JPH11174067A - 走査プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査プローブ顕微鏡Info
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- JPH11174067A JPH11174067A JP9346097A JP34609797A JPH11174067A JP H11174067 A JPH11174067 A JP H11174067A JP 9346097 A JP9346097 A JP 9346097A JP 34609797 A JP34609797 A JP 34609797A JP H11174067 A JPH11174067 A JP H11174067A
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- JP
- Japan
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- probe
- picture frame
- sample
- scanning
- scanning probe
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/50—MFM [Magnetic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. MFM probes
- G01Q60/54—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁化反転によるトンネル電流の変化分から試
料の磁化状態を検出する走査プローブ顕微鏡を提供する
こと。 【解決手段】 ピクチャーフレーム１に巻かれたコイル
５に電流を流してピクチャーフレーム１の磁化を反転さ
せる。探針をコンタクトモードの原子間力顕微鏡に用
い、光てこ１４によって探針を試料に一定の力で押し付
けて制御し、ピクチャーフレーム１２の加工精度が十分
でなく、ピクチャーフレーム断面積にわずかな非一様性
が生じてわずかな漏洩磁界が発生した場合でも、試料に
対する探針位置がずれない。探針で、コイル電流の反転
周期より十分ゆっくりと試料面上を走査し、コイル電流
を参照信号としてトンネル電流の変動分を検出して磁区
像を得る。
料の磁化状態を検出する走査プローブ顕微鏡を提供する
こと。 【解決手段】 ピクチャーフレーム１に巻かれたコイル
５に電流を流してピクチャーフレーム１の磁化を反転さ
せる。探針をコンタクトモードの原子間力顕微鏡に用
い、光てこ１４によって探針を試料に一定の力で押し付
けて制御し、ピクチャーフレーム１２の加工精度が十分
でなく、ピクチャーフレーム断面積にわずかな非一様性
が生じてわずかな漏洩磁界が発生した場合でも、試料に
対する探針位置がずれない。探針で、コイル電流の反転
周期より十分ゆっくりと試料面上を走査し、コイル電流
を参照信号としてトンネル電流の変動分を検出して磁区
像を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は走査プローブ顕微鏡
に関し、特に磁区構造を高分解能で観察するのに適した
走査プローブ顕微鏡に関する。
に関し、特に磁区構造を高分解能で観察するのに適した
走査プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査トンネル顕微鏡において強磁性探針
を用い、その磁化を反転した場合のトンネル電流の変化
分を画像信号として原子分解能に近い磁区像を得る方法
は、マーク・ジョンソン他、ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス 67 (10) 1990, 6141, Mark Johnso
n他 J. Appl. Phys. 67 (10) 1990, 6141, に開示され
ている。この方法では探針の閉磁路強磁性体が様々な材
質の強磁性体の組み合わせで構成されていた。
を用い、その磁化を反転した場合のトンネル電流の変化
分を画像信号として原子分解能に近い磁区像を得る方法
は、マーク・ジョンソン他、ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス 67 (10) 1990, 6141, Mark Johnso
n他 J. Appl. Phys. 67 (10) 1990, 6141, に開示され
ている。この方法では探針の閉磁路強磁性体が様々な材
質の強磁性体の組み合わせで構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の磁性探
針では探針から漏洩磁界が発生しており、この漏洩磁界
が磁化反転によって変化するため、この漏洩磁界の影響
