JP6528334B2 - Evaluation apparatus and evaluation method for probe for magnetic force microscope, and magnetic force adjustment method for control of magnetic force microscope and magnetic force microscope - Google Patents
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Description
本発明は、試料から発生する磁場を測定する磁気力顕微鏡用探針の特性評価に使用される装置および当該特性評価に適用される方法に関する。
具体的には、本発明は、強磁性体(ハード磁性材料、ソフト磁性材料)、常磁性体、超常磁性を示す材料、または反磁性体からなる磁気力顕微鏡用探針の評価に際して、励振させた探針に強度を変化させた交流磁場を印加し、前記探針の振動から得られるスペクトルに基づき当該探針の特性を評価する技術に関する。
また、具体的には、本発明は、ソフト磁性探針、常磁性体探針、または超常磁性探針の評価に際して、励振させた探針に直流磁場と交流磁場とを重畳して印加し、それぞれの強度を変化させる際に、探針の振動から得られるスペクトルに基づき当該探針の特性を評価する技術に関する。The present invention relates to an apparatus used for characterizing a probe for a magnetic force microscope that measures a magnetic field generated from a sample, and a method applied to the characterization.
Specifically, according to the present invention, excitation is performed in evaluation of a probe for a magnetic force microscope made of a ferromagnetic material (hard magnetic material, soft magnetic material), paramagnetic material, material exhibiting superparamagnetism, or diamagnetic material. The present invention relates to a technique for applying an alternating magnetic field of varying strength to a probe and evaluating the characteristics of the probe based on a spectrum obtained from the vibration of the probe.
Further, specifically, in the evaluation of a soft magnetic probe, a paramagnetic probe, or a superparamagnetic probe, the present invention applies a DC magnetic field and an AC magnetic field to the excited probe in a superimposed manner, The present invention relates to a technique for evaluating the characteristics of a probe based on the spectrum obtained from the vibration of the probe when changing the respective intensities.
また本発明は、探針振動のスペクトルのサイドバンドの強度変化を観察することで、探針チップに形成されたソフト磁性材料の薄膜の磁化の飽和を検出し、探針磁化の飽和の検出結果に基づき、探針に与える制御用磁場を調整できる、磁気力顕微鏡および磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法に関する。 Further, according to the present invention, the saturation of the magnetization of the thin film of the soft magnetic material formed on the probe tip is detected by observing the intensity change of the side band of the spectrum of the probe vibration, and the detection result of the saturation of the probe magnetization The present invention relates to a magnetic force microscope and a control method for controlling a control magnetic field of a magnetic force microscope that can adjust a control magnetic field to be applied to a probe based on the following.
磁性体サンプルの交流磁気特性(交流磁気プロファイル)を測定する技術として、図1に示す磁気力顕微鏡(MFM)7が知られている(特許文献1:WO2013/047538参照)。
このMFM7では、励振した探針71(カンチレバー)の先端に設けた探針チップ711により、試料72の表面を走査する。図1では試料72は、交流磁場を生成する、ハードディスクの磁気記録ヘッドである。探針チップ711には、試料72が生成する交流磁場H_ACが印加される。探針チップには、主に強磁性体でハード磁気特性を有するものが用いられる。
レーザ(LASER)731とフォトダイオード(PD)732とからなる振動検出器により、探針71の振動(振動変調)が検出され、図示しないプロファイル測定装置により試料72の表面の交流磁場勾配を反映した交流磁気プロファイルが測定される。A magnetic force microscope (MFM) 7 shown in FIG. 1 is known as a technique for measuring AC magnetic characteristics (AC magnetic profile) of a magnetic substance sample (see Patent Document 1: WO 2013/047538).
In the MFM 7, the surface of the
Vibration (vibration modulation) of the
磁性体サンプルの直流磁気特性(直流磁気プロファイル)を測定する技術として、図2に示す磁気力顕微鏡(MFM8)が知られている(特許文献2:WO2013/047537参照)。
このMFM8では、励振した探針81(カンチレバー)の先端に設けた探針チップ811により、試料82の表面を走査する。試料82の下側にはコイル84が設けられており、探針チップ811には、試料82が生成する直流磁場H_DCと、コイル84が生成する交流磁場H_ACとの重畳磁場が印加される。探針チップには、主に強磁性体でソフト磁気特性を有するものが用いられる。
レーザ(LASER)831とフォトダイオード(PD)832とからなる振動検出器により、探針81の振動(振動変調)が検出され、図示しないプロファイル測定装置により試料82の表面の直流磁場勾配を反映した直流磁気プロファイルが測定される。A magnetic force microscope (MFM 8) shown in FIG. 2 is known as a technique for measuring direct current magnetic characteristics (direct current magnetic profile) of a magnetic substance sample (see Patent Document 2: WO 2013/047537).
In the
The vibration (vibration modulation) of the
磁性体サンプルの直流磁気特性(直流磁気プロファイル)を測定する技術として、図3に示す磁気力顕微鏡(MFM9)が提案されている。
このMFM9では、励振した探針91(カンチレバー)の先端に設けた、保磁力がゼロで、磁化がヒステリシスを持たない常磁性体、超常磁性を示す材料、または反磁性体を有してなる探針チップ911により、試料92の表面を走査する。試料92の下側には交流磁場発生コイル941,942および直流磁場発生コイル943が設けられており、交流磁場発生コイル941,942からは交流磁場H_AC1,H_AC2が生成され、直流磁場発生コイル943からは交流磁場H_DCCOILが生成される。
探針チップ911には、試料92が生成する直流磁場H_DCSMPLと、交流磁場発生コイル941,942が生成するH_AC1,H_AC2と、直流磁場発生コイル943が生成するH_DCCOILが印加される。
図3では、探針チップの先端で、H_AC1,H_AC2の振動方向成分の磁場の和がゼロになり、磁場勾配が最大になるように、またH_DCCOILは、探針91の周波数変調が小さくなるように制御される。
レーザ(LASER)931とフォトダイオード(PD)932とからなる振動検出器により、探針91の振動が検出され、図示しないプロファイル測定装置により試料92の表面の直流磁場を反映した直流磁気プロファイルが測定される。A magnetic force microscope (MFM 9) shown in FIG. 3 has been proposed as a technique for measuring direct current magnetic characteristics (direct current magnetic profile) of a magnetic substance sample.
In this
A DC magnetic field H_DC SMPL generated by the sample 92, H_AC1 and H_AC2 generated by the AC magnetic
In FIG. 3, at the tip of the probe tip, the sum of the magnetic fields of vibrational components of H_AC1 and H_AC2 becomes zero and the magnetic field gradient becomes maximum, and the H_DC COIL decreases the frequency modulation of the
Vibration of the
図4は、図1に示した探針71、図2に示した探針81および図3に示した探針91の先端拡大図である。
図4に示すように、探針チップ711(811,911)は錐形をなし、錐形部はSiに磁性体薄膜MMが成膜されて構成される。磁性体薄膜MMは、強磁性体(ハード磁性体またはソフト磁性体)や、常磁性体、超常磁性を示す材料、反磁性体からなる。
なお、ハード磁性材料としては、PtとFeあるいはCoとの合金、FeNdB系金属間化合物、SmCo系金属間化合物等が知られている。ソフト磁性材料としては、パーマロイ(Ni−Fe)、Co−Zr−Nb、Fe−Co−B、Fe−Co等が知られている。超常磁性を示す材料としては、粒径が数10nm程度のFeやCo等の微粒子がお互いに接触しないように非磁性体で取り囲まれた構造をもつグラニューラー合金等が知られている。FIG. 4 is an enlarged view of the tip of the
As shown in FIG. 4, the probe tip 711 (811, 911) has a conical shape, and the conical portion is formed by forming a magnetic thin film MM on Si. The magnetic thin film MM is made of a ferromagnetic material (hard magnetic material or soft magnetic material), a paramagnetic material, a material exhibiting superparamagnetism, and a diamagnetic material.
As hard magnetic materials, alloys of Pt and Fe or Co, FeN dB-based intermetallic compounds, SmCo-based intermetallic compounds, etc. are known. As soft magnetic materials, permalloy (Ni-Fe), Co-Zr-Nb, Fe-Co-B, Fe-Co, etc. are known. As materials exhibiting superparamagnetism, granular alloys are known which have a structure in which fine particles of Fe, Co or the like having a particle diameter of about several tens of nm do not contact each other and are surrounded by a nonmagnetic material.
本明細書では、探針チップの錐形部に形成される磁性体としてハード磁性材料(保磁力や残留磁化が大きい強磁性体)が使用された探針はハード磁性探針と称され、当該錐形部に形成される磁性体としてソフト磁性材料(保磁力や残留磁化が小さく、磁化率が大きな磁性体)が使用された探針はソフト磁性探針と称され、錐形部に形成される磁性体として常磁性体または超常磁性を示す材料(保磁力や残留磁化がゼロで、磁化がヒステリシスを持たない)が使用された探針は常磁性探針または超常磁性探針と称され、錐形部に形成される磁性体として反磁性体(磁化が磁場の逆方向に発生し、保磁力や残留磁化がゼロであり、磁化がヒステリシスを持たない)が使用された探針は反磁性探針と称される。
図1のMFM7ではハード磁性探針が主に使用される。
図2のMFM8ではソフト磁性探針が主に使用される。
図3のMFM9では、常磁性探針や超常磁性探針が主に使用される。In the present specification, a probe in which a hard magnetic material (ferromagnetic material having a large coercive force or residual magnetization) is used as a magnetic material formed in a conical portion of a probe tip is referred to as a hard magnetic probe, A probe in which a soft magnetic material (a magnetic substance having a small coercive force or residual magnetization and a large magnetic susceptibility) is used as a magnetic body formed in the conical portion is called a soft magnetic probe and is formed in the conical portion A probe in which a paramagnetic substance or a material exhibiting superparamagnetism (with no coercivity or remanent magnetization and no magnetization hysteresis) is used as a magnetic substance is called a paramagnetic probe or a superparamagnetic probe, A probe using a diamagnetic body (magnetization occurs in the reverse direction of the magnetic field, coercivity and residual magnetization are zero, and magnetization has no hysteresis) as a magnetic body formed in the pyramidal part is diamagnetic It is called a probe.
In the MFM 7 of FIG. 1, a hard magnetic probe is mainly used.
A soft magnetic probe is mainly used in the
In the MFM 9 of FIG. 3, a paramagnetic probe or a superparamagnetic probe is mainly used.
図5に保磁力がゼロではなく、磁化がヒステリシスを示し、残留磁化が大きなハード磁性材料のM−H曲線(磁化−磁場特性)の典型例を示す。
図5では、交流磁場Hと、交流変化する磁化Mとが併記されている。
ハード磁性探針は、交流磁場Hが与えられたときに、探針の磁化が着磁後の残留磁化の値から変化しない特性を持つことが好ましい。なお、図5では、交流磁場Hの強度と比較してハード探針の保磁力が大きな場合の、交流磁場Hと、磁化Mとの関係を示している。
図1のMFM7では、交流磁場Hは、試料72が発生する磁場である。
図1のMFM7において、交流磁場Hがハード磁性探針の磁化を変化させないように、探針71はできるだけ大きな保磁力と高い角形比を持つことが好ましい。
図2のMFM8において探針81がソフト磁性探針である場合には、交流磁場Hが直流磁場を発生する試料82を磁気擾乱しないように、ソフト磁性探針81は、小さな磁場Hの領域で、飽和することなく磁化Mの変化分を大きくとれる特性を持つことが好ましい。FIG. 5 shows a typical example of the M-H curve (magnetization-magnetic field characteristic) of a hard magnetic material in which the coercivity is not zero, the magnetization exhibits hysteresis, and the residual magnetization is large.
In FIG. 5, an alternating magnetic field H and a magnetization M that changes in alternating current are described.
The hard magnetic probe preferably has a characteristic such that the magnetization of the probe does not change from the value of the residual magnetization after magnetization when an alternating magnetic field H is applied. FIG. 5 shows the relationship between the alternating magnetic field H and the magnetization M when the coercivity of the hard probe is larger than the strength of the alternating magnetic field H.
In the MFM 7 of FIG. 1, the alternating magnetic field H is a magnetic field generated by the
In the MFM 7 of FIG. 1, the
When the
図6(A),(B)にソフト磁性材料のM−H曲線(磁化−磁場特性)の典型例を示す。
図6(A),(B)では、交流磁場Hと、交流変化する磁化Mとが併記されている。図2において、交流磁場H_ACに、試料が発生する直流磁場H_DCSMPLが重畳されている。
ソフト磁性探針は、試料からの直流磁場H_DCSMPLが加わっても、たとえば図6(A)に参照されるように、探針の磁化Mが飽和せずに、交流磁場H_ACの印加により大きく変化する特性を持つ必要がある。
図6(B)に示すように、試料からの直流磁場H_DCSMPLが加わることで探針の磁化Mが飽和すると、交流磁場H_ACを印加しても探針の磁化Mが変化しなくなり、測定ができなくなる。
ソフト磁性探針の特性は、測定対象である、試料から発生する直流磁場H_DCSMPLの強度変化の範囲で、探針の磁化Mが飽和せず、かつ計測感度が高いこと(弱い交流磁場強度で、大きな磁化の変化が得られること)が好ましい。
図2のMFM8において、探針81がソフト磁性探針である場合には、交流磁場Hが直流磁場を発生する試料82を磁気擾乱しないように、ソフト磁性探針は磁場強度が小さくても高い磁化を得ることができ、かつ、磁場Hが磁化飽和しない領域で動作できる必要がある。6A and 6B show typical examples of the M-H curve (magnetization-magnetic field characteristic) of the soft magnetic material.
In FIGS. 6 (A) and 6 (B), an alternating magnetic field H and a magnetization M that changes in alternating current are described. In FIG. 2, a DC magnetic field H_DC SMPL generated by a sample is superimposed on an AC magnetic field H_AC.
Even when a DC magnetic field H_DC SMPL from a sample is applied, the soft magnetic probe is largely changed by the application of an AC magnetic field H_AC without saturation of the magnetization M of the probe, as shown in, for example, FIG. Need to have the following characteristics:
As shown in FIG. 6B, when the magnetization M of the probe is saturated by the application of the DC magnetic field H_DC SMPL from the sample, the magnetization M of the probe does not change even when the AC magnetic field H_AC is applied, and the measurement become unable.
The characteristic of the soft magnetic probe is that the magnetization M of the probe is not saturated and the measurement sensitivity is high (in weak AC magnetic field strength) within the range of the intensity change of the DC magnetic field H_DC SMPL generated from the sample to be measured It is preferable that a large change in magnetization be obtained).
In the MFM 8 of FIG. 2, when the
図7に常磁性体または超常磁性を示す材料のM−H曲線の典型例を示す。
図7では、交流磁場Hと、交流変化する磁化Mとが併記されている。常磁性探針では磁化率(磁場Hに対する磁化Mの傾き)が大きいことが好ましい。
図3のMFM9において、探針91が常磁性探針や超常磁性探針である場合には、磁化率が大きいと、同じ磁場強度でも大きな磁化変化が得られる。FIG. 7 shows a typical example of the M-H curve of a material exhibiting paramagnetic substances or superparamagnetic properties.
In FIG. 7, an alternating magnetic field H and a magnetization M that changes in alternating current are described. The paramagnetic probe preferably has a large magnetic susceptibility (slope of the magnetization M with respect to the magnetic field H).
In the MFM 9 of FIG. 3, when the
MFMに使用される探針(ソフト磁性探針、ハード磁性探針、常磁性探針、超常磁性探針)は、消耗品であり、探針の出荷時に、特性がその用途に適合するように(それが使用されるMFMで正しく動作できるように)、特性評価を行い、品質を一定に保つ必要がある。
しかし、従来、磁性探針の性能を定量的に評価する技術は提供されておらず、磁性探針の性能の標準化に役立つ技術は提供されていない。
本発明の第1の課題は、MFMに使用される探針の特性を評価できる評価技術を提供することにあり、さらに、該評価技術の標準を提供することにある。Probes used for MFM (soft magnetic probe, hard magnetic probe, paramagnetic probe, super paramagnetic probe) are expendables so that the properties will be adapted to the application when the probe is shipped. It is necessary to characterize and keep the quality constant (so that it can work properly with the MFM used).
However, conventionally, a technique for quantitatively evaluating the performance of a magnetic probe has not been provided, and a technique for helping to standardize the performance of a magnetic probe has not been provided.
A first object of the present invention is to provide an evaluation technique capable of evaluating the characteristics of a probe used in MFM, and further to provide a standard of the evaluation technique.
図21(A),(B)にソフト磁性材料のM−H曲線(磁化−磁場特性)の典型例を示す。
図21(A),(B)では、説明の便宜上、横軸のレンジを大きくとってある(磁化曲線の勾配を小さくして示してある)。
また、図21(A),(B)には、直流磁場H_DCと交流磁場H_ACの合成磁場と、磁化Mとを併せて示してある。
たとえば、図21(A)に示すように、試料82が発生する直流磁場H_DCSMPLの強度が小さいとき(図21(A)ではH_DCSMPLがゼロであるとき)は、重畳磁場H_DCSMPL/ACは、特性曲線の線形領域で変化するため、磁化Mは飽和領域による影響を受けない。
しかし、図21(B)に示すように、試料82が発生する直流磁場H_DCSMPLの強度が無視できなくなると、重畳磁場H_DCSMPL/ACは、特性曲線の非線形領域で変化するため、磁化Mは飽和領域による影響を受け、磁化Mの変化幅が減少する。
この結果、MFM8は、計測感度が低下する問題を生じる。21A and 21B show typical examples of the M-H curve (magnetization-magnetic field characteristic) of the soft magnetic material.
In FIGS. 21 (A) and 21 (B), the range of the horizontal axis is enlarged for convenience of explanation (the gradient of the magnetization curve is shown to be small).
21A and 21B also show the combined magnetic field of the direct current magnetic field H_DC and the alternating current magnetic field H_AC, and the magnetization M.
For example, as shown in FIG. 21A, when the intensity of the DC magnetic field H_DC SMPL generated by the
However, as shown in FIG. 21B, when the intensity of the DC magnetic field H_DC SMPL generated by the
As a result, the
本発明の第2の課題は、試料が発生する直流磁場が大きくてもその測定ができる、直流磁場測定用の磁気力顕微鏡、および、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a magnetic force microscope for measuring a DC magnetic field and a method of adjusting a control magnetic field for the magnetic force microscope, which can measure even if the DC magnetic field generated by the sample is large. .
