JPH0996644A - 磁気力顕微鏡 - Google Patents
磁気力顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0996644A JPH0996644A JP7044493A JP7044493A JPH0996644A JP H0996644 A JPH0996644 A JP H0996644A JP 7044493 A JP7044493 A JP 7044493A JP 7044493 A JP7044493 A JP 7044493A JP H0996644 A JPH0996644 A JP H0996644A
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- Japan
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- magnetic
- surface shape
- sample
- leaf spring
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- Pending
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 磁気力顕微鏡の検出信号を表面形状情報と磁
気分布情報に分離し、それぞれ、独立にデータ取得およ
び表示をおこなうことで、従来技術では測定困難であっ
たハードディスクの磁壁の詳細観察が可能とする。 【構成】 バイモルフ圧電素子２に交流電圧を印加し、
強磁性探針付き板バネ１を振動させる。レーザー光制御
検出回路９で振動状態を検出し、検出信号を周波数帯域
で表面形状情報と磁気分布情報に分離し、表面形状情報
で探針２０１と試料１６の距離制御を行う。表面形状像
と磁気分布像をそれぞれ独立にデータ取得および表示す
る。
気分布情報に分離し、それぞれ、独立にデータ取得およ
び表示をおこなうことで、従来技術では測定困難であっ
たハードディスクの磁壁の詳細観察が可能とする。 【構成】 バイモルフ圧電素子２に交流電圧を印加し、
強磁性探針付き板バネ１を振動させる。レーザー光制御
検出回路９で振動状態を検出し、検出信号を周波数帯域
で表面形状情報と磁気分布情報に分離し、表面形状情報
で探針２０１と試料１６の距離制御を行う。表面形状像
と磁気分布像をそれぞれ独立にデータ取得および表示す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気力顕微鏡に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気力顕微鏡（Magnetic Force M
icroscope,MFM）としては、例えば、H.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。
icroscope,MFM）としては、例えば、H.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。
【０００３】従来のこのような磁気力顕微鏡では、磁気
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、磁気分布を測定
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軸制御の安定にも寄与している。
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、磁気分布を測定
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軸制御の安定にも寄与している。
【０００４】図２の（ａ）は、従来の磁気力顕微鏡像で
ある。試料断面の矢印は磁化の方向を示す。試料は水平
磁化状態にあり、表面からの磁力線の漏れは磁区の境界
（磁壁）より出ている。この磁力線の方向が探針２０１
の磁化方向と一致する場合に引力が働き、互いの方向が
逆の場合に斥力が働く。さらに、試料表面から等距離の
位置で、等しい静電引力を受ける。探針２０１の制御位
置は、静電引力と磁気力の和で等しい力を受ける曲線上
になる。このような従来の磁気力顕微鏡像は、図２の
（ａ）で示される。
ある。試料断面の矢印は磁化の方向を示す。試料は水平
磁化状態にあり、表面からの磁力線の漏れは磁区の境界
（磁壁）より出ている。この磁力線の方向が探針２０１
の磁化方向と一致する場合に引力が働き、互いの方向が
逆の場合に斥力が働く。さらに、試料表面から等距離の
位置で、等しい静電引力を受ける。探針２０１の制御位
置は、静電引力と磁気力の和で等しい力を受ける曲線上
になる。このような従来の磁気力顕微鏡像は、図２の
（ａ）で示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の技
