跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(18.204.56.185) 您好!臺灣時間:2022/08/14 02:28
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:黃偉笙
研究生(外文):HUANG,Wei-Sheng
論文名稱:高分辨電鏡對自旋閥結構中鈷銅界面行為之探討與研究
指導教授:開執中陳福榮陳福榮引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
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:92
中文關鍵詞:電子顯微鏡巨磁阻自旋閥結構
外文關鍵詞:TEMGMRspin valveDemixing
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:134
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
巨磁阻(Giant Magnetoresistance) 現象由Baibich等人,在1988年從Fe/Cr超晶格(super lattice)中發現,之後即受到各界的注意並相繼投入研究其原理與應用。巨磁阻的研究發展不過短短的數十年,其在儲存裝置上的應用已普及到生活周遭。如在硬式磁碟機上讀取頭的應用。其中巨磁阻結構的熱穩定性對於應用是一個非常重要的參數。在高溫與高電流密度操作下會使多層膜界面上發生相互擴散,因而導致界面粗糙度上升破壞巨磁阻結構,降低磁阻變化率
本實驗使用試片是利用直流濺鍍系統在3.5吋矽晶片上完成鍍膜過程,由美國Seagate所提供。試片結構為交換異向性自旋閥結構,結構為:Si/ SiO2 300.0 nm/ NiFeCr 5.0 nm / NiFe 3.0 nm / CoFe 0.8 nm / Cu 2.7 nm / CoFe 2.5 nm / CoFe 2.0 nm / PtMn 20.0 nm/ NiFeCr 3.5 nm (cap)。我們利用場發射電子顯微鏡(FEG-TEM)以及X光能量分散譜儀觀察交換異向性自旋閥結構在退火中界面結構變化的情形。為了能得到更準確的交換異向性自旋閥結構的訊息,實驗中利用累積積分方法做高分辨影像的處理以分析晶格常數的變化,求得精準的結構訊息。同時利用本實驗室所發展的反捲積方法改善所得之成分分佈之空間解析度,運用Wiener過濾器移除X光能譜量測中電子束所產生的延展效應,直接探討磁阻性質與組成元素擴散之相互關係。
一般來說,交換異向性自旋閥這種多層膜結構在熱力學上是種不穩定的系統;在高溫的環境下,會導致結構的破壞造成磁阻變化率的降低。但實驗結果發現,自旋閥結構於在250 oC、2小時退火後,磁阻變化率確有上升的趨勢。場發射電子顯微鏡分析的結果,認為是鈷與銅界面在鍍膜製程上所產生的混合區產生解離,使界面變得更鮮明,導致巨磁阻變化率上升並使得自由層的矯頑場變小。本實驗探討結構與成分改變對於磁性性質上的影響。並進一步分析,對於所觀察到的混合區分解、與界面的鮮明化等現象,作詳細的討論。
目 錄
目錄……………………………………………………………………I
圖目錄…………………………………………………………………V
表目錄…………………………………………………………………VI
第一章 前言……………………………………………………………1
第二章 文獻回顧………………………………………………………3
2-1硬式磁碟機的基本介紹……………………………………………3
2-1-1硬碟機技術………………………………………………………3
2-1-2讀取頭的演進……………………………………………………4
2-2巨磁阻原理介紹……………………………………………………5
2-2-1 電子自旋的發現 ………………………………………………5
2-2-2 巨磁阻效應 ……………………………………………………6
2-2-3差異性自旋散射…………………………………………………6
2-3交換異向性自旋閥原理簡介………………………………………7
2-3-1交換異向性………………………………………………………7
2-3-2交換異向性自旋閥結構…………………………………………8
2-3-3巨磁阻磁阻變化率與間隔層厚度變化之關係…………………9
2-4交換異向性自旋閥結構各層材料 ………………………………12
2-5自旋閥多層膜微觀結構與磁阻變化的關係 ……………………16
2-5-1界面粗糙度跟鍍膜結構品質的影響 …………………………16
2-5-2各層間內擴散對磁阻的影響 …………………………………17
2-5-3鈷/銅界面混合區之demixing與鈷之相變化…………………18
2-6定量影像分析技術 ………………………………………………19
第三章 實驗方法 ……………………………………………………30
3-1自旋閥薄膜試片製備…………………………………………… 30
3-2自旋閥薄膜試片在外加磁場下的熱處理 ………………………30
3-3穿透式電子顯微鏡分析 …………………………………………31
3-3-1穿透式電子顯微鏡試片製作 …………………………………31
