Scanning Hall sondmikroskop

(a) Schematisk beskrivning av en SHPM-inställning. (b) En optisk bild av Hall-sensorn (skalstapel 20 μm) och en elektronmikrograf av Hall-korset (skalastapel 1 μm). (c) Schematisk beskrivning av den lokala uppvärmningen i ett Au/Ge/Pb/SiO2 _/ Si-flerskikt med STM- spetsen. Supraledning undertrycks i nära en virvel. (d) SHPM-bild av ett virvelgitter (individuell virvelstorlek ~1 μm). (e) SHPM-bild efter applicering av en tunnelström och sedan lyft upp STM-spetsen för Hall-sondsavbildning. En virvelkluster bildas vid spetspositionen på grund av den lokala släckningen av den heta fläcken.

Scanning Hall-sondmikroskop ( SHPM ) är en variant av ett skanningssondmikroskop som innehåller noggrann provtagning och positionering av skanningstunnelmikroskopet med en Hall- halvledarsensor . SHPM utvecklades 1996 av Oral, Bending och Henini och möjliggör kartläggning av den magnetiska induktionen som är förknippad med ett prov. Nuvarande toppmoderna SHPM-system använder 2D-elektrongasmaterial (t.ex. GaAs /AlGaAs) för att ge hög rumslig upplösning (~300 nm) avbildning med hög magnetfältskänslighet. Till skillnad från magnetisk kraftmikroskop ger SHPM direkt kvantitativ information om det magnetiska tillståndet hos ett material. SHPM kan också avbilda magnetisk induktion under applicerade fält upp till ~1 tesla och över ett brett temperaturområde (millikelvin till 300 K).

SHPM kan användas för att avbilda många typer av magnetiska strukturer såsom tunna filmer, permanentmagneter, MEMS-strukturer, strömförande spår på PCB, permalloy-skivor och inspelningsmedia

Fördelar med andra magnetiska rasterskanningsmetoder

SHPM är en överlägsen magnetisk avbildningsteknik på grund av många anledningar. Även om MFM ger högre rumslig upplösning (~30 nm) avbildning, till skillnad från MFM -tekniken, utövar Hall-sonden en försumbar kraft på den underliggande magnetiska strukturen och är icke-invasiv. Till skillnad från den magnetiska dekorationstekniken kan samma område skannas om och om igen. Magnetfältet som orsakas av hallproben är så minimalt att det har en försumbar effekt på provet som den mäter. Provet behöver inte vara en elektrisk ledare, om inte STM används för höjdkontroll. Mätningen kan utföras från 5 – 500 K i ultrahögt vakuum (UHV) och är oförstörande för kristallgittret eller strukturen. Tester kräver ingen speciell ytbehandling eller beläggning. Den detekterbara magnetfältskänsligheten är cirka 0,1 uT – 10 T. SHPM kan kombineras med andra skanningsmetoder såsom STM.

Begränsningar

Det finns vissa brister eller svårigheter när du arbetar med en SHPM. Högupplösta skanningar blir svåra på grund av det termiska bruset från extremt små hallsonder. Det finns ett minsta avstånd för skanningshöjden på grund av konstruktionen av hallsonden. (Detta är särskilt viktigt med 2DEG-halvledarprober på grund av deras flerskiktsdesign). Skanningshöjden (lyft) påverkar den erhållna bilden. Att skanna stora områden tar avsevärd tid. Det finns ett relativt kort praktiskt avsökningsområde (storlek på 1000 mikrometer) längs vilken riktning som helst. Höljet är viktigt för att skydda elektromagnetiskt brus (Faraday-bur), akustiskt brus (antivibrerande bord), luftflöde (luftisoleringsskåp) och statisk laddning på provet (joniserande enheter).