流
経路も限られているため、うず電流密度も高くなり、検
出感度が上がる。なお、この場合には、島状構造を貫い
ていない磁束を検出することは難しいので、島状構造を
可能な限り密に形成することが望ましい。また、この方
法は、絶縁性の試料に対してだけではなく、導電性の試
料に対しても有効である。それは、島状構造と基板試料
との間にある段差が、表面を流れる電流にとってはポテ
ンシャル障壁として働くため、表面電流であるうず電流
が、島状構造内で閉じて流れやすくなるからである。
However, when an island-shaped thin film (each island-shaped structure is separated) is formed on the sample surface, the eddy current can be detected with higher sensitivity. This is because no current flows between the separated island structures, so that the eddy current flowing in a closed loop around each magnetic flux flows only in the island structure through which the magnetic flux penetrates. Therefore, the smaller the island structure, the more accurately the position of the magnetic flux can be determined. At the same time, since the current path is also limited, the eddy current density is increased and the detection sensitivity is increased. In this case, since it is difficult to detect the magnetic flux that does not penetrate the island structure, it is desirable to form the island structure as densely as possible. Further, this method is effective not only for the insulating sample but also for the conductive sample. This is because the step between the island structure and the substrate sample acts as a potential barrier for the current flowing on the surface, so that the eddy current, which is the surface current, is easily closed and flows in the island structure.

【0024】以上の実施例1、2、3では、走査型トン
ネル顕微鏡を用いてうず電流を検出したが、電流検出可
能な原子間力顕微鏡等によっても、本発明が実施可能で
あることは言うまでもない。さらに、走査型電気容量顕
微鏡などによっても、本発明の実施は可能である。この
場合は、磁界の変調に同期した電荷量の変化から、うず
電流位置を検出することになる。
Although the eddy current is detected by using the scanning tunneling microscope in the above-mentioned first, second, and third embodiments, it goes without saying that the present invention can be implemented by an atomic force microscope capable of detecting a current. Yes. Furthermore, the present invention can be implemented by using a scanning capacitance microscope or the like. In this case, the eddy current position is detected from the change in the amount of charge in synchronization with the magnetic field modulation.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る表面
磁性顕微鏡においては、試料に変調磁界を印加し、これ
により生じる磁束のまわりを流れるうず電流を探針によ
り検出し、試料表面の磁束分布を試料の凹凸情報とは分
離して、かつ、高分解能で検出することができ、さら
に、これにより、試料の透磁率、抵抗率などの試料の局
所的な物理特性を計測することができる。
As described above, in the surface magnetic microscope according to the present invention, a modulation magnetic field is applied to a sample, and the eddy current flowing around the magnetic flux generated by this is detected by a probe to detect the magnetic flux on the sample surface. The distribution can be detected with high resolution by being separated from the unevenness information of the sample, and further, the local physical characteristics of the sample such as the magnetic permeability and the resistivity of the sample can be measured. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る表面磁性顕微鏡の一実施例の装置
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a device configuration of an embodiment of a surface magnetic microscope according to the present invention.

【図2】試料を貫く磁束と試料表面に流れるうず電流と
の模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a magnetic flux penetrating a sample and an eddy current flowing on the surface of the sample.

【図3】従来考えられていたうず電流の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an eddy current that has been conventionally considered.

【図4】探針により検出されたうず電流像の断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of an eddy current image detected by a probe.

【図5】本発明に係る表面磁性顕微鏡を電子顕微鏡の対
物レンズの中に組み込んだ実施例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment in which the surface magnetic microscope according to the present invention is incorporated in an objective lens of an electron microscope.

【図6】磁性探針を変調磁界印加手段として用いる実施
例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment in which a magnetic probe is used as a modulating magnetic field applying means.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 探針 2 試料 3 制御系 4 スキャナ 5 電磁コイル 6 磁束 7 交流信号発生器 8 検出器 9 凹凸像 10 うず電流像 11 試料 12、13、14、15 磁束 16、17、18、19 うず電流 20 磁束群 21、22 うず電流 23 対物レンズ 24 試料 25 粗動機構 26 探針 27 スキャナ 28 試料 29 スキャナ 30 探針 31 磁性探針 32 コイル 33 スキャナ 1 probe 2 sample 3 control system 4 scanner 5 electromagnetic coil 6 magnetic flux 7 AC signal generator 8 detector 9 uneven image 10 eddy current image 11 sample 12, 13, 14, 15 magnetic flux 16, 17, 18, 19 eddy current 20 Magnetic flux group 21, 22 Eddy current 23 Objective lens 24 Sample 25 Coarse movement mechanism 26 Probe 27 Scanner 28 Sample 29 Scanner 30 Probe 31 Magnetic probe 32 Coil 33 Scanner

