利用離子槍濺鍍系統製備氧化鐵薄膜及其在穿遂式磁阻的應用

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研究生：	黃柏翔 Po Hsiang Huamg
論文名稱：	利用離子槍濺鍍系統製備氧化鐵薄膜及其在穿遂式磁阻的應用 Fabrication of iron oxide by ion beam deposition and its application for TMR junction
指導教授：	賴志煌 Chih-Huang Lai
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2003
畢業學年度：	91
語文別：	中文
論文頁數：	82
中文關鍵詞：	穿隧式磁阻、四氧化三鐵
外文關鍵詞：	TMR, Fe3O4
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本研究主要分為兩部分。第一部份為穿隧式磁致電阻元件的製備，第二部分則是鐵的一系列氧化物薄膜的鍍製與討論。
在穿隧式磁致電阻元件的研究上，本論文使用的是本實驗室所新進之離子槍濺鍍系統，由於其高能量、低工作壓力的特點，得到一高品質的氧化鋁薄膜，進一步的鍍製出高達20%之磁阻變化的穿隧式電阻元件。另一方面，設定了一套可作昇溫處理之磁阻量測之系統。

第二部分則是採取反應式濺鍍法去鍍製一系列的氧化鐵薄膜。利用不同的氧氣流量控制，可成長出FeO、Fe3O4以及α-Fe2O3，並特別針對於Fe3O4作性質上的探討。由相關論文所報導，Fe3O4薄膜成長溫度均需為250℃以上，本論文利用離子槍濺鍍系統高能量、低工作壓力之特性而著力於降低鍍膜溫度。由結果可知，即使在室溫下利用離子槍濺鍍系統仍可成長出類磊晶的Fe3O4薄膜，且擁有相當不錯的磁性質。（MS=391 emu/cc，HC=785 Oe）

最後則將這兩部分的工作進行結合，在穿隧式磁阻之介面處插入約1奈米厚度的不同種類之氧化鐵薄膜，結果顯現此氧化鐵層有助於提升元件的熱穩定性。

目錄
摘要……………………………………………………………………Ⅰ

目錄……………………………………………………………………Ⅱ

第一章 序論…………………………………………………………..…1

第二章 相關原理與文獻回顧………………………………………..…3

2-1 相關原理……………………………………………………….…3

2-1-1 主要幾個氧化鐵之結構及物理性質………………………3

2-1-2 穿隧式磁阻穿遂行為之機制…………………………..…8

2-1-3 穿隧式磁阻元件之操作原理……………………………10

2-2 文獻回顧…………………………………………………………11

2-2-1 穿隧式磁阻…………….……………………………….…11

2-2-2 Fe3O4薄膜…………………………………………………12

第三章 實驗設備與分析儀器…………………………………………30

3-1 雙離子槍濺鍍系統………………………………………………30

3-2 Mask exchanger…………………………………………………..31

3-3 磁阻量測機制……………………………………………………32

3-4 磁光科爾效應分析儀……………………………………………33

3-5 樣品振盪磁測儀…………………………………………………37

3-6 X-ray繞射儀……………………………………………………..38

3-7 原子力顯微鏡……………………………………………………39

3-8 電子顯微鏡系統…………………………………………………40

第四章 結果與討論……………………………………………………42

4-1 穿遂式磁阻元件 ………………………………………………..42

4-1-1 製備參數的調變…………………………………………..42

4-1-2 原子力顯微鏡之分析……………………………………..50

4-1-3 穿透式電子顯微鏡之分析與討論………….…………….51

4-2 氧化鐵薄膜………………………………………………………59

4-2-1 不同鍍膜參數的結構分析………………………………..60

4-2-2 氧化鐵薄膜之磁性質……………………………………..62

4-2-3 ESCA分析………………………………………………...68

4-2-4 電阻值的變溫量測……………………………………......71

4-3 氧化鐵薄膜在穿隧式磁阻的應用………………………………72

4-3-1 樣品薄膜結構與製程條件………………………………..72

4-3-2 插入不同氧化鐵之磁阻變化率表現……………………..72

4-2-1 後退火處理………………………………………………..73

第五章 結論……………………………………………………………79

第六章 Reference………………………………………………………80

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