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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳穎嫻
研究生(外文):Ying-Hsyan Chen
論文名稱:離子束轟擊[鐵/釩]薄膜之微結構及磁性質研究
論文名稱(外文):The studies of microstructure and magnetic properties of ion beam bombarded [Fe/V] thin films
指導教授:林克偉林克偉引用關係
口試委員:孫安正張晃暐
口試日期:2015-01-16
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:材料科學與工程學系所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:46
中文關鍵詞:磁性薄膜
外文關鍵詞:ion beam bombardedmagnetic
相關次數:
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"本研究利用雙離子束濺鍍系統(IBAD)製備Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜,鋁層作為薄膜保護層,並利用輔助離子束(End Hall)轟擊鐵磁層,探討Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜之微結構及磁性質。
X光繞射分析(XRD)得知晶體結構,由XRD分析圖發現Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜在82.3°及42.1°處有繞射峰,於JCPDS Card 之Fe(211)與V(110)晶體平面處有繞射峰。鐵與釩皆為體心立方(b.c.c.)結構,利用Bragg’s law計算得到薄膜中鐵晶格常數a=2.98 A,與釩晶格常數a=3.03 A,與塊材理論值相近。接著利用穿透式電子顯微鏡(TEM)進行晶粒尺寸分佈、膜厚及結構成分分析,利用TEM暗視野圖統計出平均晶粒尺寸約為9.5 nm, TEM橫截面圖可辨別本實驗試片有鋁、鐵、釩三層斷面及各層膜厚分別為鋁層膜厚約為1 nm;鐵層膜厚約為6 nm;釩層膜厚約為31 nm。
磁性質方面,在外加磁場(12k Oe)利用震動樣品磁力計(VSM) 沿平行膜面量測薄膜磁性質於室溫(298K)及低溫(180K),觀察到低溫時有較大的飽和磁化量,較高的剩磁比,而矯頑磁力則無明顯變化。
"
"目錄
第一章、緒論………………………………………………………………………. 1
1-1 前言……………………………………………………………………………...1
1-2 研究動機…………………………………………………………………….…..2
1-3 基礎理論………………………………………………………………………...3
1-3-1磁性物質簡介 ……………………………………………………………....3
1-3-2磁滯曲線….…………………………………………………………… .…7
1-3-3磁異向性…………………………………………………………………....7
1-4文獻回顧………………………………………………………………………..11
1-4-1柯爾磁光效應 Magnetic-Optic Kerr Effect (MOKE)…………………….11
1-4-1超導磁合金Permalloy…………………………………………………….15
1-5 第一章參考文獻……………………………………………………………….16
第二章、實驗方法與設計…………………………………………………………..18
2-1實驗設計……………………………………………………………………… 18
2-2 材料選用……………………………………………………………………….20
2-3 基材前處理…………………………………………………………………….21
2-3-1 基板製備………………………………………………………………….21
2-3-2 TEM觀測試片製備……………………………………………………….21
2-4 薄膜製備……………………………………………………………………….22
2-5 雙離子束濺鍍系統(Ion Beam Assisted Depsition,IBAD)…………………..23
2-6第二章參考文獻………………………………………………………………..27
第三章、分析儀器原理與介紹……………………………………………………..28
3-1 X光繞射儀(X-Ray Diffraction,XRD)………………………………………....28
3-2 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)……………....30
3-3震動樣品磁力計(Vibrating Sample Magnetometer,VSM)…………………....34
3-4 第三章參考文獻……………………………………………………………....35
第四章、結果與討論……………………………………………………………….36
4-1-1 X光繞射分析(XRD)……………………………………………………...36
4-1-2 穿透式電子顯微鏡(TEM)微結構分析…………………………………….39
4-1-3 震動樣品磁力計(VSM)磁性量測………………………………………...43
4-2 第四章參考文獻………………………………………………………………45
第五章、結論……………………………………………………………………….46
圖目錄
圖1.1、磁性物質磁矩排列示意圖……………………………………………………3
圖1.2、順磁性磁化率與溫度關係圖…………………………………………………4
圖1.3、反磁性磁化率與溫度關係圖…………………………………………………4
圖1.4、鐵磁性物質的磁滯曲線………………………………………………………5