術では、磁気力と同時に、静電気力を検出し画像化して
いた。磁気力の分布は磁区と同一であり問題はないが、
静電気力の分布は表面形状を反映するため、例えば、表
面をテクスチャー処理したハードディスク等の磁気記録
媒体の磁気力顕微鏡像は、磁区と表面形状が重なった画
像となっていた。このため、磁区または磁壁の詳細な構
造を観察することが困難であるという課題があった。
術では、磁気力と同時に、静電気力を検出し画像化して
いた。磁気力の分布は磁区と同一であり問題はないが、
静電気力の分布は表面形状を反映するため、例えば、表
面をテクスチャー処理したハードディスク等の磁気記録
媒体の磁気力顕微鏡像は、磁区と表面形状が重なった画
像となっていた。このため、磁区または磁壁の詳細な構
造を観察することが困難であるという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明では、検出信号を表面形状情報と磁気分
布情報に分離し、それぞれ、独立にデータ取得及び表示
を行うようにした。具体的には、表面形状情報のみでＺ
軸サーボ回路を動作させ、表面形状はＺ方向の圧電素子
の電圧を取得表示し、磁気分布情報を検出信号の変動成
分としてデータ取得表示するようにした。
めに、この発明では、検出信号を表面形状情報と磁気分
布情報に分離し、それぞれ、独立にデータ取得及び表示
を行うようにした。具体的には、表面形状情報のみでＺ
軸サーボ回路を動作させ、表面形状はＺ方向の圧電素子
の電圧を取得表示し、磁気分布情報を検出信号の変動成
分としてデータ取得表示するようにした。
【０００７】
【作用】上記の手段を用いることにより、従来、課題と
なっていた、磁気力顕微鏡測定データ中の表面形状と磁
区の混在状態を解消し、表面形状と磁気分布を分離し、
それぞれ独立にデータを取得し、表示することが可能と
なる。これにより、磁区および磁壁の詳細な構造観察が
可能となる。
なっていた、磁気力顕微鏡測定データ中の表面形状と磁
区の混在状態を解消し、表面形状と磁気分布を分離し、
それぞれ独立にデータを取得し、表示することが可能と
なる。これにより、磁区および磁壁の詳細な構造観察が
可能となる。
【０００８】
【実施例】以下に、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構成図
である。強磁性探針付き板バネ１がバイモルフ型圧電素
子２に片持ち梁状に固定されている。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。強磁性探針として
は、鉄を電解研磨し針状に形成した後、探針先端に鉄コ
バルト膜をメッキしたものを用いた。探針の磁化は、形
状異方性により探針の軸方向に揃っている。鉄コバルト
膜は硬磁性体であり、保磁力が大きく、試料磁化による
磁化方向の変動はない。
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構成図
である。強磁性探針付き板バネ１がバイモルフ型圧電素
子２に片持ち梁状に固定されている。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。強磁性探針として
は、鉄を電解研磨し針状に形成した後、探針先端に鉄コ
バルト膜をメッキしたものを用いた。探針の磁化は、形
状異方性により探針の軸方向に揃っている。鉄コバルト
膜は硬磁性体であり、保磁力が大きく、試料磁化による
磁化方向の変動はない。
【０００９】板バネ１と試料１６の間に、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から磁気分布情報検出手段１
０と表面形状情報検出手段１２にそれぞれ入力される。
表面形状情報検出手段１２は、具体的には、遮断周波数
が可変であるローパスフイルターである。磁気分布情報
検出手段１０は、具体的には、遮断周波数が可変である
ハイパスフイルターである。
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から磁気分布情報検出手段１
０と表面形状情報検出手段１２にそれぞれ入力される。
表面形状情報検出手段１２は、具体的には、遮断周波数
が可変であるローパスフイルターである。磁気分布情報
検出手段１０は、具体的には、遮断周波数が可変である
ハイパスフイルターである。
【００１０】表面形状情報検出手段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Ｚ軸サーボ回路および高圧増幅器よりＺ軸圧電
素子駆動電圧が出力される。距離制御手段１３の出力は
微動素子８へ印加され、Ｚ軸の制御を行い、試料と板バ
ネ間の距離を制御する。また、距離制御手段１３内の粗
