JP4068495B2 - Scanning probe microscope - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、先端に微小な探針を有するプローブと、プローブの変位を検出する手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面凹凸などの表面形状あるいは試料の表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の走査型プローブ顕微鏡は、先端に微小な探針を有するプローブと、プローブの変位を検出する手段と、試料を移動させる試料移動手段とを備えて、試料周囲に磁場印加手段を設置して磁場を一定にして試料の測定領域の磁気分布を像として測定し、磁場印加の大きさを別の一定値に変更して同じ測定領域の磁気分布の変化を像として測定していた。また従来の磁場印加では磁場印加に伴う試料の磁気特性の変化や試料の磁歪(変位)が測定されていて、磁場印加に伴う試料の電気特性の変化を自動で測定されていなかった。また磁場印加の向きは正逆のみで試料面内における磁場印加の方向(角度)を変えることもできなかった。(特許文献1参照)
【0003】
【特許文献1】
特開平8−233833号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の走査型プローブ顕微鏡では、試料周囲に磁場印加の手段を設置し磁場を一定にして試料の測定領域の磁気分布を像として測定し、磁場印加の大きさを別の一定値に変更して同じ測定領域の磁気分布の変化を像として測定していたので、測定に時間がかかるという欠点があった。また従来の技術による磁場印加では磁場印加の大きさにともなう試料の電気特性の変化は自動測定されていなかった。また、磁場印加の向きは正逆のみで試料面内における磁場印加の方向(角度)を自動で変化させ、試料の電気特性変化を自動で測定することもされていなかった。
【0005】
そこで本願発明は、磁場印加の値の変化に対する電気特性の変化について短時間で測定を行なえる走査型プローブ顕微鏡を提供することを課題とした。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明では、先端に微小な探針を有するプローブと、プローブの変位を検出する手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面凹凸形状あるいは試料の表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、試料の周囲に磁場印加する手段とプローブと試料の間に流れる電流を検出する手段を有し、プローブを試料測定面上の定点に接触させ、磁場印加の操作量を自動で変化させ、前記検出した電流から得られる試料の電気特性の変化を自動表示するようにした。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明は、図に示すように、先端に微小な探針を有するプローブと、プローブの変位を検出する手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面凹凸形状あるいは試料の表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、試料の周囲に磁場印加する手段とプローブと試料の間に流れる電流を検出する手段を有し、プローブを試料測定面上の定点に接触させ、磁場印加の操作量を自動で変化させ、試料の電気特性の変化を自動表示することで、磁場印加にともなう試料の磁気特性の変化ではなく、試料の磁歪量(変位)でもなく、試料の電気特性の変化を測定できるようにした。また、プローブを試料測定面上の定点に接触させて、磁場印加の強さを自動で変化させ、試料の電気特性の変化を自動表示することで測定時間の短縮を可能にした。また、磁場印加する手段を試料の周囲に複数配置することで試料面内における磁場印加の方向(角度)も自動で連続に変化させることを可能にした。
【0008】
(実施例)
本発明の実施例について以下に図面を参照して説明する。図1は本発明の走査型プローブ顕微鏡の模式図である。図1(A)に示すように、プローブ1の先端には探針2があり、プローブ取り付け部3に装着されている。プローブ取り付け部3はリード線4を介して電流検出手段5に接続されている。プローブ1にはレーザ7が照射され、反射光は変位検出手段8に到達し、探針2の高さ(変位)は到達位置の違いとして測定される。試料9は面内に例えば磁場印加により電気特性(例えば電気抵抗)が変化する部分10が存在し、試料移動手段11上に設置される。試料移動手段11はリード線12を介して電圧印加手段13に接続されている。電圧印加手段13により電圧を印加するとリード線12を介して試料移動手段11に電圧が印加され、試料9にも同じ電圧が印加される。探針2は磁場印加により電気特性(例えば電気抵抗)が変化する部分10に接触しているので、プローブ1およびリード線4を経由して電流検出手段5に電流が流れる。印加電圧と検出した電流値より試料の電気抵抗を求めることができる。試料の周囲には磁場印加手段14が対向する配置で設置されている。磁場印加手段14はホルダ15の円周面にコイル16が巻かれ、コイル16はリード線17を介して操作手段18に接続されている。操作手段18は例えば直流電源で電圧を出力することでコイル16に電流が流れる。ホルダ15は磁性の材質が使われ、ホルダ長手方向が磁場の方向になる。コイル16に流す電流を一定に決めれば、例えばホルダ15の右端はN極となり、対向する位置に設置されている磁場印加手段のホルダの左端をS極になるようにすれば試料9の測定面に平行な磁場19(水平磁場)を作成することができる。水平磁場の強さは操作手段18によりコイル16に流す電流で変えることがでる。例えば電流を大きくすれば水平磁場の強さは大きく、電流を小さくすれば水平磁場の強さは小さくなる。また、水平磁場の方向を逆にするときはコイルに流す電流の方向を逆にしてやればよい。
