DE4443025C2

DE4443025C2 - Method and device for scanning magnetic microscopy

Info

Publication number: DE4443025C2
Application number: DE4443025A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Wimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2014-12-03
Also published as: DE4443025A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines an der Oberfläche eines Prüflings herrschenden permanenten Magnetfel des sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring a Surface of a test object with a permanent magnetic field des as well as a facility for performing the method.

Zur Messung der Feldstärke werden z. B. Vibrationsmagnetometer verwendet, bei denen eine oder mehrere Meßpulen über dem Prüf ling schwingen. So gibt die DE-AS 12 94 550 ein Vibrationsmag netometer mit zwei in einer oder in parallelen Ebenen liegen den schwingenden Meßspulen an, wobei das den Meßspulen abge nommene Signal eine Komponente enthält, die proportional der Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke in dem Punkt ist, um welchen die Meßspulen schwingen.To measure the field strength z. B. Vibration magnetometer used where one or more measuring coils above the test ling swing. For example, DE-AS 12 94 550 gives a vibration mag netometer with two lying in one or in parallel planes the vibrating measuring coils, the abge the measuring coils received signal contains a component that is proportional to the Tangential component of the magnetic field strength at the point around which the measuring coils swing.

Weiterhin ist aus der DE 43 43 225 C2 ein Verfahren zur zer störungsfreien Werkstoffprüfung bekannt, bei dem ein Prüfling mit einem periodisch wechselnden Magnetfeld sowie Schallwellen beaufschlagt wird, wobei die Ummagnetisierungsvorgänge mit ei nem induktiven Sensor erfaßt werden, der in einer Ebene paral lel zum Prüfling angeordnet ist.Furthermore, DE 43 43 225 C2 describes a method for zer known trouble-free material testing, in which a test object with a periodically changing magnetic field and sound waves is applied, the magnetization processes with ei Nem inductive sensor can be detected, the paral in one plane lel is arranged to the test object.

Ferner geben Y. Honda et al ein Magnetkraftmikroskop an, bei dem eine in Schwingungen versetzte magnetische Spitze aus Cobalt an einem Hebelarm befestigt ist und dieser mittels ei nes xyz-Scanners über einen Prüfling linienförmig bewegt wird, wobei durch die magnetische Anziehungskraft des Prüflings die Frequenz der Schwingung verändert wird und so zur Messung der magnetischen Feldstärke verwendet werden kann. Y. Honda et al also disclose a magnetic force microscope, at which vibrates a magnetic tip Cobalt is attached to a lever arm and this by means of egg nes xyz scanner is moved linearly over a test object, with the magnetic attraction of the test object Frequency of the vibration is changed and so to measure the magnetic field strength can be used.

Mit allen bisher bekannten Verfahren läßt sich jedoch prinzi piell nur die tangentiale Komponente des Magnetfeldes messen, das an der Oberfläche des Prüflings herrscht, ob nun permanent oder diesem zur Materialuntersuchung periodisch eingeprägt. Der magnetische Kreis wird dabei zu einem großen Teil durch die Luft geführt, was zu Streuverlusten und -fehlern führt.However, with all of the previously known methods, prinzi only measure the tangential component of the magnetic field, that prevails on the surface of the test object, whether permanent or periodically impressed on it for material inspection. The magnetic circuit is largely through the air, which leads to wastage and errors.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrich tung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der orthogo nalen Komponente der magnetischen Feldstärke, die an der Ober fläche eines Prüflings auftritt, anzugeben.The object of the invention is a method and a device tion to carry out the method for measuring the orthogo nalen component of the magnetic field strength, which at the upper surface of a test object occurs.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Einrichtung mit den im Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Besondere Ausführungs arten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a method with the in claim 1 Features specified or by a device with the in Claim 7 specified features solved. Special execution Types of the invention are the subject of the dependent claims.

Neben der Anwendung in der allgemeinen Werkstoffprüfung und Qualitätssicherung ist dieses Verfahren zum Einsatz im For schungs- und Entwicklungsbereich prädestiniert, z. B. bei Ma gnetbubblespeichern. In addition to application in general materials testing and Quality assurance is this procedure for use in for predestined research and development area, e.g. B. at Ma save gnetbubble.