動機構制御回路により、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。
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Ｚ軸サーボ回路および高圧増幅器よりＺ軸圧電
素子駆動電圧が出力される。距離制御手段１３の出力は
微動素子８へ印加され、Ｚ軸の制御を行い、試料と板バ
ネ間の距離を制御する。また、距離制御手段１３内の粗
動機構制御回路により、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。
【００１１】距離制御手段１３の出力は、画像処理手段
１５を用いて表面形状像として画像化する。一方、磁気
分布情報検出手段１０の出力は、画像処理手段１５を用
いて磁気分布像として画像化する。 ＜動作原理＞磁気力顕微鏡は、力を検出するため、カン
チレバーの振動状態の変化を検出する。バイモルフでカ
ンチレバーを共振させ、力を受けた時の振動振幅の減少
量が一定になるようにＺ軸を制御することで、検出力を
一定に保持する。
１５を用いて表面形状像として画像化する。一方、磁気
分布情報検出手段１０の出力は、画像処理手段１５を用
いて磁気分布像として画像化する。 ＜動作原理＞磁気力顕微鏡は、力を検出するため、カン
チレバーの振動状態の変化を検出する。バイモルフでカ
ンチレバーを共振させ、力を受けた時の振動振幅の減少
量が一定になるようにＺ軸を制御することで、検出力を
一定に保持する。
【００１２】図２の（ｂ）は、本発明の磁気力顕微鏡像
である。探針２０１の上下方向の移動は、Ｚ軸サーボ回
路で制御している。このサーボ回路の応答周波数を、低
周波帯域とし、表面形状の変化に応答し、磁気分布の成
分（高周波成分）には応答しないように設定する。この
ようなＺ軸サーボ条件の設定により、探針２０１の移動
曲線は、図２（ｂ）のように、試料表面形状に沿った曲
線となる。この曲線を画像化することで表面形状像が得
られる。一方、探針２０１は、磁区の境界（磁壁）を通
過する時に引力または斥力を受けるため、カンチレバー
の振動振幅に変化が生じる。この変化はＺ軸サーボの応
答周波数より高い周波数となり、Ｚ軸制御信号中に変動
成分として検出できる。この変動成分を画像化すると、
磁気分布像となる。
である。探針２０１の上下方向の移動は、Ｚ軸サーボ回
路で制御している。このサーボ回路の応答周波数を、低
周波帯域とし、表面形状の変化に応答し、磁気分布の成
分（高周波成分）には応答しないように設定する。この
ようなＺ軸サーボ条件の設定により、探針２０１の移動
曲線は、図２（ｂ）のように、試料表面形状に沿った曲
線となる。この曲線を画像化することで表面形状像が得
られる。一方、探針２０１は、磁区の境界（磁壁）を通
過する時に引力または斥力を受けるため、カンチレバー
の振動振幅に変化が生じる。この変化はＺ軸サーボの応
答周波数より高い周波数となり、Ｚ軸制御信号中に変動
成分として検出できる。この変動成分を画像化すると、
磁気分布像となる。
【００１３】図３は、上記の原理に基づく、信号分離方
法の構成図である。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から磁気分布情報検出手段１０と表面形状情報
検出手段１２にそれぞれ入力される。表面形状情報検出
手段１２では、形状情報成分（低周波成分）のみを距離
制御手段１３の制御信号として出力する。距離制御手段
１３の制御信号は画像処理手段１５を用いて表面形状像
として画像化する。磁気分布情報検出手段１０より、カ
ンチレバーの振動振幅の変動成分が出力され、画像処理
手段１５を用いて磁気分布像として画像化する。
法の構成図である。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から磁気分布情報検出手段１０と表面形状情報
検出手段１２にそれぞれ入力される。表面形状情報検出
手段１２では、形状情報成分（低周波成分）のみを距離
制御手段１３の制御信号として出力する。距離制御手段
１３の制御信号は画像処理手段１５を用いて表面形状像
として画像化する。磁気分布情報検出手段１０より、カ
ンチレバーの振動振幅の変動成分が出力され、画像処理
手段１５を用いて磁気分布像として画像化する。
【００１４】図４は、本発明の磁気力顕微鏡の測定例で
ある。表面をテクスチャー処理したハードディスクの磁
気分布像である。表面形状成分を除去した像となり、磁
化方向の変化（磁壁）の状態が詳細に観察できる画像と
なっている。この像のように、本発明の磁気力顕微鏡を
用いることで、表面形状情報と磁気分布情報を分離する
ことができた。
ある。表面をテクスチャー処理したハードディスクの磁
気分布像である。表面形状成分を除去した像となり、磁
化方向の変化（磁壁）の状態が詳細に観察できる画像と
なっている。この像のように、本発明の磁気力顕微鏡を
