JPH1073604A - スピン偏極走査型顕微鏡及びその測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微動ステージで試料を走査した場合に試料面の
凹凸によらず磁化の程度を検知する。 【解決手段】光照射装置と探針２０との間の光路中にシ
ャッタが配置され、コントローラは、（１）シャッタを
開にし円偏光を右円偏光と左円偏光とに交互に切換え、
この円偏光を探針２０に照射させた状態で、微動ステー
ジを駆動して探針２０を相対的に試料１０上で１ライン
往方向へ走査させ、（２）シャッタを閉にした状態で、
微動ステージを駆動して探針２０を相対的に同一ライン
上を復方向へ走査させ、（１）及び（２）での走査中に
試料上の各検出位置について、探針と試料との間に流れ
るトンネル電流が設定値になるように微動ステージの試
料面法線方向駆動量を調節したときの該駆動量を検出
し、右円偏光のときに（１）で得た該駆動量と左円偏光
のときに（１）で得た該駆動量との差を、磁化状態量と
して算出する。シャッタを備えずに（２）で直線偏光又
は無偏光を探針に照射させてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピン偏極走査型
顕微鏡及びその測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スピン偏極走査型顕微鏡によれば、原子
オーダーの空間分解能でハードディスクなどの磁気記録
媒体を評価することが可能である。スピン偏極走査型顕
微鏡では、半導体の探針を磁化膜試料に接近して対向配
置し、両者間に電圧を印加しておき、円偏光を探針に入
射させると、励起されたスピン偏極電子が探針内部で生
成され、これがトンネル効果により試料へ注入される。
その量、すなわち探針と試料との間に流れる電流は、試
料に注入された電子の平均的なスピン方向（スピン偏極
方向）と、注入点での試料内電子の平均的なスピン方向
とに依存する。

【０００３】励起された電子のスピン偏極方向は入射円
偏光の進行方向又はその逆方向であるので、磁化膜試料
の磁化状態を検知する場合、試料がその面内の方向に磁
化されているときには、探針の軸方向に進行する円偏光
が探針に入射され（特開平６−１６０５０１号公報）、
試料がその面の法線方向に磁化されているときには、探
針の軸方向に直角な方向へ進行する円偏光が探針に入射
される（特開昭６２−１３９２４０号公報）。

【０００４】探針内で励起された電子のスピン偏極方向
は右円偏光と左円偏光とで互いに逆になるので、従来で
は、右円偏光のときに流れる電流と左円偏光のときに流
れる電流との差により試料の磁化状態を検知していた。
また、ピエゾ素子で駆動される微動ステージ上に試料を
搭載し、試料の磁区像を得ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】探針と試料との間に流
れる電流がトンネル効果によるものであるので、両者の
間隔が１〜３オングストローム変化すると、この電流が
約１桁変化する。このため、微動ステージで試料を走査
した場合に、上記電流の差が試料表面の原子オーダーの
凹凸に大きく依存し、上記従来法では磁化の程度が不明
となり、磁化方向のみしか検知することができなかっ
た。

【０００６】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、微動ステージで試料を走査した場合に試料面の凹凸
によらず磁化の程度を検知することが可能なスピン偏極
走査型顕微鏡及びその測定方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及びその作用効果】第１発
明では、円偏光の入射により励起されたスピン偏極電子
が内部で生成される半導体で形成され、試料に接近して
対向配置された探針と、該探針と該試料との間に電圧を
印加し、該探針と該試料との間に流れる電流を検出する
電流検出回路と、該探針に円偏光を照射させる円偏光照
射装置と、該試料に対し該探針を相対的に微動させる微
動ステージと、を有するスピン偏極走査型顕微鏡におい
て、該円偏光照射装置と該探針との間の光路中に配置さ
れ、該円偏光を通過させ又は遮光するシャッタと、制御
手段と、磁化状態検知手段と、を有し、該制御手段は、
（１）該シャッタを閉にした状態で、該微動ステージを
駆動して該探針を相対的に試料上で１ライン走査させ、
（２）該シャッタを開にし該円偏光を該探針に照射させ
た状態で、該微動ステージを駆動して該探針を相対的に
該１ラインと同一ライン上で走査させ、該磁化状態検知
手段は、該（１）及び（２）での走査中に、該微動ステ
ージの試料面法線方向駆動量を調節し、実質的に該駆動
量又は該電流を検出値として読み取り、同一走査点での
検出値に基づいて磁化状態量を算出する。

