超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)，更特別地，涉及在超高真空（ＵＨＶ）室中沉積和生長磁薄膜時(shí)能原位監(jiān)測具有亞單層精度的磁薄膜的磁矩的超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)，更特別地，涉及在超高真空(UHV)室中沉積和生長磁薄膜時(shí)能原位監(jiān)測具有亞單層(sub-monolayer)或更高精度的磁薄膜的磁矩的超靈敏原位(in-situ)磁強(qiáng)計(jì)(magnetometer)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
通常，用于監(jiān)測磁薄膜的磁矩的磁傳感器可以利用霍爾效應(yīng)(Halleffect)、磁致電阻效應(yīng)、感應(yīng)線圈、超導(dǎo)量子干涉裝置(SQUID)等來實(shí)現(xiàn)。利用磁傳感器測量磁場的方法用作監(jiān)測方法。首先，利用霍爾效應(yīng)的方法利用這一現(xiàn)象，即當(dāng)磁場施加到其中流動電流的板時(shí)，由于沿與電流方向和磁場方向垂直的方向產(chǎn)生電場而產(chǎn)生電動勢。下一個(gè)，利用磁致電阻效應(yīng)的方法利用這一現(xiàn)象，即電阻與磁場強(qiáng)度的平方成比例地改變。另外，此方法根據(jù)電磁感應(yīng)的法拉第定律通過檢測磁場對感應(yīng)線圈的影響來測量磁場。使用SQUID的方法能利用在超導(dǎo)狀態(tài)中出現(xiàn)的磁通量子化和約瑟夫森效應(yīng)(Josephson effect)測量達(dá)到10-10高斯(Gauss)的磁場大小。振動樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)利用與產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場的電場相關(guān)的電磁感應(yīng)法拉第定律，測量電場，并通知用戶關(guān)于變化的磁場的信息。VSM用于測量與用作樣品的磁材料相關(guān)的磁屬性。交變梯度場(AGM)用于提取施加到位于變化或直流(DC)場內(nèi)的樣品的周期力。該周期力與施加到樣品的磁場的大小以及樣品的磁矩成比例。該周期力細(xì)微地移動樣品。該運(yùn)動通過利用安裝在探針的臂上的壓電材料的檢測部件被測量。此外，所測量的運(yùn)動的值用于產(chǎn)生與樣品有關(guān)的磁矩值以及滯后曲線。當(dāng)偏振光入射到磁樣品中且入射光與樣品內(nèi)的磁矩之間的相互作用改變偏振度時(shí)，磁光克爾效應(yīng)(MOKE)用于通過測量偏振度的改變來測量樣品的磁特性。沉積在懸臂(cantilever)上的磁材料受到外轉(zhuǎn)矩場導(dǎo)致的力，該力細(xì)微地移動懸臂。此時(shí)，懸臂與形成在懸臂的下部上的導(dǎo)電板之間的電容改變。電容檢測懸臂片磁強(qiáng)計(jì)利用變化的電容分析沉積在懸臂上的磁膜的屬性。然而，傳統(tǒng)的系統(tǒng)僅能在薄膜被沉積之后監(jiān)測薄膜的磁矩，從而存在在膜沉積期間不能監(jiān)測薄膜的磁矩的問題。此外，傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)必須在薄膜被沉積且真空被打破之后執(zhí)行測量，從而存在薄膜被氧化以及僅能在薄膜被沉積之后產(chǎn)生測量結(jié)果的問題。部分傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)能進(jìn)行測量而不打破真空狀態(tài)，但仍有僅能在薄膜被沉積之后產(chǎn)生測量結(jié)果的問題。此外，傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)能測量具有數(shù)埃精度的磁膜的特性，但是不能測量具有亞埃(sub-angstrom)精度的磁膜的特性，從而存在從沉積超薄膜的工藝獲得的磁特性不能被檢查的缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