Demgemäß ist beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, daß die Probe zu ihrer Relativbewegung in x-y-Richtung bzw. rotierend bzw. rotierend-verschoben zusätzlich in hochfrequente Schwingungen ver setzt wird, die in beliebiger Richtung erfolgen können, vorzugs weise jedoch orthogonal zum Bewegungsvektor, d. h. in z- bzw. x- oder y-Richtung. Diese Zusatzbewegung, die der Rasterbewegung ü berlagert wird, führt zu einer virtuellen Relativgeschwindigkeit von über drei Metern/Sekunde bei einer Frequenz von 10 Kilohertz und einer Amplitude von 100 Mikrometern.Accordingly, it is essential in the method according to the invention that the Sample for their relative movement in the x-y direction or rotating or rotating-shifted additionally in high-frequency vibrations ver is set, which can be done in any direction, preferred however, is orthogonal to the motion vector, i.e. H. in z or x or y direction. This additional movement, the grid movement ü is superimposed leads to a virtual relative speed of over three meters / second at a frequency of 10 kilohertz and an amplitude of 100 micrometers.

In einer Weiterführung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, den Magnetkreis durch die Probe zu schließen, wobei neben den be kannten Meßverfahren such Messungen mittels eingeprägter magneti scher Wechselfelder veränderbarer Frequenz und Amplitude vorge nommen werden können. Auf diese Weise läßt sich z. B. die Koerzi tivfeldstärke eines Weißschen Bezirks messen oder deren Einfluß auf Wechselfelder, deren Stärke unterhalb des Remanenzpunktes liegt. Ebenso können gezielt Informationen auf die Probe geschrie ben werden.In a continuation of the inventive idea, it is proposed that to close the magnetic circuit through the sample, being next to the be Known measuring methods such measurements using impressed magneti alternating frequency and amplitude can be taken. In this way, z. B. the Koerzi Measure the field strength of a Weiss district or its influence on alternating fields, their strength below the remanence point lies. Information can also be shouted to the test be.

Eine Prüfspitze wird vorteilhafterweise aus einem dünnen Platin draht gefertigt, auf den zwei weichmagnetische Schichten z. B. aus Eisen durch eine un- oder diamagnetische Schicht, etwa aus Wismut, getrennt werden, wobei diese Schichten elektrolytisch aufgetragen werden.A test tip is advantageously made of a thin platinum wire made on the two soft magnetic layers z. B. from Iron through a non-magnetic or diamagnetic layer, such as bismuth, are separated, these layers being applied electrolytically become.

Weiterhin läßt sich eine Prüfspitze durch Ausziehen eines Drahts anfertigen, der aus in un- oder diamagnetischem Werkstoff einge betteten weichmagnetischen Sonden- und Abschirmdraht oder -drähten besteht.Furthermore, a test probe can be pulled out by pulling out a wire make, which is made of non-magnetic or diamagnetic material embedded soft magnetic probe and shielding wire or wires consists.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Einrichtung ist neben dem pie zomechanischen Schwingungserreger die Sonde, die aus einer Prüf- und Versorgungsspitze besteht. Diese Spitzen sind einzeln auswech selbar und über den Versorgungsbereich magnetisch miteinander ver bunden. Da sowohl ein Lese- als auch ein Schreibbetrieb möglich ist, kann es vorteilhaft sein, die Spule und/oder einzelne Meßspu len magnetisch kurzzuschließen oder zu überbrücken. Durch die mag netische Abschirmung der Prüfspitze und Messung des Sonden- und/o der Abschirmkreises läßt sich eine Auflösung etwa in Größe des Sondendrahtdurchmessers erreichen. Durch Aufteilung des Abschirm kreises und getrennte Messungen lassen sich dabei zusätzliche In formationen gewinnen. Ebenso ist eine Abstandsänderung von Prüf- und/oder Sondenspitze und deren Auswertung denkbar.In addition to the pie, it is essential for the device according to the invention zomechanical vibration exciter the probe, which consists of a test and supply peak exists. These tips are replaced individually selectable and magnetically ver with each other over the supply area bound. Since both a read and a write operation are possible , it may be advantageous to use the coil and / or individual measuring track len to short-circuit or bridge magnetically. By the mag net shielding of the test probe and measurement of the probe and / or the shielding circuit has a resolution of approximately the size of Reach probe wire diameter. By dividing the shield circle and separate measurements can be additional In win formations. A change in distance from test and / or probe tip and their evaluation possible.