【0009】
図1(B)に本発明により得られる電気特性の自動表示例を示す。探針2を磁場印加により変化する部分10に接触させた状態で電圧印加手段13により印加電圧を一定で電流検出手段5によりプローブと試料間に流れる電流値を常時モニタしておき、磁場印加手段の操作手段18の操作量を自動で変化させ、電流検出手段5で得られる電気特性量の変化を自動で表示させる。
【0010】
図2(A)に本発明により得られる別の電気特性の自動表示例を示す。横軸に操作手段18の操作量としてコイル16に流す電流値を、縦軸に電流検出手段5で検出される電流値を自動に表示する。
【0011】
図2(B)に本発明により得られるさらに別の電気特性の自動表示例を示す。水平磁場の強さを測定できる磁気センサを探針の近くに設置し、操作手段の操作量を自動で変化させるとき操作量の結果として得られる磁場の強さ(磁気センサの値)を横軸に、電流検出手段の検出電流と電圧印加手段の印加電圧から得られる試料の電気抵抗を縦軸にして自動表示する。
【0012】
図3に別の実施例を示す。図3(A)に示すように、試料の周囲には磁場印加手段34が対向する配置で設置されている。磁場印加手段34は永久磁石35の右端が例えばN極になるように操作手段38に装着され、左右方向に動くことができるようになっている。対向する位置に設置されている磁場印加手段の永久磁石35は左端がS極になるように装着され、同様に左右方向に動くことができるようになっている。N極とS極になるようにすれば試料9の測定面に平行な磁場19(水平磁場)を作成することができる。操作手段38により永久磁石35を左右方向に変更すること、あるいは対向する磁場印加手段の操作で同じく左右方向に変更すること、あるいは両者の併用で水平磁場の強さは変更することができる。例えばN極とS極の距離を大きくすれば水平磁場の強さは小さく、距離を小さくすれば水平磁場の強さは大きくなる。また、水平磁場の方向を逆にするときは操作手段に永久磁石と装着するとき取り付けの方向を逆にしてやればよい。
【0013】
図3(B)にこの発明により得られる電気特性の自動表示例を示す。探針2を磁場印加により変化する部分10に接触させた状態で電圧印加手段13により印加電圧を一定で電流検出手段5によりプローブと試料間に流れる電流値を常時モニタしておき、磁場印加手段の操作手段38の操作量でN極とS極の永久磁石間の距離を自動で変化させ、電流検出手段5で得られる電気特性量の変化を自動で表示させる。
【0014】
図4に本発明の別の実施例を示す。試料の上方から見た配置として図4で説明する。試料9上には磁場印加により変化する部分10があり、試料の周囲には磁場印加手段43および磁場印加手段48が複数配置されている。磁場印加手段44はホルダ15の円周面にコイル16が巻かれ、コイル16はリード線17を介して操作手段18に接続されている。操作手段18は例えば直流電源で電圧を出力することでコイル16に電流が流れる。ホルダ15は磁性の材質が使われ、ホルダ長手方向が磁場の方向になる。コイル16に流す電流を一定に決めれば、例えばホルダ15の右端はN極となり、対向する位置に設置されている磁場印加手段のホルダの左端をS極になるようにすれば試料9の測定面に平行な磁場49(水平磁場)を作成することができる。水平磁場の強さは操作手段18によりコイル16に流す電流で変えることがでる。例えば電流を大きくすれば水平磁場の強さは大きく、電流を小さくすれば水平磁場の強さは小さくなる。また、水平磁場の方向を逆にするときはコイルに流す電流の方向を逆にしてやればよい。さらに同様な磁場印加手段43が前記磁場印加手段44に例えば直交する配置で設置されていて、試料9の測定面に平行な磁場41(水平磁場)を作成することができる。
【0015】
次に2組の磁場印加手段を用いて、試料面内における各水平磁場の合成で水平磁場の方向(角度)を変更する方法を図5で説明する。まず、図5(A)では磁場印加手段44により右方向の磁場を作成し、X=100で表示することにし、もう一方の磁場印加手段43では磁場を作成しないとし、Y=0で表示している。合成された磁場の方向は図示とおり右向きであり、ベクトル角度は0度となる。次に図5(B)では磁場印加手段44により右方向の磁場を作成し、X=100で表示することにし、もう一方の磁場印加手段43でも紙面内上方向の磁場を作成し、Y=100で表示している。合成された磁場の方向は図示どおり右斜め45度の向きになり、ベクトル角度は45度となる。ここでベクトル角度を0度と45度の間にするにはX=100、Y=50などにする、つまり磁場印加手段44で作成する磁場の強さ100に対して磁場印加手段43で作成する磁場の強さ50にすればベクトル角度0度と45度の間の角度を実現できる。次に図5(C)では磁場印加手段44では磁場を作成しないとし、X=0 で表示することにし、もう一方の磁場印加手段43では紙面内上方向の磁場を作成し、Y=100で表示している。合成された磁場の方向は図示どおり紙面内上方向になり、ベクトル角度は90 度となる。以下同様にして図5(D)から図5(G) に示すように、磁場印加手段44と磁場印加手段43で磁場の方向と大きさを変化させることで合成させた結果として、試料面における水平磁場の方向(角度)を連続で変更、回転することができる。
【0016】
図6に、試料面内における磁場の方向(角度)を自動で変更し、試料の電気特性量を自動で表示する例を示す。
【0017】