【０００８】この第１発明によれば、（１）及び（２）
での走査中に、微動ステージの試料面法線方向駆動量が
調節され、実質的に該駆動量又は上記電流が検出値とし
て読み取られ、同一走査点での検出値に基づいて磁化状
態量が算出されるので、微動ステージで試料を走査した
場合に、試料面の凹凸によらず磁化の程度を検知するこ
とが可能となるという効果を奏する。

【０００９】また、（１）でシャッタを開にして１ライ
ン走査し（２）でシャッタを閉にして同一ラインを走査
しているので、一回の走査中に各検出点でシャッタ開閉
を行う場合よりも、シャッタ開閉時の振動が探針等に伝
達して原子スケールでの磁化状態検知が不正確になるの
を防止することができる。第２発明では、円偏光の入射
により励起されたスピン偏極電子が内部で生成される半
導体で形成され、試料に接近して対向配置された探針
と、該探針と該試料との間に電圧を印加し、該探針と該
試料との間に流れる電流を検出する電流検出回路と、出
力光の偏光状態が可変であり、該出力光を該探針に照射
させる光照射装置と、該試料に対し該探針を相対的に微
動させる微動ステージと、を有するスピン偏極走査型顕
微鏡において、制御手段と、磁化状態検知手段と、を有
し、該制御手段は、（１）該出力光を無偏光又は直線偏
光にさせ、該出力光を該探針に照射させた状態で、該微
動ステージを駆動して該探針を相対的に試料上で１ライ
ン走査させ、（２）該出力光を円偏光にさせ、該出力光
を該探針に照射させた状態で、該微動ステージを駆動し
て該探針を相対的に該１ラインと同一ライン上で走査さ
せ、該磁化状態検知手段は、該（１）及び（２）での走
査中に、該微動ステージの試料面法線方向駆動量を調節
し、実質的に該駆動量又は該電流を検出値として読み取
り、同一走査点での検出値に基づいて磁化状態量を算出
する。

【００１０】この第２発明によれば上記第１発明と同様
に、（１）及び（２）での走査中に、微動ステージの試
料面法線方向駆動量が調節され、実質的に該駆動量又は
上記電流が検出値として読み取られ、同一走査点での検
出値に基づいて磁化状態量が算出されるので、微動ステ
ージで試料を走査した場合に、試料面の凹凸によらず磁
化の程度を検知することが可能となるという効果を奏す
る。

【００１１】また、走査中ではシャッタの開閉を行わず
に探針に光を常時照射しているので、照射オン／オフで
探針が温度変動して熱膨張が変化するのを防止すること
ができ、さらに、シャッタ開閉の振動が探針等に伝達す
るのが防止され、原子スケールでの磁化状態検知がより
正確になるという効果を奏する。第１又は第２の発明の
第１態様では、上記磁化状態検知手段は、上記電流が一
定の設定値になるように上記微動ステージの試料面法線
方向駆動量を調節したときの該駆動量を上記検出値とす
る。

【００１２】第１又は第２の発明の第２態様では、上記
制御手段は上記（１）を実行した後に上記（２）を実行
し、上記磁化状態検知手段は、上記（１）での検出値
を、上記電流が一定の設定値になるように上記微動ステ
ージの試料面法線方向駆動量を調節したときの該駆動量
とし、上記（２）での検出値を、該（１）での走査位置
に対応した該駆動量での上記電流とする。

