超灵敏原位磁强计系统技术方案

本发明专利技术涉及一种超灵敏原位磁强计系统，更特别地，涉及在超高真空（ＵＨＶ）室中沉积和生长磁薄膜时能原位监测具有亚单层精度的磁薄膜的磁矩的超灵敏原位磁强计系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种超灵敏原位磁强计系统，更特别地，涉及在超高真空(UHV)室中沉积和生长磁薄膜时能原位监测具有亚单层(sub-monolayer)或更高精度的磁薄膜的磁矩的超灵敏原位(in-situ)磁强计(magnetometer)系统。
技术介绍
通常，用于监测磁薄膜的磁矩的磁传感器可以利用霍尔效应(Halleffect)、磁致电阻效应、感应线圈、超导量子干涉装置(SQUID)等来实现。利用磁传感器测量磁场的方法用作监测方法。首先，利用霍尔效应的方法利用这一现象，即当磁场施加到其中流动电流的板时，由于沿与电流方向和磁场方向垂直的方向产生电场而产生电动势。下一个，利用磁致电阻效应的方法利用这一现象，即电阻与磁场强度的平方成比例地改变。另外，此方法根据电磁感应的法拉第定律通过检测磁场对感应线圈的影响来测量磁场。使用SQUID的方法能利用在超导状态中出现的磁通量子化和约瑟夫森效应(Josephson effect)测量达到10-10高斯(Gauss)的磁场大小。振动样品磁强计(VSM)利用与产生随时间变化的磁场的电场相关的电磁感应法拉第定律，测量电场，并通知用户关于变化的磁场的信息。VSM用于测量与用作样品的磁材料相关的磁属性。交变梯度场(AGM)用于提取施加到位于变化或直流(DC)场内的样品的周期力。该周期力与施加到样品的磁场的大小以及样品的磁矩成比例。该周期力细微地移动样品。该运动通过利用安装在探针的臂上的压电材料的检测部件被测量。此外，所测量的运动的值用于产生与样品有关的磁矩值以及滞后曲线。当偏振光入射到磁样品中且入射光与样品内的磁矩之间的相互作用改变偏振度时，磁光克尔效应(MOKE)用于通过测量偏振度的改变来测量样品的磁特性。沉积在悬臂(cantilever)上的磁材料受到外转矩场导致的力，该力细微地移动悬臂。此时，悬臂与形成在悬臂的下部上的导电板之间的电容改变。电容检测悬臂片磁强计利用变化的电容分析沉积在悬臂上的磁膜的属性。然而，传统的系统仅能在薄膜被沉积之后监测薄膜的磁矩，从而存在在膜沉积期间不能监测薄膜的磁矩的问题。此外，传统监测系统必须在薄膜被沉积且真空被打破之后执行测量，从而存在薄膜被氧化以及仅能在薄膜被沉积之后产生测量结果的问题。部分传统监测系统能进行测量而不打破真空状态，但仍有仅能在薄膜被沉积之后产生测量结果的问题。此外，传统监测系统能测量具有数埃精度的磁膜的特性，但是不能测量具有亚埃(sub-angstrom)精度的磁膜的特性，从而存在从沉积超薄膜的工艺获得的磁特性不能被检查的缺点。
技术实现思路
因此，考虑到上述以及其它问题而进行本专利技术，且本专利技术的一个目的在于提供一种超灵敏原位磁强计系统，其能够在进行沉积工艺的同时连续地监测薄膜的磁特性而不打破室内的真空。本专利技术的另一目的在于提供在沉积磁薄膜的同时能测量亚单层精度的磁薄膜的特性的超灵敏原位磁强计系统。本专利技术的再一目的在于提供一种能检测超薄磁膜多层的磁特性的超灵敏原位磁强计系统，其对于进行巨磁致电阻效应研究和对磁记录媒质的面存储密度的改进的研究是必要的。根据本专利技术的第一方面，上述和其它目标可通过提供一种超灵敏原位磁强计系统来实现，该系统包括沉积源；悬臂片，从所述沉积源入射的磁原子沉积在其上；干涉计，用于检测所述悬臂片的振动从而输出电信号；沉积头，用于维持干涉计的光学纤维的劈裂端(cleaved end)与悬臂桨的表面之间的适当距离；高压放大器，用于放大外部输入的电压；压电材料，其被来自高压放大器的放大电压振荡；锁相放大器，用于检测来自压电材料的信号；锁相回路(PLL)，用于实施从干涉计输出的信号与输入到压电材料的信号之间的相位锁定操作；功率放大器，用于放大从锁相放大器输出的交变电流(AC)电压且将该放大的AC电压施加到沉积头内的转矩线圈；以及振荡器，用于从锁相放大器接收干涉计的输出电压且监测悬臂桨的位移。