3-3-2電子顯微鏡介紹 ………………………………………………32
3-4高分辨電子顯微鏡的分析技術 …………………………………34
3-5 X光能量分散光譜 ………………………………………………36
3-5-1 X光能量分散光譜原理介紹 …………………………………36
3-5-2 X光能量分散光譜成分分佈反捲積 …………………………37
3-6自旋閥試片磁性質量測 …………………………………………39
第四章 實驗結果與討論 ……………………………………………49
4-1磁阻變化與退火溫度的關係 ……………………………………49
4-2場發射電子顯微鏡之分析 ………………………………………50
4-2-1定量影像分析技術 ……………………………………………50
4-2-2 X光能量分散光譜成分分佈之分析 …………………………52
4-3 實驗討論…………………………………………………………56
4-3-1退火的過程中Demixing 現象探討與研究……………………59
4-3-2長時間退火下結構與成分的變化對於巨磁阻磁阻變
化率的影響 ……………………………………………………60
 0小時與2小時退火對磁性質與結構的影響 ……………61
 長時間熱處理對磁性質與結構的影響 …………………62
第五章 結論 …………………………………………………………85
第六章 未來研究方向與建議 ………………………………………86
參考文獻………………………………………………………………87
圖 目 錄
圖2-1:電子差異性自旋散射示意圖…………………………………21
圖2-2:簡化交換場模型示意圖………………………………………22
圖2-3:交換異向性自旋閥結構示意圖………………………………23
圖2-4:自旋閥磁化曲線與相對應的磁阻曲線………………………24
圖2-5:單一層CIP-geometry之示意圖…………………………… 25
圖2-6:Dieny之磁阻隨間隔層厚度變化…………………………… 26
圖2-7:有序的CuAu-I (L10)面心四方結構………………………… 27
圖2-8:鈷與銅二元相圖………………………………………………28
圖3-1:利用磁鐵提供退火時所需之外加場示意圖…………………41
圖3-2:高真空退火爐…………………………………………………42
圖3-3:橫截面式試片之製作方法……………………………………43
圖3-4:場發射式電子槍的構造………………………………………44
圖3-5:高分辨影像的處理……………………………………………45
圖3-6: X光能量分散光譜儀原理簡圖………………………………46
圖3-7:外加磁場對電阻關係圖………………………………………47
圖3-8:外加磁場對電阻關係圖 …………………………………………48
圖4-1:自旋閥結構示意圖 ……………………………………………64
圖4-2:(a)磁阻變化率與退火時間的關係曲線………………………65
(b)矯頑場與退火時間的關係…………………………………65
圖4-3: 自旋閥結構之高分辨電子顯微鏡影像………………………66
圖4-4:利用定量影像分析技術在高分辨影像上計算自旋閥結構裡
銅層的(111)上平面間距……………………………………67
圖4-5:未退火之X光能量分散光譜…………………………………68
圖4-6:2小時退火之X光能量分散光譜 ……………………………69
圖4-7:40小時退火之X光能量分散光譜……………………………70
圖4-8:40小時退火之X光能量分散光譜……………………………71
圖4-9:鈷銅界面之Demixing原子微觀示意圖………………………72
圖4-10:未退火與2小時退火的鈷、銅層成份分佈圖………………73
圖4-11:退火對於鈷鐵與銅的EDX反捲積成分分佈圖 ……………74
圖4-12:鈷銅二元合金相圖……………………………………………75
圖4-13:鎳鐵鈷三元合金相圖 ………………………………………76
圖4-14:銅原子的在熱處理過程中自由能曲線圖 …………………77
圖4-15:擴散偶示意圖…………………………………………………78
圖4-16:假想的非類質同形合金系統…………………………………79
(a) 非類質同形合金平衡相圖 ……………………………79
(b) 自由能平衡曲線圖 ……………………………………79
(C) 成分分佈圖 ……………………………………………78
圖4-17:(a)鈷銅界面示意圖…………………………………………80
(b) 銅原子的自由能曲線圖 ………………………………80
圖4-18:0、2小時R-H曲線與磁性性質比較………………………81
圖4-19:不同時間下鈷、銅界面混合區示意圖 ……………………82
圖4-20:磁阻變化與鈷/銅混合層厚度變化關係 ……………………83
表 目 錄
表2-1:各式磁阻比較…………………………………………………29
表4-1:不同時間退火的磁性性質數據………………………………84
參考文獻
第一章:
[1.1] M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff,
P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich and J. Chazelas, Phy. Rev.