【００１３】第１又は第２の発明の第３態様では、上記
円偏光は右円偏光又は左円偏光の一方のみであり、上記
磁化状態検知手段は、上記試料上の各検出位置につい
て、上記（２）で得た検出値と上記（１）で得た検出値
との差に対応した量を、上記磁化状態量として算出す
る。

【００１４】この第３態様によれば、磁化状態量がこの
ような差で算出されるので、試料面の凹凸によらず磁化
の程度をより正確に検知することができるという効果を
奏する。第１又は第２の発明の第４態様では、上記制御
手段は、上記（２）の各検出位置において、上記出力光
を右円偏光と左円偏光とに切換えさせ、上記磁化状態検
知手段は、上記試料上の各検出位置について、該出力光
が右円偏光のときに上記（２）で得た検出値と上記出力
光が左円偏光のときに上記（１）で得た検出値との差に
対応した量を、磁化状態量として算出する。

【００１５】この切換は電気的に行われるので、切換時
に機械的振動は生じない。また、磁化状態量がこのよう
な差に対応した量で算出されるので、試料面の凹凸によ
らず磁化の程度をより正確に検知することができるとい
う効果を奏する。第１又は第２の発明の第５態様では、
上記制御手段は、上記（１）と上記（２）を１回行った
後に、（３）上記探針を相対的に上記１ラインと略直角
かつ試料面と略平行な方向へ駆動させ、該（１）〜
（３）を繰り返し行う。

【００１６】この第５態様によれば、（１）と（２）で
同一ラインが続けて走査されるので、この期間、微動ス
テージはこのラインに直角な方向の駆動が停止してお
り、全領域を一回走査して（１）の処理を実行した後に
全領域を再度走査して（２）の処理を実行する場合より
も、（１）と（２）での同一測定点の位置ずれを低減す
ることができ、結果として、同一走査点での検出値に基
づいて算出される原子スケール磁化状態量をより正確に
測定することができるという効果を奏する。

【００１７】第１又は第２の発明の第６態様では、上記
円偏光照射装置又は上記光照射装置は、上記試料の表面
に略平行又は略垂直な進行方向の円偏光が上記探針に照
射されるように配置されている。この第６態様によれ
ば、試料面に平行又は垂直に磁化された試料の磁化状態
を検知することができる。

【００１８】第３発明に係るスピン偏極走査型顕微鏡の
測定方法では、円偏光の入射により励起されたスピン偏
極電子が内部で生成される半導体で形成され、試料に接
近して対向配置された探針と、該探針と該試料との間に
電圧を印加し、該探針と該試料との間に流れる電流を検
出する電流検出回路と、出力光の偏光状態が可変であ
り、該出力光を該探針に照射させる光照射装置と、該試
料に対し該探針を相対的に微動させる微動ステージと、
を備えたスピン偏極走査型顕微鏡を用い、（１）該出力
光を無偏光又は直線偏光にさせ、該出力光を該探針に照
射させた状態で、該微動ステージを駆動して該探針を相
対的に試料上で１ライン走査させ、（２）該出力光を円
偏光にさせ、該出力光を該探針に照射させた状態で、該
微動ステージを駆動して該探針を相対的に該１ラインと
同一ライン上で走査させ、（３）該（１）及び（２）で
の走査中に、該微動ステージの試料面法線方向駆動量を
調節し、実質的に該駆動量又は該電流を検出値として読
み取り、同一走査点での検出値に基づいて磁化状態量を
算出する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。試料１０は、例えばハードディスク
のような磁気記録媒体に用いられる磁化膜であり、微動
ステージ１１を介し粗動ステージ１２に搭載されてい
る。微動ステージ１１は、例えばピエゾ素子に電圧を印
加してこのピエゾ素子を０．１オングストロームの精度
で伸縮させることにより微動させる構成である。粗動ス
テージ１２は、パルスモータで粗動させる構成である。
微動ステージ１１及び粗動ステージ１２は、出力段にド
ライバを備えたコントローラ１３により制御される。