を受ける試料、試料ホルダ等に位置変化が生じ、試料に
対する探針位置がずれて磁区像を得ることができなかっ
た。本発明が解決しようとする課題はこの位置ずれをな
くし、磁区像が得られる走査プローブ顕微鏡を得ること
である。
針では探針から漏洩磁界が発生しており、この漏洩磁界
が磁化反転によって変化するため、この漏洩磁界の影響
を受ける試料、試料ホルダ等に位置変化が生じ、試料に
対する探針位置がずれて磁区像を得ることができなかっ
た。本発明が解決しようとする課題はこの位置ずれをな
くし、磁区像が得られる走査プローブ顕微鏡を得ること
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は、探針を一様
な材質で断面積の一定な閉磁路強磁性体とするか、さら
にこの閉磁路強磁性体に漏洩磁界のない反強磁性探針を
付け、磁性探針からの漏洩磁界を無くす、もしくは、漏
洩磁界が試料、試料ホルダ等に影響がない程度に十分小
さくすること、または探針を試料に押し付ける力を利用
することによって解決できる。
な材質で断面積の一定な閉磁路強磁性体とするか、さら
にこの閉磁路強磁性体に漏洩磁界のない反強磁性探針を
付け、磁性探針からの漏洩磁界を無くす、もしくは、漏
洩磁界が試料、試料ホルダ等に影響がない程度に十分小
さくすること、または探針を試料に押し付ける力を利用
することによって解決できる。
【０００５】探針を一様な材質で断面積の一定な閉磁路
強磁性体とすると、磁束は全て閉磁路強磁性体内に閉じ
込められ漏洩磁界は発生しない。また閉磁路強磁性体加
工精度が十分でなく、断面積にわずかな非一様性が生じ
てわずかな漏洩磁界が発生した場合、閉磁路強磁性体に
反強磁性体探針を付けることで閉磁路強磁性体と試料、
試料ホルダの距離を大きくすることができ、漏洩磁界の
影響を十分小さくすることができる。また表面が絶縁物
で被われた探針を試料に押し付ける力を利用すると、漏
洩磁界があって試料に対する探針の位置を固定した状態
に保つことができる。
強磁性体とすると、磁束は全て閉磁路強磁性体内に閉じ
込められ漏洩磁界は発生しない。また閉磁路強磁性体加
工精度が十分でなく、断面積にわずかな非一様性が生じ
てわずかな漏洩磁界が発生した場合、閉磁路強磁性体に
反強磁性体探針を付けることで閉磁路強磁性体と試料、
試料ホルダの距離を大きくすることができ、漏洩磁界の
影響を十分小さくすることができる。また表面が絶縁物
で被われた探針を試料に押し付ける力を利用すると、漏
洩磁界があって試料に対する探針の位置を固定した状態
に保つことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下図を用いて、本発明による走
査プローブ顕微鏡を詳細に説明する。
査プローブ顕微鏡を詳細に説明する。
【０００７】図１(a)、(b)は本発明による走査プローブ
顕微鏡の探針部分の第１の実施例のそれぞれ正面図およ
び側面図を示したものである。磁性探針１は断面積が一
定なピクチャーフレーム型閉磁路強磁性鉄単結晶であ
り、ピクチャーフレームの各縁が鉄の磁化容易軸である
＜100＞方向となっていて、磁化２はピクチャーフレー
ム内で閉磁路をつくっており、漏洩磁界は生じない。こ
の探針は２枚の絶縁板３、４の間に固定されており、プ
リント配線されたコイル５がピクチャーフレーム１に巻
かれ、これに絶縁板３の外側表面および絶縁板４の外側
表面のプリント配線それぞれ６、７を通して電流を流す
ことでピクチャーフレームの磁化２を反転させることが
できる。ピクチャーフレーム１は絶縁板４の内側のプリ
ント配線８と接触しており、試料９-探針１間のトンネ
ル電流はこの配線を通して流れる。図１(c)、(d)はそれ
ぞれ試料９面上A点およびB点におけるコイル電流とトン
ネル電流の時間依存性を示したものである。探針の磁化
と試料の磁化１０が同じ向きの場合はトンネル電流は大
きく、逆向きの場合は小さくなるため、A点およびB点に
おけるコイル電流とトンネル電流の変動分の極性の関係
は逆転している。この探針で、コイル電流の反転周期よ
り十分ゆっくりと試料面上を走査し、コイル電流を参照
信号としたロックイン方式でトンネル電流の変動分を検
出して画像信号とすると磁区像を得ることができる。
顕微鏡の探針部分の第１の実施例のそれぞれ正面図およ
び側面図を示したものである。磁性探針１は断面積が一
定なピクチャーフレーム型閉磁路強磁性鉄単結晶であ
り、ピクチャーフレームの各縁が鉄の磁化容易軸である
＜100＞方向となっていて、磁化２はピクチャーフレー
ム内で閉磁路をつくっており、漏洩磁界は生じない。こ
の探針は２枚の絶縁板３、４の間に固定されており、プ
リント配線されたコイル５がピクチャーフレーム１に巻
かれ、これに絶縁板３の外側表面および絶縁板４の外側
表面のプリント配線それぞれ６、７を通して電流を流す
ことでピクチャーフレームの磁化２を反転させることが
できる。ピクチャーフレーム１は絶縁板４の内側のプリ