Lett. 61 (1988) 2472.
[1.2] B. Dieny, V. S. Speriosu, S. Metin, S. S. P. Parkin, B. A. Gurney, P.
Baumgart, and D. R. Wilhoit, J. Appl. Phys., 69 (1991) 4774.
[1.3] H. Yoda, H. Iwasaki, T. Kobayashi, A. Tsutai, and M. Sahashi,
IEEE Trans. Magn, 32 (1996) 3363.
第二章:
[2.1] 物理雙月刊 26卷6期(2000)547
[2.2] S. J Begun, Magnetic Recording, Ch1
[2.3]鄭振東,實用磁性材料,(1999),第六章
[2.4] R. Lawrence Comstock ,Introduction to Magnetism and
Magnetic Recording(1999)
[2.5] R. Coehoorn, J.C.S Kools, Th. G. S. M Rijks and K.-M.H.
Lenssen., Philips J. Res. 51(1998)93-142
[2.6] 科儀新知 20卷3期(1999)90
[2.7] 物理雙月刊 26卷6期(2000)539
[2.8] 工業材料雜誌 169期 (2001) 117
[2.9] M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau,
F. Petroff,P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich and J.
Chazelas, Phy. Rev. Lett. 61 (1988) 2472.
[2.10] Robert L. White, IEEE Trans. Magn., 28 (1992) 2482.
[2.11] W. H. Meiklejohn and C. P. Bean, Phys. Rev., 102 (1956)
1413; Phys. Rev., 105 (1957) 904.
[2.12] J. C. S. Kools., IEEE Trans. Magn., 32 (1996) 3165
[2.13] B. Dieny, V. S. Speriosu, S. Metin, S. S. P. Parkin, B.
A. Gurney, P.Baumgart, and D. R. Wilhoit, J. Appl.
Phys., 69 (1991) 4774.
[2.14] R.Coehoorn, J.C.S Kools, Th. G. S. M Rijks and K.-M.H.
Lenssen., Philips J. Res. 51(1998)93-142
[2.15] R. E. Camely and J. Barnas, Phys. Rev. Lett. 64 (1989)
664.
[2.16] J. Barnas, A. Fuss, R. E. Camely, P. GrÜnberg, and W.
Zinn, Phys. Rev. B, 42 (1990) 8110.
[2.17] B. Dieny, Europhys. Lett., 17 (1992) 261.
[2.18] B. Dieny, J. P. Norieres, V. S. Speriosu, B. A. Gurney,
and D. R. Wilhoit, Appl. Phys. Lett. 61 (1992) 2111.
[2.19] H. Sondheimer, Adv. Phys. 1 (1952) 1.
[2.20] 黃榮潭,清華大學工程與系統科學研究所博士論文(2001)
[2.21] C. Meny, J. P. Jay, P. Panissod, P. Humbert, V. S.
