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研究生: 林仟弘
Chang-Hong Lin
論文名稱: 濺鍍成長鐵鈷合金薄膜與大學近代物理實驗改進研究
指導教授: 蔡志申
Tsay, Jyh-Shen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 155
中文關鍵詞: 濺鍍磁光柯爾效應表面粗糙度矯頑力磁阻三角錐結構
論文種類: 學術論文
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  • 本研究是利用射頻濺鍍的方式,在單晶矽(100)上成長鈷和鐵鈷合金薄膜,並配合大氣磁光柯爾效應儀進行磁性的量測,且配合原子力顯微鏡、掃描穿隧式電子顯微鏡,進行表面形貌量測,觀察濺鍍不同鐵磁性薄膜一系列的研究。
    我們建立一套全新的射頻濺鍍系統,且成功利用此系統濺鍍Co/Si(100)及CoxFe1-x/Si(100)薄膜。實驗發現,改變濺鍍條件成長薄膜,濺鍍功率和工作壓力皆會影響薄膜成長速率。濺鍍功率及工作壓力的增加皆會使薄膜成長速率加快。
    在以濺鍍功率50 W、工作壓力 4mTorr成長Co/Si(100)薄膜時,發現鈷膜表面有特殊的三角錐結構,尺度約為100 nm。而改變濺鍍條件則無此現象。此錐狀物是由底層鈷層的柱狀晶向上成長,成長的Co膜為HCP結構,且鈷膜平面平行 HCP結構上的c 軸,和我們在磁性量測發現易軸在縱向的結果呈現一致。
    且實驗發現成長Co/Si(100)薄膜及Co0.4Fe0.6/Si(100)薄膜時,表面粗糙度隨薄膜成長會先下降再增加。另外由表面磁光科爾效應儀的磁性量測結果發現Co/Si(100)薄膜之矯頑力也隨薄膜厚度增加先下降再增加,和表面粗糙度有相同的趨勢,證實磁性薄膜表面粗糙度會影響磁性薄膜之矯頑力。
    另外,我們也進行本系實驗物理(III)課程改進研究。由問卷調查發現新增選修實驗對學生學習上有很大的幫助,且學生可提早認識當前研究的趨勢幫助其未來規劃。另外,我們也就各項觀察提供建議的改善方針,以期提升實驗課的深度與廣度。

    第一章 緒論 1 第二章 基本原理 5 2-1 奈米薄膜製程 5 2-2 濺鍍原理 7 2-2-1 直流濺鍍系統 8 2-2-2 射頻濺鍍系統 11 2-2-3 磁控濺鍍 14 2-3 薄膜沉積原理 16 2-4 系統物介紹 20 2-4-1 矽 20 2-4-2 銅 21 2-4-3 鈷 22 2-4-4 鐵 23 2-4-5 鐵鈷合金 24 2-5 磁性物質 26 第三章 儀器設備與工作原理 34 3-1 超高真空系統 34 3-1-1 真空簡介 34 3-1-2 真空理論 35 3-1-3 真空材料 38 3-1-4 超高真空濺鍍系統 43 3-1-5 達到超高真空步驟 49 3-2 大氣磁光科爾效應儀 51 3-2-1 磁光柯爾效應理論 51 3-2-2 磁光科爾效應儀器裝置 53 3-2-3 磁光科爾效應儀器操作 56 3-3 掃描穿隧式電子顯微鏡 60 3-3-1 穿隧效應 60 3-3-2 成像模式 62 3-3-3 掃描穿隧電子顯微鏡裝置 63 3-4 原子力顯微鏡 64 3-4-1 原子力顯微鏡的工作原理 65 3-4-2 原子力顯微鏡的種類 66 3-4-3 原子力顯微鏡裝置 66 3-5 磁阻量測系統 67 3-5-1 磁阻效應 67 3-5-2 磁阻種類 68 3-5-3 磁量測儀器裝置 70 第四章 實驗結果與討論 72 4-1 實驗方法 73 4-1-1 樣品的製備及清潔 74 4-1-2 濺鍍磁性薄膜 77 4-1-3 濺鍍薄膜厚度量測 78 4-2 濺鍍Co薄膜在Si(100)上的研究 81 4-2-1 濺鍍Co於功率50 W、工作壓力4 mTorr條件下 81 4-2-1-1 濺鍍速率 81 4-2-1-2 表面形貌 82 4-2-1-3 磁性量測 88 4-2-2濺鍍Co於功率50 W、工作壓力1.5 mTorr條件下 90 4-2-2-1 濺鍍速率 90 4-2-2-2 表面形貌 91 4-2-2-3 磁性量測 95 4-2-3濺鍍Co於功率30 W、工作壓力1.5 mTorr條件下 97 4-2-3-1 濺鍍速率 97 4-2-3-2 表面形貌 98 4-2-3-3 磁性量測 102 4-3 濺鍍CoxFe1-x (x = 0.6、0.4、0.2 )薄膜在Si(100)上的研究 104 4-3-1 濺鍍Co0.6Fe0.4於功率50 W、工作壓力4 mTorr條件下 104 4-3-1-1 濺鍍速率 104 4-3-1-2 表面形貌 105 4-3-1-3 磁性量測 