KR101793524B1 - Focused-magnetic-field vibration-response microscopy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집속자기장 떨림반응 현미경에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 집속된 자기장에 의해 자기역학적 시료의 변형을 이용하여 시료의 표면 형상을 측정하는 집속자기장 떨림반응 현미경에 관한 것이다.
본 발명은 주사 탐침 현미경에 있어서, 시료에 집속된 교류자기장을 인가하여 상기 시료를 진동시키는 집속교류자기장 발생기를 더 포함할 수 있다. 나아가, 검출된 탐침의 움직임 중 상기 교류자기장의 주파수와 동기한 탐침의 움직임만을 추출하는 락인(lock-in) 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집속자기장 떨림반응 현미경을 개시한다.Field of the Invention The present invention relates to a condensing magnetic field vibration reaction microscope, and more particularly, to a condensing magnetic field vibration reaction microscope for measuring a surface shape of a sample using a deformation of a magnetomechanical sample by a focused magnetic field.
The scanning probe microscope of the present invention may further include a focusing AC magnetic field generator for applying an AC magnetic field focused on the sample to vibrate the sample. Further, the present invention further includes a lock-in amplifier for extracting only the motion of the probe synchronized with the frequency of the AC magnetic field during the movement of the detected probe.
Description
본 발명은 집속자기장 떨림반응 현미경에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 집속된 자기장에 의해 자기역학적 시료의 변형을 이용하여 시료의 표면 형상을 측정하는 집속자기장 떨림반응 현미경에 관한 것이다.Field of the Invention The present invention relates to a condensing magnetic field vibration reaction microscope, and more particularly, to a condensing magnetic field vibration reaction microscope for measuring a surface shape of a sample using a deformation of a magnetomechanical sample by a focused magnetic field.
일반적으로, 주사 탐침 현미경(Scanning Probe Microscope, SPM)은 나노 스케일의 과학과 기술에서 강력한 기구로서, 끝이 뾰족한 탐침을 관측하고자 하는 시료의 표면 위에서 전후 좌우로 이동하면서 표면의 높낮이와 기타 물리적 성질을 측정하는 현미경을 의미한다. 이러한, 상기 주사 탐침 현미경에는 STM(Scanning Tunneling Microscope), 원자간력 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM), 근접장 주사 광학 현미경(Near Field Scanning Optical Microscope, NSOM), 자기 힘 현미경(Magnetic Force Microscope, MFM) 등 여러 가지 방식이 있다.In general, a scanning probe microscope (SPM) is a robust instrument in nanoscale science and technology. It measures the height and other physical properties of the surface while moving the tip of the probe over the surface of the sample to be observed. . The scanning probe microscope may be a Scanning Tunneling Microscope (AFM), an Atomic Force Microscopy (AFM), a Near Field Scanning Optical Microscope (NSOM), a Magnetic Force Microscope (MFM) There are a variety of ways.
그 중에서도, 자기 힘 현미경(MFM)은 차세대 메모리 소자인 MRAM과 스핀트로닉스 소자 등 비휘발성 자기 메모리나 고밀도 하드디스크 저장 장치 등의 분야에서 활용되고 있으며, 특히 나노스케일 구조 및 자성체의 분극 성질을 분석하는데 매우 중요한 기술로 평가받고 있다.Among them, the magnetic force microscope (MFM) is utilized in the fields of nonvolatile magnetic memories such as MRAM and spintronics devices, which are the next generation memory devices, and high density hard disk storage devices. In particular, the nanoscale structure and the polarization properties of magnetic materials are analyzed It is regarded as a very important technology.
다만, 종래의 자기 힘 현미경은 시료의 자기력을 측정하는 현미경으로서 코발트, 크롬, 니켈 등의 자성체를 입힌 탐침을 이용하여 시료의 자기력 분포를 측정하는데, 이는 비접촉 모드로 동작하였으므로 ~100nm 정도의 분해능 한계를 가지고 있었다.However, a conventional magnetic force microscope measures the magnetic force distribution of a sample using a probe coated with a magnetic substance such as cobalt, chromium, or nickel as a microscope for measuring the magnetic force of the sample. Since the magnetic force microscope operates in a noncontact mode, .