【００２０】探針２０は、試料１０に接近して対向配置
されている。探針２０は、入射円偏光で励起されたスピ
ン偏極電子が内部で生成されるものであり、例えばＧａ
Ａｓのような閃亜鉛構造の化合物半導体を劈開し、尖っ
た角を先端としたものである。探針２０は、ホルダ２１
に保持されて固定されている。試料１０と探針２０との
間には、トンネル電流を流すための直流電圧源２２の電
圧が印加されている。このトンネル電流は、電流検出部
２３で検出され且つ電圧に変換され、次いで増幅回路２
４で増幅されてコントローラ１３に供給される。

【００２１】レーザ３０から射出された直線偏光Ｌ１
は、ポッケルスセル３１、１／４波長板３２及びシャッ
タ３３を通って探針２０に照射される。直線偏光Ｌ１の
好ましい波長は探針２０の材料で定まり、例えば探針２
０がｐ型ＧａＡｓの場合には８３０ｎｍの近赤外線が用
いられる。レーザ３０から出た直線偏光Ｌ２の偏光面
は、ポッケルスセル３１の電極に印加された電圧が低レ
ベル（０Ｖ）のときと所定の高レベルのときとで互いに
９０゜異なり、前者と後者の直線偏光Ｌ２をそれぞれ第
１及び第２の直線偏光と称す。直線偏光Ｌ２は、１／４
波長板３２を通って円偏光Ｌ３となる。円偏光Ｌ３は、
例えば、直線偏光Ｌ２が第１の直線偏光のとき右円偏光
となり、直線偏光Ｌ２が第２の直線偏光のとき左円偏光
となる。円偏光Ｌ３の進行方向は、探針２０の軸に直角
かつ試料１０の表面に平行になっている。

【００２２】シャッタ３３は機械的に開閉し、その開閉
はコントローラ１３で制御される。コンピュータ４０の
入出力部はＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器を備えてお
り、コンピュータ４０には、増幅回路２４の出力及びコ
ントローラ１３から微動ステージ１１への駆動出力が供
給され、さらに、粗動ステージ１２、ポッケルスセル３
１及びシャッタ３３に対するコントローラ１３の制御情
報が供給され、また、試料１０上の測定中心の位置座標
が手操作入力装置４１から供給される。コンピュータ４
０は、後述のように入力データを処理して、試料１０上
の指定された測定中心付近の表面凹凸画像及び磁化状態
の画像を表示装置４２に表示させる。

【００２３】次に、図１を参照して、探針２０に入射す
る円偏光Ｌ３が右円偏光である場合の動作を説明する。
この場合、図１（Ａ）において、探針２０内の電子ｅ０
が励起され、トンネル効果によりこれが試料１０に注入
される。電子ｅ０のスピン偏極方向は、円偏光Ｌ３の進
行方向に一致している。トンネル電流に比例した増幅回
路２４の出力電圧が、予め設定された一定値Ｖ０になる
ように、コントローラ１３で微動ステージ１１がＺ方向
にサーボ制御される。Ｚ方向への微動ステージ駆動電圧
は、微動ステージ１１のＺ方向位置に対応している。以
下、増幅回路２４の出力電圧がＶ０に安定したときの微
動ステージ駆動電圧を、微動ステージ１１の定電流位置
Ｚと称す。

【００２４】トンネル電流は、そのスピン偏極方向が、
探針２０に対応した試料１０上の点（測定点）に存在す
る電子ｅ１のスピン偏極方向と一致していると、選択則
により試料１０に入る余地が少なくなり、円偏光Ｌ３を
探針２０に照射しない場合よりもトンネル電流が少なく
なる。トンネル電流のスピン偏極方向が、試料１０上の
測定点に存在する電子ｅ２のスピン偏極方向と逆の場合
には、円偏光Ｌ３を探針２０に照射しない場合よりもト
ンネル電流が多くなる。