106 4-3-2 濺鍍Co0.4Fe0.6於功率50 W、工作壓力4 mTorr條件下 108 4-3-2-1 濺鍍速率 108 4-3-2-2 表面形貌 108 4-3-2-3 磁性量測 112 4-3-3 濺鍍Co0.4Fe0.6於功率50 W、工作壓力4 mTorr條件下 114 4-3-3-1 濺鍍速率 114 4-3-3-2 磁性量測 115 4-4 濺鍍CoxFe1-x (x = 0.6、0.4、0.2 )/Si(100)薄膜綜合討論 117 4-5 磁阻量測 120 第五章 近代物理實驗的改進 123 5-1實驗課程改進的背景與動機 123 5-2實驗物理課程內容的改變 124 5-1選作實驗探討 125 5-1問卷調查 128 第六章 結論 133 第七章 參考資料 135 附錄A: 實驗課程進度表 140 附錄B: 選修實驗之實驗手冊 143 附錄C: 濺鍍實驗及磁光實驗之期末考考題 154 附錄D: 期末回饋問卷 155

    [1]J.D. Livingston, Scientific American.279, 80(1998).
    [2]Charles Kittel, “Introduction to Solid State Physics”, 6th, .John Wiley and Sons Inc, New York (1986)
    [3]C.A.F. Vaz, J.A.C. Bland and G. Lauhoff, Rep. Prog. Phys. 71 ,056501(2008)
    [4] Y.E. Wu, J.S. Tsay, S.C. Chen, T.Y. Fu and C.S. Shern, Jpn. J. Appl. Phys. 40,825(2001).
    [5] M T Johnson, P J H Bloemen, F J A den Broeder and J J de Vries, Rep. Prog. Phys. 59,1409 (1996).
    [6] M.N. Baibich, J.M. Broto, A.Fert et al. Phys.Rev.Lett. 61, 2472 (1988)
    [7] J. S. Moodera, L. R. Kinder, T. M. Wong and R. Meservey,Phys. Rev. Lett. 74,3273(1995).
    [8]葉林秀、李佳謀、徐明豐、吳德和,物理雙月刊,26, 607(2004)
    [9]幸盟凱,國立成功大學碩士論文(2002)
    [10]M.A .Ditzler, R.W Ricci, J. Chem. Edu.71,89(1994)
    [11]黃台珠,國立高雄師範大學碩士論文(2005)
    [12]陳建人,真空技術與應用,行政院國家科學委員會精密儀器發展中心(1994)
    [13]黃信貿,國立成功大學碩士論文(2004)
    [14]陳世偉,國立成功大學碩士論文(2003)
    [15]L. Donald Smith, Thin-Film Deposition Principles&Practice,McGraw-Hill,Inc.New York(1995)
    [16]M. Ohring, The Materials Science of Thin Films , Academic Press Inc, San Diego
    (1992)
    [17]吳健男,東海大學碩士論文(2005)
    [18]Brain Chapman,Glow Discharge process. John Wiley& Sons Inc. New York(1980)
    [19]鍾秉憲,國立成功大學碩士論文 (2003)
    [20]張鼎張、鄭晃忠、楊正杰,奈米通訊,5,38(1998)
    [21]M.. T. Kief and W. F. Egelhoff, Jr. Phys. Rev. B 47, 10785 (1993)
    [22]中國大百科全書, http://203.72.198.245/web/Default.htm
    [23]劉旻忠,國立中央大學碩士論文 (2000)
    [24]李佳憲,國立師範大學碩士論文 (2008)
    [25]馮學正,天主教輔仁大學物理系碩士論文 (2006)
    [26]C.Kittel, introduction of Solid State Physics, 7th ed, John Wiley & Sons inc., New York(1997).
