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研究生:陳俊廷
研究生(外文):Chun-Ting Chen
論文名稱:NiFe/IrMn系統之反鐵磁性交換耦合研究
論文名稱(外文):Antiferromagnetic exchange coupling studies the NiFe/IrMn system
指導教授:鄭偉鈞任盛源
指導教授(外文):Wei-Chun ChengShien-Uang Jen 
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:交換耦合偏壓場矯頑磁場交換耦合能織構
外文關鍵詞:exchange biasing fieldcoercivityinterfacial exchange energytexture
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本實驗利用磁控濺鍍機成長Ni80Fe20/Ir20Mn80的交換耦合薄膜系統,發現藉由改變鐵磁層Ni80Fe20與反鐵磁層Ir20Mn80的薄膜厚度,可得到不同的交換耦合偏壓場(Hex)、交換耦合能(Jk)與矯頑磁場(Hc)。
在Ni80Fe20/Ir20Mn80的交換耦合薄膜系統中,我們發現當以反鐵磁層IrMn的厚度為變數時,在IrMn厚度大於30 Å以上,可量測到Hex的有很大的變化,且隨著厚度持續增加到150 Å,Hex幾乎達飽和且無明顯的變化。當製程條件為外加場500 Oe,IrMn厚度為90 Å時,可得到最大的Hex =116 Oe。而當製程條件在外加場500 Oe,加溫至250℃持溫1小時後,並場退火至室溫的熱處理條件中,我們可得到最大Hex與最小Hc的理想數值發生在IrMn厚度為90至150 Å之間,且在IrMn厚度為90至110 Å時可得到最大的飽合Jk為0.06 erg/cm2。
而在以鐵磁層NiFe厚度為變數的薄膜系統中,我們得知隨著NiFe的厚度(y)增加,Hex與Hc皆會逐漸減少。由於在公式Hex = Jk / (Msy)中,我們假設Jk / Ms為一定值時,經由推導可以得到,Hex應是反比於NiFe的厚度y。而Hc的逐漸減少則是由於在NiFe/IrMn的界面發生表面釘紮效應(surface pinning effect) 所導致的結果。
透過TEM影像的觀察與XRD的分析,我們可得知IrMn(111)的織構(texture)與TEM影像圖中NiFe/IrMn界面的規則晶面排列有關,晶面排列越規則,所得到的IrMn (111)織構的強度越強。
We can obtain different Exchange biasing field (Hex)、coercivity (Hc) and interfacial exchange energy (Jk) by varying either the thickness of the ferromagnetic Ni80Fe20 or the antiferromagnetic Ir20Mn80 film made by DC-magnetron sputtering.
In our study, when the thickness (x) of the IrMn layer is greater than 30Å Hex is a function of x;we found the Hex strongly increases and then reaches saturation with the IrMn thickness up to 150 Å. When the samples were made by sputtering in a field h = 500 Oe, we could get the maximum Hex at x = 90 Å. When the samplees were by postannealing at 250℃ for 1 hour in a field h = 500 Oe, and then field cooling to room temperature, we could gain the optimal values for the maximum Hex and the minimum Hc when x was between 90 Å to 150 Å, and the largest interfacial exchange energy Jk= 0.06 erg/cm2.
In regard to the Hex and Hc dependence on NiFe thickness (y), we learned that when the NiFe thickness (y) is increased, Hex and Hc are reduced gradually. We assume Jk/Ms is a constant in the formula Hex = Jk /(Msy). Then Hex is proportional to (1/y). The gradual reduction of Hc is due to the surface pinning effect at interface of NiFe/IrMn bilayer.
Through observation of TEM images and analysis of XRD, we can learn IrMn (111) texture is related to the NiFe/IrMn interface. There are more regular crystal planes arranged in TEM image picture;the crystal planes are the IrMn (111) textured and the reflected intensuty from these phases are strong.
第一章 前言 1
1.1交換耦合的發展與應用 1
1.2研究動機 1
第二章 文獻回顧 4
2-1 磁異向性介紹 4
2.2 居里溫度(Tc)與尼爾溫度(TN) 6
2.3 磁性物質分類 7
2.5 理想鐵磁/反鐵磁介面模型 9
2.6 坡莫合金(permalloy)的性質 11
第三章 實驗設備與原理 18
3.1.1 濺鍍原理 18
3.1.2 真空定義 19
3.2 樣品震動磁力計 22
3.3 X光繞射分析儀(XRD) 23
3.4 穿透式電子顯微鏡 24
3.5 能量散佈分析儀 24
第四章 實驗步驟 34
4.1 樣品準備前置流程 35
4.2 磁控濺鍍機的操作步驟 35
4.2.1 抽氣順序 35
4.2.2 濺鍍薄膜操作步驟 36
4.3樣品震動磁力計(VSM)操作步驟 37
4.4 穿透式電子顯微鏡 38
4.5 X光繞射儀操作步驟 40
第五章 結果與討論 46
5.1 VSM的量測結果 48
5.1.1 IrMn的厚度與Hc的關係 48
5.1.2 IrMn的厚度與Hex的關係 49
5.1.3 IrMn的厚度與Jk的關係 50
5.1.4 NiFe的厚度與Hc的關係 50
5.1.5 NiFe的厚度與Hex的關係 51
5.1.6 NiFe的厚度與Jk的關係 51
5.2 穿透式電子顯微鏡 52
5.3 XRD的量測結果 55
第六章 結論 95
參考文獻 97
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