JP3142652B2 - 磁気力顕微鏡 - Google Patents
磁気力顕微鏡Info
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- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 claims description 16
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体表面の磁気力分布
を検出し、画像化する磁気力顕微鏡に関する。
を検出し、画像化する磁気力顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気力顕微鏡としては、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。
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、磁区分布を測定
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軸制御の安定性にも寄与している。
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、磁区分布を測定
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軸制御の安定性にも寄与している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこのよ
うな磁気力顕微鏡では、磁気力に静電引力を加算した力
を検出し画像化するため、磁区分布と静電力分布の合成
像となる。静電力分布は試料表面の凹凸と一致するた
め、磁区像に表面凹凸像が重なってしまう。特に、テク
スチャー処理がなされた磁気媒体では、表面凹凸が大き
いため、磁区構造の判別が困難となっている。
うな磁気力顕微鏡では、磁気力に静電引力を加算した力
を検出し画像化するため、磁区分布と静電力分布の合成
像となる。静電力分布は試料表面の凹凸と一致するた
め、磁区像に表面凹凸像が重なってしまう。特に、テク
スチャー処理がなされた磁気媒体では、表面凹凸が大き
いため、磁区構造の判別が困難となっている。
【０００５】
【 課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
めに、この発明は、試料／板バネ間に交流電圧を印加
し、この印加電圧と同周波数の交流変調波の検出手段を
もちいて、Ｚ軸制御を行うようにした。
めに、この発明は、試料／板バネ間に交流電圧を印加
し、この印加電圧と同周波数の交流変調波の検出手段を
もちいて、Ｚ軸制御を行うようにした。
【０００６】
【作用】上記のように、試料／板バネ間に交流電圧を印
加し、この印加電圧と同周波数の交流変調波の検出手段
をもちいて、Ｚ軸制御を行うことにより、静電引力のみ
でＺ軸の制御が行える。静電引力は試料／板バネ間の印
加電圧によるものであり、この印加電圧を交流変調し検
波することで、磁気力による影響を除けるからである。
このように静電引力のみでＺ軸制御することにより、静
電力像を得ることができる。
加し、この印加電圧と同周波数の交流変調波の検出手段
をもちいて、Ｚ軸制御を行うことにより、静電引力のみ
でＺ軸の制御が行える。静電引力は試料／板バネ間の印
加電圧によるものであり、この印加電圧を交流変調し検
波することで、磁気力による影響を除けるからである。
このように静電引力のみでＺ軸制御することにより、静
電力像を得ることができる。
【０００７】一方、Ｚ軸は常に静電力を一定にするよう
に制御されているため、この状態で板バネをバイモルフ
型圧電素子で振動させ、その振動振幅の変動を検出する
と、検出力の変動分は常に磁気力のみとなる。この変動
分を画像化すると磁区像のみが得られることになる。し
たがって、磁区像に表面凹凸像が重なってしまうことが
なく、テクスチャー処理がなされた磁気媒体でも、容易
に磁区構造の判別が可能となる。
に制御されているため、この状態で板バネをバイモルフ
型圧電素子で振動させ、その振動振幅の変動を検出する
と、検出力の変動分は常に磁気力のみとなる。この変動
分を画像化すると磁区像のみが得られることになる。し
たがって、磁区像に表面凹凸像が重なってしまうことが
なく、テクスチャー処理がなされた磁気媒体でも、容易
に磁区構造の判別が可能となる。
【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。 ＜装置の構成＞図１は本発明の磁気力顕微鏡の概略図で
ある。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。板バネ１と試料１６の間に、交流電圧印加手段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からバイモルフ型圧電素子印加電
圧と同周波数の交流変調波検出手段１０と試料／板バネ
間印加電圧と同周波数の交流変調波検出手段１２にそれ
ぞれ入力される。交流変調波検出手段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内のＺ軸サーボ回路および高圧増幅器よりＺ軸
圧電素子印加電圧が出力される。距離制御手段１３の出
力は微動素子８へ印加され、Ｚ軸の制御すなはち試料と
板バネ間の距離を制御する。
説明する。 ＜装置の構成＞図１は本発明の磁気力顕微鏡の概略図で
ある。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。板バネ１と試料１６の間に、交流電圧印加手段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からバイモルフ型圧電素子印加電
圧と同周波数の交流変調波検出手段１０と試料／板バネ
間印加電圧と同周波数の交流変調波検出手段１２にそれ
ぞれ入力される。交流変調波検出手段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内のＺ軸サーボ回路および高圧増幅器よりＺ軸
圧電素子印加電圧が出力される。距離制御手段１３の出
力は微動素子８へ印加され、Ｚ軸の制御すなはち試料と
板バネ間の距離を制御する。
【０００９】また、距離制御手段１３内の粗動機構制御
回路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。一方、交流変調波検出手
段１０の出力は画像処理手段１５をもちいて磁区像とし