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富松 聡 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Tomimatsu 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料に変調磁界を印加することによって、
該試料の表面に誘起される磁束のまわりに流れるうず電
流を走査型プローブ顕微鏡を用いて検出することによ
り、上記試料表面の磁気特性を計測することを特徴とす
る表面磁性顕微鏡。
1. By applying a modulating magnetic field to a sample,
A surface magnetic microscope characterized by measuring the magnetic characteristics of the sample surface by detecting an eddy current flowing around a magnetic flux induced on the surface of the sample using a scanning probe microscope.
【請求項2】上記変調磁界の印加を、上記試料の近傍に
設置された電磁コイルにより行なうことを特徴とする請
求項1に記載の表面磁性顕微鏡。
2. The surface magnetic microscope according to claim 1, wherein the modulation magnetic field is applied by an electromagnetic coil installed in the vicinity of the sample.
【請求項3】上記試料および上記走査型プローブ顕微鏡
の主要部を、電子顕微鏡の対物レンズ内に設置したこと
を特徴とする請求項1または2に記載の表面磁性顕微
鏡。
3. The surface magnetic microscope according to claim 1, wherein the sample and a main part of the scanning probe microscope are installed in an objective lens of an electron microscope.
【請求項4】上記電子顕微鏡の対物レンズを、上記変調
磁界の印加装置としても用いることを特徴とする請求項
3に記載の表面磁性顕微鏡。
4. The surface magnetic microscope according to claim 3, wherein the objective lens of the electron microscope is also used as a device for applying the modulating magnetic field.
【請求項5】上記変調磁界を、磁性探針により、上記試
料の特定領域に集中的に印加することを特徴とする請求
項1に記載の表面磁性顕微鏡。
5. The surface magnetic microscope according to claim 1, wherein the modulating magnetic field is concentratedly applied to a specific region of the sample by a magnetic probe.
【請求項6】上記変調磁界を、上記磁性探針にまいたコ
イルに通電する電流を変調することによって発生させる
ことを特徴とする請求項5に記載の表面磁性顕微鏡。
6. The surface magnetic microscope according to claim 5, wherein the modulating magnetic field is generated by modulating a current passing through a coil provided on the magnetic probe.
【請求項7】上記磁性探針を、上記試料近傍で走査させ
ることによって、上記試料の特定部位に対して変調磁界
を印加することを特徴とする請求項5に記載の表面磁性
顕微鏡。
7. The surface magnetic microscope according to claim 5, wherein a modulation magnetic field is applied to a specific portion of the sample by scanning the magnetic probe near the sample.
【請求項8】上記うず電流の分布から、試料表面上にお
ける磁束分布を計測することを特徴とする請求項1から
7までのいずれかの項に記載の表面磁性顕微鏡。
8. The surface magnetic microscope according to claim 1, wherein the magnetic flux distribution on the sample surface is measured from the distribution of the eddy current.
【請求項9】上記うず電流の大きさ、および分布から、
試料表面の局所的な透磁率、および抵抗率を計測するこ
とを特徴とする請求項1から7までのいずれかの項に記
載の表面磁性顕微鏡。
9. From the magnitude and distribution of the eddy current,
The surface magnetic microscope according to any one of claims 1 to 7, wherein the local magnetic permeability and the resistivity of the sample surface are measured.
【請求項10】上記試料表面に金属薄膜を形成し、該金
属薄膜に流れるうず電流を検出することを特徴とする請
求項1から7までのいずれかの項に記載の表面磁性顕微
鏡。
10. The surface magnetic microscope according to claim 1, wherein a metal thin film is formed on the surface of the sample, and an eddy current flowing in the metal thin film is detected.
【請求項11】上記金属薄膜が、島状構造であることを
特徴とする請求項10に記載の表面磁性顕微鏡。
11. The surface magnetic microscope according to claim 10, wherein the metal thin film has an island structure.
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