ント配線８と接触しており、試料９-探針１間のトンネ
ル電流はこの配線を通して流れる。図１(c)、(d)はそれ
ぞれ試料９面上A点およびB点におけるコイル電流とトン
ネル電流の時間依存性を示したものである。探針の磁化
と試料の磁化１０が同じ向きの場合はトンネル電流は大
きく、逆向きの場合は小さくなるため、A点およびB点に
おけるコイル電流とトンネル電流の変動分の極性の関係
は逆転している。この探針で、コイル電流の反転周期よ
り十分ゆっくりと試料面上を走査し、コイル電流を参照
信号としたロックイン方式でトンネル電流の変動分を検
出して画像信号とすると磁区像を得ることができる。
【０００８】図２(a)、(b)は本発明による走査プローブ
顕微鏡の探針部分の第２の実施例のそれぞれ正面図およ
び側面図を示したものである。探針１１は断面積が一定
なピクチャーフレーム型強磁性鉄単結晶１２の下面に成
長させた反強磁性Mn2Asである。第１の実施例と同様鉄
単結晶ピクチャーフレーム１２の各縁は鉄の磁化容易軸
である＜100＞方向となっている。このピクチャーフレ
ーム１２は２枚の絶縁板３、４の間に固定されており、
プリント配線されたコイル５がピクチャーフレーム１２
に巻かれ、これに絶縁板３の外側表面および絶縁板４の
外側表面のプリント配線それぞれ６、７を通して電流を
流すことでピクチャーフレーム１２の磁化を反転させ、
さらにこのピクチャーフレーム１２と一体化している反
強磁性Mn2As１１の磁化を反転させることができる。こ
の実施例の場合、ピクチャーフレーム加工精度が十分で
なく、断面積にわずかな非一様性が生じてわずかな漏洩
磁界が発生した場合でも、ピクチャーフレームと試料の
間に距離があるため、漏洩磁界が試料、試料ホルダ等に
影響を及ぼさなくすることができる。ピクチャーフレー
ム１２は絶縁板４の内側のプリント配線８と接触してお
り、試料-探針間のトンネル電流はこの配線を通して流
れる。第１の実施例と同様、コイル電流の反転周期より
十分ゆっくりと試料面上を探針で走査し、コイル電流を
参照信号としたロックイン方式でトンネル電流の変動分
を検出して画像信号とすると磁区像を得ることができ
る。
顕微鏡の探針部分の第２の実施例のそれぞれ正面図およ
び側面図を示したものである。探針１１は断面積が一定
なピクチャーフレーム型強磁性鉄単結晶１２の下面に成
長させた反強磁性Mn2Asである。第１の実施例と同様鉄
単結晶ピクチャーフレーム１２の各縁は鉄の磁化容易軸
である＜100＞方向となっている。このピクチャーフレ
ーム１２は２枚の絶縁板３、４の間に固定されており、
プリント配線されたコイル５がピクチャーフレーム１２
に巻かれ、これに絶縁板３の外側表面および絶縁板４の
外側表面のプリント配線それぞれ６、７を通して電流を
流すことでピクチャーフレーム１２の磁化を反転させ、
さらにこのピクチャーフレーム１２と一体化している反
強磁性Mn2As１１の磁化を反転させることができる。こ
の実施例の場合、ピクチャーフレーム加工精度が十分で
なく、断面積にわずかな非一様性が生じてわずかな漏洩
磁界が発生した場合でも、ピクチャーフレームと試料の
間に距離があるため、漏洩磁界が試料、試料ホルダ等に
影響を及ぼさなくすることができる。ピクチャーフレー
ム１２は絶縁板４の内側のプリント配線８と接触してお
り、試料-探針間のトンネル電流はこの配線を通して流
れる。第１の実施例と同様、コイル電流の反転周期より
十分ゆっくりと試料面上を探針で走査し、コイル電流を
参照信号としたロックイン方式でトンネル電流の変動分
を検出して画像信号とすると磁区像を得ることができ
る。
【０００９】図３(a)、(b)は本発明による走査プローブ
顕微鏡の探針部分の第３の実施例のそれぞれ正面図およ
び側面図を示したものである。第２の実施例に於いては
反強磁性体探針１１が鉄単結晶ピクチャーフレーム１２
の下部に付けられていたが、本実施例では反強磁性体探
針１１は鉄単結晶ピクチャーフレーム１２の側面に付け
られている。これにより第１、２の実施例に於いて試料
磁化１０の試料面内成分しか検出できなかったものが、
試料磁化１０の試料９面垂直成分の検出が可能となる。
磁区像の取得方法は第１、２の実施例と同様である。
顕微鏡の探針部分の第３の実施例のそれぞれ正面図およ
び側面図を示したものである。第２の実施例に於いては
反強磁性体探針１１が鉄単結晶ピクチャーフレーム１２
の下部に付けられていたが、本実施例では反強磁性体探
針１１は鉄単結晶ピクチャーフレーム１２の側面に付け
られている。これにより第１、２の実施例に於いて試料
磁化１０の試料面内成分しか検出できなかったものが、
試料磁化１０の試料９面垂直成分の検出が可能となる。
磁区像の取得方法は第１、２の実施例と同様である。
【００１０】図４(a)、(b)は本発明による走査プローブ
顕微鏡の探針部分の第４の実施例のそれぞれ正面図およ
び側面図を示したものである。本実施例の探針は第１の