因此，考慮到上述以及其它問題而進(jìn)行本專利技術(shù)，且本專利技術(shù)的一個(gè)目的在于提供一種超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)，其能夠在進(jìn)行沉積工藝的同時(shí)連續(xù)地監(jiān)測薄膜的磁特性而不打破室內(nèi)的真空。本專利技術(shù)的另一目的在于提供在沉積磁薄膜的同時(shí)能測量亞單層精度的磁薄膜的特性的超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)。本專利技術(shù)的再一目的在于提供一種能檢測超薄磁膜多層的磁特性的超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)，其對于進(jìn)行巨磁致電阻效應(yīng)研究和對磁記錄媒質(zhì)的面存儲密度的改進(jìn)的研究是必要的。根據(jù)本專利技術(shù)的第一方面，上述和其它目標(biāo)可通過提供一種超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括沉積源；懸臂片，從所述沉積源入射的磁原子沉積在其上；干涉計(jì)，用于檢測所述懸臂片的振動從而輸出電信號；沉積頭，用于維持干涉計(jì)的光學(xué)纖維的劈裂端(cleaved end)與懸臂槳的表面之間的適當(dāng)距離；高壓放大器，用于放大外部輸入的電壓；壓電材料，其被來自高壓放大器的放大電壓振蕩；鎖相放大器，用于檢測來自壓電材料的信號；鎖相回路(PLL)，用于實(shí)施從干涉計(jì)輸出的信號與輸入到壓電材料的信號之間的相位鎖定操作；功率放大器，用于放大從鎖相放大器輸出的交變電流(AC)電壓且將該放大的AC電壓施加到沉積頭內(nèi)的轉(zhuǎn)矩線圈；以及振蕩器，用于從鎖相放大器接收干涉計(jì)的輸出電壓且監(jiān)測懸臂槳的位移。所述沉積頭包括沉積罩，其中形成有沉積孔；線圈，其附著到所述沉積罩的內(nèi)壁用于響應(yīng)于從所述功率放大器接收的AC電壓在薄膜處產(chǎn)生磁轉(zhuǎn)矩場；支承板，其與所述線圈間隔開且安裝在所述沉積罩的下表面上；永磁體或電磁體，其固定地安裝在所述支承板上用于沿一方向排列薄膜的磁矩；陶瓷材料，其安裝在沉積罩的下表面上；電導(dǎo)體，其安裝在所述陶瓷材料的上部分上；壓電材料的下電極，其安裝在所述電導(dǎo)體的一端；壓電材料，其緊密粘附到所述陶瓷材料的一個(gè)表面且安裝在所述電導(dǎo)體的上部分上；第一非磁金屬板，其安裝所述壓電材料的上部分上；沉積孔板和懸臂片，其安裝在所述第一非磁金屬板上；所述壓電材料的上電極，其安裝在所述第一非磁金屬板的下部分上；第二非磁金屬板，其安裝在光致抗蝕劑上；以及螺桿(screw)，其固定到第二非磁金屬板的上部，其中光學(xué)纖維位于第二非磁金屬板的中心且緊密安裝到第二非磁金屬板從而當(dāng)四個(gè)螺桿被緊固時(shí)劈裂的纖維端與懸臂槳的表面之間保持5-10微米的間隙。根據(jù)本專利技術(shù)的第二方面，上述和其它目的可通過提供一種超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其包括沉積源；懸臂片，其中劈裂的纖維端面對片的懸臂槳的一側(cè)且從沉積源入射的磁原子沉積在片的懸臂槳表面的另一側(cè)；功率放大器，用于調(diào)整外部輸入電壓從而改變所調(diào)整的電壓的振幅及所改變的振幅；干涉計(jì)，用于檢測懸臂槳的振動從而輸出電信號；其中包括懸臂片的沉積頭，用于維持干涉計(jì)的劈裂的纖維端與懸臂槳的表面之間的適當(dāng)距離；鎖相放大器(lock-in amplifier)，用于檢測干涉計(jì)輸出的信號；鎖相回路(PLL)，用于在磁薄膜沉積期間檢測從所述干涉計(jì)輸出的信號，基于來自干涉計(jì)的信號和輸入到轉(zhuǎn)矩線圈的信號進(jìn)行相位鎖定操作，以及對最終的磁信號消除質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)引起的頻率偏移；計(jì)算機(jī)，用于存儲來自鎖相放大器的干涉計(jì)的輸出信號；轉(zhuǎn)矩線圈，用于借助于從功率放大器輸出的AC電壓產(chǎn)生交變電流(AC)轉(zhuǎn)矩場；以及電磁體，用于借助外加電流產(chǎn)生偏置場。