    [27]B.D. Cullity, Introduction to Magnetic Materials, Addison Wesley ,New York(1972)
    [28]J.A.C.Bland and B.Heinrich, Ultrathin Magnetic Structure I , Springer, New York(1994)
    [29]D.J. Griffiths, Introduction of Electrodynamics, Addison Wesley ,New York(1981)
    [30]J.Nogues and I.K. Schuller ,J. Magn. Magn. Mater. 192,203 (1999)
    [31]楊正旭,天主教輔仁大學碩士論文(1999)
    [32]R.H. Yu, S. Basu, Y. Zhang, J.Q. Xiao, J. Appl. Phys. 8, 6034(1996)
    [33]T. Burkert, L. Nordstrom, O. Eriksson, and O. Heinonen, Phys. Rev. Lett. 93,027203(2004)
    [34]M.D. Cooke, M.R.J. Gibbs , R.F. Pettifer, J. Magn. Magn. Mater. 237, 175 (2001)
    [35]D.H. Qin, L. Cao, Q.Y. Sun, Y. Huang, H.L. Li, Chemical Physics Lett. 358, 484(2002)
    [36]J. A. Thorntion, J. Vac. Sci. Technol. A,4,0734 (1986)
    [37]林彥君,國立成功大學碩士論文 (2007)
    [38]王兆煒,華梵大學碩士論文 (2000)
    [39]呂登復,”實用真空技術”,國興出版,新竹(1986)
    [40]G. Ertl, J. Ku ̈ppers,Low Energy Electrons and Surface Chemistry, 2nd ed., VCH, Weinheim(1985)
    [41]魏淑宜,國立臺灣師範大學碩士論文(2006)
    [42]產品目錄,Unice E-O Services Inc.,Taiwan (2003)
    [43]D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Phys., 72nd ed., Chemical Rubber Publishing Company, England(1991)
    [44]G. Binnig and H. Rohrer, Physica B ,127,37(1984).
    [45]G. Binnig, Ch. Gerber, E. Stoll, T.R. Albrecht, C.F. Quate, Europhys. Lett. 3, 1281(1987)
    [46]白鴻陞,國立中正學碩士論文(2007)
    [47]Operating Instructions of easyScan E-AFM, Nanosurf AG, Switzerland(2006).
    [48]C.Julian Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microcopy , Oxford University Press ,New York (1993).
    [49]鄭振東,實用磁性材料,全華科技圖書股份有限公司,台北(1999)
    [50]R. von. Helmolt, J. Wecker, K. Samwer, L. Hupt, and K. Brner, J.Appl.Phys. 76, 6925 (1994)
    [51]R. von. Helmolt, J. Wecker, K. Samwer, Phys. B1 ,50, 640 (1994)
    [52]R. M. Kuster, J. Singleton, D. A. Keen, R. McGreevy and W. Hayes, Phys. B, 155, 362(1989)
    [53]A. Fert and I.A. Campbell, Phys. Rev. Lett. 21, 1190 (1968)
    [54]金重勳等,磁性技術手冊,中華民國磁性技術協會,新竹(2002)
    [55]洪育奇,國立中正大學碩士論文 (2006)
    [56] R. Eisberg & R. Resnick, Quantum Physics, Wiley, New York(1974)
    [57]陳咨融,國立雲林科技大學碩士論文 (2006)
    [58]Z.Q. Qiu,J.Pearson and S.D. Bader, Phys. Rev. B ,45, 7211 (1992)
    [59]J.S. Tsay、C.S. Yang、Y.D. Yao、Y.L Liou and S.F. Lee, Jpn.J.Appl.Phys.37,5976 (1998)
    [60]C.P. Liu、J.J. Chang、S.W. Chen、H.C. Chung and Y.L. Wang, Appl. Phys.A, 80, 1601 (2005)
    [61]Z.A. Matysina: Mater. Chem. Phys. 60, 70 (1999)
    [62] Y.P. Zhao, R.M. Gamache, G.-C. Wang, T.M. Lu, G. Palasantzas, J. Th. M. De Hosson, J. Appl.Phys. 89, 13 (2001).
    [63]Y. P. Zhao, G. Palasantzas, G. -C. Wang, T. -M. Lu, and J. Th. M. De Hosson, Phys. Rev. B 60, 1216 (1999)
    [64]傅昭銘,物理雙月刊,28,573(2006)
    [65]許榮富,物理會刊,11,55(1989)
    [66] A. Hofstein,V.N. Lunetta, Review of Educational Research, 52,201(1982)
    [67]J. D. Jackson, Classical Electrodynamics 3rd ed.,Chap. 8,p.352 ,John Wiely & Sons, New York(1999)
    [68]黃台珠等,促進理解的科學教學,心理出版社,台北(2005)
    [69]楊文金、許榮富,科學月刊,18,103(1987)
    [70]Z.Q. Qiu ,S.D. Bader,Review of Scientific Instruments,71,1243(2000)
    [71] A. Hubert, R. Schafer, Magnetic Domain, Springer Berlin Heidelberg,New York (1998)

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