【００２５】円偏光Ｌ３を探針２０に照射しない場合、
微動ステージ１１の定電流位置Ｚは図１（Ｂ）中のＺＮ
となる。これに対し、右円偏光を探針２０に照射した場
合には、試料１０内のスピンが図１（Ａ）に示すように
偏光しているとき、微動ステージ１１の定電流位置Ｚは
図１（Ｂ）中のＺＲのようになる。図２は、探針２０に
入射する円偏光Ｌ３が左円偏光である場合の動作を、図
１と対応して示す。この場合の微動ステージ１１の定電
流位置Ｚを、図２（Ｂ）中にＺＬとして示す。

【００２６】次に、図３を参照して、試料１０に対する
探針２０の相対的な走査と、走査中の測定シーケンスと
を説明する。微動ステージ１１の試料面内方向駆動量を
０にした状態で、設定された測定中心点Ｐが探針２０の
真下に来るように、粗動ステージ１２を駆動する。次
に、測定点が図３（Ａ）に示す線上を走査するように、
微動ステージ１１をステップ駆動する。

【００２７】すなわち、測定点をまず走査ライン５１上
の開始点Ａにする。シャッタ３３を開にし、この状態で
図３（Ｂ）に示す処理を行う。 （６０）コントローラ１３は、ポッケルスセル３１に印
加する電圧を上記低レベルにして、円偏光Ｌ３を右円偏
光にする。 （６１）コントローラ１３は、増幅回路２４の出力電圧
が設定値Ｖ０となるように、微動ステージ１１のＺ方向
駆動をサーボ制御する。コンピュータ４０は、コントロ
ーラ１３から測定点の座標（Ｘ，Ｙ）を受け取り、ま
た、増幅回路２４の出力電圧がＶ０に安定した状態で、
微動ステージ１１の駆動電圧を、定電流位置ＺＲとして
測定する。

【００２８】（６２）コントローラ１３は、ポッケルス
セル３１に印加する電圧を上記高レベルにして、円偏光
Ｌ３を左円偏光にする。 （６３）コントローラ１３は、増幅回路２４の出力電圧
が設定値Ｖ０となるように、微動ステージ１１のＺ方向
駆動をサーボ制御する。コンピュータ４０は、増幅回路
２４の出力電圧がＶ０に安定した状態で、微動ステージ
１１の駆動電圧を、定電流位置ＺＬとして測定する。

【００２９】（６４）コントローラ１３は、微動ステー
ジ１１を駆動して、測定点をＸ方向に刻みΔＸだけ移動
させる。図１中のＸ軸は微動ステージ１１に固定されて
いる。以上のステップ６１〜６４の処理を、走査ライン
５１に沿って点Ｂまで繰り返す。

【００３０】次に、シャッタ３３を閉にして図３（Ｃ）
に示す処理を行う。 （７０）コントローラ１３は、増幅回路２４の出力電圧
が設定値Ｖ０となるように、微動ステージ１１のＺ方向
駆動をサーボ制御する。コンピュータ４０は、コントロ
ーラ１３から測定点の座標（Ｘ，Ｙ）を受け取り、ま
た、増幅回路２４の出力電圧がＶ０に安定した状態で、
微動ステージ１１の駆動電圧を、定電流位置ＺＮとして
測定する。

【００３１】（７１）コントローラ１３は、微動ステー
ジ１１を駆動して、測定点をＸ方向に刻み−ΔＸだけ移
動させる。以上のステップ７１及び７２の処理が、走査
ライン５１に沿って、点Ｂから点Ａまで繰り返される。
このように、同一走査ラインの往路でシャッタ３３を開
にし復路でシャッタ３３を閉にしているので、往路のみ
でΔＸ移動する毎にシャッタ３３を開閉する場合より
も、シャッタ開閉時の振動が探針等に伝達して原子スケ
ールでの磁化状態検知が不正確になるのを防止すること
ができる。