用いることで、表面形状情報と磁気分布情報を分離する
ことができた。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気力顕
微鏡では、検出信号を表面形状情報と磁気分布情報に分
離し、それぞれ、独立にデータ取得および表示が可能で
あるため、従来、課題となっていた、磁気力顕微鏡測定
データ中の表面形状と磁気分布の混在状態を解消し、表
面形状と磁気分布を分離して画像化することができる。
微鏡では、検出信号を表面形状情報と磁気分布情報に分
離し、それぞれ、独立にデータ取得および表示が可能で
あるため、従来、課題となっていた、磁気力顕微鏡測定
データ中の表面形状と磁気分布の混在状態を解消し、表
面形状と磁気分布を分離して画像化することができる。
【００１６】これにより、例えば、表面をテクスチャー
処理したハードディスクの詳細な磁区および磁壁の観察
が可能となった。
処理したハードディスクの詳細な磁区および磁壁の観察
が可能となった。
【図１】本発明の磁気力顕微鏡の構成図である。
【図２】（ａ）は従来の、（ｂ）は本発明の磁気力顕微
鏡像である。
鏡像である。
【図３】信号分離方法を説明するための本発明の磁気力
顕微鏡の構成図である。
顕微鏡の構成図である。
【図４】本発明の磁気力顕微鏡の測定例である。
１ 強磁性探針付き板バネ ２ バイモルフ型圧電素子 ３ 交流電圧印加手段 ４ 半導体レーザー ５ ミラー ６ 光検出素子 ７ 粗動機構 ８ 微動機構 ９ レーザー光制御検出回路 １０ 磁気分布情報検出手段 １１ 電圧印加手段 １２ 表面形状情報検出手段 １３ 距離制御手段 １４ 除振機構 １５ 画像処理手段 １６ 試料
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年７月３１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】 本発明の磁気力顕微鏡の測定例を示す図面
代用写真である。
代用写真である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】追加
【補正内容】
【図４】
Claims (1)
- 【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、振動させるバイモルフ型圧
電素子と、前記バイモルフ型圧電素子に交流電圧を印加
する手段と、前記強磁性探針付き板バネの変位を検出す
る変位検出手段と、前記板バネと前記試料間に働く磁気
力よりも大きい静電気力を前記試料と前記板バネ間に加
えるために前記試料と前記板バネ間に直流電圧を印加す
る手段と、前記変位検出手段からの検出記号から表面形
状情報を分離する表面形状情報検出手段と、前記変位検
出手段からの検出記号から磁気分布情報を分離する磁気
分布情報検出手段と、前記表面形状情報検出手段の情報
から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、前記距離制御手段の出力から前記試料の表面形状像
を及び前記磁気分布情報検出手段の出力から磁気分布像
を表示するための画像処理手段とからなる磁気力顕微
鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7044493A JPH0996644A (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 磁気力顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7044493A JPH0996644A (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 磁気力顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0996644A true JPH0996644A (ja) | 1997-04-08 |
Family
ID=13431678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7044493A Pending JPH0996644A (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 磁気力顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0996644A (ja) |
-
1993
- 1993-03-29 JP JP7044493A patent/JPH0996644A/ja active Pending
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