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems,
주사 탐침 현미경에 집속교류자기장 발생기를 도입하여 시료에 집속된 교류자기장을 인가함으로써 시료를 변형시키고, 그러한 시료의 변형을 접촉 모드(contact mode)에서 감지하는 향상된 분해능을 가지는 집속자기장 떨림반응 현미경을 제작하는데 그 목적이 있다.A focusing magnetic field generator is introduced in a scanning probe microscope to transform a specimen by applying an alternating magnetic field focused on the specimen, and a focused magnetic field vibration reaction microscope with an improved resolution for detecting the deformation of the specimen in contact mode It has its purpose.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경은,According to an aspect of the present invention, there is provided a condensing magnetic field vibration reaction microscope,
주사 탐침 현미경에 있어서, 시료에 집속된 교류자기장을 인가하여 상기 시료를 진동시키는 집속교류자기장 발생기를 더 포함할 수 있다.The scanning probe microscope may further include a focusing AC magnetic field generator for applying an AC magnetic field focused on the sample to vibrate the sample.
나아가, 상기 집속자기장 떨림반응 현미경은, 검출된 탐침의 움직임 중 상기 교류자기장의 주파수와 동기한 탐침의 움직임만을 추출하는 락인(lock-in) 증폭기를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the focused magnetic field vibration reaction microscope may further include a lock-in amplifier for extracting only the motion of the probe synchronized with the frequency of the AC magnetic field during the movement of the detected probe.
또한, 상기 집속교류자기장 발생기는, 축과 나란한 방향의 관통홀을 포함하고, 외측면에는 코일이 감겨있는 보빈(bobbin); 상기 관통홀에 삽입되어 자기장을 증폭시키는 막대형의 금속 코어; 상기 보빈의 하부에 설치되고, 상부 중앙에 상기 금속 코어의 일 측 말단부가 결합되며 상기 보빈 및 금속 코어를 지지하는 받침대; 및 상기 보빈의 상부에 설치되고, 상기 보빈의 진동이 상기 시료에 전달되는 것을 방지하는 재물대를 포함할 수 있다.The focusing AC magnetic field generator includes a bobbin including a through hole in a direction parallel to the axis and a coil wound on an outer surface of the bobbin. A rod-shaped metal core inserted into the through-hole to amplify a magnetic field; A pedestal provided at a lower portion of the bobbin and coupled to one end of the metal core at an upper center thereof and supporting the bobbin and the metal core; And a platform disposed on the bobbin to prevent vibration of the bobbin from being transmitted to the sample.
또한, 상기 금속 코어는, 상기 시료를 지향하는 상기 금속 코어의 타 측 말단부가 첨단으로 갈수록 그 직경이 좁아질 수 있다.In addition, the diameter of the metal core may become narrower toward the distal end of the other-side end portion of the metal core that directs the sample.
또한, 상기 재물대는, 상기 보빈, 금속 코어 및 받침대와 물리적으로 이격되어 설치될 수 있다.Further, the lifting bar may be physically spaced apart from the bobbin, the metal core, and the pedestal.
또한, 상기 집속자기장 떨림반응 현미경은, 접촉 모드(contact mode)로 동작할 수 있다.In addition, the focusing magnetic field vibration reaction microscope may operate in a contact mode.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경을 이용하여 시료를 측정하는 방법에 있어서,According to an aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a sample using a condensing magnetic field vibration reaction microscope,
시료에 집속된 교류자기장을 인가하는 단계; 상기 집속된 교류자기장에 의해 자기장을 받은 시료의 국소적인 영역이 진동하고, 상기 진동에 따른 탐침의 움직임을 검출하는 단계; 상기 탐침의 움직임 중 상기 교류자기장의 주파수와 동기한 탐침의 움직임만을 추출하는 단계; 추출된 탐침의 움직임 정보에 기초하여 상기 시료 또는 탐침을 이동시켜는 단계를 포함할 수 있다.Applying an alternating magnetic field to the sample; Detecting a movement of the probe according to the vibration, the localized region of the sample having received the magnetic field by the focused AC magnetic field vibrates; Extracting only the motion of the probe synchronized with the frequency of the AC magnetic field during the movement of the probe; And moving the sample or the probe based on the extracted motion information of the probe.