図7に本発明の別の実施例を示す。試料の上方から見た配置として永久磁石での実施例を説明する。試料9上には磁場印加により変化する部分10があり、試料の周囲には磁場印加手段34および磁場印加手段53が配置されている。試料の周囲には磁場印加手段34が対向する配置で設置されている。磁場印加手段34は永久磁石35の右端が例えばN 極になるように操作手段38に装着され、左右方向に動くことができるようになっている。対向する位置に設置されている磁場印加手段の永久磁石は左端がS極になるように装着され、同様に左右方向に動くことができるようになっている。N 極とS極になるようにすれば試料9の測定面に平行な磁場59(水平磁場)を作成することができる。操作手段38により永久磁石35を左右方向に変更すること、あるいは対向する磁場印加手段の操作で同じく左右方向に変更すること、あるいは両者の併用で水平磁場の強さは変更することができる。例えばN極とS極の距離を大きくすれば水平磁場の強さは小さく、距離を小さくすれば水平磁場の強さは大きくなる。さらに同様な磁場印加手段53が前記磁場印加手段34に例えば直交する配置で設置されていて、試料9の測定面に平行な磁場51(水平磁場)を作成することができる。2組の磁場印加手段を用いて、試料面内における各水平磁場の合成で水平磁場の方向(角度)を変更する方法は前述のとおりである。
【0018】
図8に本発明の別の実施例を示す。試料の上方から見た配置としてコイルでの実施例を説明する。ホルダ15にコイル16が巻かれたものが試料を挟んで対向する位置に操作手段61上に設置されている。コイル16はリード線17を介して操作手段18に接続されている。操作手段18によりコイル16に電流を流すことで水平磁場19を作成する。本実施例では操作手段18の操作量は一定にし、操作手段61の回転を自動で行う。操作量としては操作手段61の角度とし、角度に応じて試料の電気特性量の変化を自動で表示する。
【0019】
図9に本発明の別の実施例を示す。試料の上方から見た配置として永久磁石での実施例を説明する。試料の周囲には磁場印加手段34が対向する配置で設置されている。磁場印加手段34は永久磁石35の右端が例えばN極になるように操作手段38に装着され、左右方向に動くことができるようになっている。対向する位置に設置されている磁場印加手段の永久磁石は左端がS極になるように装着され、同様に左右方向に動くことができるようになっている。N極とS極になるようにすれば試料9の測定面に平行な磁場19(水平磁場)を作成することができる。操作手段38により永久磁石35を左右方向に変更すること、あるいは対向する磁場印加手段の操作で同じく左右方向に変更すること、あるいは両者の併用で水平磁場の強さは変更することができる。例えばN極とS極の距離を大きくすれば水平磁場の強さは小さく、距離を小さくすれば水平磁場の強さは大きくなる。本実施例では操作手段38の操作量は一定にし、操作手段61の回転を自動で行う。操作量としては操作手段61の角度とし、角度に応じて試料の電気特性量の変化を自動で表示する。
【0020】
図10に真空容器と磁場印加手段を組み合わせた別の実施例を示す。真空容器81内に探針を所有するプローブ1、プローブ取り付け部3、試料9、試料移動手段11が配置されている。真空容器81には真空排気手段82が接続されている。真空容器81の上部にはウインドウ83で真空気密性が確保されていて、測定したい位置を目視あるいは顕微鏡などによる観察で確認できるようになっている。レーザ7はウインドウ83を介して真空容器81内に導入されプローブ1に照射される。照射されたレーザ7の反射光は、ウインドウ83を介して大気側に戻され変位検出手段8に到達する。試料9は試料移動手段11上に設置される。電流検出手段5に接続されるリード線4および電圧印加手段13に接続されるリード線12は真空容器81と真空気密性、電気絶縁性は確保されている。本実施例ではホルダ15を真空容器の部品のひとつとしてホルダの円周部に真空気密性をもたせて真空気密シール85で気密性を確保している。なお水平磁場19を作成するのは前述のとおりである。
【0021】
真空容器81には、ガス導入84が配置され、真空容器内81を真空排気したあと所望のガスを導入して大気圧に戻し、磁場を掃引してもよい。またガスの導入は、大気圧になる手前の負圧状態で中止し、同じく磁場を掃引してもよい。また導入するガスに水分を含ませて同じく磁場を掃引してもよい。また真空排気せず、真空容器内へガスあるいは水分を含めたガスを常時流し続けて1気圧状態で磁場を掃引してもよい。
【0022】
図11に真空容器と磁場印加手段を組み合わせた別の実施例を示す。ホルダ91の先端の右端には永久磁石92が装着され、N極が右側になっている。ホルダ91の円周部には真空気密シール85で真空容器81と気密性が確保され、かつ、操作手段38により左右方向の動作が気密性を確保したまま可能になっている。対向する永久磁石は左側がS極になっていて、磁石間の距離を変えることで磁場99の強さを自動掃引するようになっている。
【0023】
図12に真空容器と磁場印加手段を組み合わせた別の実施例を示す。永久磁石を真空容器81の外側(大気側)に置き、操作手段38で左右方向に動作させることでN極とS極の距離を変えることで磁場19の大きさを変えることができ、前述同様に磁場を自動掃引することができる。なお永久磁石の代りに電磁石(コイル)としてもよい。
【0024】
図13に加熱冷却手段と磁場印加手段を組み合わせた別の実施例を示す。図13(A)に示すように試料9は加熱冷却手段111の上に設置され、加熱冷却手段111は試料移動手段11上に設置されている。加熱冷却手段111は内部にヒータが組み込まれていて試料9を加熱することができる。また加熱冷却手段111は熱伝導手段112を介して冷却供給手段113と接続されている。熱伝導手段は銅箔、銀箔などの金属箔でフレキシブルなものが使用される。冷却供給手段113には内部に液体窒素などの冷媒をため込む空間があり、冷却供給源となっている。冷却供給手段113が冷えることで 熱伝導手段112を介して加熱冷却手段111が冷却される。また、冷却供給手段で加熱冷却手段を冷やしながら加熱冷却手段に内蔵されるヒ−タの出力を調整することで 冷却から加熱までの任意の温度に制御することができる。試料9を所望の温度にして磁場を自動掃引することができる。図13(B)に試料を所望の温度にして磁場を自動掃引して試料の電気抵抗の変化を自動表示した実施例を示す。