Von Vorteil ist auch die Anordnung mehrerer Prüfspitzen in einer oder mehreren, vorzugsweise zueinander versetzten Reihen zu einer Lesezeile, mit einer entsprechend ausgeformten Versorgungsleiste. Das Schreiben erfolgt durch Einprägung eines magnetischen Feldes in den jeweils gewünschten Sondenkreis.The arrangement of several test probes in one is also advantageous or several, preferably staggered rows to one Reading line, with a correspondingly shaped supply bar. The writing is done by impressing a magnetic field into the desired probe circle.

Neben einer relativ hohen Scangeschwindigkeit zeichnet sich das Verfahren durch einen einfachen und robusten Aufbau aus, mit dem sich auch reproduzierbare Meßergebnisse erzielen lassen.In addition to a relatively high scanning speed, this stands out Process through a simple and robust structure, with which reproducible measurement results can also be achieved.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin dungsgemäße Einrichtung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläu tert.The method according to the invention and the invention are described below device according to the invention with reference to the drawing tert.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der Sonde, Fig. 1 is a schematic representation of the probe,

Fig. 2: einen Schnitt durch die Prüfspitze längs der Linie II-II in Fig. 1, und Fig. 2: a section through the test probe along the line II-II in Fig. 1, and

Fig. 3: eine schematische Darstellung der Magnetkreise. Fig. 3: a schematic representation of the magnetic circuits.

In Fig. 1 ist eine Sonde 1 für die erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt, die aus zwei magnetischen Leitern 2 gebildet wird. Die Probe 3 wird zwischen der Prüfspitze 4 und der Versorgungs spitze 5, in x-y-Richtung oder kreisend bzw. kreisend verschoben bewegt. Prüfspitze 4 und Versorgungsspitze 5 können in gleichem oder verschiedenem Maße spitz zulaufend ausgeführt sein.In Fig. 1 a probe 1 is shown for the inventive device which is formed from two magnetic conductors 2. The sample 3 is moved between the test tip 4 and the supply tip 5 , in the xy direction or in a circular or circular motion. Test tip 4 and supply tip 5 can be made tapered to the same or different extent.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Prüfspitze im Querschnitt. Um den Sondendraht 7 sind Abschirmdrähte 6 angeord net, wobei die aus magnetisch leitendem Material bestehenden Drähte 7, 6 in diamagnetisches Wismut 8 eingebettet sind. Fig. 2 shows a possible embodiment of a test probe in cross section. To the probe wire 7 shield wires 6 are angeord net, wherein the group consisting of magnetically conductive material wires 7 are embedded in diamagnetic bismuth 8. 6

Fig. 3 stellt den Verlauf der einzelnen Magnetkreise dar, die von der Spule 19 ausgehen. Der Kalibrierkreis 11 dient zur Kalibrie rung der Einrichtung, die zur Erhöhung der Meßgenauigkeit auch während des Betriebs erfolgen kann, wobei die Werte der Meßspule 9 als Bezugsgröße verwendet werden. An den Arbeitskreis 12 wird mit tels Schrauben 18 dor Versorgungskreis 13 bzw. durch Kontaktfedern 17 der Abschirm- 15 und Sondenkreis 16 angeschlossen. Der Proben tisch 14 mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen befindet sich zwischen der an den Versorgungskreis 13 angeschlossenen Versor gungsspitze 5 und der Prüfspitze 4, in der der Abschirm- 15 und Sondenkreis 16 verläuft. Die Auflösung kann durch die Auswechslung der Spitzen 4, 5, durch Wahl des Spitzendurchmessers und Abstand der Spitzen 4, 5 zueinander geändert werden. Die Meßspulen 9 im Versorgungs- 13 und Abschirmkreis 15 liefern z. B. durch Differenz bildung den Meßwert, evtl. mit Einbeziehung des Meßwertes der Meß spule 9 des Kalibierkreises 11 als Referenzgröße. Fig. 3 shows the course of the individual magnetic circuits that emanate from the coil 19 . The calibration circuit 11 is used to calibrate the device, which can also be used to increase the measuring accuracy during operation, the values of the measuring coil 9 being used as a reference variable. The shielding 15 and probe circuit 16 are connected to the working circuit 12 by means of screws 18 for the supply circuit 13 or by means of contact springs 17 . The sample table 14 with corresponding drive devices is located between the supply tip 5 connected to the supply circuit 13 and the test tip 4 , in which the shielding 15 and probe circuit 16 runs. The resolution can be changed by changing the tips 4 , 5 , by selecting the tip diameter and by spacing the tips 4 , 5 from one another. The measuring coils 9 in the supply 13 and shielding circuit 15 deliver z. B. by difference forming the measured value, possibly including the measured value of the measuring coil 9 of the calibration circuit 11 as a reference variable.