本発明は、以下の(1)〜(18)の形態を包含する。
(1)
試料から発生する直流磁場または交流磁場を測定する磁気力顕微鏡用の探針の特性評価に使用される装置であって、
評価対象である探針を励振させる探針励振部と、
交流磁場を発生し探針に当該交流磁場を印加する交流磁場発生部と、
交流磁場の強度が変化するように交流磁場発生部を制御する交流磁場制御部と、
探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
探針振動検出部により生成された振動検出信号を取得し、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
スペクトル測定部により測定されたスペクトルに現われた2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)を抽出する、またはスペクトル測定部により測定されたスペクトルに現われた1次および2次のサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)を抽出する、SBI(Side Band Intensity)抽出部と、
SBI抽出部により抽出されたサイドバンドの強度の、交流磁場の強度に対する変化を測定するSBI変化測定部と、
SBI変化測定部により測定された上記変化に基づき探針の特性を評価する、評価結果出力部とを備える、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。The present invention includes the following forms (1) to (18).
(1)
An apparatus used for characterizing a probe for a magnetic force microscope for measuring a direct current magnetic field or an alternating current magnetic field generated from a sample, comprising:
A probe excitation unit for exciting a probe to be evaluated;
An alternating magnetic field generation unit that generates an alternating magnetic field and applies the alternating magnetic field to the probe;
An AC magnetic field control unit that controls the AC magnetic field generation unit so that the strength of the AC magnetic field changes;
A probe vibration detection unit that detects a vibration of a probe and generates a vibration detection signal;
A spectrum measurement unit that acquires a vibration detection signal generated by the probe vibration detection unit and measures a spectrum of the vibration detection signal corresponding to the strength of the alternating magnetic field;
Extract the second-order sideband intensity (SBI 2nd ) appearing in the spectrum measured by the spectrum measurement unit, or the first-order and second-order sideband intensities appearing in the spectrum measured by the spectrum measurement unit (SBI SBI (Side Band Intensity) extraction unit for extracting 1st and SBI 2nd ),
An SBI change measurement unit that measures a change in the intensity of the side band extracted by the SBI extraction unit with respect to the intensity of the alternating magnetic field;
An evaluation device for a probe for a magnetic force microscope, comprising: an evaluation result output unit that evaluates a characteristic of a probe based on the change measured by the SBI change measurement unit.
(2)
(1)に記載の評価装置であって、
探針の探針チップが強磁性体、常磁性体、超常磁性を示す材料または反磁性体を有してなる、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。(2)
The evaluation apparatus according to (1), wherein
An evaluation device for a probe for a magnetic force microscope, wherein the probe tip of the probe comprises a ferromagnetic material, a paramagnetic material, a superparamagnetic material or a diamagnetic material.
(3)
探針の探針チップが強磁性体のうちハード磁性材料を有してなる、(1)に記載の評価装置であって、
SBI抽出部は、1次および2次のサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)を抽出し、
評価結果出力部は、
交流磁場の強度を増加させたときに1次のサイドバンドの強度(SBI1st)が高くなるほど、より高い評価結果を出力し、かつ、
交流磁場の強度を増加させたときに2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)が高くなるほど、より低い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。(3)
The evaluation apparatus according to (1), wherein the probe tip of the probe comprises a hard magnetic material of the ferromagnetic material,
The SBI extraction unit extracts the intensities of the first and second sidebands (SBI 1st , SBI 2nd ),
The evaluation result output unit
When the intensity of the alternating magnetic field is increased, the higher the first-order sideband intensity (SBI 1st ), the higher the evaluation result is output, and
An evaluation device for a probe for a magnetic force microscope, which outputs a lower evaluation result as the second-order sideband strength (SBI 2nd ) increases when the strength of the alternating magnetic field is increased.
(4)
探針の探針チップが強磁性体のうちソフト磁性材料を有してなる、(1)に記載の評価装置であって、
評価結果出力部は、
SBI変化測定部により測定された2次のサイドバンドの強度の交流磁場の強度に対する変化が二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を遷移点として検出する、SBI変化遷移点検出部と、
遷移点における2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)を取得し、探針の飽和磁化、および、探針の磁化が飽和したときの交流磁場の強度を検出する、探針飽和磁化特性検出部とを備える、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。(4)
The evaluation apparatus according to (1), wherein the probe tip of the probe comprises a soft magnetic material of the ferromagnetic material,
The evaluation result output unit
SBI change transition point detection unit that detects, as a transition point, an AC magnetic field intensity at which a change of the intensity of the secondary sideband measured by the SBI change measurement unit with respect to the AC magnetic field intensity changes from a quadratic function change to a linear function change When,
Probe saturation magnetization characteristic detection unit that acquires the intensity (SBI 2nd ) of the secondary sideband at the transition point, and detects the saturation magnetization of the probe and the intensity of the AC magnetic field when the magnetization of the probe is saturated And an evaluation device for a probe for a magnetic force microscope.
(5)
探針の探針チップが常磁性体もしくは反磁性体、または超常磁性を示す材料を有してなる、(1)に記載の評価装置であって、
評価結果出力部は、交流磁場の強度を増加させたときに2次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。(5)
The evaluation apparatus according to (1), wherein the probe tip of the probe comprises a paramagnetic or diamagnetic substance, or a material exhibiting superparamagnetism,
Evaluation result output unit is an evaluation device for a probe for a magnetic force microscope, which outputs a higher evaluation result as the intensity of a secondary magnetic field increases when the intensity of an alternating magnetic field is increased.
(6)
試料から発生する直流磁場または交流磁場を測定する磁気力顕微鏡用探針の特性評価に適用される方法であって、
探針を励振させる探針励振ステップと、
交流磁場を発生させ探針に当該交流磁場を印加する交流磁場発生ステップと、
交流磁場発生ステップにおいて発生された交流磁場の強度が変化するように交流磁場を制御する交流磁場制御ステップと、
探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
探針振動検出ステップにおいて生成された振動検出信号を取得し、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルに現われた2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)を抽出する、またはスペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルに現われた1次および2次のサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)を抽出する、SBI抽出ステップと、
SBI抽出ステップにおいて抽出されたサイドバンドの強度の、交流磁場の強度に対する変化を測定するSBI変化測定ステップと、
SBI変化測定ステップにおいて測定された上記変化に基づき探針の特性を評価する、評価結果出力ステップとを備える、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。(6)
A method applied to the characterization of a magnetic force microscope probe for measuring a direct current magnetic field or an alternating current magnetic field generated from a sample,
A probe excitation step for exciting the probe;
An alternating magnetic field generation step of generating an alternating magnetic field and applying the alternating magnetic field to the probe;
An AC magnetic field control step of controlling the AC magnetic field such that the intensity of the AC magnetic field generated in the AC magnetic field generating step is changed;
A probe vibration detection step of detecting vibration of a probe and generating a vibration detection signal;
A spectrum measurement step of acquiring a vibration detection signal generated in the probe vibration detection step and measuring a spectrum of the vibration detection signal corresponding to the strength of the alternating magnetic field;
Extract the second-order sideband intensity (SBI 2nd ) appearing in the spectrum measured in the spectrum measurement step, or the first- and second-order sideband intensities appearing in the spectrum measured in the spectrum measurement step (SBI SBI extraction step of extracting 1st , SBI 2nd ),
An SBI change measurement step of measuring a change of the intensity of the sideband extracted in the SBI extraction step with respect to the intensity of the alternating magnetic field;
An evaluation method of a probe for a magnetic force microscope, comprising: an evaluation result output step of evaluating a characteristic of the probe based on the change measured in the SBI change measurement step.
(7)
(6)に記載の評価方法であって、
探針の探針チップが強磁性体、常磁性体、超常磁性を示す材料、または反磁性体を有してなる、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。(7)
It is an evaluation method as described in (6),
A method for evaluating a probe for a magnetic force microscope, wherein the probe tip of the probe comprises a ferromagnetic material, a paramagnetic material, a material exhibiting superparamagnetism, or a diamagnetic material.
(8)
探針の探針チップが強磁性体のうちハード磁性材料を有してなる、(6)に記載の評価方法であって、
SBI抽出ステップにおいて、1次および2次のサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)を抽出し、
評価結果出力ステップにおいて、
交流磁場の強度を増加させたときに1次のサイドバンドの強度(SBI1st)が高くなるほど、より高い評価結果を出力し、かつ、
交流磁場の強度を増加させたときに2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)が高くなるほど、より低い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。(8)
The evaluation method according to (6), wherein the probe tip of the probe comprises a hard magnetic material of the ferromagnetic material,
In the SBI extraction step, the intensities of the primary and secondary sidebands (SBI 1st , SBI 2nd ) are extracted,
In the evaluation result output step,
When the intensity of the alternating magnetic field is increased, the higher the first-order sideband intensity (SBI 1st ), the higher the evaluation result is output, and
An evaluation method of a probe for a magnetic force microscope, which outputs a lower evaluation result as the second-order sideband strength (SBI 2nd ) is higher when the strength of the alternating magnetic field is increased.
(9)
探針の探針チップが強磁性体のうちソフト磁性材料を有してなる、(6)に記載の評価方法であって、
評価結果出力ステップは、
SBI変化測定ステップにおいて測定された2次のサイドバンドの強度の交流磁場の強度に対する変化が二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を遷移点として検出する、SBI変化遷移点検出ステップと、
SBI変化遷移点検出ステップにおいて検出された遷移点、および当該遷移点における2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)を取得し、探針の飽和磁化、および、探針の磁化が飽和したときの交流磁場の強度を検出する、探針飽和磁化特性検出ステップと
を備える、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。(9)
(6) The evaluation method according to (6), wherein the probe tip of the probe comprises a soft magnetic material among ferromagnetic materials,
The evaluation result output step is
SBI change transition point detection step detects the AC magnetic field intensity at which the change of the intensity of the secondary sideband measured in the SBI change measurement step with respect to the AC magnetic field intensity changes from a quadratic function change to a linear function change as a transition point When,
The transition point detected in the SBI change transition point detection step and the intensity (SBI 2nd ) of the secondary side band at the transition point are acquired, and the saturation magnetization of the probe and the magnetization of the probe are saturated. And a probe saturation magnetization characteristic detecting step of detecting an intensity of an alternating magnetic field, and a method of evaluating a probe for a magnetic force microscope.
(10)
探針の探針チップが、常磁性体もしくは反磁性体、または超常磁性を示す材料を有してなる、(6)に記載の評価方法であって、
評価結果出力ステップにおいて、交流磁場の強度を増加させたときに2次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。(10)
The evaluation method according to (6), wherein the probe tip of the probe comprises a paramagnetic or diamagnetic substance, or a material exhibiting superparamagnetic properties,
In the evaluation result output step, the evaluation method of the probe for a magnetic force microscope, which outputs a higher evaluation result as the intensity of the secondary side band increases when the intensity of the AC magnetic field is increased.
(11)
励振している探針に交流磁場と制御用直流磁場とを印加し、探針により試料の表面を走査し、探針の振動を検出することで、試料の表面の直流磁場を測定する磁気力顕微鏡であって、
先端に磁性体薄膜が形成された探針チップを備えた探針と、
探針を励振させる探針励振部と、
交流磁場と制御用直流磁場との合成磁場を発生する合成磁場発生部と、
制御用直流磁場の強度を変化させる制御、および、制御用直流磁場の強度を固定して交流磁場の強度を順次変化させる制御を行う磁場制御部と、
探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
探針を空間駆動する走査部と、
探針振動検出部により検出された振動検出信号を取得し、探針の振動に生じた変調を解析することで試料の表面の直流磁場を測定する直流磁場特性測定部と、
探針振動検出部により検出された振動検出信号を取得し、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
スペクトル測定部により測定されたスペクトルのサイドバンドの強度変化に基づき、探針チップに形成された磁性体薄膜の磁化が飽和したときの交流磁場の強度を検出する磁化飽和検出部と、
を備えたことを特徴とする、磁気力顕微鏡。(11)
An AC magnetic field and a control DC magnetic field are applied to the probe being excited, the surface of the sample is scanned by the probe, and the vibration of the probe is detected to measure the DC magnetic field of the surface of the sample A microscope,
A probe provided with a probe tip having a magnetic thin film formed on the tip;
A probe excitation unit for exciting the probe;
A composite magnetic field generation unit that generates a composite magnetic field of an AC magnetic field and a control DC magnetic field;
A magnetic field control unit that performs control to change the strength of the control DC magnetic field, and performs control to fix the strength of the control DC magnetic field and to sequentially change the strength of the AC magnetic field;
A probe vibration detection unit that detects a vibration of a probe and generates a vibration detection signal;
A scanning unit that spatially drives the probe;
A direct current magnetic field characteristic measurement unit that measures a direct current magnetic field of the surface of the sample by acquiring a vibration detection signal detected by the probe vibration detection unit and analyzing modulation generated in the vibration of the probe;
A spectrum measurement unit which acquires a vibration detection signal detected by the probe vibration detection unit and measures a spectrum of the vibration detection signal corresponding to the intensity of the alternating magnetic field;
A magnetization saturation detection unit that detects the intensity of an alternating magnetic field when the magnetization of the magnetic thin film formed on the probe tip is saturated, based on the change in intensity of the side band of the spectrum measured by the spectrum measurement unit;
A magnetic force microscope characterized by comprising.
(12)
(11)に記載の磁気力顕微鏡であって、
磁化飽和検出部は、
スペクトル測定部により測定されたスペクトルの2次のサイドバンドの強度を抽出するSBI抽出部と、
強度がゼロを含む所定範囲内のある値に設定された制御用直流磁場の下で、交流磁場の強度をある値から所定値まで変化させ、SBI抽出部により抽出された2次のサイドバンドの強度の交流磁場の強度に対する変化の、二次関数変化から一次関数変化への遷移の有無を検出し、該遷移を検出した場合には、該遷移が生じたときの交流磁場の強度を測定するSBI変化測定部と、
SBI変化測定部による測定結果に基づき、制御用直流磁場の強度の適性および/または交流磁場の強度の適性を判定する磁場強度適性判定部と、
を備えたことを特徴とする、磁気力顕微鏡。(12)
(11) The magnetic force microscope according to (11),
The magnetization saturation detection unit
An SBI extraction unit for extracting the intensity of the second-order side band of the spectrum measured by the spectrum measurement unit;
The intensity of the AC magnetic field is changed from a certain value to a predetermined value under the control DC magnetic field set to a certain value within a predetermined range including zero, and the second-order sideband extracted by the SBI extraction unit The presence or absence of a transition from a quadratic function change to a linear function change of the change of the intensity of the alternating magnetic field to the intensity is detected, and when the transition is detected, the intensity of the alternating magnetic field when the transition occurs is measured. SBI change measurement unit,
A magnetic field strength aptitude determining unit which determines the aptitude of the control DC magnetic field strength and / or the ac magnetic field aptitude based on the measurement result by the SBI change measurement part;
A magnetic force microscope characterized by comprising.
(13)
(11)に記載の磁気力顕微鏡であって、
探針チップに形成された磁性体薄膜がソフト磁性材料からなることを特徴とする、磁気力顕微鏡。(13)
(11) The magnetic force microscope according to (11),
A magnetic force microscope characterized in that a magnetic thin film formed on a probe tip is made of a soft magnetic material.
(14)
(11)に記載の磁気力顕微鏡であって、
合成磁場発生部が、交流電流と直流電流との合成電流により駆動されるコイルを有してなる、磁気力顕微鏡。(14)
(11) The magnetic force microscope according to (11),
A magnetic force microscope, wherein the combined magnetic field generation unit comprises a coil driven by combined current of alternating current and direct current.
(15)
(11)に記載の磁気力顕微鏡であって、
合成磁場発生部が、交流電流により駆動される第1のコイルおよび直流電流により駆動される第2のコイルを有してなる、磁気力顕微鏡。(15)
(11) The magnetic force microscope according to (11),
A magnetic force microscope, wherein the synthetic magnetic field generation unit comprises a first coil driven by an alternating current and a second coil driven by a direct current.
(16)
励振している探針に交流磁場と制御用直流磁場とを印加し、探針により試料の表面を走査し、探針の振動を検出することで、試料の表面の直流磁場を測定する磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法であって、
探針を励振させる探針励振ステップと、
交流磁場と制御用直流磁場との合成磁場を発生させ、探針に合成磁場を印加する制御用磁場発生ステップと、
制御用直流磁場の強度を変化させる制御、および、制御用直流磁場の強度を固定して交流磁場の強度を変化させる制御を行う磁場制御ステップと、
探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
探針振動検出ステップにおいて検出された振動検出信号を取得し、交流磁場の強度に対応する振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
試料の直流磁場の測定に際して、探針の先端に備えた探針チップに形成された磁性体薄膜の磁化が飽和するか否かを、スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルのサイドバンドの強度変化に基づき検出する磁化飽和検出ステップと、
有することを特徴とする、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。(16)
An AC magnetic field and a control DC magnetic field are applied to the probe being excited, the surface of the sample is scanned by the probe, and the vibration of the probe is detected to measure the DC magnetic field of the surface of the sample It is a magnetic field adjustment method for control of a microscope, and
A probe excitation step for exciting the probe;
A control magnetic field generation step of generating a composite magnetic field of an alternating magnetic field and a control DC magnetic field and applying the composite magnetic field to the probe;
A magnetic field control step of performing control to change the strength of the control DC magnetic field, and performing control to fix the strength of the control DC magnetic field and change the strength of the AC magnetic field;
A probe vibration detection step of detecting vibration of a probe and generating a vibration detection signal;
A spectrum measurement step of acquiring a vibration detection signal detected in the probe vibration detection step and measuring a spectrum of the vibration detection signal corresponding to the strength of the alternating magnetic field;
When measuring the direct current magnetic field of the sample, whether or not the magnetization of the magnetic thin film formed on the probe tip provided at the tip of the probe is saturated is the intensity change of the side band of the spectrum measured in the spectrum measurement step. A magnetization saturation detection step of detecting based on
A method of adjusting a control magnetic field of a magnetic force microscope, comprising
(17)
(16)に記載の制御用磁場調整方法であって、
磁化飽和検出ステップは、
スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルの2次のサイドバンドの強度を抽出するSBI抽出ステップと、
制御用直流磁場の強度をゼロを含む範囲のある値に設定し、交流磁場の強度をある値から所定値まで変化させ、SBI抽出ステップにおいて抽出された2次のサイドバンドの強度の交流磁場の強度に対する変化の、二次関数変化から一次関数変化への遷移の有無を検出し、該遷移を検出した場合には、該遷移が生じたときの交流磁場の強度を測定するSBI変化測定ステップと、
SBI変化測定ステップにおける測定結果に基づき、制御用直流磁場の強度の適性および/または交流磁場の強度の適性を判定する制御用磁場適性判定ステップと、
を含むことを特徴とする磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。(17)
It is a control magnetic field adjustment method as described in (16),
The magnetization saturation detection step
An SBI extraction step of extracting the intensity of the second-order sideband of the spectrum measured in the spectrum measurement step;
The strength of the control DC magnetic field is set to a value in a range including zero, the strength of the AC magnetic field is changed from a certain value to a predetermined value, and the AC magnetic field of the second sideband strength extracted in the SBI extraction step An SBI change measurement step of detecting the presence or absence of a transition from a quadratic function change to a linear function change of the change with respect to the intensity and measuring the intensity of the alternating magnetic field when the transition occurs when the transition is detected; ,
A control magnetic field aptitude determination step of determining the aptitude of the control DC magnetic field strength and / or the ac magnetic field aptitude based on the measurement result in the SBI change measurement step;
A method of adjusting a magnetic field for control of a magnetic force microscope, comprising:
(18)
(16)に記載の磁気力顕微鏡であって、
探針チップに形成された磁性体薄膜がソフト磁性材料からなることを特徴とする、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。(18)
(16) The magnetic force microscope according to (16),
A method for adjusting a control magnetic field of a magnetic force microscope, wherein a magnetic thin film formed on a probe tip is made of a soft magnetic material.