実施例の探針とほぼ同じであるが、鉄単結晶ピクチャー
フレームの先端部分が厚さ２nmのアルミナ１３で覆われ
ており、コンタクトモードの原子間力顕微鏡として用い
る。このとき探針は試料に一定の力で押し付けられるよ
う光てこ１４で制御されており、ピクチャーフレーム１
２の加工精度が十分でなく、断面積にわずかな非一様性
が生じてわずかな漏洩磁界が発生した場合でも、磁化反
転によって試料に対する探針位置がずれることはない。
この探針で、コイル電流の反転周期より十分ゆっくりと
試料面上を走査し、コイル電流を参照信号としたロック
イン方式でアルミナ１３を通して流れるトンネル電流の
変動分を検出して画像信号とすると上記実施例１〜３の
場合と同様磁区像を得ることができる。この方法では試
料磁化の試料面内成分しか検出できないが、第３の実施
例の探針をアルミナで覆い、本方法と同様な手法を用い
ることによって、試料面垂直磁化成分の検出も可能とな
る。
顕微鏡の探針部分の第４の実施例のそれぞれ正面図およ
び側面図を示したものである。本実施例の探針は第１の
実施例の探針とほぼ同じであるが、鉄単結晶ピクチャー
フレームの先端部分が厚さ２nmのアルミナ１３で覆われ
ており、コンタクトモードの原子間力顕微鏡として用い
る。このとき探針は試料に一定の力で押し付けられるよ
う光てこ１４で制御されており、ピクチャーフレーム１
２の加工精度が十分でなく、断面積にわずかな非一様性
が生じてわずかな漏洩磁界が発生した場合でも、磁化反
転によって試料に対する探針位置がずれることはない。
この探針で、コイル電流の反転周期より十分ゆっくりと
試料面上を走査し、コイル電流を参照信号としたロック
イン方式でアルミナ１３を通して流れるトンネル電流の
変動分を検出して画像信号とすると上記実施例１〜３の
場合と同様磁区像を得ることができる。この方法では試
料磁化の試料面内成分しか検出できないが、第３の実施
例の探針をアルミナで覆い、本方法と同様な手法を用い
ることによって、試料面垂直磁化成分の検出も可能とな
る。
【００１１】上記実施例では、ピクチャーフレームの材
質として鉄単結晶を用いているがニッケル単結晶または
パーマロイ等の軟磁性材を用いても試料面垂直磁化成分
の検出も可能である。
質として鉄単結晶を用いているがニッケル単結晶または
パーマロイ等の軟磁性材を用いても試料面垂直磁化成分
の検出も可能である。
【００１２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればト
ンネル電流の磁化依存性を用いることによって原子分解
能に近い磁区像を得ることができ、その工業的価値は非
常に高いものである。なお本発明は磁気記録媒体の読み
出し用ヘッドとしても利用できる。
ンネル電流の磁化依存性を用いることによって原子分解
能に近い磁区像を得ることができ、その工業的価値は非
常に高いものである。なお本発明は磁気記録媒体の読み
出し用ヘッドとしても利用できる。
【図１】本発明による走査プローブ顕微鏡の探針の第１
の実施例を示す図であり、(a)は正面図、(b)側面図、
(c)は試料面上A点におけるコイル電流とトンネル電流の
時間依存性を示す図、(d)は試料面上B点におけるコイル
電流とトンネル電流の時間依存性を示す図。
の実施例を示す図であり、(a)は正面図、(b)側面図、
(c)は試料面上A点におけるコイル電流とトンネル電流の
時間依存性を示す図、(d)は試料面上B点におけるコイル
電流とトンネル電流の時間依存性を示す図。
【図２】本発明による走査プローブ顕微鏡の探針の第２
の実施例を示す図であり、(a)は正面図、(b)側面図。
の実施例を示す図であり、(a)は正面図、(b)側面図。
【図３】本発明による走査プローブ顕微鏡の探針の第３
の実施例を示す図であり、(a)は正面図、(b)側面図。
の実施例を示す図であり、(a)は正面図、(b)側面図。
【図４】本発明による走査プローブ顕微鏡の探針の第４
の実施例を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図。
の実施例を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図。
１…単結晶ピクチャーフレーム、 ２…磁化、 ３…絶縁板、 ４…絶縁板、 ５…コイル、 ６…プリント配線、 ７…プリント配線、 ８…プリント配線、 ９…試料、 １０…試料の磁化、 １１…反強磁性探針、 １２…単結晶ピクチャーフレーム、 １３…アルミナ、 １４…光てこ。
Claims (9)
- 【請求項１】探針を有し、試料と探針の距離を一定に保
ったまま探針先端の磁化を反転させ、トンネル電流の変
化分を画像信号として磁区像を得る走査プローブ顕微鏡
であり、探針からの漏れ磁界がない、もしくは漏れ磁界
が試料、試料ホルダ等に影響がない程度に十分小さいこ
