JPH08233833A - 歪顕微鏡 - Google Patents
歪顕微鏡Info
- Publication number
- JPH08233833A JPH08233833A JP3646695A JP3646695A JPH08233833A JP H08233833 A JPH08233833 A JP H08233833A JP 3646695 A JP3646695 A JP 3646695A JP 3646695 A JP3646695 A JP 3646695A JP H08233833 A JPH08233833 A JP H08233833A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- signal
- strain
- measuring system
- length measuring
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡単な構造、取扱で、極めて高分解能で磁性
等を観察できる顕微鏡を提供すること。 【構成】 磁界等を加えたときに発生する磁歪等を、Ｓ
ＴＭ，ＡＦＭ等の高分解能顕微鏡で検出する。 【効果】 大気中で、しかも表面に汚染層があっても、
高分解能で観察できる。
等を観察できる顕微鏡を提供すること。 【構成】 磁界等を加えたときに発生する磁歪等を、Ｓ
ＴＭ，ＡＦＭ等の高分解能顕微鏡で検出する。 【効果】 大気中で、しかも表面に汚染層があっても、
高分解能で観察できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料表面を観察する装
置、特に走査型トンネル顕微鏡(ＳＴＭ)、原子間力顕微
鏡(ＡＦＭ)及びその類似装置に係る。
置、特に走査型トンネル顕微鏡(ＳＴＭ)、原子間力顕微
鏡(ＡＦＭ)及びその類似装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】従来の磁気力顕微鏡(ＭＦＭ)およびその
類似装置は、特開昭62-157090,特開昭62-200681等に記
載されている。磁気力により生じる片持ち梁の共振周波
数の変化を光てこ等によって検出し、画像化する装置で
ある。
類似装置は、特開昭62-157090,特開昭62-200681等に記
載されている。磁気力により生じる片持ち梁の共振周波
数の変化を光てこ等によって検出し、画像化する装置で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁性観察装置
は、あるものは分解能が悪く、またあるものは測定のた
めに非常に煩雑な処理例えば超高真空中での表面清浄化
等が要求される。
は、あるものは分解能が悪く、またあるものは測定のた
めに非常に煩雑な処理例えば超高真空中での表面清浄化
等が要求される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】磁界によって励起される
磁歪或いは電界によって励起される電歪或いは電流によ
って熱的に励起される歪或いは光によって励起される歪
を、走査型探針顕微鏡で微視的に捉えて画像化すること
により、試料諸特性を簡便かつ高分解能で観察できる。
磁歪或いは電界によって励起される電歪或いは電流によ
って熱的に励起される歪或いは光によって励起される歪
を、走査型探針顕微鏡で微視的に捉えて画像化すること
により、試料諸特性を簡便かつ高分解能で観察できる。
【０００５】本発明においては、係る問題点を解決する
ため、例えば磁性観察においては、磁性試料に磁界を印
加することにより生じる歪(磁歪)を、例えばＳＴＭのよ
うな極く微小な表面変位を高分解能で計測できる装置で
検出する。
ため、例えば磁性観察においては、磁性試料に磁界を印
加することにより生じる歪(磁歪)を、例えばＳＴＭのよ
うな極く微小な表面変位を高分解能で計測できる装置で
検出する。
【０００６】
【作用】磁性観察においては、磁性試料に磁界を加え、
それにより発生する磁歪を検出し画像化する。磁歪量
は、試料特有の磁気特性を表すので、磁性が観察され
る。例えば、周波数fの交番磁界を磁性試料に加える
と、磁歪もまた同周期(試料特性或いは磁界のかけかた
によっては2f等もありうる)で変化し、従って表面は周
波数fで変位する。この試料表面変位は、ＳＴＭの探針
と試料表面との間に流れる(トンネル)電流量を変調させ
る。試料上の探針位置に対応して、電流の周波数ｆ成分
(或いは2f等)の変調量を記録、画像化することにより、
試料の磁歪量が観察される。このような同期検波を行う
と、雑音が著しく低減できる。周波数ｆを高くすると、
交番磁界によって試料中に誘起される渦電流と磁性試料
中の内部磁界との間に働くクーロン力によっても歪(超
音波)が発生する。この、いわば電磁超音波もまた試料
の磁性を表す。
それにより発生する磁歪を検出し画像化する。磁歪量
は、試料特有の磁気特性を表すので、磁性が観察され
る。例えば、周波数fの交番磁界を磁性試料に加える
と、磁歪もまた同周期(試料特性或いは磁界のかけかた
によっては2f等もありうる)で変化し、従って表面は周
波数fで変位する。この試料表面変位は、ＳＴＭの探針
と試料表面との間に流れる(トンネル)電流量を変調させ
る。試料上の探針位置に対応して、電流の周波数ｆ成分
(或いは2f等)の変調量を記録、画像化することにより、
試料の磁歪量が観察される。このような同期検波を行う
と、雑音が著しく低減できる。周波数ｆを高くすると、