上記(1)〜(10)の形態によれば、交流が印加されるMFM用の探針(具体的には、ハード磁性探針、ソフト磁性探針、常磁性探針、超常磁性探針、反磁性探針)の評価に際して、励振させた前記探針に強度が変化した(通常、段階的に変化した)交流磁場を印加し、探針の振動から得られるスペクトルに基づき当該探針の特性を評価することができる。
上記(11)〜(18)の形態によれば、試料の直流磁場(試料直流磁場)を検出する磁気力顕微鏡において、制御用直流磁場および/または交流磁場の強度をソフト磁性探針が飽和しない適正な値に調整することができる。According to the embodiments (1) to (10), a probe for MFM to which alternating current is applied (specifically, a hard magnetic probe, a soft magnetic probe, a paramagnetic probe, a superparamagnetic probe, During the evaluation of the diamagnetic probe, an alternating magnetic field of which the intensity is changed (usually, stepwise) is applied to the excited probe, and the characteristic of the probe based on the spectrum obtained from the vibration of the probe Can be evaluated.
According to the embodiments (11) to (18), in the magnetic force microscope for detecting the DC magnetic field of the sample (sample DC magnetic field), the soft magnetic probe does not saturate the strength of the control DC magnetic field and / or AC magnetic field It can be adjusted to an appropriate value.
<1.磁気力顕微鏡用探針の評価装置および評価方法>
<1.1 原理>
磁気力顕微鏡(MFM)は、励振した探針(カンチレバー)を観察試料に近づけることにより発生する探針試料間の力勾配を検出する、非接触原子間力顕微鏡の一形態である。
磁気力顕微鏡では、探針(カンチレバー)の先端の探針チップに磁性体を用いることで、磁場を発生する観察試料と探針チップの間に働く磁気力勾配を検出し、磁場勾配を画像化する顕微鏡である。
ここで探針の振動方向を試料面に垂直な方向にとりz方向とする。探針チップと試料との間に力Fz tip-sampleが働くと、探針(カンチレバー)のバネ定数は、探針試料間の力勾配∂Fz tip-sample/∂zの分だけ、見掛け上変化する。このときの探針振動の運動方程式は以下となる。ここでは、Fz tip-sampleの符号を引力の向きに正にとっている。<1. Evaluation apparatus and evaluation method of probe for magnetic force microscope>
<1.1 principle>
A magnetic force microscope (MFM) is a form of noncontact atomic force microscope that detects a force gradient between probe samples generated by bringing an excited probe (cantilever) close to an observation sample.
In a magnetic force microscope, a magnetic substance is used for a probe tip at the tip of a probe (cantilever) to detect a magnetic force gradient acting between an observation sample generating a magnetic field and the probe tip, thereby imaging the magnetic field gradient Microscope.
Here, the vibration direction of the probe is taken as a direction perpendicular to the sample surface, and is referred to as the z direction. When a force F z tip-sample acts between the probe tip and the sample, the spring constant of the probe (cantilever) can be determined by the force gradient 探針 F z tip-sample / ∂z between the probe samples. It changes above. The equation of motion of probe vibration at this time is as follows. Here, the sign of F z tip-sample is positive in the direction of attraction.
m:探針の等価質量
γ:減衰係数
k0:カンチレバー固有のバネ定数
その結果、探針の共振周波数は、探針試料間に、Fz tip-sampleが働いていない場合のω0=(k0/m)1/2から変化し、式(2)で表される。
k0:探針のバネ定数
ω0:試料からの力が探針に働く前の探針の励振角周波数
m:探針の等価質量
磁気力顕微鏡では、バネ定数kの実効的な変化Δkは、探針が双磁極探針および単磁極探針として振る舞う場合、式(3)で表される。
単磁極探針において、探針に直流磁場Hz dcおよび交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)を印加した場合の、Δkの一般式は、探針磁化の磁場に対する非線形性を考慮すると、式(4)で表される。
In the case of applying a direct current magnetic field H z dc and an alternating current magnetic field H z ac = H z 0 ac cos (ω m t) to the probe in a single-pole probe, the general formula of Δk is nonlinearity to the magnetic field of the probe magnetization In consideration of, it is represented by Formula (4).
qNωm ac:探針先端の角周波数Nωmで時間変化する交流磁極
Hz dc:探針先端での試料面に垂直方向(z方向)の直流磁場
Hz0 ac:探針先端での試料面に垂直方向(z方向)の交流磁場の振幅
ここで、交流磁場の角周波数ωmが探針の共振周波数と異なる、非共振周波数である場合には、バネ定数の見掛け上の周期的変化項は、探針振動に周波数変調現象を引き起こすことが知られている。バネ定数の見掛け上の周期的変化項の非共振角周波数をωとおくと、探針振動の運動方程式は以下となる。
ω:交流磁場の角周波数
m:ソフト磁性探針(探針チップ811)の等価質量
γ:減衰係数
k0:カンチレバー(探針部材81)固有のバネ定数
Δk0:カンチレバー(探針部材81)のバネ定数のみかけ上の周期的変化の振幅
この解は、次式で表される。
以下では、種々の典型的な磁性探針について、直流磁場Hz dcおよび交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)を印加した場合の実効的バネ定数の変化を説明する。
Hereinafter, various exemplary magnetic probe, illustrating the change in the DC magnetic field H z dc and ac magnetic field H z ac = H z0 ac cos (ω m t) effective spring constant in the case of applying the.
最初にハード磁性探針の場合を説明する。ハード磁性探針が理想的なハード磁気特性を有する場合、交流磁場を印加しても探針磁化は変化しないので、先端に交流磁極qacは生じない。この結果、Δkは、次式で表される。First, the case of a hard magnetic probe will be described. If the hard magnetic probe has ideal hard magnetic characteristics, the magnetization of the probe does not change even when an AC magnetic field is applied, and therefore, the AC magnetic pole q ac does not occur at the tip. As a result, Δk is expressed by the following equation.
ハード磁性探針のハード磁気特性が十分でない場合には、交流磁場の印加により探針先端に時間変化する交流磁極qacが発生するので、Δkは、次式で表される。
When the hard magnetic properties of the hard magnetic probe are not sufficient, an alternating current magnetic field q ac which changes with time is generated at the tip of the probe by the application of an alternating magnetic field, and Δk is expressed by the following equation.
次に、常磁性探針の場合を説明する。常磁性探針は、電磁石で発生できる程度の磁場強度では、磁化は磁場に比例し飽和を示さない。また常磁性探針は、残留磁化を持たず、保磁力がゼロである。直流磁場Hz dcおよび交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)を印加した場合、探針先端の時間変化する交流磁極は交流磁場に対してほぼ線形に変化するので、Δkの一般式は、次式で表される。Next, the case of a paramagnetic probe will be described. In a paramagnetic probe, the magnetization is proportional to the magnetic field and does not show saturation at a magnetic field strength that can be generated by an electromagnet. In addition, the paramagnetic probe has no residual magnetization and has a coercivity of zero. When a direct current magnetic field H z dc and an alternating current magnetic field H z ac = H z 0 ac cos (ω m t) are applied, the time-varying alternating current magnetic pole of the probe tip changes approximately linearly with the alternating current magnetic field. The general formula is represented by the following formula.
常磁性探針に関する上記の議論は、反磁性探針および超常磁性探針についてもあてはまる。
The above discussion of paramagnetic probes also applies to diamagnetic and superparamagnetic probes.
次に、ソフト磁性探針の場合を説明する。ソフト磁性探針の磁化は、磁場に対して非線形に変化し、磁場が増加すると飽和する。Δkは、直流磁場Hdcならびに交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)を印加した場合、次式で表される。Next, the case of the soft magnetic probe will be described. The magnetization of the soft magnetic probe changes non-linearly with the magnetic field and saturates as the magnetic field increases. When a direct current magnetic field H dc and an alternating current magnetic field H z ac = H z 0 ac cos (ω m t) are applied, Δk is expressed by the following equation.
このとき、Δkは、次式で表される。
一方、観察試料から探針に直流磁場Hz dcが加わった際のΔkは、次式で表される。
On the other hand, Δk when a direct current magnetic field H z dc is applied from the observation sample to the probe is expressed by the following equation.
したがって、種々の磁性探針を加振し、同時に探針の共振周波数と異なる周波数(非共振周波数)の交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)を磁性探針に印加し、その際に発生する、周波数変調による振動スペクトルの次数およびこれら振動スペクトルのHz0 acの強度に対する依存性を解析することで、磁性探針の性能を評価することができる。
Therefore, various magnetic probes are oscillated, and simultaneously an alternating magnetic field H z ac = H z 0 ac cos (ω m t) having a frequency (non-resonance frequency) different from the resonance frequency of the probes is applied to the magnetic probes The performance of the magnetic probe can be evaluated by analyzing the order of the vibration spectrum by frequency modulation and the dependence of the vibration spectrum on the intensity of H z 0 ac generated at that time.
本発明では、磁性探針の性能を評価するために、探針の振動のスペクトルを観察する。
交流磁場振幅Hz0 acの大きさを、段階的に変化させることで、図8に示すようなスペクトルが得られる。
図8に示すように、定性的には2次のサイドバンドの強度の増加が緩やかになり、3次以上のサイドバンドの強度が急激に増加するときが探針の磁化が飽和に達したときである。
上記の、磁化の飽和を検出する手法は、探針がハード磁性探針、あるいは常磁性探針や超常磁性探針、反磁性探針であるときにも応用できる。In the present invention, in order to evaluate the performance of the magnetic probe, the spectrum of the vibration of the probe is observed.
By changing the magnitude of the alternating current magnetic field amplitude H z0 ac stepwise, a spectrum as shown in FIG. 8 is obtained.
As shown in FIG. 8, qualitatively, the increase in the intensity of the second sideband is slowed, and when the intensity of the third or higher sidebands sharply increases, the magnetization of the probe reaches saturation. It is.
The above-described method of detecting the saturation of magnetization can also be applied when the probe is a hard magnetic probe, or a paramagnetic probe, a superparamagnetic probe, or a diamagnetic probe.
<1.2 磁気力顕微鏡用探針の評価装置(1)>
図9は、本発明の磁気力顕微鏡用探針の評価装置の第1実施形態を示す説明図である。
図9では、探針としてハード磁性探針PRBを使用している。
図9において、評価装置11は、探針励振部111、交流磁場発生部112、交流磁場制御部113、探針振動検出部114、スペクトル測定部(スペクトラムアナライザ)115、SBI抽出部116、SBI変化測定部117、および評価結果出力部119を備えている。<1.2 Evaluation Device for Magnetic Force Microscope Probe (1)>
FIG. 9 is an explanatory view showing a first embodiment of an evaluation device of a probe for a magnetic force microscope of the present invention.
In FIG. 9, a hard magnetic probe PRB is used as a probe.
In FIG. 9, the
ハード磁性探針PRBは、シリコンにより構成されたカンチレバーであり、図9ではハード磁性探針PRBの先端の下面に、表面がハード磁性薄膜により形成された探針チップTIPが形成されている。
探針励振部111は、評価対象であるハード磁性探針PRBを励振させることができる。図9では探針励振部111は、交流電源1111と圧電素子1112とからなる。
図9では、交流磁場発生部112は、交流コイルである。The hard magnetic probe PRB is a cantilever made of silicon, and in FIG. 9, a probe tip TIP whose surface is formed of a hard magnetic thin film is formed on the lower surface of the tip of the hard magnetic probe PRB.
The probe excitation unit 111 can excite the hard magnetic probe PRB to be evaluated. In FIG. 9, the probe excitation unit 111 includes an
In FIG. 9, the AC magnetic
交流磁場制御部113は、交流磁場H_ACの強度Hiが段階的に変化するように(ステップ変化するように)、交流磁場発生部112を制御する。
探針振動検出部114は、ハード磁性探針PRBの振動を検出し振動検出信号VIBを生成する。探針振動検出部114は、レーザ(LSR)1141とフォトディテクタ(PD)1142とからなる。ハード磁性探針PRBの先端上面には反射ミラーが形成されている。LSR1141から出射されたレーザビームLBはハード磁性探針PRBの先端上面で反射されてPD1142に入射される。AC magnetic
The probe
スペクトル測定部115は、探針振動検出部114により検出された振動検出信号OSCを取得し、交流磁場H_ACの強度Hiに対応する振動検出信号OSCのスペクトルを測定する。
SBI抽出部116は、スペクトル測定部115により測定されたスペクトルに現われた1次および2次のサイドバンドの強度SBI1st、SBI2ndを抽出する(図8を参照)。The
The SBI extraction unit 116 extracts the intensities SBI 1st and SBI 2nd of the primary and secondary sidebands appearing in the spectrum measured by the spectrum measurement unit 115 (see FIG. 8).
SBI変化測定部117は、SBI抽出部116により抽出されたサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の、交流磁場H_ACの強度Hiに対する変化を測定する。The SBI
評価結果出力部119は、SBI変化測定部117によって測定された、交流磁場H_ACの強度Hiに対するサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の変化に基づいて、ハード磁性探針PRBの特性の評価結果ESを出力する。
評価結果出力部119は、交流磁場制御部113が交流磁場H_ACの強度を増加させたときに1次のサイドバンドSB_1stの強度SBI1stが高くなるほど、より高い評価結果ESを出力する。
また、評価結果出力部119は、交流磁場制御部113が交流磁場H_ACの強度を増加させたときに2次のサイドバンドSB_2ndの強度SBI2ndが高くなるほど、より低い評価結果ESを出力する。
評価結果出力部119が交流磁場H_ACの強度Hiに対する1次および2次のサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の変化に基づいて評価結果ESを決定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、1次のサイドバンドの強度SBI1stの増大に伴って単調に増加する第1の関数f1(SBI1st)と、2次のサイドバンドの強度SBI2ndの増大に伴って単調に減少する第2の関数f2(SBI2nd)との和からなる評価関数F(SBI1st,SBI2nd)=f1(SBI1st)+f2(SBI2nd)により行うことができる。評価結果出力部119が評価結果ESの決定に用いるサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の値としては、例えば、交流磁場H_ACの強度Hiが交流磁場発生部112から発生可能な交流磁場の最大強度であるときのサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の値を好ましく採用できる。
<1.3 磁気力顕微鏡用探針の評価方法(1)>The evaluation result output unit 119 evaluates the characteristics of the hard magnetic probe PRB based on the change in the sideband intensity (SBI 1st , SBI 2nd ) relative to the intensity Hi of the AC magnetic field H_AC measured by the SBI
The evaluation result output unit 119 outputs a higher evaluation result ES as the strength SBI 1st of the primary side band SB_1st increases when the AC magnetic
In addition, the evaluation result output unit 119 outputs a lower evaluation result ES as the intensity SBI 2nd of the second side band SB_2nd increases when the alternating current magnetic
There is no particular limitation on the method of determining the evaluation result ES based on the change in the primary and secondary sideband intensities (SBI 1st , SBI 2nd ) with respect to the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC. but, for example, a first function f 1 that increases monotonically with increasing intensity SBI 1st of first-order sideband and (SBI 1st), monotonically with increasing intensity SBI 2nd secondary sidebands It can be performed by an evaluation function F (SBI 1st , SBI 2nd ) = f 1 (SBI 1st ) + f 2 (SBI 2nd ) which is a sum of the second function f 2 (SBI 2nd ) to be decreased. As the values of the sideband intensities (SBI 1st , SBI 2nd ) used by the evaluation result output unit 119 to determine the evaluation result ES, for example, the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC can be generated from the alternating magnetic
<1.3 Evaluation method of probe for magnetic force microscope (1)>
図10は、図9の評価装置11を用いてハード磁性探針PRBの評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。
探針着磁ステップS100: ハード磁性探針PRBを着磁する。ハード磁性探針PRBを着磁するにあたっては、例えば電磁石、パルスマグネット、超電導マグネット等の装置を用いることができる。
探針装着ステップS101: ハード磁性探針PRBを図9では図示されていない探針ホルダに装着する。
探針励振ステップS102: 評価対象であるハード磁性探針PRBを励振させる。FIG. 10 is a flow chart showing an evaluation procedure when evaluating the hard magnetic probe PRB using the
Probe Magnetizing Step S100: The hard magnetic probe PRB is magnetized. In order to magnetize the hard magnetic probe PRB, for example, an apparatus such as an electromagnet, a pulse magnet, or a superconducting magnet can be used.
Probe Mounting Step S101: The hard magnetic probe PRB is mounted on a probe holder not shown in FIG.
Probe Excitation Step S102: The hard magnetic probe PRB to be evaluated is excited.
交流磁場発生ステップS103: 交流磁場H_ACを発生させ、ハード磁性探針PRBに交流磁場H_ACを印加する。
交流磁場制御ステップS104: 交流磁場発生ステップS103において発生された交流磁場H_ACの強度Hiが変化するように交流磁場H_ACを制御する。AC Magnetic Field Generation Step S103: AC magnetic field H_AC is generated, and AC magnetic field H_AC is applied to the hard magnetic probe PRB.