とを特徴とする走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】探針が一様な材質で断面積の一定な閉磁路
強磁性体であることを特徴とする請求項１記載の走査プ
ローブ顕微鏡。 - 【請求項３】探針が、一様な材質で断面積の一定な閉磁
路強磁性体に付けられた反強磁性体であることを特徴と
する請求項１記載の走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項４】探針の先端が薄い絶縁体で被われているこ
とを特徴とする請求項１、２または３項のいずれかに記
載の走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項５】探針を有し、試料と探針の間に働く力を一
定に保ったまま探針で試料面上を走査し、試料表面の凹
凸像を得る原子間力顕微鏡において、探針が先端表面を
絶縁体で被われ強磁性体もしくは反強磁性であり、探針
の磁化を反転させ、トンネル電流の変化分を信号として
磁区像を得ることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項６】探針が一様な材質で断面積の一定な閉磁路
強磁性体であり、探針先端表面が絶縁体で被われてお
り、強磁性体の磁化を反転させ、トンネル電流の変化分
を信号として磁区像を得ることを特徴とする請求項５記
載の走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項７】先端部分にピクチャーフレームを具備する
探針と、ピクチャーフレームに巻かれたコイルとを有
し、前記コイルに電流を流してピクチャーフレームの磁
化を反転させ、前記探針を前記コイルに流れる電流の反
転周期より緩やかに試料面にそって走査し、コイルに流
れる電流を参照信号としたロックイン方式で探針に流れ
るトンネル電流の変動を検出する検出部とをさらに有
し、検出した変動分から画像信号として磁区像を得るこ
とを特徴とする走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項８】前記ピクチャーフレームは、軟磁性材から
なることを特徴とする請求項７記載の走査ローブ顕微
鏡。 - 【請求項９】前記ピクチャーフレームは、絶縁物で覆わ
れていることを特徴とする請求項７記載の走査プローブ
顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9346097A JPH11174067A (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 走査プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9346097A JPH11174067A (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 走査プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11174067A true JPH11174067A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18381121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9346097A Pending JPH11174067A (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 走査プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11174067A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11060990B2 (en) | 2018-03-22 | 2021-07-13 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor measurement device and method of measuring semiconductor |
-
1997
- 1997-12-16 JP JP9346097A patent/JPH11174067A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11060990B2 (en) | 2018-03-22 | 2021-07-13 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor measurement device and method of measuring semiconductor |
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