【0025】
図14は本発明の別の実施例である。水平磁場印加以外に垂直磁場印加の例である。ホルダ121は例えば円筒状の部品であり、外周部にはコイル122が巻かれている。コイル122に電流を流すと試料9に対して垂直の磁場123が印加される。本実施例でも磁場を自動掃引して垂直磁場の変化に対する試料の電気特性変化を自動表示させてもよい。
【0026】
図15は本発明の別の実施例である。試料面に対して、水平でも垂直でもなく斜め方向の磁場印加の例である。永久磁石35は操作手段38に装着され、対向する永久磁石との距離を変化させて磁場19の強さを変えることができる。操作手段38は別の操作手段131に装着されている。操作手段38で対向する永久磁石間の距離を決めたあと、操作手段131を回転させると試料面に対して斜め入射の角度を変えることもできる。操作量(角度)を連続で変えることで試料の電気特性量の変化を自動表示させることもできる。なお永久磁石のかわりに電磁石(コイル)でもよい。
【0027】
図16は本発明の別の実施例である。プローブとしてカンチレバー(板バネ)タイプで説明してきたが、プローブとしては走査型トンネル顕微鏡で使われているSTMプローブでもよい。先端には探針142を有するプローブ141はプローブ取り付け部3に装着されていて、試料9には電圧印加手段により電圧が印加されている。試料移動手段11により試料9の磁場印加により変化する部分10を探針142に近づけていくと接触する直前に探針142と試料間にトンネル電流が流れ、一定の電流値になったところで試料移動手段による接近動作を止める。または探針を試料面に接触させた状態で接近動作を止めてもよい。次に操作手段18によりコイル16に流す電流の方向と大きさを自動掃引すると磁場19の大きさあるいは方向(角度)を自動で変化させれば、試料の電気特性量の変化を自動表示してもよい。
【0028】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0029】
先端に微小な探針を有するプローブと、プローブの変位を検出する手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面凹凸形状あるいは試料の表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、前記試料の周囲に磁場印加する手段とプローブと試料の間に流れる電流を検出する手段を有し、プローブを試料測定面上の定点に接触させ、磁場印加の操作量を自動で変化させることで試料の電気特性の変化を自動表示する効果がある。また測定位置は定点とすることで測定時間短縮の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)磁場印加手段として磁気コイルを用いて水平磁場を印加する本発明の模式図、(B)は磁場印加の操作量と試料の電気特性変化を自動で表示する本発明の模式図。
【図2】(A)は磁場印加の操作量として操作する電流値として試料の電気特性として検出される電流値として自動で表示する本発明の模式図、(B)は磁場印加の操作量として操作した結果としての磁場の強さとして試料の電気特性として検出される電流値から電気抵抗として自動で表示する本発明の模式図。
【図3】(A)は磁場印加手段として永久磁石を用いて水平磁場を印加し、電気特性を測定する本発明の模式図、(B)は磁場印加の操作量として永久磁石間の距離として試料の電気特性変化を自動で表示する本発明の模式図。
【図4】複数の磁場印加手段によりその合成磁場で試料面内の水平磁場の方向(角度)を可変にする本発明の模式図。
【図5】磁場印加手段を複数用いて各磁場の大きさと合成された水平磁場の方向を説明する本発明の模式図
【図6】磁場印加手段を複数用い、各磁場の大きさと合成された水平磁場の方向から角度から操作量としてベクトル角度とし、試料の電気特性変化を自動表示する本発明の模式図。
【図7】複数の永久磁石の各磁場の合成で試料面内の水平磁場の方向(角度)を可変にする本発明の別の模式図。
【図8】磁気コイルと回転させる操作手段を用い、試料面内の水平磁場の方向(角度)を可変にする本発明の別の模式図。
【図9】永久磁石と回転させる操作手段により試料面内の水平磁場の方向(角度)を可変にする本発明の別の模式図。
【図10】磁場印加手段の構成部品(ホルダ)に真空気密性を持たせた磁気コイルでの本発明の別の模式図。
【図11】磁場印加手段の構成部品(ホルダ)に真空気密性を持たせた永久磁石での本発明の別の模式図。
【図12】磁場印加手段を真空容器の周囲に配置し、磁場の強さを可変にする本発明の別の模式図。
【図13】(A)は加熱冷却手段により試料を所望の温度にし、磁気コイルを用いて水平磁場を印加する本発明の模式図、(B)は磁場の強さを試料温度ごとに試料の電気抵抗変化として表示する本発明の模式図。
【図14】磁場印加手段により試料面に対して垂直に磁場印加する本発明の別の模式図。
【図15】磁場印加手段により斜めに磁場印加する本発明の別の模式図。
【図16】STM(走査型トンネル顕微鏡)に応用し、磁場印加にともなう試料の電気特性変化を測定する本発明の別の模式図。
【符号の説明】
1、141…プローブ
2、142…探針
3…プローブ取り付け部
4、12、17…リード線
5…電流検出手段
7…レーザ
8…変位検出手段
9…試料
10…磁場印加により変化する部分
11…試料移動手段
13…電圧印加手段
14、34、43、44、53…磁場印加手段
15、91、121…ホルダ
16、122…コイル
18、38、42、52、61、131…操作手段
19、41…磁場
35、92…永久磁石