AC Magnetic Field Control Step S104: The AC magnetic field H_AC is controlled so that the intensity Hi of the AC magnetic field H_AC generated in the AC magnetic field generation step S103 changes.
探針振動検出ステップS105: ハード磁性探針PRBの振動を検出し振動検出信号VIBを生成する。
スペクトル測定ステップS106: 探針振動検出ステップS105において生成された振動検出信号VIBを取得し、交流磁場H_ACの強度Hiに対応する振動検出信号のスペクトルを測定する。Probe Vibration Detection Step S105: The vibration of the hard magnetic probe PRB is detected to generate a vibration detection signal VIB.
Spectrum Measurement Step S106: The vibration detection signal VIB generated in the probe vibration detection step S105 is acquired, and the spectrum of the vibration detection signal corresponding to the intensity Hi of the AC magnetic field H_AC is measured.
SBI抽出ステップS107: スペクトル測定ステップS106において測定されたスペクトルに現われた1次および2次のサイドバンドの強度SBI1st、SBI2ndを抽出する。
SBI変化測定ステップS108: SBI抽出ステップS107において抽出されたサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の、交流磁場H_ACの強度Hiに対する変化を測定する。SBI extraction step S107: intensity SBI 1st of primary and secondary sidebands appear in the measured spectrum in spectral measurement step S106, extracts the SBI 2nd.
SBI change measuring step S108: the intensity of the sidebands extracted in SBI extraction step S107 in (SBI 1st, SBI 2nd), measuring the change with respect to strength Hi of the alternating magnetic field H_AC.
評価結果出力ステップS110: SBI変化測定ステップS108において測定された、交流磁場H_ACの強度Hiに対するサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の変化に基づいて、ハード磁性探針PRBの特性を評価する。ここで、交流磁場制御ステップS104において交流磁場H_ACの強度Hiを増加させたときに1次のサイドバンドバンドSB_1stの強度SBI1stが高くなるほど、より高い評価結果ESを出力する(ステップS110A)。また、交流磁場制御ステップS104において交流磁場H_ACの強度Hiを増加させたときに2次のサイドバンドSB_2ndの強度(SBI2nd)が高くなるほど、より低い評価結果ESを出力する(ステップS110B)。
評価結果出力ステップS110において交流磁場H_ACの強度Hiに対する1次および2次のサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の変化に基づいて評価結果ESを決定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、1次のサイドバンドの強度SBI1stの増大に伴って単調に増加する第1の関数f1(SBI1st)と、2次のサイドバンドの強度SBI2ndの増大に伴って単調に減少する第2の関数f2(SBI2nd)との和からなる評価関数F(SBI1st,SBI2nd)=f1(SBI1st)+f2(SBI2nd)により行うことができる。評価結果出力ステップS110が評価結果ESの決定に用いるサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の値としては、例えば、交流磁場H_ACの強度Hiが交流磁場発生ステップS103において発生可能な交流磁場の最大強度であるときのサイドバンドの強度(SBI1st、SBI2nd)の値を好ましく採用できる。Evaluation Result Output Step S110: The characteristics of the hard magnetic probe PRB are evaluated based on the change of the sideband intensity (SBI 1st , SBI 2nd ) relative to the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC measured in the SBI change measurement step S108. . Here, when the strength Hi of the AC magnetic field H_AC is increased in the AC magnetic field control step S104, the higher the strength SBI 1st of the primary side band SB_1st is, the higher the evaluation result ES is output (step S110A). Further, when the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC is increased in the alternating magnetic field control step S104, the lower the evaluation result ES is output as the intensity (SBI 2nd ) of the secondary side band SB_2nd becomes higher (step S110B).
There is no particular limitation on the method of determining the evaluation result ES based on the change in the primary and secondary sideband intensities (SBI 1st , SBI 2nd ) with respect to the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC in the evaluation result output step S110. but, for example, a first function f 1 that increases monotonically with increasing intensity SBI 1st of first-order sideband and (SBI 1st), monotonically with increasing intensity SBI 2nd secondary sidebands It can be performed by an evaluation function F (SBI 1st , SBI 2nd ) = f 1 (SBI 1st ) + f 2 (SBI 2nd ) which is a sum of the second function f 2 (SBI 2nd ) to be decreased. As the value of the sideband strength (SBI 1st , SBI 2nd ) used in the evaluation result output step S110 to determine the evaluation result ES, for example, the magnitude Hi of the alternating magnetic field H_AC can be generated in the alternating magnetic field generation step S103. The value of the sideband strength (SBI 1st , SBI 2nd ) at the maximum strength can be preferably adopted.
<1.4 磁気力顕微鏡用探針の評価装置(2)>
図12は、本発明の磁気力顕微鏡用探針の評価装置の第2実施形態を示す説明図である。
図12では、探針としてソフト磁性探針PRBを使用している。
図12において、評価装置21は、探針励振部211、交流磁場発生部212、交流磁場制御部213、探針振動検出部214、スペクトル測定部(スペクトラムアナライザ)215、SBI抽出部216、SBI変化測定部217、SBI変化遷移点検出部218および探針飽和磁化特性検出部219を備えている。<1.4 Evaluation Device for Probe for Magnetic Force Microscope (2)>
FIG. 12 is an explanatory view showing a second embodiment of the evaluation device for a probe for a magnetic force microscope of the present invention.
In FIG. 12, a soft magnetic probe PRB is used as a probe.
12, the
探針PRBは、シリコンにより構成されたカンチレバーであり、図12では探針PRBの先端の下面に、表面がソフト磁性薄膜により形成された探針チップTIPが形成されている。 The probe PRB is a cantilever made of silicon, and in FIG. 12, a probe tip TIP whose surface is formed of a soft magnetic thin film is formed on the lower surface of the tip of the probe PRB.
探針励振部211、交流磁場発生部212、交流磁場制御部213、探針振動検出部214、スペクトル測定部(スペクトラムアナライザ)215、SBI抽出部216、およびSBI変化測定部217の構成は、図9(第1実施形態)の評価装置11における、探針励振部111、交流磁場発生部112、交流磁場制御部113、探針振動検出部114、スペクトル測定部(スペクトラムアナライザ)115、SBI抽出部116、およびSBI変化測定部117の構成と同じである。
The configurations of the
スペクトル測定部215は、探針振動検出部214により検出された振動検出信号OSCを取得し、交流磁場H_ACの強度Hiに対応する振動検出信号OSCのスペクトルを測定する。測定されたスペクトルの一例を、図13、図14、および図15に示す。
The
SBI抽出部216は、スペクトル測定部215により測定されたスペクトルに現われた1次および2次のサイドバンドの強度SBI1st、SBI2ndを抽出する(1次のサイドバンドSB_1st、および2次のサイドバンドSB_2ndについては、図13、図14、および図15を参照)。The
SBI変化遷移点検出部218は、SBI変化測定部217により測定された、2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の交流磁場強度Hiに対する変化に係る情報を取得し、2次のサイドバンドの強度SBI2ndと交流磁場H_ACの強度Hiとの関係に変化が生じた交流磁場強度Hi、すなわち、2次のサイドバンドの強度SBI2ndが交流磁場の強度Hiに対して2乗に比例する関係が、2次のサイドバンドの強度SBI2ndが交流磁場の強度Hiの1乗に比例する関係に変化する交流磁場強度Hiを、遷移点T_PNTとして検出する。
一例として、探針チップがNi−Feからなる磁性体膜を表面に有するソフト磁性探針について測定した、交流磁場の強度と、2次のサイドバンドの強度との関係を両対数プロットしたグラフを図11に示す。The SBI change transition
As an example, a graph in which the relationship between the intensity of the alternating magnetic field and the intensity of the second-order side band is measured using a double-logarithmic plot measured on a soft magnetic probe having a magnetic film made of Ni-Fe on the surface is shown. It is shown in FIG.
遷移点T_PNTを検出する方法は特に限定されるものではないが、例えば、2次のサイドバンドの強度SBI2ndを交流磁場強度Hiに対して両対数プロットしたグラフにおいて、交流磁場強度Hiが相対的に低いデータ点群に対する第1の回帰直線と、交流磁場強度Hiが相対的に高い(すなわち、第1の回帰直線によって回帰されるデータ点群よりも交流磁場強度Hiが高い)データ点群に対する、第1の回帰直線と異なる傾き(通常は第1の回帰直線よりも小さな傾き)を有する第2の回帰直線とを算出するステップと、第1の回帰直線と第2の回帰直線との交点を算出するステップとを経ることにより、該交点を遷移点T_PNTとして検出することができる。第1の回帰直線および第2の回帰直線の算出には、例えば最小二乗法等の公知の最適化法を採用できる。第1の回帰直線によって回帰されるべきデータ点群および第2の回帰直線によって回帰されるべきデータ点群を特定する方法は特に限定されるものではなく、例えば人間にグラフを目視させてデータ点群を分別させてもよいし、また例えば、交流磁場強度Hiの対数をx座標とし、2次サイドバンド強度SBI2ndの対数をy座標とするN個のデータ点(xi,yi)(i=1,…,N;Nは4以上の整数;x1<x2<…<xN)を、第1の回帰直線によって回帰されるべきデータ点(xi,yi)(i=1,…,k−1;kは3以上N−1以下の整数)と、第2の回帰直線によって回帰されるべきデータ点(xi,yi)(i=k,…,N)とを分ける整数kについて、第1の回帰直線および第2の回帰直線の全ての残差の2乗和を最小にするkの値を(例えば総当たり法で)求めることにより行ってもよい。The method of detecting the transition point T_PNT is not particularly limited. For example, in a graph in which the intensity SBI 2nd of the second side band is plotted logarithmically with respect to the alternating current magnetic field intensity Hi, the alternating current magnetic field intensity Hi is relative The first regression line for lower data points and the data point group for which the alternating magnetic field strength Hi is relatively high (ie, the alternating magnetic field strength Hi is higher than the data points regressed by the first regression line) Calculating a second regression line having a slope different from the first regression line (usually smaller than the first regression line), and a point of intersection between the first regression line and the second regression line The intersection point can be detected as the transition point T_PNT by performing the step of calculating For the calculation of the first regression line and the second regression line, for example, a known optimization method such as the least squares method can be employed. The method of identifying the data point group to be regressed by the first regression line and the data point group to be regressed by the second regression line is not particularly limited. The groups may be separated, or, for example, N data points (x i , y i ) where x is the logarithm of alternating magnetic field strength Hi and y is the logarithm of secondary sideband intensity SBI 2nd. N is an integer greater than or equal to 4; x 1 <x 2 <... <x N ), data points (x i , y i ) to be regressed by the first regression line (i = 1, ..., k-1; k is an integer greater than or equal to 3 and less than or equal to N-1), and data points (x i , y i ) (i = k,..., N) to be regressed by the second regression line Of the residuals of all of the first and second regression lines for the integer k separating This may be done by finding the value of k (eg in round-robin fashion) that minimizes the multiply-sum.
探針飽和磁化特性検出部219は、SBI変化遷移点検出部218により検出された遷移点T_PNTにおける交流磁場H_ACの強度Hiおよび2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)を取得し、これらに基づいて、ソフト磁性探針PRBの飽和磁化、および、ソフト磁性探針PRBの磁化が飽和したときの交流磁場H_ACの強度Hiを検出する。具体的には遷移点T_PNTが、ソフト磁性探針PRBの磁化が飽和したときの交流磁場強度Hiに対応する。遷移点T_PNTにおける交流磁場強度Hiから、遷移点T_PNTにおける交流磁場の勾配∂Hz0 ac/∂zを知ることができるので、遷移点T_PNTにおける2次のサイドバンドの強度SBI2ndに基づいて、上記式(6)及び式(19)からソフト磁性探針PRBの飽和磁化qsの大小を評価することができる。The probe saturation magnetization
本発明に関する上記説明では、1次および2次のサイドバンドの強度SBI1st、SBI2ndを抽出するSBI抽出部216を備える形態の評価装置21を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、SBI抽出部が2次のサイドバンドの強度SBI2ndのみを抽出する形態の評価装置とすることも可能である。また、SBI抽出部は、2次のサイドバンドの強度SBI2ndまたは1次および2次のサイドバンドの強度SBI1st、SBI2ndとともに、より高次のサイドバンドの強度を抽出してもよい。Although the above description of the present invention exemplifies the
<1.5 磁気力顕微鏡用探針の評価方法(2)>
図16は、図12の評価装置21を用いてソフト磁性探針PRBの評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。
図16に示される評価方法は、探針装着ステップS200、探針消磁ステップS201、探針励振ステップS202、交流磁場発生ステップS203、交流磁場制御ステップS204、探針振動検出ステップS205、スペクトル測定ステップS206、SBI抽出ステップS207、SBI変化測定ステップS208、SBI変化遷移点検出ステップS209、および探針磁化飽和特性検出ステップS210を備える。<1.5 Evaluation method of probe for magnetic force microscope (2)>
FIG. 16 is a flowchart showing an evaluation procedure when evaluating the soft magnetic probe PRB using the
The evaluation method shown in FIG. 16 includes a probe attachment step S200, a probe demagnetization step S201, a probe excitation step S202, an AC magnetic field generation step S203, an AC magnetic field control step S204, a probe vibration detection step S205, and a spectrum measurement step S206. , SBI extraction step S207, SBI change measurement step S208, SBI change transition point detection step S209, and probe magnetization saturation characteristic detection step S210.
探針装着ステップS200: ソフト磁性探針PRBを図12では図示されていない探針ホルダに装着する。
探針消磁ステップS201: 探針磁化を交流消磁する(たとえば、AC100Hzで5kOeから0kOeまでゆっくり減少させる)。本ステップは、探針に交流磁場を印加するのに際して、探針が直流磁極を持たない消磁状態にするために行うものである。Probe Mounting Step S200: The soft magnetic probe PRB is mounted on a probe holder not shown in FIG.
Probe Demagnetization Step S201: The probe magnetization is AC demagnetized (for example, it is slowly reduced from 5 kOe to 0 kOe at
探針励振ステップS202、交流磁場発生ステップS203、交流磁場制御ステップS204、探針振動検出ステップS205、スペクトル測定ステップS206、SBI抽出ステップS207、およびSBI変化測定ステップS208の処理は、図10(第1実施形態)のフローチャートで示された、探針励振ステップS102、交流磁場発生ステップS103、交流磁場制御ステップS104、探針振動検出ステップS105、スペクトル測定ステップS106、SBI抽出ステップS107、およびSBI変化測定ステップS108の処理と同じである。 The processes of probe excitation step S202, AC magnetic field generation step S203, AC magnetic field control step S204, probe vibration detection step S205, spectrum measurement step S206, SBI extraction step S207, and SBI change measurement step S208 are shown in FIG. Step) of probe excitation step S102, AC magnetic field generation step S103, AC magnetic field control step S104, probe vibration detection step S105, spectrum measurement step S106, SBI extraction step S107, and SBI change measurement step It is the same as the process of S108.
なお、交流磁場制御ステップS204において、交流磁場H_ACの強度を不連続的に(段階的に)変化させる場合には、一の測定点(交流磁場強度)から次の測定点(交流磁場強度)に移る前に、一旦探針磁化を交流消磁することが好ましい。 In the alternating current magnetic field control step S204, when changing the intensity of the alternating current magnetic field H_AC discontinuously (stepwise), from one measurement point (AC magnetic field strength) to the next measurement point (AC magnetic field strength) It is preferable to ac demagnetize the probe magnetization once before moving.
SBI変化遷移点検出ステップS209では、SBI変化測定ステップS208において測定された2次サイドバンド強度SBI2ndの交流磁場強度Hiに対する変化が、二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を、遷移点T_PNTとして検出する。In SBI change transition point detection step S209, the change of the secondary sideband strength SBI 2nd measured in SBI change measurement step S208 with respect to the alternating current magnetic field strength Hi changes the alternating current magnetic field strength at which transition from quadratic function change to linear function change is It detects as a transition point T_PNT.
探針飽和磁化特性検出ステップS210では、SBI変化遷移点検出ステップS209において検出された遷移点T_PNT、および該遷移点T_PNTにおける2次のサイドバンドの強度SBI2ndを取得し、これらに基づいて、ソフト磁性探針PRBの飽和磁化、および、ソフト磁性探針PRBの磁化が飽和したときの交流磁場H_ACの強度Hiを検出する。In the probe saturation magnetization characteristic detection step S210, the transition point T_PNT detected in the SBI change transition point detection step S209 and the intensity SBI 2nd of the secondary side band at the transition point T_PNT are acquired, and based on these, The saturation magnetization of the magnetic probe PRB and the intensity Hi of the AC magnetic field H_AC when the magnetization of the soft magnetic probe PRB is saturated are detected.
図17は、ソフト磁性探針の探針チップとしてFe−Co−B磁性体膜を有する探針チップを用いたときの、交流磁場H_ACの強度Hiに対する探針振動のスペクトルの強度の特性をプロットしたグラフである。
図17において、特性曲線の傾きが、遷移点T_PNT(変曲点)を過ぎると大きく変化していることがわかる。遷移点T_PNTを検出することにより、探針の磁化が飽和に達する磁場の値がわかる。
図17では、Fe−Co−Bからなる磁性体膜を表面に有する探針チップを有するソフト磁性探針2個(L1およびL2)について、印加した交流磁場の周波数と等しい周波数をもつ1次のサイドバンドのスペクトル強度SBI1st、および印加した交流磁場の周波数の2倍の周波数をもつ2次のサイドバンドのスペクトル強度SBI2ndの交流磁場振幅依存性を示したグラフ(両対数プロット)である。
図17のグラフにおいて、2次のサイドバンドの強度SBI2ndは、L1およびL2のいずれにおいても、遷移点T_PNTの前後で傾きが変化している。遷移点T_PNTを過ぎる前は、2次のサイドバンドの強度SBI2ndの変化は交流磁場振幅Hiに対して2次関数的(交流磁場振幅Hiの2乗に比例)であるが、遷移点T_PNTを過ぎると2次のサイドバンドの強度SBI2ndの変化は交流磁場振幅Hiに対して1次関数的な変化(交流磁場振幅Hiの1乗に比例)に遷移している。
1次のサイドバンドの強度SBI1stは、L1およびL2のいずれにおいても、2次のサイドバンドの強度SBI2ndと比較して小さい。この事実は探針がソフト磁性を有することを示している。これらの1次のサイドバンドの強度SBI1stは、交流磁場振幅Hiの増加に伴い、遷移点T_PNTを過ぎる前までは増加しているが、遷移点T_PNTを過ぎると減少している。このことは、遷移点T_PNTまでは、探針の磁化曲線がマイナーループであるので、交流磁場振幅を増加させながら測定を行う際に、前測定終了時に残留磁化が残る場合があるが、遷移点T_PNTを過ぎた後は、探針の磁化曲線が飽和するメジャーループとなり、前測定終了時に残留磁化がゼロに近づくためであると推察される。FIG. 17 plots the characteristics of the intensity of the spectrum of the probe vibration with respect to the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC when using a probe tip having an Fe—Co—B magnetic film as the probe tip of the soft magnetic probe. Is a graph.
