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Fertigungskette von Si-Kugeln und interferometrische Bestimmung des Kugelvolumens

MEASUREMENT MAGNETIC STRAY FIELD OF SMALL AS WELL AS LARGE FEATURES

Die Messung von magnetischen Streufeldern an kleinen als auch ausgedehnten Strukturen

Auf der Basis des Met.LR-AFM wurde ein neuer Messmodus für die MFM-Messung (Magnetic Force Microscopy) in einem Messvolumen von bis zu 25 mm x 25 mm x 5 mm implementiert. Das Messgerät arbeitet hierbei im Scanning-Sample-Regime, d.h. das Messobjekt wird unter dem feststehenden Messkopf in mäanderförmigen Linien bewegt. Hierzu wurde das vom Met.LR-AFM bekannte Prinzip des dualen Positioniersystems bestehend aus einem hochdynamischen Piezotisch und dem hochgenauen mechanischen Positioniersystem mit erweitertem Messbereich (als NMM bekannt) für das Scannen des Messobjektes entlang der drei Achsen x, y und z angewendet. Gleichzeitig fanden die Erkenntnisse aus den Untersuchungen zur Erhöhung der Scangeschwindigkeit ihre Anwendung. Somit ermöglicht das Positioniersystem MFM-Messungen in einem vergrößerten Messvolumen bei hohen Messgeschwindigkeiten. Details zum Positioniersystem sind im Punkt 1. beschrieben.
Für die MFM-Messungen wurden drei unterschiedliche Messstrategien, die als Top&MFM, MFMXY und MFMZ bezeichnet werden, entwickelt.
Die Topo&MFM-Methode misst zuerst das Topographieprofil der Oberfläche des Messobjektes im Intermittent-Contact-Modus, anschließend wird die Tastspitze auf eine angegebene Höhe für Non-Contact-Messungen angehoben und beim erneuten Scan werden die magnetischen Eigenschaften wie bei normalen MFM-Messungen ermittelt. Die MFMXY-Methode unterscheidet sich vom Topo&MFM-Messverfahren dadurch, dass bei ihr die Erfassung des Topographieprofils für die zweite und die nachfolgenden Scanlinien wegfällt, was zu einem reduzierten Spitzenverschleiß und zur Verringerung der Messzeit führt. Um den Einfluss der Drift des Messgerätes speziell entlang der z-Achse zu berücksichtigen, wurde ein Drift-Kompensations-Mechanismus in die Messstrategie integriert. Die MFMZ-Methode bietet die Möglichkeit der Erfassung von Streufeldern in der XZ- und der YZ-Ebene. Eine Reihe von Messbeispielen an einer Referenzprobe, die aus einem Mehrlagen-Dünnschicht-Material ([Co(0,4 nm)/Pt(0,9 nm)]100) besteht, und an einem strukturiertem magnetischen Mehrlagen-Material [Co(0,4 nm)/Pt(0,9 nm)]10 mit Streifen mit einer Linienbreite von 9,9 µm und 20 µm-Periodenabstand werden dargestellt, um das exzellente Messverhalten des entwickelten Messgerätes zu demonstrieren.

Bild 1:     Schematische Darstellung der drei unterschiedlichen Messstrategien für (a) Topo&MFM, (b) MFMXY und (c) MFMZ

Bild 2: Darstellung des Ergebnisses einer MFM-Messung über einen größeren Messbereich: (a) – MFM-Phasenbild für eine strukturierte magnetische Mehrlagen-Probe über einen Messbereich von 204,7 µm x 51,1 µm (x, y), (b) -Profilverlauf an der markierten Linie und (c) – die Vergrößerung des markierten Bereiches des MFM-Phasenbildes für einen Messbereich von 15,33 µm x 15,33 µm.

Für weitergehende Informationen zu diesem Forschungsgebiet siehe die nachfolgenden Veröffentlichungen:
[1] Gaoliang Dai et al. Metrological large range magnetic force microscopy, Rev. Sci. Instrum. 89, 093703 (2018)
[2] PTB News