射頻磁控濺鍍系統成長La0.67Ca0.33MnO3/LaNiO3人工超晶格磊晶薄膜結構與磁耦合關係之研究

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研究生：	游家維 Chia-Wei Yu
論文名稱：	射頻磁控濺鍍系統成長La0.67Ca0.33MnO3/LaNiO3人工超晶格磊晶薄膜結構與磁耦合關係之研究 Study on the correlations of structure and magnetic coupling in La0.67Ca0.33MnO3/LaNiO3 superlattices prepared by RF magnetron sputtering
指導教授：	李志浩李信義
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	67
中文關鍵詞：	鑭鈣錳氧、超晶格
外文關鍵詞：	LCMO, supperlattice
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本實驗成功的利用Radio Frequency磁控濺鍍法製成長磊晶出La0.67Ca0.33MnO3/LaNiO3(LCMO/LNO)人工超晶格薄膜於單晶SrTiO3基板上。藉由X光反射率與X光繞射的量測證實了超晶格結構的形成。由 X-ray繞射分析顯示在超晶格磊晶薄膜中隨著LNO厚度的增加，由c軸的晶格常數會因為界面處的應變慢慢消失而拉長恢復到接近塊材的晶格常數。另外，由a軸晶格常數變化情形，因為界面處的應變慢慢消失而壓縮恢復到接近塊材的晶格常數。由SQUID之量測觀察到對殘磁作歸一會隨LNO厚度改變會有呈現不規則的跳動，發現可能存在RKKY的關係。因為系統本身的點數太少，不足以看出震盪的關係，但是參考文獻發現震盪的周期大約在2 nm左右。由SIMS之量測觀察到縱深的周期結構不但明顯而且去計算單一周期的厚度，是與我們所預期的結果是一致的。藉由X光反射率量測可發現幾乎固定的界面粗糙度存在於LCMO與LNO層之間，至於材料本身的密度是略小於塊材的值。

目錄
第一章 前言
1.1 簡介………………………………………       1
1.2 動機 ……………………………………..       2
第二章 理論介紹
2.1    濺鍍系統…………………………………       6
2.1.1 射頻濺鍍……………………………..       7
2.1.2 磁控濺鍍……………………………..       8
2.2  X-ray 分析術………………………….        9
 2.2.1 X-ray 反射率分析…………………….      9
  2.2.2 X-ray 繞射分析……………………….     13
2.3 SIMS質譜分析儀………………………….     14
2.4 磁性物質的介紹………………………….      15
2.5 材料物理特性……………………………...     15
2.6 磁阻簡介………………………………….      16
  2.6.1 常磁阻………………………………..      16
  2.6.2 異向磁阻……………………………..      17
  2.6.3 巨磁阻………………………………..      17
  2.6.4 龐磁阻………………………………....     18
  2.6.5 穿遂磁阻………………………………..    18
2.7 超巨磁阻相關理論………………………….    19
2.8 超晶格……………………………………….    20
  2.8.1 形變層磊晶……………………………     21
2.9 RKKY-Like Models………………………      22
第三章 實驗步驟
3.1 製備過程…………………………………….    30
  3.1.1樣品製備………………………………...    30
  3.1.2 靶材製備……………………………....     31
  3.1.3 濺鍍系統………………………….…….    32
3.2 量測儀器…………………………………….    32
  3.2.1 X光反射率實驗量測…………………...    32
  3.2.2 X光反射率實驗量測……………….…..    33
  3.2.3 超導量子干涉磁量儀……………………   33
第四章 結果與討論
4.1 樣品製程參數……………………………….    36
4.2 LCMO單層膜………………………………...   37
4.2.1 X-ray CTR……………………………….   37
4.2.2 X-ray反射率………………………….…   38
4.3 (LCMO/LNO)人工超晶格………………….    39
  4.3.1 X-ray CTR………………………….…..    39
4.3.2 X-ray反射率……….………….…………   40
  4.3.3 SIMS……………………….……………    40
  4.3.4 SQUID…………………………………..    41
第五章 結論…………………………………….    54
Reference………………………………………..    56
附錄……………………………………………...    59













 圖目錄
Fig.1.1 多層膜與單層膜之比較………………………………………5
Fig.2.1 The  physical  of sputtering ……………………………26
Fig.2.2 X-ray reflection and refraction of multilayer structure……………………………………………………26
Fig.2.3.(a) The influence of film thickness on reflectivity…………………………………………………27
Fig.2.3.(b) that of surface and interface roughness on reflectivity…………………………………………………27
Fig.2.4. Reciprocal space of X-ray diffraction………………28
Fig.2.5. XRD profile of the (BTO5/STO5)8 superlattice ………28
Fig.2.6. .La0.7Ca0.3MnO3之晶格結構示意圖………………………… 29
Fig.2.7. La0.7Ca0.3MnO3的磁相圖…………………………………… 30
Fig.3.1.多層膜樣品製備的流程以及量測的方法…………………31
Fig.3.2 國家同步輻射中心X光反射率量測的示意圖…………… 32
Fig.4.1.為LCMO在垂直膜面(002)方向的繞射圖形………………43
Fig.4.2.為LCMO在平行膜面(200)方向的繞射圖形………………43
Fig.4.3.隨LCMO厚度改變晶格常數的變化…………………………44
Fig.4.4 從上到下分別為20 nm, 50 nm, 80 nm, 100nm的反射率…44
Fig.4.5. 在平行膜面(002)方向的繞射圖形…………………………45
Fig.4.6.在平行膜面(200)方向的繞射圖形……………………………45
Fig.4.7.隨LNO厚度改變使LCMO晶格常數的變化之情形……46
Fig.4.8. 從上到下分別為x=1.5 nm,2.2 nm,4.5 nm 7.5 nm的反射率………………………………………………………………………46
Fig.4.9.為SQUID垂直方向的量測結果……………………………47
Fig.4.10.為SQUID平行方向的量測結果……………………………48
Fig.4.11. 圖中實線為平行膜面的RKKY的模擬結果………………49
Fig.4.12. 圖中為平行膜面的Mr/Ms的實驗結果……………………49
Fig.4.13. 圖中為LCMO 7.5 nm/LNO 7.5 nm的SIMS量測結果50
Fig.4.14.為超晶格垂直膜面方向所量測的Hc……………………50
Fig.4.15. 為超晶格平行膜面方向所量測的Hc………………………51
Fig.4.16. Magnetization loops with the magnetic field applied parallel and perpendicular to the film plane. (a) Sample with t=150 nm……………………………………………………………51
Fig.4.16. (b) Sample with t=20 nm……………………………………51




表目錄
表4.1.為單層膜反射率fitting的結果……………………………..52
表4.2為多層膜反射率fitting的結果……………………………..52
表4.3.為Mr/g v.s. 7.5 nm/x nm(x=1.5~6)…………………….……53
表4.4.為Hc v.s. 7.5 nm/x nm(x=1.5~6)……………………….…….53

                                

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