【００３２】また、一走査ライン毎にシャッタ３３を開
閉するので、Ｙ方向駆動は往路及び復路で停止してお
り、図３（Ａ）のシャッタ３３を開にして全領域を一回
走査した後にシャッタ３３を閉にして全領域を再度走査
する場合よりも、シャッタ開のときと閉のときの同一測
定点の位置ずれを低減することができ、結果として、上
記のように差で算出される原子スケールでの磁化状態量
をより正確に測定することができる。

【００３３】次に、コントローラ１３は測定点をΔＹだ
け移動させる。次に、走査ライン５２上について以上の
処理が行われる。以下、上記同様の処理が繰り返し行わ
れて、例えば５１２×５１２画素の走査が行われる。コ
ンピュータ４０は、走査領域内での定電流位置ＺＮ
（Ｘ，Ｙ）を凹凸画像として表示装置４２に表示させ
る。また、これと同時に、この領域内についてＺＲ
（Ｘ，Ｙ）−ＺＬ（Ｘ，Ｙ）に比例した値を磁化状態量
として表示装置４２に画像表示させる。

【００３４】磁化状態量がこのような差で算出されるの
で、試料面の凹凸によらない磁化状態（磁区構造）を検
知することが可能となり、磁化の程度を検知することが
できる。なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれ
る。例えば、上記実施形態では試料１０の磁化方向が膜
面内の方向である場合を説明したが、本発明はこの磁化
方向が膜面の法線方向である場合にも適用可能であり、
この場合、円偏光Ｌ３を探針２０の軸に沿って入射させ
る。入射方向は、探針２０の上方から下方へ又はその逆
のいずれであってもよい。

【００３５】また、図３（Ｂ）のステップ６０及び６１
を省略し、ＺＬ（Ｘ，Ｙ）−ＺＮ（Ｘ，Ｙ）に比例した
値を磁化状態量として表示装置４２に画像表示させる構
成であってもよい。同様に、図３（Ｂ）のステップ６２
及び６３を省略し、ＺＲ（Ｘ，Ｙ）−ＺＮ（Ｘ，Ｙ）に
比例した値を磁化状態量として表示装置４２に画像表示
させる構成であってもよい。このようにしても、試料面
の凹凸によらない磁化状態を検知することが可能とな
り、磁化の程度を検知することができる。

【００３６】また、各走査ラインにつき、（ａ）シャッ
タ３３を閉にした状態で図３（Ｃ）の処理を先に行って
微動ステージ１１の定電流位置ＺＮ（Ｘ，Ｙ）を測定
し、これをメモリ等の記憶手段に記憶しておき、（ｂ）
次に、シャッタ３３を開にした状態で同一走査ラインを
折り返して走査するときに、微動ステージ１１を定電流
位置ＺＮ（Ｘ，Ｙ）にし、右円偏光のときの増幅回路２
４の出力電圧ＺＮＲ及び左円偏光のときの増幅回路２４
の出力電圧ＺＮＬを読み取り、（ｃ）ＺＮＬ（Ｘ，Ｙ）
−ＺＮＲ（Ｘ，Ｙ）に比例した値を磁化状態量として検
知する構成であってもよい。このようにしても、試料面
の凹凸によらない磁化状態を検知することが可能とな
り、磁化の程度を検知することができる。

【００３７】この場合の変形例として、ステップ（ｂ）
で出力電圧ＺＮＲ又はＺＮＬの一方のみ読み取り、ステ
ップ（ｃ）でＺＮＲ（Ｘ，Ｙ）−ＺＮ（Ｘ，Ｙ）又はＺ
ＮＬ（Ｘ，Ｙ）−ＺＮ（Ｘ，Ｙ）に比例した値を磁化状
態量として検知する構成であってもよい。このようにし
ても、試料面の凹凸によらない磁化状態を検知すること
が可能となり、磁化の程度を検知することができる。

