Способ визуализации магнитной доменной структуры и полей рассеяния микрообъектов в растровом электронном микроскопе

Способ визуализации магнитной доменной структуры и полей рассеяния микрообъектов в растровом электронном микроскопе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к методам исследования материалов, а именно к способам получения изображений магнитных полей микрообъектов в растровом электронном микроскопе.

Процесс формирования изображения в РЭМ, т.е. отображение области образца на экране монитора, происходит в результате взаимодействия электронного пучка, сфокусированного электронно-оптической системой РЭМ, с поверхностью образца. При этом происходит ряд явлений и возникают отраженные электроны больших энергий, низкоэнергетические вторичные электроны, оже-электроны, рентгеновское излучение и т.д. Все это несет информацию о природе объекта и может регистрироваться соответствующим детектором, преобразующим излучение в электрические сигналы, которые после усиления используются для управления яркостью на экране монитора [Дж. Гоулдстейн, X. Яковиц. Практическая растровая электронная микроскопия. Пер с англ. М.: Мир, 1978], [Физический энциклопедический словарь / под. ред. А.М. Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1983, с. 887-888].

Известен способ визуализации полей рассеяния магнитных микрообъектов, заключающийся в формировании изображения при нормальном падении электронного пучка на поверхность образца при энергии первичных электронов порядка нескольких кэВ. Недостатком известного способа является малый контраст получаемых изображений и значительный уровень шумовой неинформативной составляющей [A. Hubert, R. Schafer. Magnetic Domains. The Analysis of Magnetic Microstructures. Springer, 2009].

Также известен способ повышения контраста изображений путем наклона поверхности образца по отношению к оси электронного пучка. Недостатком способа является неопределенность в выборе оптимального угла наклона образца, значения которого подбираются эмпирически и которые различны для различных конкретных конструкций микроскопа [G.W. Kammlott. Observation of ferromagnetic domains with the scanning electron microscope // Journal of Applied Physics. 1971. V. 42. Р. 5156-5170].

Также известен способ наблюдения доменной структуры с помощью РЭМ, заключающийся в наклоне образца относительно оси X прямоугольной системы координат, в которой падающий электронный пучок параллелен оси Z, на некоторый относительно оси Y, которая перпендикулярна осям X и Z [Tsuno Katushige, Ueno Katsuyoshi. Observation of magnetic domains with scanning electron microscope // Japanese Patent JP 57172644]. Недостатком этого способа является его трудоемкость, обусловленная необходимостью эмпирического подбора оптимальных значений углов α и θ. Кроме того, наклон образца вызывает появление нежелательных перспективных искажений изображения объекта.

Также известен способ повышения качества РЭМ изображений путем размещения исследуемого образца в собственном магнитном поле конденсорной линзы РЭМ [L. Gignac, О. Wells. Method for SEM measurement of features using magnetically filtered low loss electron microscopy // US Patent 7767962]. Недостатком этого способа является возможное воздействие поля линзы на изучаемый объект. Кроме того, для реализации этого способа необходим специализированный тип РЭМ с так называемой погружной (immersion) конденсорной линзой, что ограничивает сферу его применения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ визуализации полей рассеяния магнитных объектов, заключающийся в формировании магнитного изображения во вторичных электронах при нормальной ориентации электронного пучка по отношению к поверхности образца при наличии диафрагмы, установленной асимметрично по отношению к оси детектора вторичных электронов, выбранный в качестве прототипа [G.A. Jones. On the qualityof type 1 magnetic contrast obtained in the scanning electron microscope // Physica Status Solidi (a). 1976. V. 36. Р. 647-657].

Недостатком прототипа является значительный уровень шумовой неинформативной составляющей изображения, возникающей за счет механизма топографического контраста, основанного на взаимодействии вторичных электронов с неровностями рельефа образца, не связанными с его магнитными свойствами. В зависимости от характера рельефа поверхности образца вклад топографического контраста может быть сопоставим с вкладом магнитного контраста или превышать его, что затрудняет или делает невозможным процесс магнитной визуализации.

Целью настоящего изобретения является разработка способа улучшения контраста изображения микрообъектов - доменной структуры магнитных материалов, рабочих полей элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС), магнитных головок, ленточных и карточных магнитных носителей информации при их наблюдении в режиме вторичных электронов на растровом электронном микроскопе.

Технический результат повышения контрастности магнитных изображений достигается тем, что в способе визуализации двумерных распределений магнитного поля, включающем формирование изображения во вторичных электронах в РЭМ в заданной плоскости наблюдения, располагают зеркально гладкую тонколистовую индикаторную пластину из токопроводящего немагнитного материала и по ее РЭМ изображению судят о распределении поля источника.

Достижимость поставленной цели и пояснение сути предлагаемого изобретения иллюстрируется микрофотографиями Фиг. 1 и Фиг. 2.

На Фиг. 1 представлено изображение квадрупольной магнитной системы, образованной четырьмя дисковыми (диаметр 500 мкм) постоянными магнитами с чередующейся полярностью, полученное согласно прототипу.

На Фиг. 2 представлено изображение квадрупольной магнитной системы, образованной четырьмя дисковыми (диаметр 500 мкм) постоянными магнитами с чередующейся полярностью, полученное, когда образец полностью закрыт экраном из алюминиевой фольги толщиной 5 мкм.

Таким образом экспериментально подтверждена работоспособность предлагаемого способа.

Способ визуализации пространственных распределений магнитного поля, заключающийся в формировании изображения поля источника во вторичных электронах в растровом микроскопе, отличающийся тем, что в заданной плоскости интереса вблизи исследуемого объекта располагают зеркально гладкую (безрельефную) тонколистовую индикаторную пластину из токопроводящего немагнитного материала, имеющую электрический контакт с корпусом РЭМ, и по ее РЭМ изображению судят о пространственном распределении поля источника.