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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:徐嘉宏
研究生(外文):Jia Hong Shyu
論文名稱:室溫鈷、銅、鎳鐵自旋閥及超低溫鋁單電子電晶體之物性研究
論文名稱(外文):Physical Property Ptudy in Co、Cu、NiFe Spin Valve System at Room Temperature, and in Al Single Electron Transistor at Ultra Low Temperature
指導教授:姚永德姚永德引用關係陳啟東陳啟東引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:輔仁大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:自旋閥單電子電晶體
相關次數:
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此論文工作涵蓋二項不同的課題,第一部份是在自旋閥多層膜中磁電阻的研究,第二部份是研究全超導單電子電晶體的傳輸現象。
在第一部份中我們討論磁性雜質在鈷、銅、鎳鐵自旋閥(Spin-valves)中對巨磁阻效應(GMR effect)的影響。我們利用磁性直流濺鍍真空儀器,製作自旋閥系統,在室溫下使用四點量測量測磁電阻,觀察巨磁阻變化的結果;使用磁光柯爾效應(MOKE)量測磁滯曲線,觀察磁性層間相互耦合的影響及磁化方向翻轉的情形。在磁性薄膜與金屬薄膜的界面上由於磁性雜質加入的影響,會增加電子通過界面時所造成自旋相關性散射程度的增加,因而增強巨磁阻效應。自旋閥中的金屬隔離層的厚度與自旋閥效應相關,在薄的時候,上下兩層磁性層存在鐵磁耦合,自旋閥效應不明顯;在厚的時候,電子傾向在金屬層中傳輸,自旋相關性散射的機率減少,巨磁阻效應變小。
在第二部份中我們研究極低溫下鋁單電子電晶體(Al-SET)的傳輸特性。在足夠的外加偏壓下,電荷包括庫伯電子對(Cooper pair)與準電子(quasiparticle)將經由穿隧效應,在鋁單電子電晶體中傳輸。由於電晶體上的島結構足夠小,在極低溫時將可看到由庫侖作用力所造成的庫侖阻塞現象(Coul-omb Blockade)。藉由遠端閘極的控制,改變島上靜電位能能階的高低,我們可以看到電晶體上電流-電壓特性曲線成周期性變化的庫侖震盪(Coulomb Oscillation)。在庫侖阻塞的區域中,我們可以分析判斷包含庫伯電子對與準電子的穿隧過程,包括約瑟芬-準電子過程(JQP)與高階穿隧過程(3e)。利用模擬計算的方法與實驗數據相比較,我們找出電晶體的相關參數,發現利用參數所模擬的圖形與實驗數相當吻合。
This thesis work is divided into two parts. The first part is investigation of magnetorseistance in spin-valves systems. In the second part, we studied the charge transport mechanism in all superconductor single-electron transistors.
In the first part of this work. We inserted thin magnetic layer at the interface in spin-valves, and found that magnitude of the giant magneto-resistance is determined largely by the character of magnetic/nonmagnetic interfaces. The samples were prepared by DC magnetron sputtering in a high vacuum system. The MR properties were measured at room temperature using four-terminal method. The magnetic hysteresis curves were obtained by MOKE. The results indicated that the interfacial scattering due to magnetic impurity is important. We also noticed that the thickness of nonmagnetic layer play a critical role in producing the GMR effect. When the thickness of nonmagnetic layer is thin, strong ferromagnetic coupling between magnetic layers would suppress the spin-valves effect. In the opposite case, when the nonmagnetic layer is too thick spin-dependent mean free path is not enough to diffuse into magnetic layer to induce scattering and the GMR effect is small.
In the second part of this work, we fabricated super-conducting single electron transistors, and measured them at temperature down to mK. The small capacitance of the center island gives rise to Coulomb energy barrier, which is the origin of the Coulomb Blockade phenomenon seen in these transistor. The transport measurments showed structures in the current- voltage characteristics due to cooper pair and quasiparticle tunneling. These structures including quasiparticle tunneling 、Josephson-Quaisparticle process and other high order tunneling process, oscillate with the gate voltage with a period corresponding to change of one electron on the island. From the tunneling rate calculations, we can calculate the current-voltage characteristics which agree well with our measured data.
誌謝
摘要
Abstract
目錄
圖表列次
前言
壹 室溫鈷、銅、鎳鐵自旋閥之物性研究
第一章、 簡介………………………………………….1
第二章、 磁阻理論介紹
第一節 磁電阻的發生……………………………3
第二節 異向性磁電阻……………………………6
第三節 巨磁阻……………………………………8
第三章、樣品製作及製程設備
第一節 樣品製作……………………………….13
第二節 濺鍍原理……………………………….16
第三節 膜厚計………………………………….17
第四節 膜厚測量儀…………………………….19
第五節 真空計………………………………….20
第四章、磁性及電性量測的原理與方法
第一節 磁光柯爾效應(MOKE)………………...21
第二節 電性測量…………………………….……23
第五章、結果與討論
第一節 鈷/銅/鎳鐵三層自旋閥系統……………25
第二節 自旋閥中加鈷的影響………………….28
第三節 鈷/銅/鈷x/鎳鐵1-x四層自旋閥系統…30
第四節 鈷/銅/鈷x/鎳鐵四層自旋閥系統……….35
第五節 自旋閥系統銅層膜厚改變的影響…….38
第六章、結論………………………………………….41
貳 極低溫鋁單電子電晶體之物性研究
第七章、簡介………………………………………….42
第八章、單電子電晶體原理的簡介
第一節 單電子電晶體的穿隧條件………………43
第二節 庫侖阻塞與庫侖震盪(Coulomb Block-
ade and Coulomb Oscillation)……45
第三節 穿隧速率的計算………………………47
第四節 超導體中的庫伯電子對(Cooper Pair)….48
第九章、樣品製作及製程設備
第一節 顯微蝕刻技術………………………..53
第二節 基本電路設計………………………..54
第三節 電子束顯微術………………………..55
第四節 旋鋪光阻………………………………57
第五節 用掃瞄式電子顯微鏡作電子束刻畫.59
第六節 電子束刻畫的控制系統……………….60
第七節 反應式離子蝕刻機(RIE)…………….63
第八節 電子槍蒸鍍……………………………64
第十章、量測方法……………………………………66
第十一章、結果與討論
第一節 電流與外加偏壓特性曲線的庫侖阻塞
現象……………………………………71
第二節 電流與閘極電壓特性曲線的庫侖震盪
現象……………………………………74
第三節 約瑟芬穿隧與準電子穿隧…………….77
第四節 約瑟芬-準電子穿隧過程(JQP)…….78
第五節 準電子穿隧過程(QP)…………………81
第六節 高階穿隧過程(3e)……………………83
第七節 電晶體中電容參數的決定…………….85
第八節 模擬與比較……………………………88
第十二章、結論………………………………………89
參考資料………………………………………………….92
第一部份
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