In FIG. 17, it can be seen that the slope of the characteristic curve changes significantly after passing the transition point T_PNT (inflection point). By detecting the transition point T_PNT, the value of the magnetic field at which the magnetization of the probe reaches saturation can be determined.
In FIG. 17, with respect to two soft magnetic probes (L1 and L2) having probe tips having a magnetic film made of Fe--Co--B on the surface, a first order with a frequency equal to the frequency of the applied alternating magnetic field. a sideband graph showing the alternating field amplitude dependence of the spectral intensity SBI 1st, and the spectral intensity SBI 2nd second order sidebands having a frequency twice the frequency of the applied AC magnetic field (log-log plot).
In the graph of FIG. 17, the gradient SBI 2nd of the secondary sideband changes before and after the transition point T_PNT in both L1 and L2. Before passing the transition point T_PNT, the change in the intensity SBI 2nd of the second sideband is quadratically (proportional to the square of the alternating magnetic field amplitude Hi) with respect to the alternating magnetic field amplitude Hi, but the transition point T_PNT If it passes, the change of the intensity SBI 2nd of the secondary sideband transitions to a linear functional change (proportional to the first power of the alternating magnetic field amplitude Hi) with respect to the alternating magnetic field amplitude Hi.
The intensity SBI 1st of the primary sideband is smaller than the intensity SBI 2nd of the secondary sideband in both L1 and L2. This fact indicates that the probe has soft magnetism. The intensity SBI 1st of these first-order sidebands increases until before the transition point T_PNT with the increase of the alternating magnetic field amplitude Hi, but decreases after the transition point T_PNT. This means that since the magnetization curve of the probe is a minor loop up to the transition point T_PNT, residual magnetization may remain at the end of the previous measurement when making measurements while increasing the AC magnetic field amplitude, but the transition point After passing T_PNT, it is assumed that the magnetization curve of the probe becomes a major loop that saturates, and the residual magnetization approaches zero at the end of the previous measurement.
図18(A)に、種々のソフト磁性探針(Ni−Fe,Co−Zr−Nb,Fe−Co−B,Fe−Coからなる探針チップ)について、2次のサイドバンドの強度SBI2ndの交流磁場振幅依存性を示す。図に白抜き矢印で示す領域で飽和する磁性Fe−Co−B探針は、低い交流磁場H_ACで、高い磁化(2次のサイドバンド強度)が得られるので、ソフト磁性探針としての性能に優れていることがわかる。
図18(B)は上記の図18(A)の結果から、各々のソフト磁性探針に対して、探針の磁化が飽和に達する交流磁場振幅とそのときの2次のサイドバンドの強度を表と相関図にまとめたものである。Fe−Co−Bソフト磁性探針が、探針の磁化が飽和に達する交流磁場が低く、かつ2次のサイドバンドの強度が大きいことから、良好なソフト磁性探針の性能を有していることがわかる。FIG. 18A shows the secondary sideband strength SBI 2nd for various soft magnetic probes (probe tips made of Ni-Fe, Co-Zr-Nb, Fe-Co-B, and Fe-Co). Shows the AC magnetic field amplitude dependency of The magnetic Fe-Co-B probe that saturates in the area indicated by the white arrow in the figure can obtain high magnetization (secondary sideband strength) in a low AC magnetic field H_AC, so it can be used as a soft magnetic probe. It turns out that it is excellent.
FIG. 18B shows, from the results of FIG. 18A, for each soft magnetic probe, the AC magnetic field amplitude at which the magnetization of the probe reaches saturation and the intensity of the secondary sideband at that time. It is summarized in the table and the correlation diagram. The Fe-Co-B soft magnetic probe has a good performance of a soft magnetic probe because the AC magnetic field at which the magnetization of the probe reaches saturation is low and the intensity of the secondary sideband is large. I understand that.
以上、第1実施形態では探針がハード磁性探針の場合を説明したが、第1実施形態の装置および方法は常磁性探針、超常磁性探針および反磁性探針にも適用できる。
また、第2実施形態では探針がソフト磁性探針の場合を説明したが、第1実施形態の装置および方法は常磁性探針、超常磁性探針および反磁性探針にも適用できる。As described above, the case where the probe is a hard magnetic probe has been described in the first embodiment, but the apparatus and method of the first embodiment can be applied to a paramagnetic probe, a superparamagnetic probe and a diamagnetic probe.
In the second embodiment, although the case where the probe is a soft magnetic probe has been described, the apparatus and method of the first embodiment can be applied to a paramagnetic probe, a superparamagnetic probe and a diamagnetic probe.
本発明に関する上記説明では、SBI抽出ステップS207において1次および2次のサイドバンドの強度SBI1st、SBI2ndを抽出する形態の評価方法を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、SBI抽出ステップにおいて2次のサイドバンドの強度SBI2ndのみを抽出する形態の評価装置とすることも可能である。また、SBIステップにおいて、2次のサイドバンドの強度SBI2ndまたは1次および2次のサイドバンドの強度SBI1st、SBI2ndとともに、より高次のサイドバンドの強度を抽出してもよい。In the above description of the present invention, the evaluation method of the form of extracting the intensities SBI 1st and SBI 2nd of the primary and secondary sidebands in the SBI extraction step S207 is exemplified, but the present invention is not limited to this form. For example, it is also possible to set it as an evaluation device of a form which extracts only intensity SBI 2nd of a secondary side band in an SBI extraction step. In the SBI step, higher-order sideband intensities may be extracted together with the second-order sideband intensities SBI 2nd or the first- and second-order sideband intensities SBI 1st and SBI 2nd .
<1.6 磁気力顕微鏡用探針の評価装置(3)>
図19は、本発明の磁気力顕微鏡用探針の評価装置の第3実施形態を示す説明図である。
図19では、探針として常磁性探針PRBを使用している。
図19において、評価装置31は、探針励振部311、交流磁場発生部312、交流磁場制御部313、探針振動検出部314、スペクトル測定部(スペクトラムアナライザ)315、SBI抽出部316、SBI変化測定部317、および評価結果出力部319を備えている。<1.6 Evaluation Device for Magnetic Force Microscope Probe (3)>
FIG. 19 is an explanatory view showing a third embodiment of the evaluation device for a probe for a magnetic force microscope of the present invention.
In FIG. 19, a paramagnetic probe PRB is used as a probe.
In FIG. 19, the evaluation device 31 includes a
常磁性探針PRBは、シリコンにより構成されたカンチレバーであり、図19では常磁性探針PRBの先端の下面に、表面が常磁性薄膜により形成された探針チップTIPが形成されている。 The paramagnetic probe PRB is a cantilever made of silicon, and in FIG. 19, a probe tip TIP whose surface is formed of a paramagnetic thin film is formed on the lower surface of the tip of the paramagnetic probe PRB.
探針励振部311、交流磁場発生部312、交流磁場制御部313、探針振動検出部314、スペクトル測定部(スペクトラムアナライザ)315、およびSBI変化測定部317の構成は、図9(第1実施形態)の評価装置11における、探針励振部111、交流磁場発生部112、交流磁場制御部113、探針振動検出部114、スペクトル測定部(スペクトラムアナライザ)115、およびSBI変化測定部117の構成と同じである。
また、SBI抽出部316の構成は、2次のサイドバンドの強度SBI2ndのみを抽出する点以外は、図9(第1実施形態)の評価装置11におけるSBI抽出部116の構成と同様である。The configurations of the
Further, the configuration of the
評価結果出力部319は、SBI変化測定部317によって測定された、交流磁場H_ACの強度Hiに対する2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の変化に基づいて、常磁性探針PRBの特性の評価結果ESを出力する。
評価結果出力部319は、交流磁場制御部313が交流磁場H_ACの強度を増加させたときに2次のサイドバンドSB_2ndの強度SBI2ndが高くなるほど、より高い評価結果ESを出力する。
評価結果出力部319が交流磁場H_ACの強度Hiに対する2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の変化に基づいて評価結果ESを決定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、2次のサイドバンドの強度SBI2ndの増大に伴って単調に増加する関数G(SBI2nd)により行うことができる。評価結果出力部319が評価結果ESの決定に用いる2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の値としては、例えば、交流磁場H_ACの強度Hiが交流磁場発生部312から発生可能な交流磁場の最大強度であるときの2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の値を好ましく採用できる。The evaluation
The evaluation
The method of determining the evaluation result ES based on the change of the intensity (SBI 2nd ) of the second side band with respect to the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC is not particularly limited, but the evaluation
本発明に関する上記説明では、2次のサイドバンドの強度SBI2ndを抽出するSBI抽出部316を備える形態の評価装置31を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、SBI抽出部は、2次のサイドバンドの強度SBI2ndの他に1次のサイドバンドの強度SBI1stや、より高次のサイドバンドの強度を抽出してもよい。例えば2次のサイドバンドの強度SBI2ndに加えて1次のサイドバンドの強度SBI1stを抽出する形態によれば、磁性探針の製品検査や生産管理に用いる際に、常磁性探針の磁性薄膜の中に強磁性成分が混在する等の不具合を検出することが可能になる。In the above description of the present invention, the evaluation device 31 including the
上記説明では、常磁性探針PRBを評価する形態の評価装置31を例示したが、評価装置31が評価できる探針は常磁性探針に限定されない。上記説明した評価装置31は、探針チップが常磁性体を有してなる探針だけでなく、探針チップが反磁性体を有してなる探針や、探針チップが超常磁性を示す材料を有してなる探針の評価にも用いることが可能である。 In the above description, the evaluation device 31 in the form of evaluating the paramagnetic probe PRB is exemplified, but the probe that can be evaluated by the evaluation device 31 is not limited to the paramagnetic probe. In the evaluation apparatus 31 described above, not only the probe in which the probe tip has a paramagnetic substance, but the probe in which the probe tip has a diamagnetic substance, and the probe tip exhibits superparamagnetism It can also be used for the evaluation of probes comprising materials.
<1.7 磁気力顕微鏡用探針の評価方法(3)>
図20は、図19の評価装置31を用いて常磁性探針PRBの評価を行う際の、評価手順を示すフローチャートである。
図20に示される評価方法は、探針装着ステップS300、探針消磁ステップS301、探針励振ステップS302、交流磁場発生ステップS303、交流磁場制御ステップS304、探針振動検出ステップS305、スペクトル測定ステップS306、SBI抽出ステップS307、SBI変化測定ステップS308、および評価結果出力ステップS310を備える。<1.7 Evaluation method of probe for magnetic force microscope (3)>
FIG. 20 is a flowchart showing an evaluation procedure when evaluating the paramagnetic probe PRB using the evaluation device 31 of FIG.
The evaluation method shown in FIG. 20 includes a probe mounting step S300, a probe demagnetization step S301, a probe excitation step S302, an AC magnetic field generation step S303, an AC magnetic field control step S304, a probe vibration detection step S305, and a spectrum measurement step S306. , SBI extraction step S307, SBI change measurement step S308, and evaluation result output step S310.
探針装着ステップS300、探針消磁ステップS301、探針励振ステップS302、交流磁場発生ステップS303、交流磁場制御ステップS304、探針振動検出ステップS305、スペクトル測定ステップS306、およびSBI変化測定ステップS308の処理は、図10(第1実施形態)のフローチャートで示された、探針装着ステップS100、探針消磁ステップS101、探針励振ステップS102、交流磁場発生ステップS103、交流磁場制御ステップS104、探針振動検出ステップS105、スペクトル測定ステップS106、およびSBI変化測定ステップS108の処理と同じである。
また、SBI抽出ステップS307の処理は、2次のサイドバンドの強度SBI2ndのみを抽出する点以外は、図10(第1実施形態)のフローチャートで示されたSBI抽出ステップS107の処理と同様である。Processing of probe attachment step S300, probe demagnetization step S301, probe excitation step S302, AC magnetic field generation step S303, AC magnetic field control step S304, probe vibration detection step S305, spectrum measurement step S306, and SBI change measurement step S308 FIG. 10 shows the flow chart of FIG. 10 (first embodiment), probe mounting step S100, probe demagnetization step S101, probe excitation step S102, AC magnetic field generation step S103, AC magnetic field control step S104, probe vibration It is the same as the processing of detection step S105, spectrum measurement step S106, and SBI change measurement step S108.
Further, the processing of the SBI extraction step S307 is the same as the processing of the SBI extraction step S107 shown in the flowchart of FIG. 10 (the first embodiment) except that only the intensity SBI 2nd of the secondary sideband is extracted. is there.
なお、交流磁場制御ステップS304において、交流磁場H_ACの強度を不連続的に(段階的に)変化させる場合には、一の測定点(交流磁場強度)から次の測定点(交流磁場強度)に移る前に、一旦探針磁化を交流消磁することが好ましい。 In the alternating current magnetic field control step S304, when changing the intensity of the alternating current magnetic field H_AC discontinuously (stepwise), from one measurement point (AC magnetic field strength) to the next measurement point (AC magnetic field strength) It is preferable to ac demagnetize the probe magnetization once before moving.
評価結果出力ステップS310: SBI変化測定ステップS308において測定された、交流磁場H_ACの強度Hiに対する2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の変化に基づいて、常磁性探針PRBの特性を評価する。ここで、交流磁場制御ステップS304において交流磁場H_ACの強度Hiを増加させたときに2次のサイドバンドSB_2ndの強度(SBI2nd)が高くなるほど、より高い評価結果ESを出力する(ステップS310A)。
評価結果出力ステップS310において交流磁場H_ACの強度Hiに対する2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の変化に基づいて評価結果ESを決定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、例えば、2次のサイドバンドの強度SBI2ndの増大に伴って単調に増加する関数G(SBI2nd)により行うことができる。評価結果出力ステップS310において評価結果ESの決定に用いる2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の値としては、例えば、交流磁場H_ACの強度Hiが交流磁場発生ステップS303において発生可能な交流磁場の最大強度であるときの2次のサイドバンドの強度(SBI2nd)の値を好ましく採用できる。Evaluation Result Output Step S310: The characteristics of the paramagnetic probe PRB are evaluated based on the change in the secondary sideband intensity (SBI 2nd ) with respect to the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC measured in the SBI change measurement step S308. . Here, when the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC is increased in the alternating magnetic field control step S304, the higher the intensity (SBI 2nd ) of the secondary side band SB_2nd is, the higher the evaluation result ES is output (step S310A).
The method of determining the evaluation result ES based on the change of the intensity (SBI 2nd ) of the second side band with respect to the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC in the evaluation result output step S310 is not particularly limited. It can be performed by the function G (SBI 2nd ) which monotonically increases with the increase of the second sideband intensity SBI 2nd . As a value of the intensity (SBI 2nd ) of the secondary side band used to determine the evaluation result ES in the evaluation result output step S310, for example, the intensity Hi of the alternating magnetic field H_AC can be generated in the alternating magnetic field generation step S303. The value of the secondary sideband strength (SBI 2nd ) at the maximum strength can be preferably employed.
本発明に関する上記説明では、SBI抽出ステップS307において2次のサイドバンドの強度SBI2ndを抽出する形態の評価方法を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、SBI抽出ステップにおいて、1次および2次のサイドバンドの強度SBI1st、SBI2ndとともに、より高次のサイドバンドの強度を抽出してもよい。2次のサイドバンドの強度SBI2ndに加えてさらに1次のサイドバンドの強度SBI1stを抽出する形態によれば、磁性探針の製品検査や生産管理に用いる際に、常磁性探針の磁性薄膜の中に強磁性成分が混在する等の不具合を検出することが可能になる。In the above description of the present invention, the evaluation method of the form of extracting the intensity SBI 2nd of the secondary side band in the SBI extraction step S307 is exemplified, but the present invention is not limited to the form. For example, in the SBI extraction step, higher-order sideband intensities may be extracted together with the first-order and second-order sideband intensities SBI 1st and SBI 2nd . According to the embodiment in which the intensity SBI 1st of the primary sideband is further extracted in addition to the intensity SBI 2nd of the secondary sideband, when used for product inspection and production control of the magnetic probe, the magnetic properties of the paramagnetic probe It becomes possible to detect a defect such as a mixture of ferromagnetic components in the thin film.
上記説明では、評価装置31を用いて常磁性探針PRBを評価する形態の評価方法を例示したが、図20に示した評価方法で評価できる探針は常磁性探針に限定されない。図20に示した評価方法によれば、探針チップが常磁性体を有してなる探針だけでなく、探針チップが反磁性体を有してなる探針や、探針チップが超常磁性を示す材料を有してなる探針も評価することが可能である。 Although the above description exemplifies the evaluation method of the mode of evaluating the paramagnetic probe PRB using the evaluation device 31, the probe that can be evaluated by the evaluation method shown in FIG. 20 is not limited to the paramagnetic probe. According to the evaluation method shown in FIG. 20, not only the probe in which the probe tip has a paramagnetic material, but also the probe in which the probe tip has a diamagnetic material, and the probe tip It is also possible to evaluate a probe comprising a material exhibiting magnetism.
