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研究生: 張新政
論文名稱: CoO/Co超薄雙層結構在半導體基底上之磁性研究
Magnetic properties of ultrathin CoO/Co bilayers grown on semiconductor substrates
指導教授: 蔡志申
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 211
中文關鍵詞: 磁光柯爾效應交換偏向效應超高真空系統鍺(100)矽(111)氧化鈷/鈷
英文關鍵詞: MOKE, exchange bias, UHV, Ge(100), Si(111), CoO/Co
論文種類: 學術論文
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  • 本研究是在超高真空環境下使用蒸鍍方式成長Co、氧壓下鍍Co方式成長CoO,成長CoO/Co超薄雙層結構於Ge(100)與Si(111)上。以歐傑電子能譜儀與反射式高能量電子繞射儀進行表面組成分析,並以表面磁光柯爾效應儀進行室溫與以1 kOe外場冷卻下之磁性性質分析。在Co/Ge(100)上,要出現交換偏向效應需要10 ML的CoO層,而隨著CoO層厚度由10 ML增加到40 ML,阻隔溫度會由169 K增加到231 K。隨著CoO層厚度增加,CoO/Co/Ge(100)會出現環狀繞射圖形,代表更規則化。水平膜面方向的最大交換偏向場出現在25 ML CoO/ 25 ML Co/Ge(100)系統中,HE = 460 Oe,這比在CoO/Co/Ge(111)上所觀測到的小,且出現最大交換偏向場的厚度也較厚。CoO/Co/Si(111)也是有傾斜出膜面的異向性,且介面也會有化合,由於CoO層為多晶,導致交換偏向場會較小。Co/Ge(100)與Co/Si(111)都是磁化易軸接近水平膜面的方向,因此垂直膜面方向的矯頑磁力會叫水平膜面方向的大,導致在量測交換偏向效應時,垂直膜面方向因矯頑磁力超過本系統量測場(2 kOe)而無法的到可信的垂直膜面方向之交換偏向場。

    第一章 緒論 1     1-1 前言 1     1-2 動機與目的 2        1-2-1 交換偏壓 2        1-2-2 薄膜的交換偏壓 6        1-2-3 實驗動機與目的 8 第二章 基本理論 13     2-1 磁性物質 13        2-1-1 磁性物質的種類 14     2-2 磁異向性理論 21     2-3 交換磁異向性 26        2-3-1 理想鐵磁/反鐵磁介面模型 26        2-3-2 交換偏向場的理論模型 28     2-4 薄膜成長理論 31        2-4-1 成長理論 31        2-4-2 成長模式 33 2-5 表面原子鍵結 35 第三章 實驗儀器與工作原理 37     3-1 真空理論 37        3-1-1 真空定義 37        3-1-2 真空材料與封合 40        3-1-3 超高真空系統的設置 44     3-2 樣品的備置 52        3-2-1 Ge單晶與Si單晶 52        3-2-2 樣品座 52        3-2-3 樣品清潔 54     3-3 超薄膜蒸鍍系統 59     3-4 歐傑電子能譜儀 60        3-4-1 歐傑電子的產生機制原理 60        3-4-2 歐傑電子能譜儀的設置 64     3-5 表面磁光柯爾效應(SMOKE) 67        3-5-1 表面磁光柯爾效應原理 67        3-5-2 表面磁光柯爾效應儀之配置 71        3-5-3 電磁鐵之製作與測試 75     3-6 低能量電子繞射儀 80        3-6-1 低能量電子繞射儀 80        3-6-2 低能量電子繞射實驗原理 82     3-7 反射式高能電子繞射儀(RHEED) 86        3-7-1 反射式高能電子繞射儀原理 86        3-7-2 反射式高能電子繞射儀之配置 88 第四章 實驗結果與討論 90 4-1 樣品表面分析與膜厚之計算 90 4-1-1 表面成分分析 90 4-1-2 膜厚計算 95 4-2 x ML CoO/ y ML Co/Ge(100) 超薄膜磁性研究 97 4-2-1 x ML CoO/ y ML Co/Ge(100) 之薄膜成長與組成分析 97 4-2-2 x ML CoO/ y ML Co/Ge(100) 之結構分析 105 4-2-3 x ML CoO/ y ML Co/Ge(100)在室溫下之表面磁性分析 115 4-2-4 x ML CoO/ y ML Co/Ge(100)場冷卻下之表面磁性分析 120 4-2-5 x ML CoO/ y ML Co/Ge(100)在不同溫度下之表面磁性分析 130 4-2-6 CoO/Co超薄雙層結構在Ge(100)與Ge(111)上之交換偏向場比較150 4-3 x ML CoO/ y ML Co/Si(111) 超薄膜磁性研究 153 4-3-1 x ML CoO/ y ML Co/Si(111) 之薄膜成長與組成分析 153 4-3-2 x ML CoO/ y ML Co/Si(111) 之結構分析 162 4-3-3 x ML CoO/ y ML Co/Si(111)在室溫下之表面磁性分析 173 4-3-4 x ML CoO/ y ML Co/Si(111)場冷卻下之表面磁性分析 179 4-3-5 x ML CoO/ y ML Co/Si(111)在不同溫度下之表面磁性分析 189 第五章 結論 203 參考資料 206

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