In-situ-MFM- und REM-Messungen von magnetischen Multilagenstrukturen und Duplexstahlproben mit dem AFSEM

Magnetische Verbindungen und Multilagenstrukturen sind aussichtsreiche Materialien um Fragestellungen im Bereich der Spintronic, der Thermoelektrik, der Nanoelektrik sowie der Informationstechnologie zu lösen. Im Moment werden diese Materialien hauptsächlich im Bereich der Datenspeicherung verwendet und die magnetische Rasterkraftmikroskopie (MFM) ist eine der am häufigsten verwendeten Analysemethoden. Mittels MFM-Messungen können nicht nur Aussagen zur Qualität gemacht werden, ebenso können lokale Unterschiede der magnetischen Domänen bis hinein in den Nanometermaßstab untersucht werden. Insbesondere die Möglichkeit, diese MFM-Messungen korrelativ und in-situ in einem Rasterelektronenmikroskop (REM) durchzuführen, eröffnet komplett neue Möglichkeiten zur hochauflösenden Analyse von magnetischen Strukturen.

Wir stellen in diesem Artikel zwei Messergebnisse vor, welche wir zusammen mit unseren Kunden und unserem Partner GETec in deren Messlabor in Wien durchgeführt haben. Für die MFM-Messungen mit dem AFSEM wurden speziell hergestellte MFM-Cantilever verwendet, die mit dem 3D-Nanoprinting-Verfahren (FEBID) hergestellt wurden und einen, im Vergleich zu herkömmlichen MFM-Cantilever, deutlich geringeren Spitzenradius von ca. 10 nm aufweisen. Abbildung 1 zeigt Ihnen ein aktuelles Foto des Messaufbaus. Bei dem REM handelt es sich um ein Quanta FEG 600, in welches das  AFSEM integriert wurde.
Die erste Probe ist ein Si/SiO-Substrat, in das alternierende Schichten von Platin und Kobalt eingelagert wurden. Diese Messungen wurden in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum in Dresden Rosendorf durchgeführt. Abbildung 2 zeigt Ihnen das REM-Bild, in dem der MFM-Cantilever und die Probenoberfläche zu sehen sind (a), sowie das Topographiesignal des AFM (b) und das MFM-Signal (c). Deutlich zu erkennen ist der hohe MFM-Kontrast, welcher die unterschiedlichen magnetischen Strukturen der Probe erkennen lässt.

Die zweiten Messungen wurden zusammen mit der Technischen Universität Dortmund durchgeführt. Es handelt sich bei der Probe um einen Duplex-Stahl der aus paramagnetischen und ferromagnetischen Phasen, die über die gesamte Oberfläche verteilt sind, besteht. Abbildung 3 zeigt Ihnen hierbei das REM-Bild, in dem der MFM-Cantilever und die Probenoberfläche zu sehen sind (a), das REM-Bild mit einem optimierten Kontrast um einen ersten Eindruck der beiden Phasen zu erhalten (b), sowie eine Überlagerung des Topographiebildes des AFM (c) und des MFM-Signals (d) mit dem REM-Bild. Gut zu erkennen ist der Vorteil, den der korrelative Ansatz von REM und AFM für diese Probe bietet.
Wir danken Dr. L. Fallarino, Dr. G. Hlawacek und Prof. O. Hellwig sowie Dr. M. Knyazeva, J. Rozo Vasquez und Prof. F. Walther für die Bereitstellung der Proben und die Zusammenarbeit.

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