[发明专利]磁场值测定装置以及磁场值测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定观察试样所产生的直流磁场的磁场测定装置以及磁场测定方法。

本发明特别涉及一种能够高精度地测定上述直流磁场的磁场测定装置以及磁场测定方法。

背景技术

以往，作为对观察试样所产生的磁场进行观察的装置，已知有磁力显微镜(Magnetic Force Microscope：MFM)。

在MFM中，存在观察交流磁场(AC磁场)的显微镜和观察直流磁场(DC磁场)的显微镜。

本发明是与观察DC磁场的MFM有关的技术，因此在下面对观察DC磁场的以往的MFM进行说明。

图6的(A)是观察DC磁场的以往的MFM的说明图(参照专利文献1)。在图6的(A)所示的MFM中，悬臂81的探针811含有硬磁性材料。硬磁性材料是指一旦磁化就很难发生反磁化的材料。在图6的(A)中，作为硬磁性材料，使用钴和铬的合金、铁和铂的合金等。

在图6的(A)的MFM中，悬臂81通过压电元件812以共振频率或接近共振频率的频率(例如300kHz左右)被激励。在图6的(A)中，用AC表示激励用的电源。在探针811与观察试样82之间产生磁性的相互作用。

通过该磁性的相互作用，悬臂81的弹簧系数发生表观变化。通过该弹簧系数的表观变化，悬臂81的共振频率发生变化。其结果，探针811的振动的状态(振幅、相位)也发生变化。

在图6的(A)的MFM中，对探针811的振动的振幅以及相位的变化(悬臂81的弹簧系数的变化)进行光学检测。由此，能够以图像获取观察试样82的表面的磁场梯度的分布。

专利文献1：日本特开2003-65935号公报

专利文献2：国际公开2009/0101992号手册

发明内容

发明要解决的问题

在图6的(A)的MFM中，并不是直接测定观察试样82的磁场，而是根据悬臂81的弹簧系数的变化值(振幅和相位的变化值)，来检测观察试样82的磁场梯度。

另外，在图6的(A)的MFM中，在观察试样82的表面附近，与作为远程力的磁力相比，表面附近的范德华力等近程力较强，因此很难进行磁场梯度的检测。因而，以使磁力比近程力大的探针与观察试样之间的距离来测量磁场梯度，从而空间分辨率的提高受以磁力为主的上述探针与观察试样之间的距离的限制。

本申请的申请人为了消除该问题，提出了图6的(B)所示的技术(专利文献2)。在该技术中，悬臂91通过压电元件912以共振频率或接近共振频率的频率而被激励。在图6的(B)中，用AC表示激励用的电源。悬臂91的前端部的探针911包括软磁性体，使用线圈93对探针911施加交流外部磁场H_AC。而且，使探针911的磁化周期性地变化，并测量由于来自观察试样92的直流磁场而向探针911的强制振动导入的频率调制的程度。基于该测量结果能够测定观察试样92的表面的直流磁场梯度

当应用专利文献2的技术时，通过交流外部磁场H_AC对由压电元件912引起的探针911的强制振动进行频率调制，由此能够高精度地检测观察试样92的表面的直流磁场梯度

但是，在专利文献2的技术中，适用于观察试样92的表面的磁场梯度的检测，但是无法检测磁场本身。

另外，在专利文献2的技术中，在观察试样92的矫顽力低的情况下，表面磁场H_SUR被交流外部磁场H_AC干扰。因此，存在无法满足更高精度的磁场测定要求这样的情况。

本发明的目的在于，不干扰从观察试样产生的直流磁场而高精度地测定该直流磁场本身。

用于解决问题的方案

以下说明本发明的典型的作用。

(a)向已激励的含有顺磁性材料等(具有磁化强度与外部磁场的大小成比例这种性质的材料)的探针施加该探针的振动方向上的变化率不为零的(大的)交流外部磁场。

(b)向探针前端位置施加上述探针的机械振动方向上的变化率不为零且频率与上述探针的机械振动频率不同的交流磁场。

(c)通过直流外部磁场以消除施加于探针前端的来自观察试样的直流磁场的方式改变来自观察试样的直流磁场，由此探针振动的频率调制减弱。

(d)在不产生频率调制时或频率调制的大小为极小时测定直流外部磁场。该磁场为从观察试样产生的直流磁场。

本发明的磁场测定装置包含以下方式。