圖1.5、鐵磁性磁化率與溫度關係圖…………………………………………………5
圖1.6、反鐵磁性磁矩排列及磁化率與溫度關係圖…………………………………6
圖1.7、亞鐵磁性磁矩排列及磁化率與溫度關係圖………………………………..6
圖1.8、磁滯曲線圖………………………………………………………………… ..7
圖1.9、磁性質交互作用關係圖………………………………………………………8
圖1.10、(a)單晶鎳在不同晶格方向之磁化曲線、(b) 單晶鐵在不同晶格方向之磁化曲線、(c) 單晶鈷在不同晶格方向之磁化曲線…………………………………..9
圖1.11、磁滯曲線偏移磁化軸之示意圖,Hex及Hc在磁滯曲線中之定義……….9
圖1.12表面磁光柯爾效應之儀器架設圖…………………………………………..11
圖1.13 MOKE 入射角與磁化方向關係圖……………………………………… ...12
圖、1.14室溫中歸磁化為磁場的函數於平行膜面及垂直膜面對釩/鐵/氧化鎂與鉻/鐵/氧化鎂圖(a)5 MLS,(b)6 ML(c)7 ML(d)3 ML,(e)4 ML(f)5 ML..13
圖1.15、Fe/ V(110)鐵層厚度對柯爾參數及PNR作圖………………………..14
圖、1.16 Ni-Fe合金的飽和磁化量(BS)和居禮溫度(TC)與Ni含量關係圖………15
圖、1.17 Ni-Fe合金在0.002T磁化強度時的初導磁率(μ0)與Ni含量關係圖……15
圖2.1、試片示意圖…………………………………………………………………..16
圖2.2、實驗流程圖…………………………………………………………………..17
圖2.3、鐵晶體結構示意圖………………………………………………………. …18
圖2.4、鍍膜示意圖…………………………………………………………………..22
圖2.5、雙離子束濺鍍系統…………………………………………………………..23
圖2.6、Kaufman離子源剖面圖……………………………………………………..24
圖2.7、Kaufman離子源及其輝光放電室示意圖…………………………………..24
圖2.8、離子束電流與兩柵極之關係圖…………………………………………….25
圖2.9、End Hall 離子源工作原理示意圖………………………………………….26
圖2.10、End Hall 離子源剖面圖……………………………………………………26
圖3.1、X-ray繞射儀…………………………………………………………………28
圖3.2、Bragg’s law 示意圖…………………………………………………………29
圖3.3、低掠角X光繞射法示意圖…………………………………………………29
圖3.4、穿透式電子顯微鏡示意圖………………………………………………….30
圖3.5、穿透式電子顯微鏡(A)明視野 (B)暗視野成像方法……………………...31
圖3.6、照相機長度相關繞射之幾何關係圖……………………………………….32
圖3.7 、暗視野影像計算晶粒尺寸方式之示意圖………………………………..33
圖3.8、震動樣品磁力計的示意圖………………………………………………….34
圖4.1、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜X光繞射圖……………………………………….36
圖4.2、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜TEM SAD(300X)………………………………..39
圖4.3、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜TEM SAD(300X)…………………………………40
圖4.4、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜TEM明視野圖……………………………………41
圖4.5、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜TEM暗視野圖………………………………….41
圖4.6、晶粒大小分布圖…………………………………………………………. …41
圖4.7、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜TEM橫截面影像圖VEH=70V……………………42
圖4.8、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜在T=298K 之磁滯曲線圖…………………… ..43
圖4.9、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜於外加場平行膜面之不同量測溫度磁滯曲線疊圖……………………………………………………………………………………..44
表目錄
表2.1、鍍膜參數……………………………………………………………………22
表4.1、Fe_ JCPDS Card 繞射資料對應表…………………………………………37
表4.2、V_ JCPDS Card 繞射資料對應表………………………………………….37
表4.3、σ-FeV _ JCPDS Card 繞射資料對應表…………………………………….37
表4.4、Fe/V晶格常數……………………………………………………………….38
表4.5、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜TEM SAD分析表……………………………….40
表4.6、室溫Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜與塊材鐵之磁性質比較表……………......44
表4.7、Al/[Fe/V]/SiO2雙層薄膜VSM量測結果一覽表………………………….44
"
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