本発明に関する上記説明では、探針装着ステップS300の後、探針励振ステップS302の前に、探針消磁ステップS301を行う形態の常磁性探針の評価方法を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、常磁性探針(または反磁性探針もしくは超常磁性探針)を意図して作製した探針PRBが自発磁化を有しないこと(すなわち強磁性体の性質を有しないこと)が予め判っている場合には、探針消磁ステップS301を省略することも可能である。また例えば、常磁性探針(または反磁性探針もしくは超常磁性探針)を意図して作製した探針PRBが自発磁化を有しないことが予め判っている場合には、交流磁場制御ステップS304において交流磁場強度を不連続的に変化させる場合であっても、一の測定点(交流磁場強度)から次の測定点(交流磁場強度)に移る前に探針磁化を交流消磁する処理を省略することも可能である。 The above description of the present invention exemplifies a method for evaluating a paramagnetic probe in which the probe demagnetization step S301 is performed after the probe mounting step S300 and before the probe excitation step S302. It is not limited to. For example, it is known in advance that a probe PRB intended for a paramagnetic probe (or a diamagnetic probe or a superparamagnetic probe) does not have spontaneous magnetization (that is, does not have the property of a ferromagnetic substance). In the case where it is present, the probe demagnetization step S301 can be omitted. Also, for example, in the case where it is known in advance that the probe PRB intended for the paramagnetic probe (or the diamagnetic probe or the superparamagnetic probe) does not have spontaneous magnetization, in the alternating magnetic field control step S304. Even when the AC magnetic field strength is changed discontinuously, the process of AC demagnetizing the probe magnetization is omitted before moving from one measurement point (AC magnetic field strength) to the next measurement point (AC magnetic field strength) It is also possible.
<2.磁気力顕微鏡および磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法>
試料からの直流磁場を、ソフト磁性探針に交流磁場を印加することにより高感度で計測するのには、小さい磁場で磁気モーメントが大きく変化する磁化率の高いソフト磁性探針を使用すればよい。
しかし、このようなソフト磁性探針を使用した場合には、試料からの直流磁場が測定場所によって大きく変化すると、図21(B)で説明したように、探針の磁化Mが交流磁場の印加より飽和してしまう問題が発生する。
本発明者らは、試料の直流磁場が探針に与える影響は、Z方向(試料面に垂直な方向)の勾配が小さいかZ方向に勾配を持たない制御用直流磁場により低減でき、感度が高いソフト磁性探針を使用してもソフト磁性探針の磁化飽和を回避することができることを着想した。
そして、ある直流磁場を与えているときに、ソフト磁性探針の磁化が飽和するときの交流磁場の値は、探針の振動スペクトルを解析することで検出できるとの知見のもと本発明をなすに至った。<2. Magnetic force microscope and magnetic field adjustment method for control of magnetic force microscope>
In order to measure a direct current magnetic field from a sample with high sensitivity by applying an alternating current magnetic field to a soft magnetic probe, it is sufficient to use a soft magnetic probe with a high magnetic susceptibility whose magnetic moment largely changes with a small magnetic field .
However, when such a soft magnetic probe is used, if the direct current magnetic field from the sample largely changes depending on the measurement location, as described in FIG. The problem of becoming more saturated occurs.
The inventors of the present invention can reduce the influence of the direct current magnetic field of the sample on the probe by the control direct current magnetic field having a small gradient in the Z direction (direction perpendicular to the sample surface) or no gradient in the Z direction. It was conceived that the use of a high soft magnetic probe could avoid the magnetization saturation of the soft magnetic probe.
The present invention is based on the finding that the value of the AC magnetic field when the magnetization of the soft magnetic probe is saturated when a certain DC magnetic field is applied can be detected by analyzing the vibration spectrum of the probe. It came to eggplant.
本発明の磁気力顕微鏡では、磁場強度適性判定部の判定結果に応じて、制御用直流磁場の強度の調整および/または交流磁場の強度の調整をすることができる。また、SBI変化測定部により測定された遷移が生じたときの制御用直流磁場の強度および交流磁場の強度に基づき、制御用直流磁場の強度範囲および/または探針に印加可能な交流磁場の強度範囲を決定することができる。 In the magnetic force microscope of the present invention, it is possible to adjust the strength of the control DC magnetic field and / or adjust the strength of the AC magnetic field according to the determination result of the magnetic field strength suitability determination unit. In addition, the strength range of the control DC magnetic field and / or the strength of the AC magnetic field applicable to the probe based on the strength of the control DC magnetic field and the strength of the AC magnetic field when the transition measured by the SBI change measurement unit occurs. The range can be determined.
本発明の磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法では、制御用磁場適性判定ステップの判定結果に応じて、制御用直流磁場の強度の調整および/または交流磁場の強度の調整をすることができる。
また、SBI変化測定ステップにおいて測定された遷移が生じたときの制御用直流磁場の強度および交流磁場の強度に基づき、制御用直流磁場の強度範囲および/または探針に印加可能な交流磁場の強度範囲を決定することができる。In the control magnetic field adjustment method of the magnetic force microscope of the present invention, it is possible to adjust the strength of the control DC magnetic field and / or adjust the strength of the AC magnetic field according to the determination result of the control magnetic field suitability determination step.
In addition, the strength range of the control DC magnetic field and / or the strength of the AC magnetic field that can be applied to the probe based on the strength of the control DC magnetic field and the strength of the AC magnetic field when the transition measured in the SBI change measurement step occurs. The range can be determined.
<2.1 原理>
本発明の磁気力顕微鏡および磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法の適用対象である、観察試料からの直流磁場勾配を計測する、ソフト磁性探針を用いる磁気力顕微鏡の原理を説明する。
最初に観察試料からソフト磁性探針に加わる直流磁場Hz dcが小さく、かつ外部磁場源からソフト磁性探針に加える交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)の振幅Hz0 acも小さく、磁場印加により探針磁化が飽和しない場合を考える。このとき、探針磁化の交流変化分はほぼ交流磁場に比例して変化するので、探針磁極の交流変化分もほぼ交流磁場に比例して変化し、Δkは、次式で表される。<2.1 principle>
The principle of a magnetic force microscope using a soft magnetic probe for measuring a direct current magnetic field gradient from an observation sample, which is an application target of the magnetic force microscope and the control magnetic field adjustment method of the magnetic force microscope of the present invention, will be described.
First small DC magnetic field H z dc applied to the soft magnetic probe from the observation sample and the amplitude H z0 ac of externally applied magnetic field source to the soft magnetic probe alternating magnetic field H z ac = H z0 ac cos (ω m t) Consider the case where the magnetization of the probe is not saturated by application of a magnetic field. At this time, since the AC change of the probe magnetization changes substantially in proportion to the AC magnetic field, the AC change of the probe magnetic pole also changes in proportion to the AC magnetic field, and Δk is expressed by the following equation.
次に、観察試料からソフト磁性探針に加わる直流磁場Hz dcのみでは、探針磁化は飽和しないが、外部磁場源からソフト磁性探針に加える交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)の強度Hz0 acが大きく、交流磁場印加により探針磁化が飽和し、その結果として探針先端の磁極が飽和する場合を考える。磁化曲線が角形のとき、磁場方向が正の場合には、探針磁化がMs、磁場方向が負の場合には、探針磁化が−Msとなる。ここで探針先端の磁極の飽和値をqsとおくと、Hz0 acが大きな場合には、探針先端の磁極は矩形状に時間変化し以下で表される。Next, although the probe magnetization is not saturated only by the direct current magnetic field H z dc applied from the observation sample to the soft magnetic probe, the alternating magnetic field H z ac = H z0 ac cos (ω) applied from the external magnetic field source to the soft magnetic probe Consider the case where the intensity H z 0 ac of m t) is large, the magnetization of the probe is saturated by the application of an alternating magnetic field, and as a result the magnetic pole of the tip of the probe is saturated. When the magnetization curve is a square, the probe magnetization is M s when the magnetic field direction is positive, and the probe magnetization is −M s when the magnetic field direction is negative. Here, assuming that the saturation value of the magnetic pole at the tip of the probe is q s , when H z 0 ac is large, the magnetic pole at the tip of the probe changes with time in a rectangular shape, and is expressed as follows.
一方、角速度2ωmで周期的に変化する項
Meanwhile, terms which periodically changes at the angular velocity 2 [omega m
さらに、観察試料からソフト磁性探針に加わる直流磁場Hz dcが大きく探針磁化がほぼ飽和した状態で、外部磁場源からソフト磁性探針に交流磁場を加える場合を考える。この場合、探針磁極の交流変化分qωm acはほぼゼロとなるので、Δkは、次式で表される。Further, it is assumed that an AC magnetic field is applied from the external magnetic field source to the soft magnetic probe in a state where the direct current magnetic field H z dc applied from the observation sample to the soft magnetic probe is large and the probe magnetization is almost saturated. In this case, since the alternating current variation q ωm ac of the probe magnetic pole is substantially zero, Δk is expressed by the following equation.
ソフト磁性探針の測定感度を保ったままで、観察試料から発生する直流磁場の勾配∂Hz dc/∂zを計測するには、交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)の印加でソフト磁性探針の磁化を飽和させないことに加えて、観察試料から発生する直流磁場Hz dcと逆方向の直流磁場(Hz dc)exを外部から印加することによりソフト磁性探針の磁化の飽和を防止することが必要である。ここで、外部から印加する直流磁場(Hz dc)exは、∂Hz dc/∂zの測定結果に影響を与えないように、空間的に一様:
To measure the gradient ∂H z dc / ∂z of the direct current magnetic field generated from the observation sample while maintaining the measurement sensitivity of the soft magnetic probe, the alternating magnetic field H z ac = H z0 ac cos (ω m t) In addition to the saturation of the magnetization of the soft magnetic probe by the application, the soft magnetic probe of the soft magnetic probe is externally applied with a DC magnetic field (H z dc ) ex reverse to the DC magnetic field H z dc generated from the observation sample. It is necessary to prevent saturation of the magnetization. Here, the externally applied direct current magnetic field (H z dc ) ex is spatially uniform so as not to affect the measurement result of ∂H z dc / ∂z:
(Hz dc)exの大きさは、観察試料の磁気力顕微鏡による走査範囲の中での、観察試料から発生する直流磁場Hz dcの最大値以上である必要がある。
The size of (H z dc ) ex needs to be equal to or greater than the maximum value of the direct current magnetic field H z dc generated from the observation sample within the scanning range of the observation sample by the magnetic force microscope.
本発明の磁気力顕微鏡における測定手順、および、本発明の磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法を用いた測定手順は、次の(1)〜(4)を含む。
(1)観察試料なしで、ソフト磁性探針に交流磁場を印加して、Δk(2ωmt)による周波数変調スペクトルの交流磁場振幅依存性から、ソフト磁性探針が飽和する交流磁場振幅(最大計測感度)を見積もる。
(2)ソフト磁性探針に交流磁場を印加して、観察試料の直流磁場勾配を検出し、直流磁場勾配の絶対値が最大となる観察試料位置を見つける。直流磁場勾配の絶対値が最大となる観察試料位置には、直流磁場が試料面に対して上向きの場所と、直流磁場が試料面に対して下向きの場所とがある。
(3)これらの直流磁場勾配の絶対値が最大となる観察試料位置である2箇所に対して、探針を移動して、外部から直流磁場を印加して、Δk(ωmt)あるいはΔk(2ωmt)が引き起こす周波数変調スペクトルの外部直流磁場依存性から、探針磁化の飽和が生じない直流磁場値をあらかじめ決定する。
(4)観察試料において、試料からの直流磁場が試料面に対して上向きの場所と下向きの場所について、(3)で決定した直流磁場値の外部直流磁場を観察試料からの直流磁場とは逆向きに印加して測定を行う。
なお、観察画像の全ての観測点で、探針が飽和しない外部直流磁場値を個別に決定してもよい。The measurement procedure in the magnetic force microscope of the present invention and the measurement procedure using the control method for adjusting a magnetic field of the magnetic force microscope of the present invention include the following (1) to (4).
(1) Without an observation sample, an AC magnetic field is applied to the soft magnetic probe, and from the AC magnetic field amplitude dependency of the frequency modulation spectrum by Δk (2ω m t), the AC magnetic field amplitude at which the soft magnetic probe is saturated (maximum Estimate the measurement sensitivity).
(2) An AC magnetic field is applied to the soft magnetic probe to detect the DC magnetic field gradient of the observation sample, and the observation sample position where the absolute value of the DC magnetic field gradient is maximum is found. The observation sample position where the absolute value of the direct current magnetic field gradient is maximum includes a place where the direct current magnetic field is upward with respect to the sample surface and a place where the direct current magnetic field is downward with respect to the sample surface.
(3) The probe is moved to two points which are observation sample positions where the absolute value of these DC magnetic field gradients becomes maximum, and a DC magnetic field is applied from the outside, and Δk (ω m t) or Δk From the external DC magnetic field dependence of the frequency modulation spectrum caused by (2ω m t), a DC magnetic field value at which saturation of the probe magnetization does not occur is determined in advance.
(4) In the observation sample, the external direct current magnetic field of the direct current magnetic field value determined in (3) is reverse to the direct current magnetic field from the observation sample for the place where the direct current magnetic field from the sample is upward and downward with respect to the sample surface. Apply in the direction to measure.
The external DC magnetic field values at which the probe is not saturated may be individually determined at all observation points of the observation image.
本発明では、ソフト磁性探針の振動の周波数変調の大きさの変化(探針の見掛け上のバネ定数の変化)を検出するために、ソフト磁性探針の振動の周波数変調のスペクトルを観察する。
ソフト磁性探針に交流磁場Hz ac=Hz0 accos(ωmt)を印加して、誘起されるωmの周波数変調の交流磁場振幅Hz0 acに対する依存性を調べることで、ソフト磁性探針の磁化が飽和に達したか否かを知ることができる。
具体的には、制御用直流磁場H_DCの強度を最初にゼロに設定し、この状態で、交流磁場H_ACの大きさを、段階的に変化させる。
制御用直流磁場H_DCについては、ソフト磁性探針に磁場勾配を与えるとソフト磁性探針の実効的なバネ定数が変化してしまう。よって、制御用直流磁場H_DCのZ方向の勾配はゼロまたは小さいこと(できるだけゼロに近いこと)が必要である。In the present invention, the spectrum of the frequency modulation of the soft magnetic probe vibration is observed in order to detect the change in the magnitude of the frequency modulation of the vibration of the soft magnetic probe (the change of the apparent spring constant of the probe). .
By applying an alternating magnetic field H z ac = H z0 ac cos (ω m t) to the soft magnetic probe, the soft magnetic probe is examined for the dependence of the frequency modulation of the induced ω m on the alternating magnetic field amplitude H z0 ac . It can be known whether the magnetization of the probe has reached saturation.
Specifically, the intensity of the control DC magnetic field H_DC is initially set to zero, and in this state, the magnitude of the AC magnetic field H_AC is changed stepwise.
For the control DC magnetic field H_DC, when the soft magnetic probe is given a magnetic field gradient, the effective spring constant of the soft magnetic probe is changed. Therefore, the gradient in the Z direction of the control DC magnetic field H_DC needs to be zero or small (close to zero as much as possible).
<2.2 磁気力顕微鏡>
図22は本発明の磁気力顕微鏡の一実施形態を示す説明図である。
図22において、磁気力顕微鏡4は、ソフト磁性探針(本発明における探針)40、探針励振部41、合成磁場発生部42、磁場制御部43、探針振動検出部44、走査部45、直流磁場特性測定部46、スペクトル測定部47、および磁化飽和検出部48を備えている。<2.2 Magnetic force microscope>
FIG. 22 is an explanatory view showing an embodiment of a magnetic force microscope of the present invention.
In FIG. 22, the
ソフト磁性探針40は、シリコンにより構成されたカンチレバーである。アーム401の先端に、表面にソフト磁性薄膜403が形成された円錐形の探針チップ402が備えられている。ソフト磁性薄膜403を構成するソフト磁性材料として、たとえば、パーマロイ(Ni−Fe),Co−Zr−Nb,Fe−Co−B,Fe−Coが採用される。
探針励振部41は、ソフト磁性探針40を励振させることができる。探針励振部41は、交流電源411と、ソフト磁性探針40に振動を与える圧電素子412とからなる。The soft
The
合成磁場発生部42は、交流磁場H_ACと制御用直流磁場H_DCとの合成磁場H_AC/DCを発生することができる。
図22では合成磁場発生部42は、交流電流ACにより駆動される交流コイル421および直流電流DCにより駆動されるコア4221付きの直流コイル422を有している。
磁場制御部43は、交流コイル421を駆動する電流ACにより、交流コイル421から発生する交流磁場H_ACの強度を変化させる制御を行う。
また、磁場制御部43は、直流コイル422を駆動する電流DCにより、直流コイル422から発生する制御用直流磁場H_DCの強度を変化させる制御を行う。磁場制御部43による、制御用直流磁場の強度を変化させる制御と、交流磁場の強度を変化させる制御は、独立に行うことができる。すなわち、制御用直流磁場H_DCをある値に固定しておき、交流磁場H_ACを不連続に(段階的に)変化させることができる。The composite magnetic
In FIG. 22, the synthetic magnetic
The magnetic
Further, the magnetic
図23(A)に、交流磁場H_ACと、制御用直流磁場H_DCと、ステージSTGにセットされた試料SMPLが発生する直流磁場H_DCSMPLの関係を示す。
交流磁場H_ACのz方向(試料面に対して垂直な方向)成分は、試料SMPLが発生する直流磁場H_DCSMPLのz方向成分に対して、十分に空間的に一様である。具体的には、交流磁場H_ACのz方向成分の強度Hz0 acと、ステージSTGにセットされた試料SMPLが発生する直流磁場H_DCSMPLのz方向成分の強度Hz dcとは、次の式(36)の関係を満たすことが好ましい。FIG. 23A shows the relationship between an alternating magnetic field H_AC, a control DC magnetic field H_DC, and a direct current magnetic field H_DC SMPL generated by the sample SMPL set on the stage STG.
The z-direction component (direction perpendicular to the sample surface) of the alternating magnetic field H_AC is sufficiently spatially uniform to the z-direction component of the direct current magnetic field H_DC SMPL generated by the sample SMPL. Specifically, the intensity H z 0 ac of the z-direction component of the alternating magnetic field H_AC and the intensity H z dc of the z-direction component of the direct current magnetic field H_DC SMPL generated by the sample SMPL set to the stage STG are It is preferable to satisfy the relationship of 36).