【００３８】また、シャッタ３３を備えずに、上記ステ
ップ（ａ）において、光Ｌ３が直線偏光になるようにコ
ントローラ１３でポッケルスセル３１に電圧を印加する
ように構成してもよい。直線偏光は右円偏光と左円偏光
を重ね合わせたものと考えることができるので、これを
探針２０に照射しても探針２０内でスピン偏極が生ぜ
ず、しかも、走査中にシャッタの開閉を行わずに探針２
０に光を常時照射しているので、照射オン／オフで探針
２０が温度変動して熱膨張が変化するのを防止すること
ができ、さらに、シャッタ開閉の振動が探針等に伝達す
るのが防止され、原子スケールでの磁化状態検知がより
正確になるという効果を奏する。ステップ（ａ）におい
て、光Ｌ３を直線偏光にする替わりに無偏光にしてもよ
い。

【００３９】さらに、探針２０を試料１０に対し相対的
に走査できればよく、上記実施形態と逆に、試料１０を
固定しホルダ２１を駆動する構成であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】右円偏光を探針に照射した場合の動作説明図で
ある。

【図２】左円偏光を探針に照射した場合の動作説明図で
ある。

【図３】微動ステージ走査と、走査中の測定シーケンス
とを示す図である。

【図４】本発明の一実施形態に係るスピン偏極走査型顕
微鏡の概略構成図である。

【符号の説明】

１０ 試料 １１ 微動ステージ １２ 粗動ステージ １３ コントローラ ２０ 探針 ２１ ホルダ ２２ 直流電圧源 ２３ 電流検出部 ２４ 増幅回路 ３０ レーザ ３１ ポッケルスセル ３２ １／４波長板 ３３ シャッタ ４０ コンピュータ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円偏光の入射により励起されたスピン偏
   極電子が内部で生成される半導体で形成され、試料に接
   近して対向配置された探針と、 該探針と該試料との間に電圧を印加し、該探針と該試料
   との間に流れる電流を検出する電流検出回路と、 該探針に円偏光の出力光を照射させる円偏光照射装置
   と、 該試料に対し該探針を相対的に微動させる微動ステージ
   と、 を有するスピン偏極走査型顕微鏡において、 該円偏光照射装置と該探針との間の光路中に配置され、
   該円偏光を通過させ又は遮光するシャッタと、 制御手段と、 磁化状態検知手段と、 を有し、該制御手段は、 （１）該シャッタを閉にした状態で、該微動ステージを
   駆動して該探針を相対的に試料上で１ライン走査させ、 （２）該シャッタを開にし該円偏光を該探針に照射させ
   た状態で、該微動ステージを駆動して該探針を相対的に
   該１ラインと同一ライン上で走査させ、 該磁化状態検知手段は、該（１）及び（２）での走査中
   に、該微動ステージの試料面法線方向駆動量を調節し、
   実質的に該駆動量又は該電流を検出値として読み取り、
   同一走査点での検出値に基づいて磁化状態量を算出す
   る、 ことを特徴とするスピン偏極走査型顕微鏡。
2. 【請求項２】 円偏光の入射により励起されたスピン偏
   極電子が内部で生成される半導体で形成され、試料に接
   近して対向配置された探針と、 該探針と該試料との間に電圧を印加し、該探針と該試料
   との間に流れる電流を検出する電流検出回路と、 出力光の偏光状態が可変であり、該出力光を該探針に照
   射させる光照射装置と、 該試料に対し該探針を相対的に微動させる微動ステージ
   と、 を有するスピン偏極走査型顕微鏡において、 制御手段と、 磁化状態検知手段と、 を有し、該制御手段は、 （１）該出力光を無偏光又は直線偏光にさせ、該出力光
   を該探針に照射させた状態で、該微動ステージを駆動し
   て該探針を相対的に試料上で１ライン走査させ、 （２）該出力光を円偏光にさせ、該出力光を該探針に照
   射させた状態で、該微動ステージを駆動して該探針を相