Reference list

1.1.

Sonde
probe

2.2nd

magnetischer Leiter
magnetic conductor

3.3rd

Probe
sample

4.4th

Prüfspitze
Test probe

5.5.

Versorgungsspitze
Supply peak

6.6.

Abschirmdraht
Shielding wire

7.7.

Sondendraht
Probe wire

8.8th.

Wismut
bismuth

9.9.

Meßspule
Measuring coil

10.10th

-
-

11.11.

Kalibrierkreis
Calibration circuit

12.12th

Arbeitskreis
Working group

13.13.

Versorgungskreis
Supply circuit

14.14.

Probentisch
Rehearsal table

15.15.

Abschirmkreis
Shielding circle

16.16.

Sondenkreis
Probe circle

17.17th

Kontaktfedern
Contact springs

18.18th

Schrauben
Screws

19.19th

Spule
Kitchen sink

Claims

1. A method for measuring a permanent magnetic field prevailing on the surface of a test specimen by means of a magnetically conductive test probe which is moved linearly over the surface of the test specimen, where at each measuring point on the surface in addition to a measured value proportional to the magnetic field to be measured, a distance value from Test tip is assigned to the surface or a constant distance is maintained by shifting the test tip, value tuples formed from the measured value and the distance value are used for image generation for scanning microscopy methods, characterized in that via the test tip ( 4 ), which has a magnetic rule Conductor ( 13 ) with a magnetically conductive supply tip ( 5 ) is connected, a magnetic circuit is formed from the surface to the opposite side of the test specimen ( 3 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the test specimen ( 3 ) is acted upon orthogonally to the linear movement of the test probe ( 4 ) with a mechanical vibration of variable amplitude and frequency.

3. The method according to claim 1, characterized in that the test specimen ( 3 ) on the test probe ( 4 ), magnetic conductor ( 13 ) and Ver supply tip ( 5 ) magnetic circuit with a magnetic field variable amplitude and frequency is applied.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that by the magnetic loading of the test specimen ( 3 ) analog or digital information is stored in this.

5. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit in the probe ( 4 ) from a shield ( 15 ) and a son denkreis ( 16 ) is formed.

6. The method according to claim 3, characterized in that the magnetic field with which the test specimen ( 3 ) is applied is measured in a parallel calibration circuit ( 11 ).

7. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that

1. that the test probe ( 4 ) forms at least one magnetic circuit,
2. that the magnetic circuit or circuits are continued via one or more magnetic conductors ( 13 ) and a supply tip ( 5 ),
3. that a sensor ( 9 ) for measuring the magnetic flux or the magnetic field strength is arranged on or in at least one magnetic circuit, and
4. that at least the test probe ( 4 ) is adjustable in the z-axis or at a distance from the surface of the test specimen ( 3 ).

8. Device for performing the method according to claim 7, characterized in that the height of the test probe ( 4 ) an xy table and a piezomechanical vibrator are arranged.

9. Device for performing the method according to claim 7, characterized in that the test ( 4 ) and / or Ver supply tips ( 5 ) are detachably attached to the magnetic circuit.

10. A device for carrying out the method according to claim 7, characterized in that a reading and / or writing line is built up by the arrangement of test probes ( 4 ) in one or more rows set against each other.