探針振動検出部44は、ソフト磁性探針40の振動を検出し振動検出信号VIBを生成する。探針振動検出部44は、レーザ(LSR)441とフォトディテクタ(PD)442とからなる。ソフト磁性探針40の先端上面には反射ミラーが形成されている。LSR441から出射されたレーザビームLBはソフト磁性探針40の先端上面で反射されてPD442に入射される。
走査部45は、ソフト磁性探針40が、試料SMPLの表面を走査できるように、ソフト磁性探針40を空間駆動(XY駆動)することができる。図23では、試料SMPLがセットされたステージSTGを移動させることで、ソフト磁性探針40による試料SMPLの表面を走査する例を示しているが、ソフト磁性探針40を移動させることで、ソフト磁性探針40による試料SMPLの上面を走査することもできる。The probe
The
直流磁場特性測定部46は、探針振動検出部44により検出された振動検出信号VIBを取得し、ソフト磁性探針40に生じた振動変調を解析することで試料SMPLの表面の直流磁場特性を測定することができる。
スペクトル測定部47は、探針振動検出部44により検出された振動検出信号VIBを取得し、振動検出信号VIBのスペクトルを測定する。
スペクトル測定部47は、合成磁場発生部42が制御用直流磁場H_DCをある値に固定し、交流磁場H_ACを不連続に(段階的に)変化させたときのスペクトルを、交流磁場H_ACの強度HACiごとに測定する。The DC magnetic field
The spectrum measurement unit 47 acquires the vibration detection signal VIB detected by the probe
The spectrum measurement unit 47 fixes the control DC magnetic field H_DC to a certain value by the synthetic magnetic
磁化飽和検出部48は、試料SMPLの直流磁場H_DCSMPLの測定に際して、探針チップ402に形成されたソフト磁性材料薄膜403の磁化が飽和するか否かを、交流磁場H_ACを不連続に(段階的に)変化させたときのスペクトルの遷移に基づき(2次のサイドバンドの変化に基づき)検出することができる。The magnetization
2次のサイドバンドの変化は、スペクトル図に基づき目視により検出することができる。
また、図24に示すように、磁化飽和検出部48を、SBI抽出部481、SBI変化測定部482および磁場強度適性判定部483から構成することで、装置検出(Instruments detecting)することもできる。Changes in the secondary sidebands can be detected visually based on the spectrum diagram.
Also, as shown in FIG. 24, the apparatus can be detected (instruments detecting) by configuring the magnetization
図24において、SBI抽出部481は、スペクトル測定部47により測定されたスペクトルの2次のサイドバンドの強度SBI_2ndを抽出する。
SBI変化測定部482は、強度がゼロを含む所定範囲内のある値に設定された制御用直流磁場H_DCの下で、交流磁場H_ACの強度HACiをある値から所定値まで変化させ、SBI抽出部481により抽出された2次のサイドバンドの強度(SBI_2nd)の交流磁場強度HACiに対する依存性の変化の有無を検出する。そして、2次のサイドバンドの強度の交流磁場強度HACiに対する依存性に変化が生じた場合には、2次のサイドバンドの強度(SBI_2nd)の交流磁場強度HACiに対する依存性に変化が生じたときの交流磁場H_ACの強度HACiを測定する。In FIG. 24, the
The SBI
図25(A)に、制御用直流磁場の強度を変化させたときに、SBI抽出部481により作成された、交流磁場H_ACの強度の変化に対する2次のサイドバンドSBI_2ndの強度特性を両対数プロットしたグラフが変化する様子を示している。図25(B)は、当該強度特性の傾きの変化点(遷移点)T_PNTにおける交流磁場強度(探針飽和磁場)の、制御用直流磁場強度に対する変化を示すグラフである。遷移点T_PNTにおいて、2次のサイドバンドの強度の交流磁場強度に対する依存性の次数が2次から1次に変化している。図25(C)は、遷移点T_PNTにおける交流磁場強度と制御用直流磁場強度との和を、制御用直流磁場強度に対してプロットしたグラフである。図25(A)及び図25(B)から、交流磁場強度を一定にして外部から制御用直流磁場を印加すると、制御用直流磁場を印加した分だけ探針が飽和に達する遷移点が変化することがわかる。図25(C)から、探針に加わる磁場の最大値が、交流磁場の振幅値と外部からの直流磁場値との和であることが確認できる。
なお、図25(A)〜(C)は、図2に示した構成を有する磁気力顕微鏡4において、ソフト磁性探針PRBとしてSi探針の探針チップ表面に(Fe70Co30)85B15磁性体薄膜(膜厚30nm)を形成した探針を用い、電磁石を磁場源とし、観察試料なしで測定した結果に基づく。In FIG. 25 (A), when the strength of the control DC magnetic field is changed, the double-logarithmic plot of the strength characteristics of the secondary side band SBI_2nd with respect to the change in strength of the AC magnetic field H_AC created by the
In the
磁場強度適性判定部483は、SBI変化測定部482による測定結果(2次のサイドバンドの強度SBI_2ndの交流磁場強度HACi依存性の変化の有無、および(2次のサイドバンドの強度の交流磁場強度依存性に変化があった場合には)2次のサイドバンドの強度SBI_2ndの交流磁場強度依存性に変化が生じたときの交流磁場H_ACの強度HACi)に基づき、制御用直流磁場H_DCの強度の適性および/または交流磁場H_ACの強度の適性を判定することができる。The magnetic field strength
たとえば、制御用直流磁場H_DCの強度をある値に固定しておき、交流磁場H_ACの強度を変化させて、スペクトル測定部47によりスペクトルを測定したとする。
磁場強度適性判定部483が、強度特性の傾きの変化点T_PNTを検出したとき、そのときの交流磁場H_ACの強度が、試料SMPLの表面の直流磁場特性の測定に適用される交流磁場の強度よりも大きければ、制御用直流磁場H_DCの強度も、交流磁場H_ACの強度も適正であると判断できる。For example, it is assumed that the intensity of the control DC magnetic field H_DC is fixed to a certain value, the intensity of the AC magnetic field H_AC is changed, and the spectrum is measured by the spectrum measuring unit 47.
When the magnetic field strength
一方、磁場強度適性判定部483が、強度特性の傾きの変化点T_PNTを検出したとき、そのときの交流磁場H_ACの強度が、試料SMPLの表面の直流磁場特性の測定に適用される交流磁場の強度以下であれば、制御用直流磁場H_DCの強度または交流磁場H_ACの強度が不適正であると判定できる。
この場合には、制御用直流磁場H_DCの強度を小さくするか、または交流磁場H_ACの強度を小さくする必要があるので、制御用直流磁場H_DCの強度または交流磁場H_ACの強度を変更して、再度、スペクトルを測定しなおして、磁場強度の適性を判断する。On the other hand, when the magnetic field strength
In this case, it is necessary to reduce the strength of the control DC magnetic field H_DC or to reduce the strength of the AC magnetic field H_AC. Therefore, the strength of the control DC magnetic field H_DC or the strength of the AC magnetic field H_AC is changed again. , Measure the spectrum again to determine the suitability of the magnetic field strength.
以上述べたように、図22の磁気力顕微鏡4では、励振しているソフト磁性探針40に交流磁場H_ACと制御用直流磁場H_DCとを印加し、ソフト磁性探針40により、直流磁場H_DCSMPLを発生する試料SMPLの表面を走査する。
この走査において、ソフト磁性探針40の振動を検出することで、試料SMPLの表面の直流磁場特性(直流磁場H_DCSMPL)を測定することができる。As described above, in the
In this scanning, by detecting the vibration of the soft
<2.3 磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法>
図26は、図22に示した評価装置を用いて本発明の制御用磁場調整方法を実施する場合の処理を示すフローチャートである。
試料セットステップS400:測定したい試料SMPLを試料テーブルにセットする。
消磁ステップS410: ソフト磁性探針40の磁化を交流消磁する。たとえば、周波数100Hzの交流磁場を、強度が5kOeから0kOeまでゆっくり減少するよう探針チップ402に印加する。<2.3 Magnetic Field Adjustment Method for Control of Magnetic Force Microscope>
FIG. 26 is a flow chart showing processing in the case of carrying out the control magnetic field adjustment method of the present invention using the evaluation apparatus shown in FIG.
Sample setting step S400: The sample SMPL to be measured is set on the sample table.
Demagnetization Step S410: The magnetization of the soft
探針励振ステップS420:ソフト磁性探針40を所定の角周波数ω0で励振させる。
磁場発生ステップS430: 交流磁場H_ACと制御用直流磁場H_DCとの合成磁場H_AC/DCを発生させ、探針410に合成磁場H_AC/DCを印加する。上記したように、交流磁場H_ACと、制御用直流磁場H_DCと、ステージSTGにセットされた試料SMPLが発生する直流磁場H_DCSMPLとは、式(42)及び(43)の関係を満たすことが好ましい。
このとき、制御用直流磁場H_DCの強度を初期値HDCi(r1)に設定する(S4301)。ここでは、HDCi(r1)=0としてある。
また、交流磁場H_ACの強度を初期値HACi(s1)に設定する(S4302)。Probe Excitation Step S420: The soft
Magnetic field generation step S430: A combined magnetic field H_AC / DC of the alternating current magnetic field H_AC and the control DC magnetic field H_DC is generated, and the combined magnetic field H_AC / DC is applied to the probe 410. As described above, it is preferable that the AC magnetic field H_AC, the control DC magnetic field H_DC, and the DC magnetic field H_DC SMPL generated by the sample SMPL set on the stage STG satisfy the relationships of equations (42) and (43) .
At this time, the intensity of the control DC magnetic field H_DC is set to the initial value H DCi (r 1 ) (S4301). Here, H DCi (r 1 ) = 0.
Further, the intensity of the alternating magnetic field H_AC is set to the initial value H ACi (s 1 ) (S4302).
磁場制御ステップS440は、直流磁場制御ステップS4401と交流磁場制御ステップS4402からなる。
直流磁場制御ステップS4401: ゼロ回目のループ(m=1)では、制御用直流磁場H_DCの強度をHDCi(r1)に設定し、(j−1)回目のループ(m=j)では、制御用直流磁場H_DCの強度をHDCi(rj)に設定する。なおここではHDCi(r1)<HDCi(r2)<…<HDCi(rM)である。
交流磁場制御ステップS4402:ゼロ回目のループ(n=1)では、交流磁場H_ACの強度をHACi(s1)に設定する。
k回目のループ(n=k+1)では、交流磁場H_ACの強度をHACi(sm)に設定する。なおここではHACi(s1)<HACi(s2)<…<HACi(sN)である。
探針振動検出ステップS450:ソフト磁性探針10の振動を検出し振動検出信号VIBを生成する。The magnetic field control step S440 includes a DC magnetic field control step S4401 and an AC magnetic field control step S4402.
DC magnetic field control step S4401: In the zeroth loop (m = 1), the intensity of the control DC magnetic field H_DC is set to H DCi (r 1 ), and in the (j−1) th loop (m = j), The intensity of the control DC magnetic field H_DC is set to H DCi (r j ). Here, H DCi (r 1 ) <H DCi (r 2 ) <... <H DCi (r M ).
AC magnetic field control step S4402: In the zeroth loop (n = 1), the strength of the AC magnetic field H_AC is set to H ACi (s 1 ).
In the k-th loop (n = k + 1), the intensity of the alternating magnetic field H_AC is set to H ACi (s m ). Here, H ACi (s 1 ) <H ACi (s 2 ) <... <H ACi (s N ).
Probe vibration detection step S450: The vibration of the soft
スペクトル測定ステップS460:探針振動検出ステップS450において検出された振動検出信号VIBを取得し、交流磁場H_ACの強度HACi(sn)に対応する、振動検出信号VIBのスペクトルを測定する。
磁場制御ステップS440、探針振動検出ステップS450、スペクトル測定ステップS460の処理を、nを順次増加させてn=Nまで繰り返す。
磁化飽和検出ステップS470:試料SMPLの直流磁場H_DCSMPLの測定に際して、ソフト磁性探針40の先端に形成されている磁性体薄膜の磁化が飽和したとき(2次のサイドバンドSB_2ndの強度SBI2ndの交流磁場強度HACiに対する依存性が変化したとき)の交流磁場H_ACの強度HACi(sn)を複数のスペクトル(n=1,2,・・・N)にわたる変化に基づき検出する。
そして、探針チップ402に形成されているソフト磁性材料薄膜の磁化が飽和したときの交流磁場H_ACの強度HACi(sn)が、所定の値以下であるか否かを検出する。
制御用直流磁場の強度HDCi(rm)が不適正であるとき(探針チップ402に形成されたソフト磁性材料薄膜の磁化が飽和したときの交流磁場H_ACの強度が所定の値を超えるとき)は、制御用直流磁場の強度HDCi(rm)を上げて(mの値を1増やして)、ステップS430からS470までを繰り返す。
制御用直流磁場の強度HDCi(rm)が適正であるときは、処理を終了する。Spectrum measurement step S460: The vibration detection signal VIB detected in the probe vibration detection step S450 is acquired, and the spectrum of the vibration detection signal VIB corresponding to the intensity H ACi (s n ) of the AC magnetic field H_AC is measured.
The processing of the magnetic field control step S440, the probe vibration detection step S450, and the spectrum measurement step S460 is repeated until n = N by sequentially increasing n.
Magnetization saturation detection step S470: When the magnetization of the magnetic thin film formed at the tip of the soft
Then, it is detected whether the intensity H ACi (s n ) of the AC magnetic field H_AC when the magnetization of the soft magnetic material thin film formed on the
When the intensity H DCi (r m ) of the control DC magnetic field is inappropriate (when the intensity of the alternating magnetic field H_AC when the magnetization of the soft magnetic material thin film formed on the
When the intensity H DCi (r m ) of the control DC magnetic field is appropriate, the process is ended.
磁化飽和検出ステップS470は、図27に示すように、SBI抽出ステップS4701と、SBI変化測定ステップS4702と、制御用磁場適性判定ステップS4703とを含むことができる。
SBI抽出ステップS4701では、スペクトル測定ステップS460において測定された複数のスペクトルの2次のサイドバンドSB_2ndの強度SBI2ndを抽出する。The magnetization saturation detection step S470 can include an SBI extraction step S4701, an SBI change measurement step S4702, and a control magnetic field suitability determination step S4703, as shown in FIG.
In SBI extraction step S4701, the intensity SBI 2nd of second-order sideband SB_2nd of the plurality of spectra measured in spectrum measurement step S460 is extracted.
SBI変化測定ステップS4702では、2次のサイドバンドの強度SBI2nd(rm)の交流磁場強度HACiに対する依存特性に変化が生じたときの交流磁場H_ACの強度を測定する。
すなわち、強度がHDCi(rm)である制御用直流磁場H_DCの下で、交流磁場H_ACの強度HACiをある値HACi(s1)から所定値HACi(sN)まで変化させ、SBI抽出ステップS4701において抽出された2次のサイドバンドの強度SBI2nd(rm,sn)の交流磁場強度HACi依存性に変化が生じたときの交流磁場H_ACの強度HACi(sn)を測定する。
制御用磁場適性判定ステップS4703では、SBI変化測定ステップS4701における測定結果(2次のサイドバンドSB_2ndの強度SBI2ndの交流磁場強度HACi依存特性に変化が生じたときの交流磁場H_ACの強度)に基づき、制御用直流磁場の強度HDCi(rm)の適性を判定する。In the SBI change measurement step S4702, the strength of the alternating magnetic field H_AC when the dependence of the secondary sideband strength SBI 2nd (r m ) on the AC magnetic field strength H ACi changes is measured.
That is, under the control DC magnetic field H_DC whose strength is H DCi (r m ), the strength H ACi of the AC magnetic field H_AC is changed from a certain value H ACi (s 1 ) to a predetermined value H ACi (s N ) SBI extraction step the intensity of the second-order sideband extracted in S4701 SBI 2nd (r m, s n) of the alternating magnetic field intensity H ACi of the alternating magnetic field H_AC when a change occurs in the dependent intensity H ACi (s n) Measure
In the control magnetic field suitability determination step S4703, the measurement result in the SBI change measurement step S4701 (the strength of the AC magnetic field H_AC when the AC magnetic field strength H ACi dependent characteristic of the strength SBI 2nd of the second sideband SB_2nd changes) Based on the above, the suitability of the control DC magnetic field strength H DCi (r m ) is determined.
制御用磁場適性判定ステップS4703において、制御用直流磁場の強度HDCi(rm)が不適正であるときは、制御用直流磁場の強度HDCi(rm)を一段階上げて(mの値を1増やして)、ステップS430からS470までを繰り返す。制御用直流磁場の強度HDCi(rm)が適正であるときは、処理を終了する。In the control field adequacy evaluation step S4703, when the control DC magnetic field strength H DCi (r m) is improper is raised intensity H DCi (r m) a stage of control DC magnetic field (the value of m By one) and repeat steps S430 to S470. When the intensity H DCi (r m ) of the control DC magnetic field is appropriate, the process is ended.
11 評価装置
111 探針励振部
112 交流磁場発生部
113 交流磁場制御部
114 探針振動検出部
115 スペクトル測定部
116 SBI抽出部
117 SBI変化測定部
118 変化遷移点検出部
119 評価結果出力部
1111 交流電源
1112 圧電素子
1141 レーザ(LSR)
1142 フォトディテクタ(PD)
21 評価装置
211 探針励振部
212 交流磁場発生部
213 交流磁場制御部
214 探針振動検出部
215 スペクトル測定部
216 SBI抽出部
217 SBI変化測定部
218 変化遷移点検出部
219 探針飽和磁化特性検出部
2111 交流電源
2112 圧電素子
2141 レーザ(LSR)
2142 フォトディテクタ(PD)
31 評価装置
311 探針励振部
312 直流磁場・交流磁場発生部
313 直流磁場・交流磁場制御部
314 探針振動検出部
315 スペクトル測定部
316 SBI抽出部
317 SBI変化測定部
318 探針品質検出部
3111 交流電源
3112 圧電素子
3141 レーザ(LSR)
3142 フォトディテクタ(PD)
4 磁気力顕微鏡
40 ソフト磁性探針
41 探針励振部
42 合成磁場発生部
43 磁場制御部
44 探針振動検出部
45 走査部
46 直流磁場特性測定部
47 スペクトル測定部
48 磁化飽和検出部
401 カンチレバーのアーム
402 探針チップ
403 ソフト磁性材料薄膜
411 交流電源
412 圧電素子
421 交流コイル
422 直流コイル
420 コイル
441 レーザ(LSR)
442 フォトディテクタ(PD)
481 SBI抽出部
482 SBI変化測定部
483 磁場強度適性判定部11 evaluation apparatus 111
1142 Photo Detector (PD)
21
2142 Photo Detector (PD)
31
3142 Photodetector (PD)
DESCRIPTION OF
442 Photodetector (PD)
481
Claims (18)
前記探針を励振させる探針励振部と、
交流磁場を発生し前記探針に当該交流磁場を印加する交流磁場発生部と、
前記交流磁場の強度が変化するように前記交流磁場発生部を制御する交流磁場制御部と、
前記探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
前記探針振動検出部により生成された振動検出信号を取得し、前記交流磁場の強度に対応する前記振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
前記スペクトル測定部により測定されたスペクトルに現われた2次のサイドバンドの強度を抽出する、または前記スペクトル測定部により測定されたスペクトルに現われた1次および2次のサイドバンドの強度を抽出する、SBI抽出部と、
前記SBI抽出部によって抽出されたサイドバンドの強度の、前記交流磁場の強度に対する変化を測定するSBI変化測定部と、
前記SBI変化測定部により測定された前記変化に基づいて前記探針の特性を評価する評価結果出力部と
を備える、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。An apparatus used for characterizing a probe for a magnetic force microscope for measuring a direct current magnetic field or an alternating current magnetic field generated from a sample, comprising:
A probe excitation unit for exciting the probe;
An alternating magnetic field generating unit that generates an alternating magnetic field and applies the alternating magnetic field to the probe;
An AC magnetic field control unit that controls the AC magnetic field generation unit so that the intensity of the AC magnetic field changes.
