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研究生： 陳柏源
論文名稱： 多層膜磁性奈米線之製備及其特性分析
指導教授： 黃昭淵
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 光電工程研究所
Graduate Institute of Electro-Optical Engineering
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 106
中文關鍵詞： 多層膜 、奈米線 、磁電阻 、鈷/銅 、鎳鐵/銅
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：184  下載：8 
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    • 奈米材料為原子與分子之組合，且針對尺度於1~100 nm材料之製造技術與性質研究。新穎之多層磁性奈米線結構，可藉由控制其形貌與磁性金屬之選擇，進而可得不同之磁與電阻特性，故此多層奈米線結構除學術上具高度之研究價值，更於下ㄧ代垂直式記錄媒體有無限之發展空間。

    本研究藉由電化學電鍍於多孔性氧化鋁膜裡沉積磁性多層奈米線，並藉由電化學循環伏安分析法（cyclicvoltametry analysis；CV）分析電鍍液之還原電位，以掃瞄式電子顯微鏡（scanning electron microscope；SEM）鑑定多孔性氧化鋁膜之表面型態；藉由X光粉末繞射儀（powder X-ray diffractometer；XRD）鑑定材料之純度、晶體結構；藉由穿透式電子顯微鏡（transmission electron microscope；TEM）、掃瞄式電子顯微鏡（scanning electron microscope；SEM）與能量散佈X光光譜儀（energy dispersive X-ray spectrometer；EDS）鑑定多層磁性奈米金屬線之精確結構、成分與成長型態；並以振動樣品磁力儀（vibrating sample magnetometer；VSM）鑑定材料之磁滯曲線與角形比，並透過磁阻量測用以觀測磁阻與膜厚之關係。本研究開發孔徑為17 nm與80 nm或形貌為圓形與橢圓形不同孔洞數目之氧化鋁模版以期適用於不同用途之元件，於氧化鋁模板小於100 nm直徑之孔洞內，以電化學方式成長鈷/銅與鎳鐵/銅之奈米線，鈷/銅奈米線隨著磁性層之深寬比增加其磁易軸由垂直方向往水平方向偏移，相反地，鎳鐵/銅奈米線隨著磁性層之深寬比增加其磁易軸由水平方向往垂直方向偏移。藉由調控pH值以控制磁性層之晶格結構，當pH值為2時，其鈷為fcc組成，當pH值為3.5時，其鈷為fcc與hcp以相同比例組成，而造成其磁性質有明顯之變化為其hcp結構破壞其對稱性所造成。成長具自旋閥結構之奈米線[Co(40 nm) /Cu(4 nm) / Co(40 nm)]。其於室溫下具巨磁阻率23.4%。本研究結果將可應用於未來之磁感測元件。

    目錄 摘要……………………………………………………………..I 目錄……………………………………………………………II 表目錄………………………………………………………...III 圖目錄………………………………………………………...IV 第一章 緒論…………………………….……………………..1 1.1奈米科技……………………………..……………………………...1 1.1.1奈米材料之簡介………………..……………………………..1 1.1.2奈米材料分類與特性…………..……………………………..3 1.2多孔性陽極氧化鋁膜…………….…………………………..…….6 1.2.1多孔性陽極氧化鋁膜之簡介….…..........................................6 1.2.2 多孔性氧化鋁其生長機制…..................................................8 1.3 MRAM之原理與簡介.....................................................................10 1.3.1 磁阻原理............................................................................... 10 1.3.2 MRAM之簡介........................................................................12 1.3.3 MRAM發展之現況................................................................13 1.3.4 MRAM之讀寫原理................................................................14 1.3.5 MRAM之技術瓶頸................................................................16 1.4 垂直記錄媒體.................................................................................17 1.4.1 垂直記錄媒體之簡介............................................................17 1.4.2 垂直記錄之優點....................................................................18 1.4.3 高密度磁記錄媒體之要求....................................................18 1.5 一維奈米材料之簡介.....................................................................20 1.5.1 一維奈米材料........................................................................20 1.5.2 一維奈米材料之合成介紹....................................................21 1.5.3 一維磁性奈米金屬線文獻回顧............................................22 1.6 本研究之目的.................................................................................24 第二章 實驗步驟與儀器分析原理………………………….25 2.1藥品清單…………………………………………………………..25 2.2多孔性氧化鋁膜之製備……………………………………….….26 2.3 多層磁性奈米金屬線之合成…………………………………….29 2.4 樣品鑑定與分析………………………………………………….34 2.4.1 循環伏安分析法……………………………………..……..35 Cyclicvoltametry Analysis (CV) 2.4.2 原子力顯微鏡........................................................................37 Atomic Force Microscopy (AFM) 2.4.3 掃瞄式電子顯微鏡................................................................39 Scanning Electron Microscope (SEM) 2.4.4 穿透式電子顯微鏡................................................................42 Transmission Electron Microscope (TEM) 2.4.5 X光粉末繞射儀.....................................................................45 Powder X-ray Diffractometer (XRD) 2.4.6 振動樣品磁力儀....................................................................48 Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 2.4.7 電化學石英晶體微天平........................................................49 Electrochemical Quartz Crystal Microbalance (EQCM) 第三章 結果與討論………………………………………….51 3.1 多孔性氧化鋁膜之製備………………………….……………....51 3.1.1草酸與硫酸之表面型態與孔徑與膜厚分析…………..……51 3.2 電鍍液循環伏安法分析………………………………………….73 3.3 金屬電鍍沉積速率之分析…………………………….....……....76 3.4 多層膜磁性奈米線之基本特性分析…………………..………...82 3.4.1 X光繞射分析…………………………………….………..82 3.4.2掃瞄式電子顯微鏡分析………………………….………….83 3.4.3穿透式電子顯微鏡分析………………………….………….86 3.5 多層膜磁性奈米線之磁滯特性分析…………………..………...88 3.5.1 外加磁場方向對矯頑磁力與角形比之影響………………88 3.5.2 奈米線直徑對矯頑磁力與角形比之影響…………………90 3.5.3 金屬奈米線之磁性層厚度對矯頑磁力與角形比之影響…93 3.5.4 磁性金屬鈷/銅奈米線晶相對矯頑磁力與角形比之影響...99 3.6 多層膜磁性奈米線之磁阻特性分析……………..…………….102 第四章 結論………………………………………………...104 參考文獻…………………………………………………….105

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