交番磁界によって試料中に誘起される渦電流と磁性試料
中の内部磁界との間に働くクーロン力によっても歪(超
音波)が発生する。この、いわば電磁超音波もまた試料
の磁性を表す。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の１実施例を、図１により説明
する。
する。
【０００８】磁性試料１の裏面側には、コイル２が取り
付けられ、発信器３からの周波数ｆの交流電流により、
試料１に交流磁界が加えられる。一方、試料１の表面側
には、試料１面に対抗して配置された、先端を鋭利に尖
がらせた探針を自由端に付けた片持ち梁６があり、この
探針は、試料１との間に極く弱い力が働く位置にあるよ
うにされる。探針が取り付けられた片持ち梁６の背面の
変位は、光学測長系７により高精度に測定される。
付けられ、発信器３からの周波数ｆの交流電流により、
試料１に交流磁界が加えられる。一方、試料１の表面側
には、試料１面に対抗して配置された、先端を鋭利に尖
がらせた探針を自由端に付けた片持ち梁６があり、この
探針は、試料１との間に極く弱い力が働く位置にあるよ
うにされる。探針が取り付けられた片持ち梁６の背面の
変位は、光学測長系７により高精度に測定される。
【０００９】前記試料１とコイル２とは、圧電素子４に
よって走査回路５からの走査信号で試料１面に平行に２
次元的に変位させられるから、試料１の表面は片持ち梁
６に保持された探針によって２次元的に走査されること
になる。
よって走査回路５からの走査信号で試料１面に平行に２
次元的に変位させられるから、試料１の表面は片持ち梁
６に保持された探針によって２次元的に走査されること
になる。
【００１０】光学測長系７からの変位信号は、同期検波
器８へ入力される。同期検波器８は、発信器３からの信
号を参照信号とし、光学測長系７の変位信号の周波数成
分ｆの振幅及び位相を画像処理器９へ出力する。画像表
示器９は、走査回路５からの走査信号に対応して、これ
らの信号を表示または記録処理する機能を有する。
器８へ入力される。同期検波器８は、発信器３からの信
号を参照信号とし、光学測長系７の変位信号の周波数成
分ｆの振幅及び位相を画像処理器９へ出力する。画像表
示器９は、走査回路５からの走査信号に対応して、これ
らの信号を表示または記録処理する機能を有する。
【００１１】光学測長系７からの変位信号は、また帰還
回路１０へも入力される。ここでは、変位信号のうち低
周波成分を抽出し、その信号振幅が一定に保たれるよう
に圧電素子４を試料１面垂直方向に変位させる。また、
この帰還信号は、画像表示器９へも入力され、振幅、位
相信号と同様に、走査信号に対応して表示または記録さ
れ、このデータと先の同期検波器８の出力する信号との
両者を合わせ処理することにより、試料１の表面形状の
３次元画像信号が得られる。
回路１０へも入力される。ここでは、変位信号のうち低
周波成分を抽出し、その信号振幅が一定に保たれるよう
に圧電素子４を試料１面垂直方向に変位させる。また、
この帰還信号は、画像表示器９へも入力され、振幅、位
相信号と同様に、走査信号に対応して表示または記録さ
れ、このデータと先の同期検波器８の出力する信号との
両者を合わせ処理することにより、試料１の表面形状の
３次元画像信号が得られる。
【００１２】次に動作を説明する。コイル２の交番磁界
により試料１には磁歪が発生し、表面が周波数ｆで振動
する。この振動は探針を通して片持ち梁６の撓みとして
測長系７により検出される。このとき、周波数ｆは片持
ち梁６の共振周波数に一致するよう設定され、通常数十
kHzである。この信号の画像化により、磁性情報が得ら
れる。一方、走査信号を入力された圧電素子４により試
料１が走査され、試料表面の凹凸に従って、片持ち梁６
が撓み、この変位もまた測長系７により検出される。こ
の低い周波数成分(０〜数kHz程度)の変位信号は、帰還
回路１０で検出され、更に帰還回路１０は圧電素子４を
試料１面垂直方向に伸縮させることにより、この変位信
号を一定に保つ。すなわち、片持ち梁６の撓みは、一定
に保たれる。これにより、走査信号に対応する帰還信号
は、試料の表面形状を表すことになる。
により試料１には磁歪が発生し、表面が周波数ｆで振動
する。この振動は探針を通して片持ち梁６の撓みとして
測長系７により検出される。このとき、周波数ｆは片持
ち梁６の共振周波数に一致するよう設定され、通常数十
kHzである。この信号の画像化により、磁性情報が得ら
れる。一方、走査信号を入力された圧電素子４により試
料１が走査され、試料表面の凹凸に従って、片持ち梁６
が撓み、この変位もまた測長系７により検出される。こ
の低い周波数成分(０〜数kHz程度)の変位信号は、帰還
回路１０で検出され、更に帰還回路１０は圧電素子４を
試料１面垂直方向に伸縮させることにより、この変位信
号を一定に保つ。すなわち、片持ち梁６の撓みは、一定
に保たれる。これにより、走査信号に対応する帰還信号
は、試料の表面形状を表すことになる。
【００１３】片持ち梁６の共振周波数を用いた検出で
は、感度は高いが定量性にかける。磁歪の絶対値を計測
する際には、試料１に加えられる交流磁界の周波数ｆを
帰還系の応答する周波数まで落して帰還信号をモニター
する。これにより各点の印加磁場に対する磁歪量が定量
的に分かり、磁性材研究に有用である。
は、感度は高いが定量性にかける。磁歪の絶対値を計測
する際には、試料１に加えられる交流磁界の周波数ｆを
帰還系の応答する周波数まで落して帰還信号をモニター
する。これにより各点の印加磁場に対する磁歪量が定量