본 발명은 일반적으로 쓰이는 주사 탐침 현미경에 집속교류자기장 발생기만을 도입하는 간단한 방법으로 ~10 nm 정도의 향상된 공간분해능을 가지며 ~10 pm 수준의 미세 떨림반응을 인지하는 집속자기장 떨림반응 현미경을 제작할 수 있다.The present invention can produce a focused magnetic field tremor response microscope having a spatial resolution of ~ 10 nm and recognizing a micro-tremor response of ~ 10 pm by simply introducing a focused AC magnetic field generator into a commonly used scanning probe microscope .
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 집속교류자기장 발생기의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 집속교류자기장 발생기가 장착된 집속자기장 떨림반응 현미경의 일례를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경을 이용한 시료 측정 방법의 순서를 도시한 것이다.
도 5는 집속된 교류자기장을 인가하지 않은 상태에서 시료 표면 형상을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 6은 집속된 교류자기장을 인가한 상태에서 시료 표면 형상을 측정한 결과를 도시한 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
FIG. 1 shows the configuration of a focusing magnetic field vibration reaction microscope according to the present invention.
FIG. 2 shows an example of a converging alternating magnetic field generator according to the present invention.
FIG. 3 illustrates an example of a concentrated magnetic field vibration reaction microscope equipped with a focused alternating magnetic field generator according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of measuring a sample using a condensing magnetic field vibration reaction microscope according to the present invention.
FIG. 5 shows the result of measurement of the surface shape of a sample in a state in which a focused AC magnetic field is not applied.
FIG. 6 shows the result of measurement of the surface shape of the sample under the application of the focused AC magnetic field.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to aid in a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular form of a term includes plural forms of meaning. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.It is also to be understood that the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms may be used to distinguish one component from another .