附圖說明本專利技術(shù)的上述和其它目的、特征、以及其它優(yōu)點(diǎn)將從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述而被更清楚地理解，附圖中圖1示出根據(jù)本專利技術(shù)的磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖2是橫截面圖，示出圖1中應(yīng)用的沉積頭；圖3示出懸臂和沉積孔板的結(jié)構(gòu)；圖4是橫截面圖，示出其中懸臂和沉積孔板耦合的結(jié)構(gòu)(懸臂片)；圖5是總圖，示出懸臂片和薄膜；圖6是說明圖，示出轉(zhuǎn)矩應(yīng)用到其上沉積有薄膜的懸臂片的原理；圖7示出一結(jié)構(gòu)，其中槽形成在應(yīng)用本專利技術(shù)的懸臂槳的表面上；圖8示出根據(jù)本專利技術(shù)的磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)的另一實(shí)施例；以及圖9是橫截面圖，示出圖8中應(yīng)用的沉積頭。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1現(xiàn)在，將描述根據(jù)本專利技術(shù)的超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)。如圖1所示，根據(jù)本專利技術(shù)的系統(tǒng)包括沉積源10、沉積頭30、干涉計(jì)50、鎖相回路(PLL)60、高壓放大器70、功率放大器80、振蕩器90、鎖相放大器(lock-in amplifier)100以及計(jì)算機(jī)110。PLL 60包括相位檢測器61、環(huán)路濾波器62、以及電壓控制振蕩器(VCO)63三個(gè)部分。首先，沉積源10和沉積頭30安裝在超高真空(UHV)室20內(nèi)。沉積源10起到向沉積頭30內(nèi)的懸臂片(cantilever chip)46的懸臂槳(cantileverpaddle)46c的下表面提供磁原子的作用。沉積頭30維持干涉計(jì)50的劈裂纖維40與本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超靈敏原位磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)，包括：沉積源；片的懸臂槳，從所述沉積源入射的磁原子沉積在其上；干涉計(jì)，其用于檢測所述片的懸臂槳的振動從而輸出電信號；沉積頭，其用于維持所述干涉計(jì)的劈裂的纖維端與所述片的懸臂槳的表面之 間的適當(dāng)距離；高壓放大器，其用于放大提供給壓電材料的信號；壓電材料，其通過來自所述高壓放大器的所述放大了的電壓振動；鎖相放大器，其用于檢測來自所述壓電材料的信號；鎖相回路（ＰＬＬ），其用于執(zhí)行從所述干涉計(jì)輸出的信號與 輸入到所述壓電材料的信號之間的相位鎖定操作；功率放大器，其用于放大從所述鎖相放大器輸出的交變電流（ＡＣ）電壓且將該放大的ＡＣ電壓施加到所述沉積頭內(nèi)部的轉(zhuǎn)矩線圈；以及振蕩器，其用于從所述鎖相放大器接收所述干涉計(jì)的輸出電壓且監(jiān)測 所述懸臂槳的位移。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閔同焄，
申請(專利權(quán))人：株式會社菲托尼斯，
類型：發(fā)明
國別省市：KR[韓國]