的に分かり、磁性材研究に有用である。
【００１４】試料面方向に磁界を印加するときには、リ
ング上のコイルの一部を切り欠いた部分に試料を固定す
る。
ング上のコイルの一部を切り欠いた部分に試料を固定す
る。
【００１５】本実施例によれば、交番磁界周波数fを片
持ち梁６の共振周波数に合わせているので、磁歪の検出
感度に優れる。また、試料に導電性が無くとも測定でき
る。
持ち梁６の共振周波数に合わせているので、磁歪の検出
感度に優れる。また、試料に導電性が無くとも測定でき
る。
【００１６】試料に導電性があれば、ＳＴＭを用いるこ
とができる。このときには、測長系７からの変位信号
は、トンネル電流に置き換えられ、同様に計測できる。
とができる。このときには、測長系７からの変位信号
は、トンネル電流に置き換えられ、同様に計測できる。
【００１７】チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)のような
圧電材(電歪材)の強誘電−強弾性的性質を計測するとき
には、磁界の代わりに電界を印加する。探針と圧電材試
料裏面の電極との間に発信器３により交番電圧が加えら
れる。以下、同様である。
圧電材(電歪材)の強誘電−強弾性的性質を計測するとき
には、磁界の代わりに電界を印加する。探針と圧電材試
料裏面の電極との間に発信器３により交番電圧が加えら
れる。以下、同様である。
【００１８】試料１中を流れる電流による不純物、欠陥
等に起因する局所的加熱で発生する熱歪を測定する際に
は、発信器３で試料１に交流電流を流す。以下同様であ
る。
等に起因する局所的加熱で発生する熱歪を測定する際に
は、発信器３で試料１に交流電流を流す。以下同様であ
る。
【００１９】例えば、図１の構成でコイル２を例示する
こと無く、強度を所定の周波数で変化させるようにした
光を試料に照射して、前述した計測を行えば、光励起に
対応した計測が出来る。
こと無く、強度を所定の周波数で変化させるようにした
光を試料に照射して、前述した計測を行えば、光励起に
対応した計測が出来る。
【００２０】なお、図１の実施例では、片持ち梁６を固
定し、試料１を走査する例を示したが、これを逆にして
も良いことは、一般のプローブ顕微鏡と同様に、明らか
である。
定し、試料１を走査する例を示したが、これを逆にして
も良いことは、一般のプローブ顕微鏡と同様に、明らか
である。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、極めて簡便に非常に高
い分解能で磁性の画像化ができる。表面に汚染層があっ
ても、汚染層を通して磁歪は検出できるので、表面処理
に細心の注意を払う必要が無い。磁歪検出の空間分解能
は、実施例に示したＡＦＭ或いはＳＴＭの分解能で決ま
るため、極めて高い分解能を有する。また、強誘電−強
弾性及び不純物、欠陥等に起因する熱的歪の検出と観察
においても同様である。
い分解能で磁性の画像化ができる。表面に汚染層があっ
ても、汚染層を通して磁歪は検出できるので、表面処理
に細心の注意を払う必要が無い。磁歪検出の空間分解能
は、実施例に示したＡＦＭ或いはＳＴＭの分解能で決ま
るため、極めて高い分解能を有する。また、強誘電−強
弾性及び不純物、欠陥等に起因する熱的歪の検出と観察
においても同様である。
【図１】本発明の１実施例を示す機構部の斜視図及び制
御系のブロック図。
御系のブロック図。
１−試料、２−コイル、３−発信器、４−圧電素子、５
−走査回路、６−片持ち梁、７−測長系、８−同期検波
器、９−画像処理器、１０−帰還回路。
−走査回路、６−片持ち梁、７−測長系、８−同期検波
器、９−画像処理器、１０−帰還回路。
Claims (3)
- 【請求項１】試料に歪を発生させるための励起手段と、
該励起手段により励起された歪を微視的に検出する検出
手段と、該検出手段からの該歪の情報を空間的に画像化
するための画像化手段とよりなることを特徴とする歪顕
微鏡。 - 【請求項２】前記励起手段が、電界、磁界、電流または
光のいずれかである請求項１記載の歪顕微鏡。 - 【請求項３】前記検出手段は、探針と該試料との間に流
れる電流或いは力の情報から該探針と該試料表面との相
対的間隔を検出する手段であり、かつ該画像化手段は、
機械的に該探針または試料を相対的に２次元的に走査す
ることにより該歪の情報を該試料面上の各点で捉えて画
像表示する請求項１記載の歪顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3646695A JPH08233833A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 歪顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3646695A JPH08233833A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 歪顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08233833A true JPH08233833A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12470597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3646695A Pending JPH08233833A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 