て画像化する。同様に、距離制御手段１３の出力は画像
処理手段１５をもちいて静電力分布すなはち表面凹凸像
として画像化する。
回路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。一方、交流変調波検出手
段１０の出力は画像処理手段１５をもちいて磁区像とし
て画像化する。同様に、距離制御手段１３の出力は画像
処理手段１５をもちいて静電力分布すなはち表面凹凸像
として画像化する。
【００１０】＜動作原理＞図２は板バネの共振特性（Ｑ
カーブ）を示す。実線１は試料からの力を検出していな
い状態を表し、破線２は探針が試料に接近し、力を検出
した状態を表す。板バネの共振特性は、図２で示される
ように、外力が加わる（力を検出する）と共振周波数ω
0 が低周波側ω0 ´へシフトする。同時に最大振幅も減
少する。ここで、周波数をω1 に固定し振幅の変化を調
べると、力を検出していない状態ではＡ点で示される振
幅となり、力を検出するとＢ点で示される振幅となる。
このように、力に対応して振幅の減少が生じる。これ
を、探針／試料間の距離との関係で表した図が図３であ
る。
カーブ）を示す。実線１は試料からの力を検出していな
い状態を表し、破線２は探針が試料に接近し、力を検出
した状態を表す。板バネの共振特性は、図２で示される
ように、外力が加わる（力を検出する）と共振周波数ω
0 が低周波側ω0 ´へシフトする。同時に最大振幅も減
少する。ここで、周波数をω1 に固定し振幅の変化を調
べると、力を検出していない状態ではＡ点で示される振
幅となり、力を検出するとＢ点で示される振幅となる。
このように、力に対応して振幅の減少が生じる。これ
を、探針／試料間の距離との関係で表した図が図３であ
る。
【００１１】図３のＡ点、Ｂ点はそれぞれ図２の各点に
対応している。すなわち、探針（または板バネ）が試料
に接近すると力が増大し振幅の減少が生じる。そこで、
周波数を一定値ω1 に固定し、振幅（または振幅の減少
量）を一定にするようにＺ軸を制御すると、探針／試料
間の距離が一定に保たれる。この状態でＸＹ方向に探針
を走査するとＺ軸の上下動により表面画像を得ることが
できる。ただし、この画像は静電引力像（表面凹凸像）
と磁区像との混合された画像である。
対応している。すなわち、探針（または板バネ）が試料
に接近すると力が増大し振幅の減少が生じる。そこで、
周波数を一定値ω1 に固定し、振幅（または振幅の減少
量）を一定にするようにＺ軸を制御すると、探針／試料
間の距離が一定に保たれる。この状態でＸＹ方向に探針
を走査するとＺ軸の上下動により表面画像を得ることが
できる。ただし、この画像は静電引力像（表面凹凸像）
と磁区像との混合された画像である。
【００１２】図４は静電引力像と磁区像との分離方法を
示した図である。バイモルフ型圧電素子２を交流電圧印
加手段３を用いて周波数ω1 で振動させ、強磁性探針付
き板バネ１を共振させる。板バネ１と試料１６の間に、
交流電圧印加手段１１を用いて周波数ω2 （ただし、ω
1 ＞ω2 ）の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に入力される。このとき、信号は
ω1 とω2 で変調された混合波形となっている。検出さ
れた信号はレーザー光制御検出回路９より検出周波数ω
2 の交流変調波検出手段１２と検出周波数ω1 の交流変
調波検出手段１０にそれぞれ入力される。交流変調波検
出手段１２の出力信号は混合波形から周波数ω2 成分の
みとなる。板バネ１と試料１６の間の印加電圧は、周波
数ω2 の交流電圧であるため、この出力信号は静電引力
に応じて変動する。
示した図である。バイモルフ型圧電素子２を交流電圧印
加手段３を用いて周波数ω1 で振動させ、強磁性探針付
き板バネ１を共振させる。板バネ１と試料１６の間に、
交流電圧印加手段１１を用いて周波数ω2 （ただし、ω
1 ＞ω2 ）の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に入力される。このとき、信号は
ω1 とω2 で変調された混合波形となっている。検出さ
れた信号はレーザー光制御検出回路９より検出周波数ω
2 の交流変調波検出手段１２と検出周波数ω1 の交流変
調波検出手段１０にそれぞれ入力される。交流変調波検
出手段１２の出力信号は混合波形から周波数ω2 成分の
みとなる。板バネ１と試料１６の間の印加電圧は、周波
数ω2 の交流電圧であるため、この出力信号は静電引力
に応じて変動する。
【００１３】したがって、この信号を距離制御手段１３
へ入力し、微動素子８を制御することで静電引力を一定
にすることができる。この状態でＸＹ方向に探針を走査
し、Ｚ軸の上下動を画像処理手段１５に入力することに
より静電引力像を得ることができる。
へ入力し、微動素子８を制御することで静電引力を一定
にすることができる。この状態でＸＹ方向に探針を走査
し、Ｚ軸の上下動を画像処理手段１５に入力することに
より静電引力像を得ることができる。
【００１４】一方、交流変調波検出手段１０の出力信号
は混合波形から周波数ω1 成分のみとなる。強磁性探針
付き板バネ１の振動の周波数はω1 であり、交流変調波
検出手段１０の出力信号は、静電引力が一定に保たれて
いるため、磁気力に応じて変動する。したがって、この
出力信号を画像処理手段１５に入力することにより、磁
区像を得ることができる。
は混合波形から周波数ω1 成分のみとなる。強磁性探針
付き板バネ１の振動の周波数はω1 であり、交流変調波
検出手段１０の出力信号は、静電引力が一定に保たれて
いるため、磁気力に応じて変動する。したがって、この
出力信号を画像処理手段１５に入力することにより、磁
区像を得ることができる。
【００１５】このようにして、静電引力像（表面凹凸
像）と磁区像の分離、画像化が可能となった。
像）と磁区像の分離、画像化が可能となった。
【００１６】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、試料／板バネ間に交流電圧を印加し、この印加電圧
と同周波数の交流変調波の検出手段をもちいてＺ軸制御
を行うことにより、従来困難であった磁区像と表面凹凸
像の分離、画像化を容易に行え、特に問題となっていた
テクスチャー処理がなされた磁気媒体でも、容易に磁区
構造の判別が可能となるのである。
ば、試料／板バネ間に交流電圧を印加し、この印加電圧
と同周波数の交流変調波の検出手段をもちいてＺ軸制御
を行うことにより、従来困難であった磁区像と表面凹凸
