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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:粘政揚
研究生(外文):Zheng-Yang Nian
論文名稱:介面磁光科爾效應應用於超薄Ta/CoFeB/MgO結構磁滯反轉特性研究
論文名稱(外文):Application of Interface Magneto-Optical Kerr Effect on Hysteresis Reversal of Ultrathin Film with Ta/CoFeB/MgO Thin Films
指導教授:蘇炯武
指導教授(外文):Chiung-Wu Su
學位類別:碩士
校院名稱:國立嘉義大學
系所名稱:電子物理學系光電暨固態電子研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:118
中文關鍵詞:磁光柯爾效應垂直異向性CoFeB/MgO磁滯曲線反轉
外文關鍵詞:Magneto-Optical Kerr EffectUltrathin FilmHysteresis Reversal
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本論文主要探討Ta(X)/CoFeB(1.5)/MgO(1)/Ta(5),藉由可更動角度磁光科爾量測平台來觀察上層Ta (X=1 nm、1.5 nm、2 nm、3 nm、4 nm)厚度改變,退火與未退火對於垂直異相性的影響,以及改變Ta厚度後介面效應的變化。


在退火以及未退火狀態下發現,未退火時易軸為水平方向,難軸為超順磁方向,然而在退火後易軸全部轉變成為垂直方向,代表著退火有助於垂直異向性的產生。此外在退火狀態下,以不同角度入射量測過後的磁滯曲線發現有翻轉的情形,隨著Ta厚度的增加,翻轉角度由65°慢慢上升到74°,推測是因為上層Ta厚度增加,使CoFeB/MgO的介面承受不同的結構應力,而反映在磁滯曲線上。

In this study, we use Magneto-atmospheric platform to find out Polar magneto-optic Kerr effect and perpendicular magnetic anisotropy effect of Ta (X nm) / CoFeB (1.5 nm) / MgO (1 nm) / Ta (5 nm) with different incident angles. We change the thickness of Ta (X = 1 nm, 1.5 nm, 2 nm, 3 nm, 4 nm). In addition, we annealed the device for 1 hour at 315 °C to find out the effect of perpendicular magnetic anisotropy from annealing.

