走査型差分式ホールプローブ顕微鏡の開発と微細磁場空間の解像

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13354004
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 宮島 英紀 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70166180)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 増田 宏 東英工業(株), 磁性課, MDリーダー(研究職) ; 齊藤 英治 慶應義塾大学, 理工学部, 助手 (80338251)
• Keywords: 磁気測定 / ナノ磁性 / 走査型顕微鏡 / ホール効果 / マイクロホール素子 / 磁区観察 / 磁場分布 / マイクロマグネティクス

Research Abstract

本研究で開発する装置は、強磁性体の表面磁気構造を高い分解能で解像を強い外部磁場のもとでも可能にするものである。
本年度は、昨年度製作されたホールプローブ顕微鏡筐体と組み合わせるホール素子の設計、試作を行いこれらの性能評価を行った。現在、微小ホール素子としてGaAs/AlGaAs界面2次元電子ガスを用いる方法が主流であるが、プローブ顕微鏡としての強度として不十分である。そこで本研究では電気抵抗率の低くホール係数の大きいInSb、Biなどのホール素子をSi基板上に作製し性能評価を行った。また低温度測定向けのホール素子として、Si-MOSFETを応用したホール素子を検討し設計を行った。ホール素子はその特性上サイズを小さくすると感度が落ちてしまうため、高分解能を得るため複数のホール素子を用いて差分測定することを検討し、コンピューターシュミレーションを用いて性能評価を行った。特に、強磁場中の測定では、強磁性体の表面磁気に重畳して外部磁場成分が検出されるため、差分測定は有効であることがわかった。この結果をもとに、フォトリソグラフィー法、ウエットエッチング法によりSi-MOSFETを試作した。現在、各種磁性体を用いて素子の製作を行なっている。
更に、高磁場中での試料ステージの駆動精度向上のために、サファイヤのボールとステンレスのレールを用いて独自にステージを採用した。試料を低温にした際も安定した動作を保証するため、駆動ステージ部とステッピングモータとピエゾ素子からなる動力部を切り離し室温部に設置しクライオスタッドの外側からシャフトとバネを用いて、ステージを駆動することとした。