所述沉积头包括沉积罩，其中形成有沉积孔；线圈，其附着到所述沉积罩的内壁用于响应于从所述功率放大器接收的AC电压在薄膜处产生磁转矩场；支承板，其与所述线圈间隔开且安装在所述沉积罩的下表面上；永磁体或电磁体，其固定地安装在所述支承板上用于沿一方向排列薄膜的磁矩；陶瓷材料，其安装在沉积罩的下表面上；电导体，其安装在所述陶瓷材料的上部分上；压电材料的下电极，其安装在所述电导体的一端；压电材料，其紧密粘附到所述陶瓷材料的一个表面且安装在所述电导体的上部分上；第一非磁金属板，其安装所述压电材料的上部分上；沉积孔板和悬臂片，其安装在所述第一非磁金属板上；所述压电材料的上电极，其安装在所述第一非磁金属板的下部分上；第二非磁金属板，其安装在光致抗蚀剂上；以及螺杆(screw)，其固定到第二非磁金属板的上部，其中光学纤维位于第二非磁金属板的中心且紧密安装到第二非磁金属板从而当四个螺杆被紧固时劈裂的纤维端与悬臂桨的表面之间保持5-10微米的间隙。根据本专利技术的第二方面，上述和其它目的可通过提供一种超灵敏原位磁强计系统来实现，其包括沉积源；悬臂片，其中劈裂的纤维端面对片的悬臂桨的一侧且从沉积源入射的磁原子沉积在片的悬臂桨表面的另一侧；功率放大器，用于调整外部输入电压从而改变所调整的电压的振幅及所改变的振幅；干涉计，用于检测悬臂桨的振动从而输出电信号；其中包括悬臂片的沉积头，用于维持干涉计的劈裂的纤维端与悬臂桨的表面之间的适当距离；锁相放大器(lock-in amplifier)，用于检测干涉计输出的信号；锁相回路(PLL)，用于在磁薄膜沉积期间检测从所述干涉计输出的信号，基于来自干涉计的信号和输入到转矩线圈的信号进行相位锁定操作，以及对最终的磁信号消除质量负荷效应引起的频率偏移；计算机，用于存储来自锁相放大器的干涉计的输出信号；转矩线圈，用于借助于从功率放大器输出的AC电压产生交变电流(AC)转矩场；以及电磁体，用于借助外加电流产生偏置场。附图说明本专利技术的上述和其它目的、特征、以及其它优点将从下面结合附图进行的详细描述而被更清楚地理解，附图中图1示出根据本专利技术的磁强计系统的一个实施例；图2是横截面图，示出图1中应用的沉积头；图3示出悬臂和沉积孔板的结构；图4是横截面图，示出其中悬臂和沉积孔板耦合的结构(悬臂片)；图5是总图，示出悬臂片和薄膜；图6是说明图，示出转矩应用到其上沉积有薄膜的悬臂片的原理；图7示出一结构，其中槽形成在应用本专利技术的悬臂桨的表面上；图8示出根据本专利技术的磁强计系统的另一实施例；以及图9是横截面图，示出图8中应用的沉积头。具体实施例方式实施例1现在，将描述根据本专利技术的超灵敏原位磁强计系统。如图1所示，根据本专利技术的系统包括沉积源10、沉积头30、干涉计50、锁相回路(PLL)60、高压放大器70、功率放大器80、振荡器90、锁相放大器(lock-in amplifier)100以及计算机110。PLL 60包括相位检测器61、环路滤波器62、以及电压控制振荡器(VCO)63三个部分。首先，沉积源10和沉积头30安装在超高真空(UHV)室20内。沉积源10起到向沉积头30内的悬臂片(cantilever chip)46的悬臂桨(cantileverpaddle)46c的下表面提供磁原子的作用。沉积头30维持干涉计50的劈裂纤维40与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超灵敏原位磁强计系统，包括：沉积源；片的悬臂桨，从所述沉积源入射的磁原子沉积在其上；干涉计，其用于检测所述片的悬臂桨的振动从而输出电信号；沉积头，其用于维持所述干涉计的劈裂的纤维端与所述片的悬臂桨的表面之 间的适当距离；高压放大器，其用于放大提供给压电材料的信号；压电材料，其通过来自所述高压放大器的所述放大了的电压振动；锁相放大器，其用于检测来自所述压电材料的信号；锁相回路（ＰＬＬ），其用于执行从所述干涉计输出的信号与 输入到所述压电材料的信号之间的相位锁定操作；功率放大器，其用于放大从所述锁相放大器输出的交变电流（ＡＣ）电压且将该放大的ＡＣ电压施加到所述沉积头内部的转矩线圈；以及振荡器，其用于从所述锁相放大器接收所述干涉计的输出电压且监测 所述悬臂桨的位移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵同焄，
申请(专利权)人：株式会社菲托尼斯，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]