磁力顯微儀量測鐵鎳合金薄膜磁區之研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	黃靖雯 Ching-Wen Huang
論文名稱：	磁力顯微儀量測鐵鎳合金薄膜磁區之研究 A Study of Magnetic Domains Structure of Fe-Ni-alloy thin films by Magnetic Force Microscopy
指導教授：	呂助增博士 Dr. Juh-Tzeng Lue
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：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	84
中文關鍵詞：	鐵鎳合金、磁區
相關次數：	點閱：2 下載：0
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目前微磁學為一門重要的研究領域，磁力顯微儀(MFM)具有高解析度(約為10~100nm)可觀測磁性材料上細微的磁區分布且操作容易，樣品不需要經過特殊處理，並且可以適用於各種環境。因此已取代其他儀器成為磁性材料研究中重要儀器。
本論文是研究鐵鎳合金薄膜表面的磁區結構。樣品的沉積方式是利用磁控濺鍍系統於矽基板上沉積鐵鎳合金薄膜，用磁力顯微儀觀察樣品的磁區結構，利用SQUID量測磁場分別垂直膜面和平行膜面之磁滯曲線；在對不同厚度的樣品加垂直膜面磁場，同樣地，利用磁力顯微儀觀察不同磁場值下的磁區結構，量測該磁區寬度變化。

摘要                                                               Ⅰ
致謝                                                               Ⅱ
目錄                                                              IⅤ
第一章    簡介.......................................................1
第二章    磁性理論...................................................5
2-1 磁性起源 .......................................................5
2-2 過渡族金屬的原子磁矩............................................6
2-3 鐵磁性物質的基本特徵............................................6
2-4 鐵磁性物質磁區的理論基礎........................................8
2-5 磁區寬度的計算.................................................10
2-6 金屬薄膜的磁壁種類.............................................13
2-7 磁壁(domain wall)的結構.........................................16
2-8應生磁化理論...................................................19
  2-8-1 應生磁化機構...............................................19
  2-8-2 磁滯回線...................................................20
  2-8-3 磁化曲線的基本特徵.........................................21
第三章 實驗設備與分析儀器..........................................27
3-1 磁控濺鍍機.....................................................27
  3-1-1 實驗裝置...................................................27
  3-1-2 濺鍍原理...................................................27
3-2 α-step........................................................29
3-3 磁力顯微儀.....................................................30
  3-3-1 實驗裝置...................................................30
  3-3-2 工作原理...................................................30
  3-3-3 基本架構...................................................34
  3-3-4 實驗步驟與方法.............................................40
3-4 電磁鐵.........................................................42
3-5 粒子誘發特性X-射線(Particle Induced X-ray Emission , PIXE)...... 42
3-6 超導量子干涉磁量儀(Superconducting Quantum Interference Device Magnetometer , SQUID ) ..........................................44
  3-6-1 基本原理...................................................44
3-6-2 結構示意圖與操作說明.......................................46
  3-6-3 儀器規格與特徵.............................................49
第四章 實驗步驟與樣品製作..........................................51
4-1 實驗流程.......................................................51
4-2 樣品製作.......................................................51
第五章 實驗結果與討論..............................................53
5-1 鎳鐵合金薄膜樣品之磁力顯微儀測試...............................53
5-2 分析鐵鎳合金薄膜中鐵與鎳的含量.................................54
5-3 Fe18.8Ni81.2合金薄膜之磁滯曲線.....................................57
5-3-1 計算Fe18.8Ni81.2合金薄膜之飽和磁化強度Ms與磁晶異向性常數K1....62
5-4 不同厚度之Fe18.8Ni81.2合金薄膜加垂直膜面磁場的MFM觀察與比較.......63
5-4-1 Fe18.8Ni81.2合金薄膜厚度分別為L=240nm與L=280nm................64
  5-4-2 各別對厚度為L=240nm與L=280nm的Fe18.8Ni81.2合金薄膜加垂直膜面磁場.........................................................65
5-4-3 Fe18.8Ni81.2合金薄膜厚度分別為L=245nm、L=320nm和L=415nm........ 68
  5-4-4各別對厚度為L=245nm、L=320nm與L=415nm的Fe18.8Ni81.2合金薄膜加垂直膜面磁場.................................................68
5-4-5薄膜厚度L與使磁區達到飽和寬度的磁場B之間的關係............71
5-4-6 磁區寬度D與未使磁區達到飽和寬度的磁場H之間的關係.......... 73
5-5磁區的寬度D與薄膜厚度L之間的關係..............................75
5-6 比較理論計算和MFM量測之磁區寬度D的差別........................77
第六章 結論........................................................81
參考文獻...........................................................83

                                

[1] 劉佳琪清華大學物理所碩士論文 “磁力電子顯微儀量測鈷鎳薄膜磁區之研究” (2004)
[2] 蘇美恩清華大學物理所碩士論文 “多層金屬磁性膜之磁力顯微儀成像與磁阻分布” (2005)
(第二章)
[3] 宛德福、馬興隆 “磁性物理學” 電子科技大學出版社 (1994) p41
[4] 宛德福、馬興隆 “磁性物理學” 電子科技大學出版社 (1994) p47;p55
[5] 宛德福、馬興隆 “磁性物理學” 電子科技大學出版社 (1994) p74~77
[6] C.Kittel “Introduction to Solid State Physics Ch15”
[7] C.Kittel “Theory of the structure ferromagnetic domains in films and small particles”, Phys.Pev.70,965(1946)
[8] 宛德福、馬興隆 “磁性物理學” 電子科技大學出版社 (1994) p213~226
[9] Soshin Chikazumi著張煦、李學養合譯 “磁性物理學” 聯經出版社事業公司 p244~248
[10] 宛德福、馬興隆 “磁性物理學” 電子科技大學出版社 (1994) p223~226
[11] 王正品、張路、要正宏主編 “金屬功能材料” 化學工業出版社,p131~133
[12] Soshin Chikazumi著張煦、李學養合譯 “磁性物理學” 聯經出版社事業公司 p463~467
[13] 宛德福、馬興隆 “磁性物理學” 電子科技大學出版社 (1994) p219~223
[14] 宛德福、馬興隆 “磁性物理學” 電子科技大學出版社 (1994) p125
[15] L.F. Yin , D.H. Wei , N. Lei ,et al. “Magnetocrystalline Anisotropy in Permalloy Revisited” Phys. Rev. Lett. 97, 067203 (2006)
[16] 宛德福、馬興隆 “磁性物理學” 電子科技大學出版社 (1994) p284~292
[17] Soshin Chikazumi著張煦、李學養合譯 “磁性物理學” 聯經出版社事業公司 p137~139
(第五章)
[18] L.F. Yin , D.H. Wei , N. Lei ,et al. “Magnetocrystalline Anisotropy in Permalloy Revisited” Phys. Rev. Lett. 97, 067203 (2006)
[19] D. Ravelosona , A. Cebollada , F. Briones ,et al. “Domain-wall scattering in epitaxial FePd ordered alloy films with perpendicular magnetic anisotropy” Phys. Rev. B 59, 4322 (1999)
[20] M.A. Marioni , N. Pilet , T.V. Ashworth , R.C. O’Handley , and H.J. Hug “Remanence due to Wall Magnetization and Counterintuitive Magnetometry Data in 200-nm Films of Ni” Phys. Rev. Lett. 97, 027201 (2006)
[21] C. Kooy and U. Enz “Experimental and theoretical study of the domain configuration in thin layers of BaFe12O19” Philips Res. Rep. 15, 7 (1960)

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
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