Speriosu, H. Lefakis, J. P. Nozieres, and B. A. Gurney,
in MRS Symp.Proceed., 313 (1993) 289.
[2.11] Akihiro Maesaka et al, J. Appl. Phys., 83 (1998) 7628.
[2.22] S. Parkin, Phys. Rev. Lett., 71 (1993) 1641.
[2.23] D. Hwang, et al., IEEE Trans. Magn., 32 (1996) 4579.
[2.24] H. Kanai, et al., IEEE Trans. Magn., 32 (1996) 3368.
[2.25] Alexander M. Zeltser, et al., IEEE Trans. Magn., 34
(1998) 1417.
[2.26] C.-Y. Hung, M. Mao, S. Funada, T. Schneider,
L.Miloslavsky, M. Miller, C. Qian, and H. C. Tong J.
Appl. Phys., 87 (200) 6618
[2.27] Dieny B, Speriosu V S, Metin S, Parkin S S P, Gurney B
A, Baumgart P and Wilhoit D R., J. Appl. Phys., 69
(1991) 4774.
[2.28] Akihiro Maesaka, et al., J. Appl. Phys., 88 (2000) 3982.
[2.29] R. F. C Fraow, R. F. Mark, S. Gider, et al., J. Appl.
Phys., 81(1997) 4986.
[2.30] Hyuck Soo Yang, K.-I. Min, Young Keun Kim, Seong Rae
Lee, Gyeong-Su Park, Se Ahn Somg., J. Magn. Magn. Mater
226(2001) 2070
[2.31] Pascale Bayle-Guillemaud, Amanda K. Petford-Long., IEEE
Trans. Magn., 32 (1996) 4627
[232] T. Linn, C. Tsang, R. E. Fontana and J. Kent Howard,
IEEE Trans. Magn., 31 (1995) 2585.
[2.33] G. Binasch et al., Phys. Rev. B 39 (1989) 4828.
[2.34] L. Néel, C. R. Acad. Sci., 255 (1962) 1676
[2.35] W. Bruckner S. Baunack, M Hecker, J-I Monck, L. van
Loyen and C.M schneidere, Appl. Phys. Lett. 77 (2000)
358
[2.36] Rong-Tan Huang, Fu-Rong, and Ji-Jung Kai., J. Appl.
Phys., 89 (2001) 7625
[2.37] X. Portier, A. K. Petofrd-Long, P. Bayle-Guillemaud, T.
C. Anthony and J. A. Brug., Appl. Phys. Lett. 72 (1998)
118
[2.38] A. T. Saito, H. Iwasaki, Y. Kamiguchi, H. N. Fuke, and
M. Sahashi., IEEE Trans. Magn., 34 (1998) 1420
[2.40] Y. Kitade, H. KiKuchi, H. Kishi, M. Otagiri, K.
Kobayashi., IEEE Trans. Magn., 32 (1996) 4579.
[2.41] Akihiro Maesaka et al, J. Appl. Phys., 83 (1998) 7628.
[2.42] Masafumi Takiguchi et al, J. Appl. Phys., 87 (2000)
2469.
[2.43] Pascale Bayle-Guilemaul, Amanda K. Petford-Long, Thomas
C. Anthony, and James A. Brug, IEEE Tran. Magn. 32
(1996) 4627.
[2.44] K.L Merkle, ‘HREM of interface in FCC material’
Ultramicroscopy 37(1991)130-152
[2.45] P. H. Jouneau, ATardot, and G. Feuillet., J. Appl.
Phys., 75 (1994) 7310.
[2.46] K. Tillmann, M. Lentzen, R Rosenfeld, Ultramicroscopy 83
(2000)111-128
[2.47] Pascale Bayle-Guillemaud, Amanda K. Petford-Long., IEEE
Trans. Magn., 32 (1996) 4627
[2.48] X. Portier, A. K. Petofrd-Long, et al,. J. Magn. Magn.
Mater 198(1999)110
[2.49] Rong-Tan Huang, Fu-Rong, and Ji-Jung Kai., J. Appl.