In the result, we found that without annealing, the easy axis changed through horizontal direction and the hard axis changed through superparamagnetic direction. However, after annealing, the easy axis will changed into vertical direction, and it means that annealing could caused enhancement of perpendicular magnetic anisotropy. Moreover, if we change the incident angle of laser, the hysteresis curve will flip, and if we change the thickness of Ta, the angle of curve flipping will changed from 65 to 74 degree. The change of flipping angle was because of the increasing of Ta thickness and changing the force of physical stress.
目錄
摘要…..…………………………………………………………………...I
Abstract………………………………………………………….……….II
致謝……………………………………………………………………..III
縮寫表 ……………………………………………………………….XV
第一章 緒論 1
1-1 動機 1
1-1-1動機一 磁光大氣平台設計 1
1-1-2動機二 雷射入射角度變更對於結果影響 3
1-1-3動機三 角度變更對於介面效應的影響 4
第二章 理論基礎 5
2-1實驗磁性材料特性 5
2-1-1 磁性的分類 6
2-2磁異向性的重要性與分類 8
2-2-1 垂直異向性 9
2-3 磁滯曲線說明 10
2-3-1 磁滯曲線量測 11
2-4 磁光效應分類 12
2-4-1 磁光科爾效應 12
2-4-2 磁光法拉第效應 14
2-4-3科爾實驗數據與磁滯關係 16
2-4-4 磁光原理 17
2-5 布魯斯特角 18
第三章 實驗儀器介紹 19
3-1 磁光實驗簡介 19
3-1-1大氣磁光平台之設計 20
3-1-2 磁光大氣平台可量測角度範圍 21
3-2磁光系統儀器簡介 22
3-2-1在磁光系統中包括了下列幾項儀器: 22
3-3大氣磁光實驗系統配置圖 27
3-3-1垂直磁光科爾系統配置 27
3-3-2 平行磁光科爾系統配置 27
3-3-3平行磁光法拉第系統配置 28
3-3-4 垂直磁光法拉第系統配置 28
3-4樣品製作過程 29
3-4-1濺鍍系統 29
3-4-2熱退火處理 30
3-4-3樣品製作步驟 31
第四章 實驗步驟介紹 32
4-1實驗步驟 32
4-1-1實驗流程 大氣磁光MOKE 32
4-3 Labview控制程式撰寫 36
4-3-1光功率計 36
4-3-2光功率計+電源控制器+PN轉換器 39
4-3-3高斯計 40
4-3-4精密旋轉台控制器 41
4-4 數據處理簡易介紹 42
4-4-1 光功率計接收訊號處理 42
4-4-2 法拉第旋轉角度擷取 43
4-4-3 高斯計數據處理方法 45
4-5 其餘控制方法 47
4-5-1電流源控制方法 48
4-5-2 PN轉換器控制方法 49
4-6 實驗注意事項 50
第五章 實驗結果與討論 51
5-1 磁光大氣平台設計結果 51
5-1-1問題一:決定扇形平台大小 51
5-1-2問題二:鑽孔的位置 52
5-1-3問題三:雷射與樣品座之距離 53
5-1-4成品 54
5-1-5磁光大氣平台成果 55
5-2 樣品簡介 56
5-3 覆蓋Ta 1 nm 退火315℃ P-MOKE 磁滯曲線圖 57
5-3-1覆蓋Ta 1 nm 退火315℃ P-MOKE 飽和磁化量 58
5-3-2覆蓋Ta 1 nm 退火315℃ P-MOKE 科爾旋轉角 59
5-4覆蓋Ta 1.5 nm 退火315℃ P-MOKE 磁滯曲線圖 60
5-4-1覆蓋Ta 1.5 nm 退火315℃ P-MOKE 飽和磁化量 61
5-4-2覆蓋Ta 1.5 nm 退火315℃ P-MOKE科爾旋轉角 62
5-5覆蓋Ta 2 nm 退火315℃ P-MOKE 磁滯曲線圖 63
5-5-1覆蓋Ta 2 nm 退火315℃ P-MOKE 飽和磁化量 64
5-5-2覆蓋Ta 2 nm 退火315℃ P-MOKE 科爾旋轉角 65
5-6覆蓋Ta 3 nm 退火315℃ P-MOKE 磁滯曲線圖 66
5-6-1覆蓋Ta 3 nm 退火315℃ P-MOKE飽和磁化量 67
5-6-2覆蓋Ta 3 nm 退火315℃ P-MOKE 科爾旋轉角 68
5-7覆蓋Ta 5 nm 退火315℃ P-MOKE 磁滯曲線圖 69
5-7-1覆蓋Ta 5 nm 退火315℃ P-MOKE 飽和磁化量 70
5-7-2覆蓋Ta 5 nm 退火315℃ P-MOKE 科爾旋轉角 71
5-8覆蓋Ta 5 nm 退火315℃ L-MOKE 磁滯曲線圖 72
5-9覆蓋Ta 3 nm 未退火 P-MOKE 磁滯曲線圖 73
5-9-1覆蓋Ta 3 nm 未退火 P-MOKE 飽和磁化量 74
5-9-2覆蓋Ta 3 nm 未退火 P-MOKE科爾旋轉角 75
5-9-3覆蓋Ta 3 nm 未退火 L-MOKE 76
5-10 各覆蓋層Ta翻轉角度總整理 77
5-10-1 各覆蓋層Ta飽和磁化量整理 78
5-10-2 各覆蓋層Ta科爾旋轉角整理 79
5-10-3 各覆蓋層Ta飽和磁化量最大值整理 80
第六章 結論 81
參考文獻 83
附錄A 樣品座設計 90
7-1樣品座設計 90
7-1-1需求 90
7-1-2 長度模擬及設計過程 91
7-1-3 樣品座上樣品槽模擬及設計過程 93
附錄B 超高真空磁光量測架構 98
7-2 真空磁光量測系統介紹 98
附錄C 台灣磁性技術協會年會心得 101

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