像の分離、画像化を容易に行え、特に問題となっていた
テクスチャー処理がなされた磁気媒体でも、容易に磁区
構造の判別が可能となるのである。
【図１】本発明の磁気力顕微鏡の概略図である。
【図２】板バネの共振特性図である。
【図３】板バネの振動振幅と探針／試料間距離との関係
をしめす図である。
をしめす図である。
【図４】静電引力像と磁区像との分離方法を示した図で
ある。
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 微動素子 ９ レーザー光制御検出回路 １０ 交流変調波検出手段 １１ 交流電圧印加手段 １２ 交流変調波検出手段 １３ 距離制御手段 １４ 除振機構 １５ 画像処理手段 １６ 試料
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−302965（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−116401（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274481（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−296681（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−294288（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−72229（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−72230（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−96644（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18
Claims (2)
- 【請求項１】 試料表面より受ける力を変位に変換する
強磁性体探針付き板バネと、交流変調用のバイモルフ型
圧電素子と、バイモルフ型圧電素子に交流電圧を印加す
る手段と、半導体レーザー、ミラー及び光検出素子より
なる変位検出手段と、試料と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、バイモルフ型圧電素
子印加電圧と同周波数の交流変調波の検出手段と、試料
と板バネ間に交流電圧を印加する手段と、試料／板バネ
間の印加電圧と同周波数の交流変調波検出手段と、試料
と板バネ間の距離制御手段と、除振機構からなる磁気力
顕微鏡。 - 【請求項２】 試料表面より受ける力を変位に変換する
強磁性体探針付き板バネと、 交流電圧により振動して前記板バネを振動させる圧電素
子と、 前記板バネの変位を検出する変位検出手段と、 前記試料と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、 前記変位検出手段からの信号のうち、前記圧電素子に印
加される前記交流電圧と同周波数の交流変調波を検出す
る第１の検出手段と、 前記試料と板バネ間に交流電圧を印加する手段と、 前記変位検出手段からの信号のうち、前記試料と板バネ
間に印加される交流電圧と同周波数の交流変調波を検出
する第２の検出手段と、 前記第２の検出手段からの信号を入力し前記微動素子を
制御し、前記試料と板バネ間の静電引力が一定になるよ
うに動作させる距離制御手段とからなり、 前記静電引力が一定の状態でＸＹ方向に探針を走査し、
Ｚ軸の上下動から表面凹凸像を得、前記第１の検出手段
の出力信号により磁区像を得ることを特徴とする磁気力
顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04220506A JP3142652B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 磁気力顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04220506A JP3142652B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 磁気力顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0666903A JPH0666903A (ja) | 1994-03-11 |
| JP3142652B2 true JP3142652B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=16752102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04220506A Expired - Fee Related JP3142652B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 磁気力顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3142652B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3398411B2 (ja) | 1993-03-08 | 2003-04-21 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 磁気力顕微鏡 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5579516B2 (ja) * | 2010-07-01 | 2014-08-27 | 株式会社日立製作所 | 走査プローブ顕微鏡 |
-
1992
- 1992-08-19 JP JP04220506A patent/JP3142652B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3398411B2 (ja) | 1993-03-08 | 2003-04-21 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 磁気力顕微鏡 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0666903A (ja) | 1994-03-11 |
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