歪顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08233833A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120030846A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force | Atomic Force Microscopy System and Method for Nanoscale Measurement |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP3646695A patent/JPH08233833A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120030846A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force | Atomic Force Microscopy System and Method for Nanoscale Measurement |
| US8726410B2 (en) * | 2010-07-30 | 2014-05-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Atomic force microscopy system and method for nanoscale measurement |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2709240B2 (ja) | 音響顕微鏡法を行う方法 | |
| RU2334214C2 (ru) | Сканирующий зондовый микроскоп | |
| EP0383323A1 (en) | Tunneling acoustic microscope | |
| US7979916B2 (en) | Preamplifying cantilever and applications thereof | |
| JPH0830708B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JP4496350B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH10283972A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡を用いた加工、記録、再生装置 | |
| KR102484671B1 (ko) | 헤테로다인 원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템 | |
| JP4831484B2 (ja) | 電位差検出方法及び走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP5813966B2 (ja) | 変位検出機構およびそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP2983876B2 (ja) | リアルタイムかつナノメータスケールの位置測定方法および装置 | |
| JPH08233833A (ja) | 歪顕微鏡 | |
| JP4388559B2 (ja) | 走査型近視野顕微鏡 | |
| JP2001108601A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| US20030234358A1 (en) | Piezo-noise microscope and methods for use thereof | |
| JP3084924B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JP3063351B2 (ja) | 原子間力顕微鏡用プローブ、原子間力顕微鏡、原子間力検出方法、原子間力顕微鏡用プローブの製造方法 | |
| JP3935350B2 (ja) | 距離制御方法およびそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP6001728B2 (ja) | 変位検出機構およびそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH06323845A (ja) | 走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ | |
| Gotszalk et al. | Parallel SPM cantilever arrays for large area surface metrology and lithography | |
| JP2004279099A (ja) | 外部磁場掃引磁気力顕微鏡および計測方法 | |
| JPH063397A (ja) | 電位分布測定装置 | |
| US11402405B2 (en) | Frequency tracking for subsurface atomic force microscopy | |
| 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 |