[发明专利]一种具有磁-电信号探测功能的扫描探针显微镜的探测方法

说明书

本发明提供了一种具有磁‑电信号探测功能的扫描探针显微镜的探测方法，在一次扫描过程中利用接触模式同时得到样品的形貌信号与导电信号或者形貌与压电信号，然后再进行第二次扫描，利用非接触模式得到样品的磁信号。与现有技术相比，该探测方法简化了探测过程，高效地实现了样品的电学特性，包括导电特性和压电特性，以及磁性的表征，降低了探测成本，提高了探测精度。另外，本发明优选在扫描探针显微镜系统中引入开尔文控制器用于消除静电力，从而在磁信号测量中有效避免了样品表面电势的干扰，提高了测试准确性。

技术领域

本发明涉及一种兼具磁-电信号测量功能的扫描探针显微镜。

背景技术

当前信息量的爆炸性增长对存储器提出了更高的要求。磁电随机存储器作为最具潜力的存储器之一，在稳定性和低功耗等方面具有优势。在磁电随机存储器中，如何有效利用铁电材料对铁磁层的磁矩进行有效调控是其研究的重要内容之一。为此，需要寻找一种有效表征磁性和电学特性(包括导电性和压电性)的手段。

扫描探针显微镜(SPM)利用样品与纳米探针之间的相互作用力探测样品的基本物性(如形貌、磁性、压电性等等)，由于探针可以做到很小的尺寸，因此扫描探针显微镜在反映样品物性时具有极高的空间分辨率。在磁电随机存储器中，材料的压电、导电区域和磁畴通常具有较小的空间尺寸，因此扫描探针显微镜是研究微纳尺度下材料电学特性和磁性之间耦合作用的重要工具。

公开号为CN 105510636A的专利文献公开了一种纳米磁-电-热多参量耦合原位探测系统及其探测方法，该探测系统包括扫描探针显微镜平台、探针、探针控制单元、形貌与磁性信号检测平台，以及电信号检测平台，并且提出了探测样品的磁、电性能的方法，具体是：首先将样品固定于扫描探针显微镜平台，探针位移至初始位置，采用接触模式，即，控制探针针尖与样品表面点接触或振动点接触，沿横向对样品表面进行定向扫描，得到样品的形貌图像；然后，探针返回至所述的初始位置，采用非接触模式，即，探针向上抬高一定距离，按照所述的横向定向对样品表面进行扫描，扫描过程中控制探针针尖沿所述的形貌图像进行纵向位移或者振动，位移和/或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位移信号和/或振动信号，经中心控制单元分析得到样品的磁信号图像；之后，探针再次返回至所述的初始位置，采用接触模式，对样品表面再次进行所述的横向定向扫描，得到样品的电信号图像。该探测方法虽然简单，但是对于同一微纳尺度范围内的材料磁性与电性的测量，存在扫描次数多的问题，例如，探测形貌图像时需要定向扫描，探测磁性能时需要定向扫描，探测样品电性能时还需要定向扫描，一方面造成扫描繁琐，探测成本高，另一方面多次扫描情况下难以抑制样品漂移，导致影响测量精度。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供了一种具有磁-电信号探测功能的扫描探针显微镜的探测方法，利用该方法能够简化探测过程，降低探测成本，同时提高探测精度。

本发明提供的技术方案是：一种具有磁-电信号探测功能的扫描探针显微镜的探测方法，所述的扫描探针显微镜包括：

选用兼具磁性与导电性的探针；

用于驱动探针进行位移和振动的探针控制单元；

用于接收探针的位移和振动信号的探针信号采集单元；

用于激励样品压电性质的压电电学控制单元；

用于激励和采集样品导电性质的导电电学控制单元。

将样品固定于扫描探针显微镜平台，探测方法如下：

(1)探针自初始位置对样品表面进行横向定向扫描，扫描过程中采用接触模式，即，控制探针针尖与样品表面点接触

在该扫描过程中，在某一扫描点的探测过程为如下A过程：

探针信号采集单元接收探针悬臂的位移信号，经采集分析得到样品在该扫描点的形貌信号；同时，