A probe vibration detection unit that detects a vibration of the probe and generates a vibration detection signal;
A spectrum measurement unit which acquires a vibration detection signal generated by the probe vibration detection unit and measures a spectrum of the vibration detection signal corresponding to the intensity of the alternating magnetic field;
Extracting the intensity of the second-order sideband appearing in the spectrum measured by the spectrum measurement unit, or extracting the intensity of the first-order and second-order sideband appearing in the spectrum measured by the spectrum measurement unit, SBI extractor,
An SBI change measurement unit that measures a change in the intensity of the side band extracted by the SBI extraction unit with respect to the intensity of the alternating magnetic field;
An evaluation device for a probe for a magnetic force microscope, comprising: an evaluation result output unit that evaluates the characteristic of the probe based on the change measured by the SBI change measurement unit.
前記探針の探針チップが強磁性体、常磁性体、超常磁性を示す材料または反磁性体を有してなる、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。The evaluation apparatus according to claim 1, wherein
An evaluation device for a probe for a magnetic force microscope, wherein the probe tip of the probe comprises a ferromagnetic body, a paramagnetic body, a material exhibiting superparamagnetism, or a diamagnetic body.
前記SBI抽出部は、前記1次および2次のサイドバンドの強度を抽出し、
前記評価結果出力部は、
前記交流磁場の強度を増加させたときに前記1次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力し、かつ、
前記交流磁場の強度を増加させたときに前記2次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より低い評価結果を出力する、
磁気力顕微鏡用探針の評価装置。The evaluation device according to claim 1, wherein the probe tip of the probe comprises a hard magnetic material of a ferromagnetic material,
The SBI extraction unit extracts the intensity of the primary and secondary sidebands,
The evaluation result output unit
When the intensity of the alternating magnetic field is increased, the higher the intensity of the first-order sideband, the higher the evaluation result is output, and
The higher the intensity of the secondary sideband when the intensity of the alternating magnetic field is increased, the lower the evaluation result is output.
Evaluation device for probe for magnetic force microscope.
前記評価結果出力部は、
前記SBI変化測定部により測定された前記2次のサイドバンドの強度の前記交流磁場の強度に対する変化が二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を遷移点として検出する、SBI変化遷移点検出部と、
前記遷移点における前記2次のサイドバンドの強度を取得し、前記探針の飽和磁化、および、前記探針の磁化が飽和したときの前記交流磁場の強度を検出する、探針飽和磁化特性検出部と
をさらに備える、磁気力顕微鏡用探針の評価装置。The evaluation device according to claim 1, wherein the probe tip of the probe comprises a soft magnetic material of a ferromagnetic material,
The evaluation result output unit
An SBI change transition that detects, as a transition point, an alternating current magnetic field intensity at which a change of the intensity of the secondary sideband measured by the SBI change measurement unit with respect to the intensity of the alternating magnetic field changes from a quadratic function change to a linear function change. Point detection unit,
Probe saturation magnetization characteristic detection that acquires the intensity of the secondary sideband at the transition point, detects the saturation magnetization of the probe, and the intensity of the AC magnetic field when the magnetization of the probe is saturated And an evaluation unit for a probe for a magnetic force microscope.
前記評価結果出力部は、前記交流磁場の強度を増加させたときに前記2次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力する、
磁気力顕微鏡用探針の評価装置。The evaluation device according to claim 1, wherein the probe tip of the probe comprises a paramagnetic or diamagnetic substance, or a material exhibiting superparamagnetic properties.
The evaluation result output unit outputs a higher evaluation result as the intensity of the second side band increases when the intensity of the AC magnetic field is increased.
Evaluation device for probe for magnetic force microscope.
前記探針を励振させる探針励振ステップと、
交流磁場を発生させ前記探針に当該交流磁場を印加する交流磁場発生ステップと、
前記交流磁場発生ステップにおいて発生された前記交流磁場の強度が変化するように前記交流磁場を制御する交流磁場制御ステップと、
前記探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
前記探針振動検出ステップにおいて生成された振動検出信号を取得し、前記交流磁場の強度に対応する前記振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
前記スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルに現われた2次のサイドバンドの強度を抽出する、または前記スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルに現われた1次および2次のサイドバンドの強度を抽出する、SBI抽出ステップと、
前記SBI抽出ステップにおいて抽出されたサイドバンドの強度の、前記交流磁場の強度に対する変化を測定するSBI変化測定ステップと、
前記SBI変化測定ステップにおいて測定された前記変化に基づいて前記探針の特性を評価する、評価結果出力ステップと
を備える、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。A method applied to the characterization of a magnetic force microscope probe for measuring a direct current magnetic field or an alternating current magnetic field generated from a sample,
A probe excitation step of exciting the probe;
An alternating magnetic field generating step of generating an alternating magnetic field and applying the alternating magnetic field to the probe;
An AC magnetic field control step of controlling the AC magnetic field such that the intensity of the AC magnetic field generated in the AC magnetic field generating step is changed;
A probe vibration detection step of detecting the vibration of the probe and generating a vibration detection signal;
A spectrum measurement step of acquiring a vibration detection signal generated in the probe vibration detection step and measuring a spectrum of the vibration detection signal corresponding to the intensity of the alternating magnetic field;
Extracting the intensity of the second-order sideband appearing in the spectrum measured in the spectrum measurement step, or extracting the intensity of the first-order and second-order sideband appearing in the spectrum measured in the spectrum measurement step, SBI extraction step,
An SBI change measurement step of measuring a change of the intensity of the sideband extracted in the SBI extraction step with respect to the intensity of the alternating magnetic field;
Evaluating the characteristics of the probe based on the change measured in the SBI change measurement step, an evaluation result output step.
前記探針の探針チップが強磁性体、常磁性体、超常磁性を示す材料または反磁性体を有してなる、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。The evaluation method according to claim 6, wherein
A method for evaluating a probe for a magnetic force microscope, wherein the probe tip of the probe comprises a ferromagnetic material, a paramagnetic material, a material exhibiting superparamagnetism, or a diamagnetic material.
前記SBI抽出ステップにおいて、前記1次および2次のサイドバンドの強度を抽出し、
前記評価結果出力ステップにおいて、
前記交流磁場の強度を増加させたときに前記1次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力し、かつ、
前記交流磁場の強度を増加させたときに前記2次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より低い評価結果を出力する、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。The evaluation method according to claim 6, wherein the probe tip of the probe comprises a hard magnetic material of a ferromagnetic material,
Extracting the intensities of the first and second sidebands in the SBI extraction step;
In the evaluation result output step,
When the intensity of the alternating magnetic field is increased, the higher the intensity of the first-order sideband, the higher the evaluation result is output, and
The evaluation method for a probe for a magnetic force microscope, which outputs a lower evaluation result as the intensity of the secondary side band increases when the intensity of the alternating magnetic field is increased.
前記評価結果出力ステップは、
前記SBI変化測定ステップにおいて測定された前記2次のサイドバンドの強度の前記交流磁場の強度に対する変化が二次関数変化から一次関数変化へ遷移する交流磁場強度を遷移点として検出する、SBI変化遷移点検出ステップと、
前記SBI変化遷移点検出ステップにおいて検出された遷移点、および当該遷移点における前記2次のサイドバンドの強度を取得し、前記探針の飽和磁化、および、前記探針の磁化が飽和したときの前記交流磁場の強度を検出する、探針飽和磁化特性検出ステップと
を備える、磁気力顕微鏡用探針の評価方法。The evaluation method according to claim 6, wherein the probe tip of the probe comprises a soft magnetic material of a ferromagnetic material,
The evaluation result output step is
An SBI change transition that detects, as a transition point, an alternating current magnetic field intensity at which a change of the intensity of the secondary sideband measured in the SBI change measurement step with respect to the intensity of the alternating magnetic field changes from a quadratic function change to a linear function change. Point detection step,
The transition point detected in the SBI change transition point detection step and the intensity of the secondary side band at the transition point are acquired, and the saturation magnetization of the probe and the magnetization of the probe are saturated. And a probe saturation magnetization characteristic detecting step of detecting the strength of the AC magnetic field.
前記評価結果出力ステップにおいて、前記交流磁場の強度を増加させたときに前記2次のサイドバンドの強度が高くなるほど、より高い評価結果を出力する、
磁気力顕微鏡用探針の評価方法。The evaluation method according to claim 6, wherein the probe tip of the probe comprises a paramagnetic or diamagnetic substance, or a material exhibiting superparamagnetism,
In the evaluation result output step, when the intensity of the AC magnetic field is increased, the higher the intensity of the second side band, the higher the evaluation result is output.
Evaluation method of probe for magnetic force microscope.
先端に磁性体薄膜が形成された探針チップを備えた前記探針と、
前記探針を励振させる探針励振部と、
前記交流磁場と前記制御用直流磁場との合成磁場を発生する合成磁場発生部と、
前記制御用直流磁場の強度を変化させる制御、および、前記制御用直流磁場の強度を固定して前記交流磁場の強度を順次変化させる制御を行う磁場制御部と、
前記探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
前記探針を空間駆動する走査部と、
前記探針振動検出部により検出された振動検出信号を取得し、前記探針の振動に生じた変調を解析することで前記試料の表面の直流磁場を測定する直流磁場特性測定部と、
前記探針振動検出部により検出された振動検出信号を取得し、前記交流磁場の強度に対応する前記振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定部と、
前記スペクトル測定部により測定されたスペクトルのサイドバンドの強度変化に基づき、前記探針チップに形成された前記磁性体薄膜の磁化が飽和したときの前記交流磁場の強度を検出する磁化飽和検出部と、
を備えたことを特徴とする、磁気力顕微鏡。An AC magnetic field and a control DC magnetic field are applied to the probe being excited, the surface of the sample is scanned by the probe, and the vibration of the probe is detected to measure the DC magnetic field of the surface of the sample Magnetic force microscope,
The probe having a probe tip having a magnetic thin film formed on the tip;
A probe excitation unit for exciting the probe;
A composite magnetic field generation unit that generates a composite magnetic field of the AC magnetic field and the control DC magnetic field;
A magnetic field control unit that performs control to change the strength of the control DC magnetic field, and performs control to fix the strength of the control DC magnetic field and to sequentially change the strength of the AC magnetic field;
A probe vibration detection unit that detects a vibration of the probe and generates a vibration detection signal;
A scanning unit that spatially drives the probe;
A direct current magnetic field characteristic measurement unit that measures a direct current magnetic field of the surface of the sample by acquiring a vibration detection signal detected by the probe vibration detection unit and analyzing modulation generated in the vibration of the probe;
A spectrum measurement unit which acquires a vibration detection signal detected by the probe vibration detection unit and measures a spectrum of the vibration detection signal corresponding to the intensity of the alternating magnetic field;
A magnetization saturation detection unit for detecting the intensity of the AC magnetic field when the magnetization of the magnetic thin film formed on the probe tip is saturated based on a change in sideband intensity of the spectrum measured by the spectrum measurement unit; ,
A magnetic force microscope characterized by comprising.
前記磁化飽和検出部は、
前記スペクトル測定部により測定されたスペクトルの2次のサイドバンドの強度を抽出するSBI抽出部と、
強度がゼロを含む所定範囲内のある値に設定された前記制御用直流磁場の下で、前記交流磁場の強度をある値から所定値まで変化させ、前記SBI抽出部により抽出された前記2次のサイドバンドの強度の前記交流磁場の強度に対する変化の、二次関数変化から一次関数変化への遷移の有無を検出し、前記遷移を検出した場合には、前記遷移が生じたときの前記交流磁場の強度を測定するSBI変化測定部と、
前記SBI変化測定部による測定結果に基づき、前記制御用直流磁場の強度の適性および/または前記交流磁場の強度の適性を判定する磁場強度適性判定部と、
を備えたことを特徴とする、磁気力顕微鏡。The magnetic force microscope according to claim 11, wherein
The magnetization saturation detection unit
An SBI extraction unit for extracting the intensity of the secondary side band of the spectrum measured by the spectrum measurement unit;
Under the control DC magnetic field set to a certain value within a predetermined range including zero, the strength of the alternating current magnetic field is changed from a certain value to a predetermined value, and the second-order extracted by the SBI extraction unit Detecting the presence or absence of a transition from a quadratic function change to a linear function change of the change of the sideband intensity with respect to the intensity of the alternating current magnetic field and detecting the transition, the alternating current when the transition occurs An SBI change measurement unit that measures the strength of the magnetic field;
A magnetic field strength aptitude determining unit that determines the aptitude of the intensity of the control DC magnetic field and / or the aptitude of the ac magnetic field based on the measurement result by the SBI change measurement portion;
A magnetic force microscope characterized by comprising.
前記探針チップに形成された前記磁性体薄膜がソフト磁性材料からなることを特徴とする、磁気力顕微鏡。The magnetic force microscope according to claim 11, wherein
The magnetic force microscope, wherein the magnetic thin film formed on the probe tip is made of a soft magnetic material.
前記合成磁場発生部が、交流電流と直流電流との合成電流により駆動されるコイルを有してなる、磁気力顕微鏡。The magnetic force microscope according to claim 11, wherein
The magnetic force microscope, wherein the combined magnetic field generation unit includes a coil driven by combined current of alternating current and direct current.
前記合成磁場発生部が、交流電流により駆動される第1のコイルおよび直流電流により駆動される第2のコイルを有してなる、磁気力顕微鏡。The magnetic force microscope according to claim 11, wherein
The magnetic force microscope, wherein the combined magnetic field generation unit comprises a first coil driven by an alternating current and a second coil driven by a direct current.
前記探針を励振させる探針励振ステップと、
前記交流磁場と前記制御用直流磁場との合成磁場を発生させ、前記探針に前記合成磁場を印加する制御用磁場発生ステップと、
前記制御用直流磁場の強度を変化させる制御、および、前記制御用直流磁場の強度を固定して前記交流磁場の強度を変化させる制御を行う磁場制御ステップと、
前記探針の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
前記探針振動検出ステップにおいて検出された振動検出信号を取得し、前記交流磁場の強度に対応する前記振動検出信号のスペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
前記試料の直流磁場の測定に際して、前記探針の先端に備えた探針チップに形成された磁性体薄膜の磁化が飽和するか否かを、前記スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルのサイドバンドの強度変化に基づき検出する磁化飽和検出ステップと、
を有することを特徴とする、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。An AC magnetic field and a control DC magnetic field are applied to the probe being excited, the surface of the sample is scanned by the probe, and the vibration of the probe is detected to measure the DC magnetic field of the surface of the sample Method of controlling a control magnetic field of a magnetic force microscope,
A probe excitation step of exciting the probe;
A control magnetic field generation step of generating a composite magnetic field of the AC magnetic field and the control DC magnetic field, and applying the composite magnetic field to the probe;
A magnetic field control step of performing control of changing the strength of the control DC magnetic field, and performing control of fixing the strength of the control DC magnetic field and changing the strength of the AC magnetic field;
A probe vibration detection step of detecting the vibration of the probe and generating a vibration detection signal;
A spectrum measurement step of acquiring a vibration detection signal detected in the probe vibration detection step and measuring a spectrum of the vibration detection signal corresponding to the intensity of the alternating magnetic field;
When measuring the direct current magnetic field of the sample, whether or not the magnetization of the magnetic thin film formed on the probe tip provided at the tip of the probe is saturated is a side band of the spectrum measured in the spectrum measurement step. A magnetization saturation detection step of detecting based on a change in intensity;
A method of adjusting a control magnetic field of a magnetic force microscope, comprising:
前記磁化飽和検出ステップは、
前記スペクトル測定ステップにおいて測定されたスペクトルの2次のサイドバンドの強度を抽出するSBI抽出ステップと、
前記制御用直流磁場の強度をゼロを含む範囲のある値に設定し、前記交流磁場の強度をある値から所定値まで変化させ、前記SBI抽出ステップにおいて抽出された前記2次のサイドバンドの強度の前記交流磁場の強度に対する変化の、二次関数変化から一次関数変化への遷移の有無を検出し、前記遷移を検出した場合には、前記遷移が生じたときの前記交流磁場の強度を測定するSBI変化測定ステップと、
前記SBI変化測定ステップにおける測定結果に基づき、前記制御用直流磁場の強度の適性および/または前記交流磁場の強度の適性を判定する制御用磁場適性判定ステップと、
を含むことを特徴とする磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。The control magnetic field adjustment method according to claim 16.
The magnetization saturation detection step
An SBI extraction step of extracting the intensity of the second-order sideband of the spectrum measured in the spectrum measurement step;
The intensity of the control DC magnetic field is set to a value in a range including zero, the intensity of the AC magnetic field is changed from a value to a predetermined value, and the intensity of the secondary sideband extracted in the SBI extraction step Detecting the presence or absence of a transition from a quadratic function change to a linear function change of the change of the alternating magnetic field with the strength of the alternating magnetic field, and measuring the strength of the alternating magnetic field when the transition occurs when the transition is detected SBI change measurement step
A control magnetic field aptitude determination step of determining the aptitude of the control DC magnetic field strength and / or the ac magnetic field aptitude based on the measurement result in the SBI change measurement step;
A method of adjusting a magnetic field for control of a magnetic force microscope, comprising:
前記探針チップに形成された前記磁性体薄膜がソフト磁性材料からなることを特徴とする、磁気力顕微鏡の制御用磁場調整方法。17. The magnetic force microscope according to claim 16, wherein
A method of adjusting a control magnetic field of a magnetic force microscope, wherein the magnetic thin film formed on the probe tip is made of a soft magnetic material.
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