41、49、51、59、99、123…磁場
81…真空容器
82…真空排気手段
83…ウインドウ
84…ガス導入
85…真空気密シール
111…加熱冷却手段
112…熱伝導手段
113…冷却供給手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention comprises a probe having a minute probe at the tip, a means for detecting the displacement of the probe, and a sample moving means for moving the sample, and measures the surface shape such as the surface irregularities of the sample or the surface physical properties of the sample. The present invention relates to a scanning probe microscope.
[0002]
[Prior art]
A conventional scanning probe microscope includes a probe having a minute probe at the tip, a means for detecting the displacement of the probe, and a sample moving means for moving the sample, and a magnetic field applying means is provided around the sample. The magnetic distribution in the measurement region of the sample was measured as an image with the magnetic field kept constant, and the change in the magnetic distribution in the same measurement region was measured as an image by changing the magnitude of the magnetic field application to another constant value. Further, in the conventional magnetic field application, the change in the magnetic properties of the sample and the magnetostriction (displacement) of the sample due to the magnetic field application are measured, and the change in the electrical properties of the sample due to the magnetic field application is not automatically measured. Moreover, the direction of magnetic field application was only forward and reverse, and the direction (angle) of magnetic field application in the sample plane could not be changed. (See Patent Document 1)
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-233833 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
In conventional scanning probe microscopes, magnetic field application means are installed around the sample, the magnetic field is kept constant, the magnetic distribution in the measurement area of the sample is measured as an image, and the magnitude of magnetic field application is changed to another constant value. Since the change in the magnetic distribution in the same measurement region was measured as an image, there was a drawback that it took time for the measurement. Further, in the conventional magnetic field application, a change in the electrical characteristics of the sample with the magnitude of the magnetic field application has not been automatically measured. Further, the direction of magnetic field application is only forward and reverse, and the direction (angle) of magnetic field application in the sample surface is automatically changed, and the change in the electrical characteristics of the sample is not automatically measured.