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標題: 鐵/氧化矽薄膜經氬/氧離子束轟擊後之微結構與磁性質研究
Microstructure and Magnetic Properties of Iron/Si Oxide Thin Films after Ar/O2 Ion Beam Bombardment
作者: 陳俊豪
Chun-Hao Chen
關鍵字: 
氧化矽薄膜
Fe
Si Oxide
引用: 中文文獻 [1] 黃榮俊、許峻瑜,『2007諾貝爾物理獎-巨磁電阻的原理與應 用』,科學發展,426期 (2008年6月) [2] 杜怡君、張毓娟、翁乙壬、蘇怡帆、陳世毓、梁哲銘、葉巧雯、 吳信璋、卓育泯『磁性基本特性及磁性材料應用』,國立台灣大 學化學系 [3] 金重勳,『磁性技術手冊』,中華民國磁性技術協會 [4] 陳復漢,『奈米鈷薄膜經氬/氧離子束轟擊後之微結構與磁性質 研究』,國立中興大學碩士論文(2014) [5] 郭仲儀、張書綺、林信儒、林克偉,『雙離子束濺鍍系統之原理 及應用』,真空技術,十九卷四期(2007年四月) [6] 鄭信明、林麗娟,『X光繞射應用簡介』,工業材料雜誌,181 期(2002年1月) [7] 林麗娟,『X光繞射原理及其應用』,工業材料86期,(1994年2 月) [8] 陳力俊等人著,『材料電子顯微鏡學』,國家實驗研究院儀器科 技研究中心(2010年) 英文文文獻 [9] W.H. Meiklejohn, C.P. Bean, Phys. Rev. 102, 1413 (1956). [10] B. Dieny, V.S. Speriosu et al., Phys. Rev. B 43, 1297 (1991). [11] J. Nogues , Ivan K. Schuller , J Magn. Magn. Mates , 192 , 203(1999) [12] P. J. Martin, “Review Ion-based methods for optical thin film deposition,” J. Mater. Sci.21, 1-25 (1986). [13] P. Sigmund, “Theory of Sputtering Yield of Amorphous and Polycrystalline Target,”Phys. Rev. 184, 383 (1969). [14] H.R Kaufman, J. Vac. Sci. Technol., 15, 272(1978) [15] H. R. Kaufman, R S. Robinson, and R. I. Seddon, J. Vac. Sci. Technol A., 5,2081 (1987) [16] 32. P. J. Martin, “Review Ion-based methods for optical thin film deposition,”J. Mater. Sci. 21, 1-25 (1986). [17] J. J Cuomo, A. M. Rossnagel, and H. R. Kaufman eds., “Handbook of Ion Beam Processing Technology”, Noyes Publishers, Ch. 4(1989) [18] Diffraction of X-Ray by Crystals, KSHITIJ School. [19] S. Foner, The Review of Scientific Instruments, Volume 30, Number 7(1956) [20] M. N. Baibich, et. Al., Phys. Rev. Lett. 61 2472(1988)
摘要: In this experiment , the bilayer films of Fe/Si Oxide on the SiO2 substrate was prepared by dual ion-beam deposition system and the bilayer films of Fe/Si Oxide is bombarded by the Ar/O2(41%) Ion Beam. We use the XDR to identify the crystal structure and based on the analysis result, it have the Fe and Fe-Oxide films on the substrate. Using the TEM tool to confirm the profile in this step. Based on the TEM cross section analysis result. We can fine there are 5 films structure by the TEM cross section image. The bottom layer is the substrate and the top layer is the Epoxy that was coated on the top of experiment material by manually. The second and third layer is Fe and Fe-Oxide. The finally step is the magnetic property measurement by using the VSM tool. The “Coercivity Magnetic force” of in the lower temperature(180K) environment is higher than in the room temperature(298K) environment.The exchange bias are comparable between in the room temperature (298K) and lower temperature(180K) environment.
本實驗研究是使用雙離子束濺鍍系統於二氧化矽基板上製鍍鐵/氧化矽雙層薄膜,並經由離子束轟擊(41% O2/Ar)後觀察其顯微結構以及進行磁性質分析。首先運用X光繞射儀(XRD)分析奈米磁性薄膜之晶體結構,主要目的是要驗證此實驗樣品之晶體結構。第二步驟則是利用穿透式電子顯微鏡(TEM)分析此樣品之微結構,藉由分析之繞射環判定其晶體結構並與X光繞射儀分析結果進行比對,可再次驗證此實驗樣品之晶體結構。最後利用振動樣品磁力計(VSM)量測此樣品於 室溫及低溫情況下,其磁性質之差異。 在晶體結構驗證之部分,利用X繞射繞射(XRD)分析並確認其繞射峰,由分析圖得知,於JCPDS Card Fe(211)晶體平面處附近有一繞射峰,量測其對應之繞射角2θ為81.6度,而Fe 是體心立方結構(BCC),利用公式計算其晶格間距d(Å)值為1.1 Å以及晶格常數 a = 2.85 Å。將實際取得之晶格間距之值與塊材理論值(JCPDS Card)比對,得知實驗試片與塊材理論值(JCPDS Card)之Fe及Fe2O3晶格常數相近,驗證此實驗樣品含Fe薄膜以及氧與鐵結合形成氧化鐵存在。 將鐵/氧化矽雙層薄膜經過研磨及拋光後,再利用離子研磨機將試片修成薄片後置入TEM進行橫截面分析(如圖4-6 TEM橫截面分析圖),以確認其鐵/氧化矽雙層薄膜之厚度。從TEM影像中可清楚辨別四層斷面,分別為基板、Fe薄膜、部份之氧與鐵結合形成之氧化鐵、Si薄膜以及覆蓋在最上方之Epoxy。 最後利用VSM進行磁性質分析, 鐵/氧化矽雙層薄膜經由離子束轟擊後,經由VSM並外加磁場(12KOe)量測實驗樣品於常溫(298K)及低溫(180)時所得之矯頑磁力,發現於低溫(180K)下之矯頑磁力有增加之現象,主要原因是於低溫(180K)下,磁矩翻轉較不容易,造成低溫(180K)下之矯頑磁力增加。室溫(298K)與低溫(180K)下之交換偏壓場差異性不大,其交換偏壓場均為1.5Oe,主要原因分析如下敘述,根據熱力學原理,Fe、Si與O結合後較容易形成Fe3O4,其次是SiO2,最後是Fe2O3,其磁性質分別是亞鐵磁性(Fe3O4)、反磁性(SiO2)及反鐵 磁性(Fe2O3)。如果此實驗試片之鐵氧結合所形成之物質為Fe2O3,依照理論,在低溫下應會產生交換偏壓場,但以實驗結果來看,低溫下並無產生明顯之交換偏壓場,原因有可能是此實驗試片內所形成的Fe2O3較低,故沒有明顯的交換偏壓場。
URI: http://hdl.handle.net/11455/91943
其他識別: U0005-3006201409553400
文章公開時間: 2015-12-16
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