이하에서는, 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경의 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a focused magnetic field vibration reaction microscope according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경의 구성을 도시한 것이다.FIG. 1 shows the configuration of a focusing magnetic field vibration reaction microscope according to the present invention.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경은, 탐침(4), 레이저 발생기(102), 광 검출기(104), 스캐너(106), 전류 공급기(108), 락인 증폭기(110), 컨트롤러(112) 및 집속교류자기장 발생기(10)를 포함하여 구성될 수 있다.1, a condensing magnetic field vibration reaction microscope according to the present invention includes a
먼저, 상기 탐침(4)은 바늘 및 캔틸레버를 포함할 수 있으며, 상기 바늘은 시료(2) 표면에 접촉 또는 비접촉 상태로 이동하며 시료와의 관계에서 다양한 힘을 감지하고, 상기 캔틸레버는 상기 다양한 힘에 의해 상기 시료(2)에 수직인 방향(z축)으로 움직일 수 있다.First, the
상기 레이저 발생기(102)는 상기 탐침(4)의 움직임을 감지하기 위해 상기 탐침(4)에 레이저를 조사한다.The laser generator 102 irradiates the
상기 광 검출기(104)는 상기 탐침(4)으로부터 반사된 레이저를 수신하여 상기 탐침(4)의 위치 및 움직임을 감지한다.The
상기 스캐너(106)는 상기 탐침(4)이 시료(2)의 표면 전체를 탐지할 수 있도록 상기 시료(2)를 x축, y축 방향으로 움직일 수 있다. 다만, 그에 국한되는 것은 아니고, 도시하지는 않았으나, 상기 스캐너(106)는 상기 시료(2)를 움직이는 대신에, 상기 탐침(4)을 x축, y축 방향으로 움직이도록 제어하는 구조로 제작될 수도 있다.The
상기 전류 공급기(108)는 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경의 각 구성에 전력을 공급할 수 있다. 특히, 교류자기장 발생기(10)에서 교류자기장이 발생할 수 있도록 교류 전류를 공급할 수 있다.The
상기 락인 증폭기(110)는 상기 광 검출기(104)에서 수신한 상기 탐침(4)의 움직임 정보 중 시료(2)의 표면 측정과 무관한 잡음신호를 제거할 수 있다. 본 발명에서는 상기 집속교류자기장 발생기(10)에서 발생한 교류자기장의 주파수와 다른 주파수를 가지는 탐침(4)의 움직임은 상기 시료(2) 표면의 형상 측정과 무관하므로, 상기 락인 증폭기(110)를 통해 걸러지게 된다.The lock-in
상기 컨트롤러(112)는 상기 락인 증폭기(110)로부터 정보를 수신하고 상기 스캐너(106)에 피드백 정보를 전송하여, 상기 스캐너(106)가 상기 시료(2) 또는 탐침(4)을 정확히 포지셔닝할 수 있도록 제어한다.The
상기 집속교류자기장 발생기(10)는 상기 전류 공급기(108)로부터 수신된 교류 전류를 이용하여 집속된 교류자기장을 발생시킨다. 발생된 교류자기장은 상기 시료(2)에 인가된다. 상기 집속된 교류자기장이 시료(2)에 인가되면, 입자의 자성 특성에 의해 역압자기 효과가 발생하고 이러한 역압자기 현상은 시료(2)의 변형을 유발한다. 특히, 상기 시료(2)가 강자성 특성을 가지는 시료일 경우 인가된 교류 자기장에 의한 변형의 정도가 커지게 되므로, 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경의 효과는 상승될 수 있다. 더불어, 자기장을 집속시킴으로써 불필요한 영역에 자기장이 인가되는 것을 최소화할 수 있다. 이는 측정 영역 외의 영역이 떨리는 것을 방지하고 잡음 생성을 최소화하여 감도를 현격히 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 시료(2)가 강자성 특성뿐만 아니라 강유전성 특성을 동시에 가지는 경우에도, 상기 시료(2)에 집속된 교류자기장이 인가되면, 시료(2)의 강자성 특성 영역에는 역압자기 현상이 일어나고, 강자성 특성 영역의 변형을 유발한다. 변형된 강자성 특성 영역은 강유전성 영역에 전해져 압전 현상을 유발한다. 이러한 원리로 상기 탐침(4)은 변형된 시료(2)의 표면을 지나며 시료(2)의 자기전기 특성에 관한 표면 형상을 측정하게 된다.The focused alternating
도 2는 본 발명에 따른 집속교류자기장 발생기(10)의 일례를 도시한 것이다.FIG. 2 shows an example of a converging alternating
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 집속교류자기장 발생기(10)는 받침대(11), 금속 코어(12), 보빈(bobbin)(13) 및 재물대(14)를 포함하여 구성될 수 있다.2, the focused alternating
