[发明专利]一种基于扫描探针显微镜的材料微/纳尺度的磁热信号探测方法

说明书

本发明提供了一种基于扫描探针显微镜的材料微/纳尺度的磁热信号探测方法，包括扫描探针显微镜平台、具有导电性、导热性与磁性的探针，以及热学回路；首先，接触式探测样品表面形貌，同时热学回路闭合，探测样品的热信号；然后，采用非接触式探测样品的磁信号。与现有技术中通过三次扫描、其中两次为先后采用非接触式扫描得到磁信号和接触式扫描得到热信号相比，该方法简单易行，探测时间缩短，保护了探针与样品表面，同时由于扫描次数减少避免了样品位移偏差而导致的探测精度减小的问题。

技术领域

本发明属于信号探测技术领域，尤其涉及一种基于扫描探针显微镜的材料微/纳尺度的磁热信号探测方法。

背景技术

当前，信息技术与电子工业的发展对小/微型电子元件的性能提出了更高的要求，而电子器件所采用的相关材料的发热问题已经成为影响其性能的关键因素。因此，在微/纳尺度下研究材料的热学性质，并理解其热学性质与材料的其他物理性质(如力学性质、磁性质等)已经成为广受关注的问题。

磁性材料及其相关器件在信息技术中具有举足轻重的作用。对于磁性材料而言，材料的发热与散热过程通常与材料的微观形貌及磁性质(磁畴结构、微观磁性)有着密切的关系，材料的畴结构变化(如：外场驱动下的磁性材料的磁畴翻转)往往会导致微区放热行为；同样地，温度变化也可能会导致材料畴结构发生转变。同步、原位地测量材料在微区范围内的热导、温度分布与磁畴的变化，得到材料的温度、热导等热学参量与磁性、微观结构之间的关系，这对理解磁性材料发热与散热的物理机制，探寻材料磁性与发热散热之间的规律进而寻求进一步的应用有着重要的意义。

扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope，SPM)利用样品与纳米探针之间的相互作用力的变化对样品的形貌结构与基本物性(包括磁性、热导等)进行探测。由于探针的尺寸可以达到纳米级别，利用扫描探针显微镜表征材料的微观形貌与基本物性具有良好的空间分辨率，因此扫描探针显微镜是研究微纳尺度下材料磁性与热学特性之间耦合作用的有效手段。例如公开号CN105510642A的专利文献公开了一种基于扫描探针显微镜的纳米磁热原位探测装置及探测方法，实现了微纳尺度下材料的磁性、热学特性的探测。

目前，利用扫描探针显微镜探测微纳尺度下材料的磁性与热学时，探测方法包括如下过程：

(1)接触式探测样品的表面形貌以及非接触式探测样品的磁信号

将探针位移至样品表面初始位置，对样品表面进行定向扫描，扫描过程中控制探针针尖与样品表面点接触或振动点接触，位移或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位移信号或振动信号，经控制单元分析得到样品的形貌图像；

然后，探针返回至所述初始位置，并且向上抬高一定距离进行再次扫描，扫描过程中控制探针针尖沿所述的形貌图像进行位移或者振动，位移或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位移信号或振动信号，经控制单元分析得到样品的磁信号图像；

(2)接触式探测样品的热信号

将探针位移至样品表面，探针针尖与样品表面相接触，电信号施加单元对探针施加电信号，电流流入探针针尖并对其进行加热，探针针尖与样品进行热交换，使热学回路中的电压信号发生变化，经热学信号采集单元得到样品的热信号，经中心控制单元分析得到样品的热信号图像。

但是，上述探测方法中，磁信号与热信号的探测过程相分离，导致探针需要先后进行接触式探测形貌特征、非接触式探测磁信号，以及接触式探测热信号，一方面存在步骤繁琐，测试时间长，探针以及样品表面磨损等问题，另一方面由于热信号探测分离，为了实现原位探测，探针需要进行三次扫描过程并且需要控制每次的扫描路径，这就增加了控制难度，往往会引起样品位移偏差而影响探测精度。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种基于扫描探针显微镜的材料微/纳尺度的磁热信号探测方法，具有简单易行，探测精度高的优点。