磁気力顕微鏡を利用した局所電流計測

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磁気力顕微鏡(MFM)を利用した測定系の空間分解能を明らかにすべく,幅0.5μmの電流路を0.2μmの間隔で平行に配置させた試料に160μA_<rms>の電流を流し,その周囲に作られる磁場勾配分布を観察した.得られた磁気力信号の特徴は数値計算で確かめた磁場勾配分布と良く一致した.これより測定系の空間分解能が0.2μm以下であることを明らかにした.一方で,MFMではカンチレバーを励振させつつ試料表面を走査し,探針先端が感じる磁気力の高さ方向依存性を平均化させていることを考慮すると,高さ方向の磁場勾配の違いをまるめこんでいるおそれがある.そこで,磁場勾配に高さ方向変化がほとんどない領域内にカンチレバーの励振を制御した場合(振幅約60nm)と磁場勾配に変化のある領域をまたいで励振させた場合(振幅約120nm)でそれぞれ磁場勾配検出を試みた.その結果,励振振幅を約60nmすると磁気力信号のコントラストが明瞭化することを確かめた.より定量的に評価すべく磁気力信号をFFT変換したところ,振幅が約60nm場合に信号の周期性(電流間隔)に相当する位置に周波数成分が集中することを確かめ,磁場勾配検出におけるカンチレバーの励振振幅制御の有効性を実証した.測定系による電流評価の定量性を検討すべく,『田の字』構造の分岐を持つ幅0.5μmの電流路を作製した.電流路の幅を一定としつつ分岐を設けることで,1:2:4という強度比の電流を観察可能な構造とした.また,長さを1:5と変えた平行電流路を試料構造内に設けることで,I_1:I_2=1:5(I=I_1+I_2)という電流比も観察可能とした.I=4μA_<rms>を流したときの磁場勾配観察を行った結果,各電流路上で検出される磁気力信号は平均値に対して±3μV程度のバラツキを持つが,いずれの電流比も磁気力信号比として33%以下のばらつきの範囲内で検出できることを確かめた.