상기 보빈(13)은 그 축과 나란한 방향으로 가운데에 관통홀을 포함하고, 도시되지는 않았으나, 외측면에는 상기 전류 공급기(108)에 의해 공급된 전류가 흐르는 코일을 감아 솔레노이드로 제작한다. 코일의 재료나 감은 수를 조절하여 발생되는 교류자기장의 세기를 조절할 수 있다. 상기 코일에 전류가 흐르면 상기 관통홀과 나란한 방향으로 교류자기장이 발생되고, 상기 교류자기장은 상기 시료(2)에 인가된다.The
상기 금속 코어(12)는 막대형의 금속으로서 상기 보빈의 관통홀에 삽입되어 상기 보빈에 감겨있는 코일에 의해 발생되는 자기장을 증폭시킨다. 상기 금속 코어(12)의 상기 시료(2)를 지향하는 말단부는 첨단으로 갈수록 그 직경이 좁아지는, 즉 끝이 뾰족한 형상으로 제작하여 자속 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 첨단이 뾰족한 금속 코어(12)를 삽입함으로써, 불필요한 영역에 자기장이 인가되는 것을 최소화할 수 있다. 바람직하게는, 상기 금속 코어(12)는 니켈과 철의 이원합금에 소량의 Mo, Cr, Mn 등을 첨가한 고투자율의 합금일 수 있다.The
상기 받침대(11)는 상기 보빈(13)의 하부에 설치되며, 상기 받침대(11)의 상부 중앙에는 상기 금속 코어(12)의 일 측 말단부가 결합될 수 있다. 상기 보빈(13) 및 금속 코어(12)를 결합시키고 지지하는 역할을 한다.The
상기 재물대(14)는 상기 보빈(13), 금속 코어(12) 및 받침대(11)를 둘러싸는 통의 형태일 수 있다. 상기 재물대(14)는 상기 보빈(13)의 진동이 상기 시료(2)로 전달되지 않도록 상기 보빈(13) 및 받침대(11)와 물리적으로 이격되어 설치될 수도 있다.The
다만, 도 2에서 도시한 집속교류자기장 발생기(10)는 집속된 교류자기장을 발생시킬 수 있는 장치 중 하나의 예시에 불과하고, 이와 다른 다양한 형태로 제작될 수 있음은 물론이다.However, it is needless to say that the converging alternating current
도 3은 본 발명에 따른 집속교류자기장 발생기가 장착된 집속자기장 떨림반응 현미경의 일례를 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates an example of a concentrated magnetic field vibration reaction microscope equipped with a focused alternating magnetic field generator according to the present invention.
상기 도 2의 집속교류자기장 발생기(10)를 스페이서(15)에 삽입하고 실제 현미경에 장착하여 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경을 구현한 모습이다.The
도 4는 본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경을 이용한 시료 측정 방법의 순서를 도시한 것이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of measuring a sample using a condensing magnetic field vibration reaction microscope according to the present invention.
본 발명에 따른 집속자기장 떨림반응 현미경을 이용한 시료 측정 방법은, 시료에 집속된 교류자기장을 인가하는 단계(S410), 탐침의 움직임을 검출하는 단계(S420), 교류자기장의 주파수와 동기한 탐침의 움직임만을 추출하는 단계(S430), 추출된 정보에 기초하여 시료 또는 탐침을 이동시키는 단계(S440)를 포함하여 구성될 수 있다.A method of measuring a sample using a condensing magnetic field vibration reaction microscope according to the present invention includes the steps of applying an AC magnetic field focused on a sample (S410), detecting a movement of the probe (S420), measuring a probe synchronized with the frequency of the AC magnetic field A step of extracting only a motion (S430), and a step of moving a sample or a probe based on the extracted information (S440).
