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研究生: 黃新富
Huang, Shin-Fu
論文名稱: 利用T型微帶線的結構共振與鐵磁共振探討鎳鐵合金Ni80Fe20薄膜的電磁特性
The observation of electric and magnetic properties of Ni80Fe20 films from the coexistence of microstrip and ferromagnetic resonance for a T-type microstrip
指導教授: 呂助增
Lue, Juh-Tzeng
羅光耀
Lo, Kuang-Yao
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 122
中文關鍵詞: 微波微帶線鐵磁共振
外文關鍵詞: microwave, microstrip, FMR
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  • 本論文研究中主要探討鎳鐵合金微帶線的結構共振與鐵磁共振交互作用的效應。對一般的直線型共振腔而言,產生能量耦合的air-gaps之輸入及輸出端在高頻的時候會產生很大的幅射損耗,為了解決上述問題,我們使用T型微帶共振腔,並提出一種新穎的方法來測量磁性材料的飽和磁化強度和磁性薄膜的電磁特性。高頻阻抗匹配方面,我們使用ADS軟體先進行模擬,找尋適合的微帶線參數,再以微影及濺鍍方式製作微帶線;利用網路分析儀HP 8722D對T型微帶共振腔作S參數量測,並且觀察外加磁場對S參數造成的變化。當外加磁場增加時,共振頻率點會先上升再下降;另外,共振頻率也會先往高頻處移動再往低頻處移動。共振頻率點的變化量大約為5~7dB,而頻率的偏移大約 0.3GHz。透過T型微帶共振腔其外加磁場和鐵磁共振頻率的關係,擬合出薄膜的飽和強化磁場Ms約為1.57Tesla;利用微帶線損耗修正公式,計算出導電率為1.4x106 S/m。為了驗證其量測飽和磁化強度及導電率的準確性,配合超導量子干涉磁量儀(SQUID)量測薄膜磁滯曲線,計算出飽合磁化強度約為1.39Tesla,而四點探針量測出薄膜導電率為1.66x106 S/m。這些結果顯示,利用T型微帶共振腔探討磁性薄膜電磁特性,具有便於量測、樣品體積小,及低成本的優點。


    摘要 誌謝 前言 1 第一章 傳輸線理論基礎 2 1-1傳輸線理論 2 1-2反射係數與阻抗匹配 5 1-3史密斯圖(Smith Chart) 7 第二章 微帶傳輸線 10 2-1微帶線之結構 10 2-2有效介電常數 12 2-3微帶線的頻散效應 13 2-4微帶線的Open-End效應 15 2-5微帶線之損耗 16 第三章 T型共振腔 18 3-1串聯共振電路 18 3-2T型共振腔 20 第四章 磁性理論與鐵磁共振 23 4-1鐵磁性物質的基本特徵 23 4-2鐵磁性物質磁區的理論基礎 25 4-3金屬薄膜的磁壁種類 27 4-4應生磁化理論 30 4-4-1應生磁化機構 30 4-4-2磁滯回線 31 4-4-3磁化曲線的基本特徵 32 4-5磁異向性 37 4-5-1磁異向性常數 38 4-5-2異向性磁場 39 4-5-3形狀異向性 40 4-6鐵磁共振 42 第五章 實驗流程與設備 46 5-1光微影術 46 5-2磁控濺鍍機 48 5-3α-step 51 5-4高頻量測裝置 52 5-5磁力顯微儀(MFM) 56 5-5-1實驗裝置 56 5-5-2工作原理 57 5-5-3基本架構 61 5-5-4實驗步驟與方法 69 5-6磁場產生裝置 70 5-7電阻量測與低溫系統 71 5-7-1儀器架構 71 5-7-2實驗原理 72 5-8超導量子干涉磁量儀 76 5-8-1 基本原理 76 5-8-2 結構示意圖與操作說明 79 第六章 實驗結果與討論 83 6-1Advanced Design System模擬T型微帶線高頻特性 83 6-2厚度5μm-Ni80Fe20-T型共振腔之鐵磁共振 (外加平行膜面的磁場) 88 6-2(A)從整個頻譜觀察 89 6-2(B)從單一峰值觀察 90 6-2(C)從Q值變化來觀察 92 6-2(D)從微帶線傳輸損耗觀察 95 6-2(E)飽合磁化強度與異向性場的擬合 97 6-2(F)從傳輸導電率觀察與薄膜低溫電性分析 98 6-3厚度5μm-Ni80Fe20-T型共振腔之鐵磁共振 (外加垂直膜面的磁場) 104 6-4厚度1μm-Ni80Fe20-T型共振腔之鐵磁共振 107 6-5厚度1μm-Ni80Fe20合金薄膜之磁區影像及磁滯曲線 (5K和300K) 109 6-6計算Ni80Fe20合金材料之飽和磁化強度Ms與磁晶異向性常數K1 116 第七章結論 118 參考文獻 120

    第一章
    [1]David K. Cheng ‘Field and Wave Electromagnetics’2/e 李永勳譯
    第二章
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