   対的に該１ラインと同一ライン上で走査させ、 該磁化状態検知手段は、該（１）及び（２）での走査中
   に、該微動ステージの試料面法線方向駆動量を調節し、
   実質的に該駆動量又は該電流を検出値として読み取り、
   同一走査点での検出値に基づいて磁化状態量を算出す
   る、 ことを特徴とするスピン偏極走査型顕微鏡。
3. 【請求項３】 上記磁化状態検知手段は、上記電流が一
   定の設定値になるように上記微動ステージの試料面法線
   方向駆動量を調節したときの該駆動量を上記検出値とす
   る、 ことを特徴とする請求項１又は２記載のスピン偏極走査
   型顕微鏡。
4. 【請求項４】 上記制御手段は上記（１）を実行した後
   に上記（２）を実行し、 上記磁化状態検知手段は、上記（１）での検出値を、上
   記電流が一定の設定値になるように上記微動ステージの
   試料面法線方向駆動量を調節したときの該駆動量とし、
   上記（２）での検出値を、該（１）での走査位置に対応
   した該駆動量での上記電流とする、 ことを特徴とする請求項１又は２記載のスピン偏極走査
   型顕微鏡。
5. 【請求項５】 上記（２）において上記円偏光は右円偏
   光又は左円偏光の一方のみであり、 上記磁化状態検知手段は、上記試料上の各検出位置につ
   いて、上記（２）で得た検出値と上記（１）で得た検出
   値との差に対応した量を、上記磁化状態量として算出す
   る、 ことを特徴とする請求項３又は４記載のスピン偏極走査
   型顕微鏡。
6. 【請求項６】 上記制御手段は、上記（２）の各検出位
   置において、上記出力光を右円偏光と左円偏光とに切換
   えさせ、 上記磁化状態検知手段は、上記試料上の各検出位置につ
   いて、該出力光が右円偏光のときに上記（２）で得た検
   出値と上記出力光が左円偏光のときに上記（１）で得た
   検出値との差に対応した量を、磁化状態量として算出す
   る、 ことを特徴とする請求項３又は４記載のスピン偏極走査
   型顕微鏡。
7. 【請求項７】 上記制御手段は、 上記（１）と上記（２）を１回行った後に、 （３）上記探針を相対的に上記１ラインと略直角かつ試
   料面と略平行な方向へ駆動させ、 該（１）〜（３）を繰り返し行うことを特徴とする請求
   項１乃至６のいずれか１つに記載のスピン偏極走査型顕
   微鏡。
8. 【請求項８】 上記円偏光照射装置又は上記光照射装置
   は、上記試料の表面に略平行又は略垂直な進行方向の円
   偏光が上記探針に照射されるように配置されている、 ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載
   のスピン偏極走査型顕微鏡。
9. 【請求項９】 円偏光の入射により励起されたスピン偏
   極電子が内部で生成される半導体で形成され、試料に接
   近して対向配置された探針と、 該探針と該試料との間に電圧を印加し、該探針と該試料
   との間に流れる電流を検出する電流検出回路と、 出力光の偏光状態が可変であり、該出力光を該探針に照
   射させる光照射装置と、 該試料に対し該探針を相対的に微動させる微動ステージ
   と、 を備えたスピン偏極走査型顕微鏡を用い、 （１）該出力光を無偏光又は直線偏光にさせ、該出力光
   を該探針に照射させた状態で、該微動ステージを駆動し
   て該探針を相対的に試料上で１ライン走査させ、 （２）該出力光を円偏光にさせ、該出力光を該探針に照
   射させた状態で、該微動ステージを駆動して該探針を相
   対的に該１ラインと同一ライン上で走査させ、 （３）該（１）及び（２）での走査中に、該微動ステー
   ジの試料面法線方向駆動量を調節し、実質的に該駆動量
   又は該電流を検出値として読み取り、同一走査点での検
   出値に基づいて磁化状態量を算出する、 ことを特徴とするスピン偏極走査型顕微鏡の測定方法。