먼저, S410 단계에서 집속교류자기장 발생기(10)를 이용하여 측정하고자 하는 시료(2)에 교류자기장을 인가한다. 상기 교류자기장에 의한 역압자기 효과로 상기 시료(2) 입자의 변형이 유발된다. 특히, 상기 시료(2)가 강자성 특성 및 강유전성 특성 중 적어도 하나 이상을 가지는 경우, 상기 교류자기장에 의한 효과는 상승될 수 있다.First, in step S410, an AC magnetic field is applied to the
S420 단계에서는 상기 시료(2)의 변형에 의한 탐침(4)의 움직임을 검출한다. 상기 탐침(4)이 상기 시료(2)의 표면을 지날 때, 레이저 발생기(102)는 상기 탐침(4)에 레이저를 조사하고, 반사된 레이저를 광 검출기(104)에서 검출함으로써 상기 탐침(4)의 상기 시료(2)의 수직방향에 대한 움직임을 감지한다. 추가적으로, 감지된 시료(2)의 움직임을 이용하여, 상기 시료(2) 표면 형상을 이미지화한다.In step S420, the movement of the
S430 단계에서는 상기 교류자기장 발생기(10)에서 생성된 교류자기장과 동기한 탐침 움직임만을 추출한다. 즉, 상기 교류자기장에 의하지 않은 탐침(4)의 움직임을 배제함으로써 시료 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.In step S430, only probe motions synchronized with the alternating magnetic field generated by the AC
S440 단계에서는 추출된 정보에 기초하여 시료(2) 또는 탐침(4)을 이동시킨다. 상기 시료 표면의 모든 영역을 상기 탐침(4)이 주사할 수 있도록 상기 시료(2) 또는 탐침(4)의 위치를 변경시키는 것이다. 위치를 변경시킨 후, 다시 상기 S410 내지 S430 단계를 반복 수행함으로써, 상기 시료(2) 표면의 모든 영역의 형상을 측정할 수 있다. 구체적으로, 락인 증폭기(110)로부터 잡음신호가 제거된 교류자기장에 의한 탐침(4)의 움직임 정보를 수신한 컨트롤러(112)가 스캐너(106)를 제어함으로써 상기 시료(2) 또는 탐침(4)을 이동시킨다.In step S440, the
도 5는 집속된 교류자기장을 인가하지 않은 상태에서 시료 표면 형상을 측정한 결과를 도시한 것이다.FIG. 5 shows the result of measurement of the surface shape of a sample in a state in which a focused AC magnetic field is not applied.
도 5의 좌측 이미지에서 밝고 돌출된 것으로 보이는 영역이 강자성 특성을 갖는 영역이고, 이외에 평평한 것으로 보이는 영역이 강유전성 특성을 갖는 영역이다. 그러나, 우측 이미지에서 볼 수 있는 바와 같이 집속된 교류자기장을 시료에 인가하지 않은 상태에서는 시료 표면 형상이 제대로 측정되지 않음을 확인할 수 있다.In the left image of FIG. 5, the region that appears bright and protruded is a region having ferromagnetic characteristics, and the region that appears flat is a region having ferroelectric characteristics. However, as can be seen from the right image, it can be confirmed that the shape of the surface of the sample is not measured properly when the focused AC magnetic field is not applied to the sample.
도 6은 집속된 교류자기장을 인가한 상태에서 시료 표면 형상을 측정한 결과를 도시한 것이다.FIG. 6 shows the result of measurement of the surface shape of the sample under the application of the focused AC magnetic field.
집속된 교류자기장을 시료에 인가한 상태에서는 강자성 특성을 갖는 영역에서는 역압자기 현상에 의한 감응 신호가 검출되고, 상기 강자성 특성 영역의 변형이 강유전성 특성을 갖는 영역에도 전해져 교류자기장과 같은 주파수의 감응 신호가 검출된다. 실제 좌측 이미지와 흡사하게, 시료 표면 형상이 비교적 구체적으로 측정되었음을 확인할 수 있다.When a focused AC magnetic field is applied to a sample, a response signal due to a back-pressure magnetic phenomenon is detected in a region having a ferromagnetic characteristic, a deformation of the ferromagnetic characteristic region is transmitted to a region having a ferroelectric characteristic, Is detected. It can be confirmed that the shape of the surface of the sample is relatively specifically measured in a manner similar to the actual left image.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.