Phys., 89 (2001) 7625
[2.50] Pascale Bayle-Guillemaud, Amanda K. Petford-Long., IEEE
Trans. Magn., 32 (1996) 4627
[2.51] M.D. Robertson, J.E. Currie, J.M. Corbett, J.B. Webb
Ultramicroscopy 58(1995)175
[2.52] J.L. Rouviere ICEM 13-PARIS 17-22 July 1994
[2.53] R. Birandwolf, M. Hohenstien and F. Phillipp et al.,
Ultramiceroscopy 49(1993)273-285
[2.54] K. Du, N. Y. Jin-Phillipp, F. Phillipp., EUREM 12,
Brno, Czech Republic, July 9-14, 2000
[2.55] Massalski, Thaddeus B, Okamoto, H, ASM International,
Binary alloy phase diagrams , ASM International,
第三章:
[3.1] 陳力俊, 材料電子顯微鏡學,科儀叢書3 , (1994)
[3.2] W. J. de Ruijter, R. Sharma, M. R. Mccartney, David. J.
Smith., Ultramiceroscopy 57(1995)409-422
[3.3] D. B. Williams and C. B. Cater, in Transmission Electron
Microscopy, (Plenum, New York, 1996), pp. 624.
[3.4] R. C. Gonzalez and R. E. Woods (1993), Digital Image
Processing, p25, 304 (Addison- Wesly, Reading, MA, USA)
[3.5] D. B. Williams and C. B. Cater, in Transmission Electron
Microscopy, (Plenum, New York, 1996), pp. 555-pp. 620
[3.6] D. B. Williams and C. B. Cater, in Transmission Electron
Microscopy, (Plenum, New York, 1996), pp. 639-pp. 703
第四章:
[4.1] J. C. S. Kools, J. Appl. Phys., 77, (1995) 2993
[4.2] T. C. Haung, J-P. Nozieres, V. S, Sperioiu, B. A. Gurney
and H. Lefakis, Appl. Phys. Lett., 62, (1993)1478
[4.3] 汪建明,材料分析,科儀叢書2,第11章第3節
[4.4] 汪建明,材料分析,科儀叢書2,第4章
[4.5] X. Portier and A. K. Petford-Long, J. Phys. D: Appl.
Phys. 32 (1999) R89.
[4.6] Pascale Bayle-Guilemaul, Amanda K. Petford-Long,
Thomas C. Anthony, and James A. Brug, IEEE Tran. Magn.
32 (1996) 4627.
[4.7] R. Jungblut, R. Coehoorn, M. T. Johnson, J. van de
Stegge and R. Reinders, J. Appl. Phys., 75 (1994) 6659.
[4.8] Rouviere J. L., 1994 Proc. ICEM 13 2A 123.
[4.9] R. Coehoorn, J. C. S. Kool, Th. G. S. M RIJKS and K. —
M. H. Lenssen, Philips J. Res., 51 (1998) 93.
[4.10] Y. Iijima nad K.L Hirano, Phil. Mag., 1977,35,229
[4.11] Shiva Prakash, Katalin Pentek, and Yingbo Zhang.
[4.12] K. M. Chow, W. Y. Ng, and L. K. Yeung, Surf. Coat.
Technol. 99 (1998) 161.
[4.13] Mackliet, C. A, Phys. Pew., 109(1958)1964
[4.14] G. Neumann and V. Tolle, Phi. Mag A, 57(1988)621
[4.15] B. D. Culity, Introduction to magnetic materials,
Addison-Wesley, 1972.
[4.16] De-Hua Han. Jian-Gang Zhu, and Jack H. Judy., J. Appl.
Phys., 81 (1997) 340
[4.17] Y.Kitade, H. KiKuchi, H. Kishi, M. Otagiri, K.
Kobayshi., IEEE Trans. Magn., 31 (1995) 2600.
[4.18] Gupta, K. P, Phase diagrams of ternary nickel
alloys ,Indian Institute of Metals
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top