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研究生:蕭玉蘭
研究生(外文):Yu-Lan Hsiao
論文名稱:磁場下鎳線電導率變化之尺寸效應之研究
論文名稱(外文):The magneto size effect on conductivity changes of nickel wires
指導教授:呂助增
指導教授(外文):Juh-Tzeng Lue
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:48
中文關鍵詞:尺寸效應磁性電阻
外文關鍵詞:size effectNimagnetoresistance
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當金屬製作成膜狀或是線狀時,其電性往往與塊材的性質不同,此種因材料形貌不同而造成材料的性質不同的理論稱為尺寸效應(Size Effect),而且當材料放置在磁場下時,所產生的尺寸效應又有些許不同,本文主要想探討的是鎳在不同的尺寸與不同的磁場下,電導率與電阻率的改變。在文中,我們先作了不同尺寸時電阻率的比較,發現電阻的改變正如古典的Fuchs與Sondheimer所預測,材料的尺寸越小時,電阻下降的趨勢也越小;當同一塊樣品加入不同方向磁場比較時,所有沒有褪火的量測結果均是磁場越高,磁阻也越大,其中磁阻的大小會隨著樣品尺寸變小而變小,甚至到無變化的狀況;但是當樣品經過褪火後,薄膜的磁阻變為負值,而線材的電阻變化,隨著磁場的增加而增加。過去有關尺寸效應的研究,因侷限於製作的方法,都著重在薄膜方面的研究;而關於磁性材料方面的研究又更少了,較早研究磁性金屬線的尺寸效應,是在1990年由Arthur Chin、J.T. Masden 與 Naushad Ali研究釓(Gd)線的尺寸效應,但是其尺寸還是大了些,因此我們嘗試做出更小尺寸的鎳線,來了解鎳線在磁場下的電導率變化。

目 錄
摘要 Ⅰ
誌謝 Ⅱ
目錄 Ⅲ
第一章 緒論 1
第二章 儀器設備與量測方法
2.1 濺鍍系統介紹 3
2.1-1 濺鍍原理 3
2.1-2 濺鍍設備 4
2.1-3 濺鍍步驟 5
2.2 電性量測 7
2.2-1 電性量測系統 7
2.2-2 電性量測原理 8
2.3 曝光顯影製程 10
2.4 鎳線製作 10
2.5 真空快速熱褪火 11
第三章 磁場下的尺寸效應(Size Effect)
引 言 12
3.1 尺寸效應(Size effect) 12
3.1.1 靜電場中的波茲曼方程(Boltzmann equation)12
3.1.2 電子散射的模式 14
3.1.3 金屬薄膜下的F.S.模型 14
3.1.4 塊材電阻率與溫度之間的關係 17
3.2 縱向磁場下的尺寸效應 20
3.2.1 解縱向磁場下的波茲曼方程 20
3.2.2 Koenigsberg model 21
3.2.3 Kao model 22
3.3 橫向磁場下的尺寸效應 23
3.3.1 解橫向磁場下的波茲曼方程 23
3.3.2 橫向磁場下的磁阻 25
第四章 實驗結果及討論
4.1 結果分析 29
4.1.1 無磁場下的結果比較 29
4.1.2 縱向磁場 31
4.1.3 橫向磁場(a)平行薄膜 33
4.1.4 橫向磁場(b)垂直薄膜 35
4.2 數據擬合(Fitting data) 38
第五章 結論與未來展望 46
參考資料 47

[1] C. R. Tellier ,A. J. Tosser ;“Size Effects in Thin Films”(Lsevier Scientific Publishing Company ; Mstrdam-Oxford-New York 1982) Ch1 pp.3-11
[2] J.T. Lue ,Y.S. Hor ,“Optical filters constructed from multilayers of dieectric and thin metallic films operating in the anomalous skin effect region”,J. Optical Society of America B ,vol. 6 ,No. 6(1989) pp.1103-1105
[3] J.S. Sheng ,J.T. Lue ,J.H. Tyan ,“Design criteria for band rejection filters made from multilayers of dielectric and ultrathin metal films”,Applied Optics ,vol. 30 No. 13(1991) pp.1746-1748
[4] J.T. Lue ,J. S. Sheng , “Opical Properties of Thin Metallic Film/Dielectric Sperlattices Constrained by the Size Effct”,Appl. Phys. A 58 (1993) pp.535-539
[5] K.Y. Lo ,J.T. Lue , “Quantum size effect on optical second-harmonic generation in small metallic particles”,Physical Review B ,vol. 51 Number 4(1995) pp.2467-2472
[6] J.T. Lue ,W.C. Huang ,S.K. Ma ,“Spin-fip scattering for the electrical property of metallic-nanoparticle thin films”,Physical Review B ,vol. 51 Number 20(1995) pp.14570-14575
[7]Arthur Chin ,J. T. Masden ,Naushad Ali ;“Effects of localization on the magnetic trasition of thin gadolinium wires”, J. Appl. Phys., vol. 67(9) pp.5664-5666 ,1 May 1990
[8]呂助增,鄭伯昆 ; 實驗物理方法(聯經出版社;民國79年出版) Ch13 pp.261-266
[9] John L Vossen. Werner Kern. ;“THIN FILM PROCESSES”;Academic press .
[10] A. B. Pippard ;“Cambridge Studies in Low Temperature Physics Manetoresistance in Metals”(Canbridge University Press 1989) , Ch6 pp.197
[11] C. R. Tellier ,A. J. Tosser ,op. cit. , pp. ix
[12] 呂助增 ,“固態電子學”(明文書局;民國79年出版) Ch4 pp.74-77
[13] J. M. Ziman ,“Piciples of the Theory of Solids”(Canbridge University Press 1972)
[14] 呂助增 ,“固態電子學”(明文書局;民國79年出版)
[15] Charles Kittel , “Introduction to Solid State Physics”,John Wiley & Sons ,Inc. New York ,Chichester ,Brisbane ,Toronto ,Singapore 1996 ,Ch6 pp.161
[16] C. R. Tellier ,A. J. Tosser ,op. cit. ,Ch2 pp.160-161
[17] C. R. Tellier ,A. J. Tosser , op. cit. ,Ch2 pp.171-174
[18] C. R. Tellier ,A. J. Tosser , op. cit. ,Ch2 pp.180-182
[19] C. R. Tellier ,A. J. Tosser , op. cit. ,Ch2 pp.155-157
[20] C. R. Tellier ,A. J. Tosser , op. cit. ,Ch2 pp.168-171

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