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a scanning probe microscope capable of measuring in a short time a change in electrical characteristics with respect to a change in magnetic field application value.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention comprises a probe having a microprobe at the tip, a means for detecting the displacement of the probe, and a sample moving means for moving the sample. In a scanning probe microscope that measures the surface physical properties of a sample, it has a means for applying a magnetic field around the sample and a means for detecting a current flowing between the probe and the sample. The probe is brought into contact with a fixed point on the sample measurement surface. The operation amount of the magnetic field application was automatically changed, and the change in the electrical characteristics of the sample obtained from the detected current was automatically displayed.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in the figure, the present invention comprises a probe having a microprobe at the tip, a means for detecting the displacement of the probe, and a sample moving means for moving the sample. In a scanning probe microscope for measuring a magnetic field, there is a means for applying a magnetic field around the sample and a means for detecting the current flowing between the probe and the sample. The probe is brought into contact with a fixed point on the sample measurement surface, and the magnetic field is applied. By changing the amount automatically and automatically displaying the change in the electrical characteristics of the sample, the change in the electrical characteristics of the sample, not the magnetostriction (displacement) in the sample, not the change in the magnetic characteristics of the sample due to the application of the magnetic field. I was able to measure. In addition, the probe is brought into contact with a fixed point on the sample measurement surface, the intensity of the magnetic field application is automatically changed, and the change in the electrical characteristics of the sample is automatically displayed, thereby shortening the measurement time. In addition, by arranging a plurality of means for applying a magnetic field around the sample, it is possible to automatically and continuously change the direction (angle) of magnetic field application in the sample surface .
