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研究生： 顏振軒
Chen-Hsuan Yen
論文名稱： 錳摻雜砷化鎵/氧化錳雙層膜之磁化量垂直偏移與交換耦合現象研究
Vertical Shift in Magnetization and Exchange Coupling of GaMnAs/MnO Bilayer System
指導教授： 黃金花
Jin-Hua Huang
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： 2008
畢業學年度： 96
語文別： 中文
論文頁數： 86
中文關鍵詞： 交換偏移現象 、稀磁半導體 、鎵錳砷
外文關鍵詞： Exchange bias, DMS, GaMnAs
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    • 本論文利用分子束磊晶成長技術，在砷化鎵基板上依序成長砷化錳鎵稀磁半導體與錳層，砷化鎵基板與磊晶夾具之黏附有含銦、無銦兩種方式。以含銦黏附方式成長之樣品，經過200°C加熱板1分鐘之熱處理，錳層氧化為氧化錳反鐵磁層，而得到砷化錳鎵/氧化錳雙層膜。經場冷過程至低溫量測，得到同時具有交換偏移現象及縱向偏移現象之磁滯曲線，且其交換場與縱向偏移之方向由場冷時外加場的方向決定，其量值隨著場冷時的場強度增加而增加。
    以無銦黏附方式成長之樣品，經過200°C退火爐5分鐘以上退火處理，可以得到僅具縱向偏移之磁滯曲線。然而退火處理時若同時施加一3000 G磁場，縱向偏移現象可以被有效消除，且交換場在經過長時間的場退火處理後仍然存在，其量值隨著場退火時間的增加，而逐漸增加到達一最大值。
    經由兩段式場冷實驗，我們得知縱向偏移現象是於50 K以下之低溫場冷過程產生。經由量測樣品的交流磁化率對溫度之關係，以及磁化量對溫度之關係，推論樣品內部可能有自旋玻璃相產生，經過場冷過程，使得樣品內部分磁矩被凍結在場冷時的外加場方向，在低溫時無法隨著量測場而翻轉，因此造成磁滯曲線的縱向偏移現象。

    第一章 緒論..............................................1 1.1 前言.................................................1 1.2 研究動機.............................................4 1.3 論文架構.............................................5 第二章 文獻回顧..........................................6 2.1 稀磁半導體 (diluted magnetic semiconductor, DMS).....6 2.1.1 稀磁半導體簡介.....................................6 2.1.2 居禮溫度的提升.....................................7 2.2 交換偏移現象 (Exchange bias)........................10 2.2.1 交換偏移現象簡介..................................10 2.2.2 稀磁半導體GaMnAs / MnO系統中的交換偏移現象........12 2.2.3 交換偏移現象的實際應用............................16 2.3 磁滯曲線的縱向偏移現象..............................22 2.3.1 Co / CoO奈米粒子..................................22 2.3.2 稀磁半導體ZnCoO / NiO系統.........................28 第三章 儀器介紹與實驗步驟...............................32 3.1 分子束磊晶 (molecular beam epitaxy, MBE)............32 3.1.1 分子束磊晶簡介....................................32 3.1.2 磊晶原理..........................................35 3.2 超導量子干涉磁量儀 (superconducting quantum interference device magnetometer, SQUID magnetometer)...............................37 3.3 實驗步驟............................................40 3.3.1 試片承載方式......................................40 3.3.2 載入試片..........................................41 3.3.3 成長..............................................41 3.3.4 熱處理............................................44 第四章 實驗結果與討論...................................45 4.1 Ga0.95Mn0.05As (10 nm) / MnO (8 nm) (In-mount)之樣品45 4.1.1 場冷及零場冷之磁性表現............................47 4.1.2不同場冷之外加場的影響.............................52 4.1.3不同熱退火時間的影響...............................56 4.1.4 7 Tesla範圍量測...................................60 4.2 Ga0.95Mn0.05As (10 nm) / Mn (6 nm) (In-free-mount)之樣品....63 4.2.1 不同錳厚度的影響..................................64 4.2.2 不同退火時間處理..................................65 4.2.3 不同場退火時間處理................................69 4.3磁滯曲線縱向偏移現象的探討...........................74 第五章 結論.............................................80 參考文獻................................................82

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