2: 시료 4: 탐침
10: 집속교류자기장 발생기 11: 받침대
12: 금속 코어 13: 보빈
14: 재물대 15: 스페이서
102: 레이저 생성기 104: 광 검출기
106: 스캐너 108: 전류 공급기
110: 락인 증폭기 112: 컨트롤러2: Sample 4: Probe
10: focusing magnetic field generator 11: pedestal
12: metal core 13: bobbin
14: Material 15: Spacer
102: laser generator 104: photo detector
106: scanner 108: current supply
110: lock-in amplifier 112: controller
Claims (7)
시료에 집속된 교류자기장을 인가하여 상기 시료를 진동시키는 집속교류자기장 발생기를 더 포함하고;
상기 집속교류자기장 발생기는,
축과 나란한 방향의 관통홀을 포함하고, 외측면에는 코일이 감겨있는 보빈(bobbin) 및;
상기 관통홀에 삽입되어 자기장을 증폭시키는 막대형의 금속 코어를 포함하며,
상기 금속 코어는,
상기 시료를 지향하는 상기 금속 코어의 타 측 말단부가 첨단으로 갈수록 그 직경이 좁아지는 것을 특징으로 하는 집속자기장 떨림반응 현미경.
In a scanning probe microscope,
Further comprising a focused AC magnetic field generator for applying an AC magnetic field focused on the sample to vibrate the sample;
The focusing AC magnetic field generator includes:
A bobbin including a through hole in a side-by-side direction and a coil wound on an outer side;
And a rod-shaped metal core inserted into the through-hole to amplify a magnetic field,
Wherein the metal core comprises:
Wherein a diameter of the other end portion of the metal core that is oriented toward the sample becomes narrower toward the tip end.
상기 집속자기장 떨림반응 현미경은,
검출된 탐침의 움직임 중 상기 집속된 교류자기장의 주파수와 동기한 탐침의 움직임만을 추출하는 락인(lock-in) 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집속자기장 떨림반응 현미경.
The method according to claim 1,
The focusing magnetic field tremor reaction microscope,
And a lock-in amplifier for extracting only the movement of the probe synchronized with the frequency of the focused AC magnetic field during the movement of the detected probe.
상기 집속교류자기장 발생기는,
상기 보빈의 하부에 설치되고, 상부 중앙에 상기 금속 코어의 일 측 말단부가 결합되며 상기 보빈 및 금속 코어를 지지하는 받침대; 및
상기 보빈의 상부에 설치되고, 상기 보빈의 진동이 상기 시료에 전달되는 것을 방지하는 재물대를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속자기장 떨림반응 현미경.
The method according to claim 1,
The focusing AC magnetic field generator includes:
A pedestal provided at a lower portion of the bobbin and coupled to one end of the metal core at an upper center thereof and supporting the bobbin and the metal core; And
And a platform disposed on the bobbin for preventing vibration of the bobbin from being transmitted to the specimen.
상기 재물대는,
상기 보빈, 금속 코어 및 받침대와 물리적으로 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 집속자기장 떨림반응 현미경.
The method of claim 3,
The above-
Wherein the bobbin, the metal core, and the pedestal are physically spaced apart from each other.
상기 집속자기장 떨림반응 현미경은,
접촉 모드(contact mode)로 동작하는 것을 특징으로 하는 집속자기장 떨림반응 현미경.
The method according to claim 1,
The focusing magnetic field tremor reaction microscope,
Wherein the contact microscope is operated in a contact mode.
시료에 집속된 교류자기장을 인가하는 단계;
상기 집속된 교류자기장에 의해 시료의 국소적 영역이 진동하고, 상기 진동에 따른 탐침의 움직임을 검출하는 단계;
상기 탐침의 움직임 중 상기 교류자기장의 주파수와 동기한 탐침의 움직임만을 추출하는 단계;
추출된 탐침의 움직임 정보에 기초하여 상기 시료 또는 탐침을 이동시켜는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 측정 방법.A method for measuring a sample using a focused magnetic field vibration reaction microscope according to claim 1,
Applying an alternating magnetic field to the sample;
Detecting a movement of the probe due to the oscillation of the localized region of the sample by the focused AC magnetic field;
Extracting only the motion of the probe synchronized with the frequency of the AC magnetic field during the movement of the probe;
And moving the sample or probe based on the motion information of the extracted probe.
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