[0008]
(Example)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a scanning probe microscope of the present invention. As shown in FIG. 1 (A), a
[0009]
FIG. 1B shows an example of automatic display of electrical characteristics obtained by the present invention. While the
[0010]
FIG. 2A shows an example of automatic display of another electrical characteristic obtained by the present invention. The current value flowing through the
[0011]
FIG. 2B shows another example of automatic display of electrical characteristics obtained by the present invention. When a magnetic sensor that can measure the strength of the horizontal magnetic field is installed near the probe and the amount of operation of the operating means is changed automatically, the magnetic field strength (magnetic sensor value) obtained as a result of the amount of operation is plotted on the horizontal axis. The electrical resistance of the sample obtained from the detected current of the current detecting means and the applied voltage of the voltage applying means is automatically displayed with the vertical axis.
[0012]
FIG. 3 shows another embodiment. As shown in FIG. 3A, a magnetic
[0013]
FIG. 3B shows an example of automatic display of electrical characteristics obtained by the present invention. While the
[0014]
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. The arrangement viewed from above the sample will be described with reference to FIG. On the
[0015]
Next, a method for changing the direction (angle) of the horizontal magnetic field by synthesizing the horizontal magnetic fields in the sample plane using two sets of magnetic field applying means will be described with reference to FIG. First, in FIG. 5A, a magnetic field in the right direction is created by the magnetic field applying means 44 and is displayed with X = 100, and the other magnetic field applying means 43 is not created with a magnetic field, and is displayed with Y = 0. ing. The direction of the synthesized magnetic field is rightward as shown in the figure, and the vector angle is 0 degree. Next, in FIG. 5B, a magnetic field in the right direction is created by the magnetic field applying means 44 and is displayed as X = 100. A magnetic field in the upper direction in the drawing is also created by the other magnetic field applying means 43, and Y = 100. As shown, the direction of the synthesized magnetic field is 45 degrees diagonally to the right, and the vector angle is 45 degrees. Here, in order to make the vector angle between 0 degrees and 45 degrees, X = 100, Y = 50, etc., that is, the magnetic field applying means 44 creates the
[0016]
FIG. 6 shows an example in which the direction (angle) of the magnetic field in the sample surface is automatically changed and the electrical characteristic amount of the sample is automatically displayed.
[0017]
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. An embodiment using permanent magnets will be described as an arrangement viewed from above the sample. On the
[0018]
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. An embodiment using a coil will be described as an arrangement viewed from above the sample. A
[0019]
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. An embodiment using permanent magnets will be described as an arrangement viewed from above the sample. Around the sample, a magnetic
[0020]
FIG. 10 shows another embodiment in which a vacuum vessel and a magnetic field applying means are combined. In the
[0021]
The
[0022]
FIG. 11 shows another embodiment in which a vacuum vessel and a magnetic field applying means are combined. A
[0023]
FIG. 12 shows another embodiment in which a vacuum vessel and a magnetic field applying means are combined. The magnitude of the
[0024]
FIG. 13 shows another embodiment in which heating / cooling means and magnetic field applying means are combined. As shown in FIG. 13A, the
[0025]
FIG. 14 shows another embodiment of the present invention. This is an example of vertical magnetic field application in addition to horizontal magnetic field application. The
[0026]
FIG. 15 shows another embodiment of the present invention. This is an example of applying a magnetic field in an oblique direction, not horizontal or vertical with respect to the sample surface. The
[0027]
FIG. 16 shows another embodiment of the present invention. Although the cantilever (plate spring) type has been described as the probe, the probe may be an STM probe used in a scanning tunneling microscope. A probe 141 having a probe 142 at the tip is attached to the
[0028]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form as described above, and has the following effects.
[0029]
In a scanning probe microscope comprising a probe having a microprobe at the tip, a means for detecting displacement of the probe, and a sample moving means for moving the sample, and measuring the surface irregularity shape of the sample or the surface physical properties of the sample, The sample has a means for applying a magnetic field around the sample and a means for detecting the current flowing between the probe and the sample. The probe is brought into contact with a fixed point on the sample measurement surface, and the operation amount of the magnetic field application is automatically changed. It has the effect of automatically displaying changes in electrical characteristics. In addition, the measurement position is fixed, and the measurement time can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic diagram of the present invention in which a horizontal magnetic field is applied using a magnetic coil as a magnetic field applying means, and FIG. 1B is a diagram of the present invention that automatically displays an operation amount of a magnetic field application and a change in electrical characteristics of a sample Pattern diagram.
FIG. 2A is a schematic diagram of the present invention automatically displayed as a current value detected as an electrical characteristic of a sample as a current value operated as a manipulated variable for applying a magnetic field, and FIG. 2B is a manipulated variable for applying a magnetic field. The schematic diagram of this invention displayed automatically as an electrical resistance from the electric current value detected as an electrical property of a sample as the strength of the magnetic field as a result of the operation.
FIG. 3A is a schematic diagram of the present invention in which a horizontal magnetic field is applied using a permanent magnet as a magnetic field applying means, and electrical characteristics are measured, and FIG. 3B is a distance between permanent magnets as an operation amount of magnetic field application. The schematic diagram of this invention which displays automatically the electrical property change of a sample.
FIG. 4 is a schematic diagram of the present invention in which the direction (angle) of a horizontal magnetic field in a sample surface is made variable by a synthetic magnetic field by a plurality of magnetic field applying means.
FIG. 5 is a schematic diagram of the present invention illustrating the magnitude of each magnetic field and the direction of the combined horizontal magnetic field using a plurality of magnetic field applying means. FIG. 6 is a diagram illustrating the magnitude of each magnetic field combined with a plurality of magnetic field applying means. The schematic diagram of this invention which makes a vector angle as an operation amount from an angle from the direction of a horizontal magnetic field, and displays automatically the electrical property change of a sample.
FIG. 7 is another schematic diagram of the present invention in which the direction (angle) of the horizontal magnetic field in the sample surface is made variable by combining the magnetic fields of a plurality of permanent magnets.
FIG. 8 is another schematic diagram of the present invention in which the direction (angle) of the horizontal magnetic field in the sample plane is made variable using a magnetic coil and rotating operation means.
FIG. 9 is another schematic view of the present invention in which the direction (angle) of the horizontal magnetic field in the sample surface is made variable by an operating means that rotates with a permanent magnet.
FIG. 10 is another schematic view of the present invention in a magnetic coil in which the component (holder) of the magnetic field applying means is vacuum-tight.
FIG. 11 is another schematic view of the present invention in a permanent magnet in which the component (holder) of the magnetic field applying means is vacuum-tight.
FIG. 12 is another schematic diagram of the present invention in which the magnetic field applying means is arranged around the vacuum vessel to make the magnetic field strength variable.
FIG. 13A is a schematic diagram of the present invention in which a sample is brought to a desired temperature by heating and cooling means, and a horizontal magnetic field is applied using a magnetic coil, and FIG. 13B is a diagram showing the intensity of the magnetic field for each sample temperature. The schematic diagram of this invention displayed as an electrical resistance change.
FIG. 14 is another schematic view of the present invention in which a magnetic field is applied perpendicularly to the sample surface by a magnetic field applying means.
FIG. 15 is another schematic view of the present invention in which a magnetic field is applied obliquely by a magnetic field applying means.
FIG. 16 is another schematic diagram of the present invention applied to an STM (scanning tunneling microscope) and measuring a change in electrical characteristics of a sample accompanying application of a magnetic field.
[Explanation of symbols]
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