退火過程中磊晶Fe/Pt多層膜轉變為序化FePt薄膜之結構與磁性變化研究

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	陳佑昇 Yu-Sheng Chen
論文名稱：	退火過程中磊晶Fe/Pt多層膜轉變為序化FePt薄膜之結構與磁性變化研究 The Study of the Structural and Magnetic Transition from Epitaxial Fe/Pt Multilayers to Ordered FePt Thin Films under Annealing
指導教授：	李志浩 Chih-Hao Lee
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：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	137
中文關鍵詞：	垂直異向性、Fe/Pt多層膜、離子束濺鍍、單晶繞射、X光磁性圓二相色性
外文關鍵詞：	PMA, Fe/Pt multilayer, ion beam sputtering, XRD for single-crystal analysis, MCD
相關次數：	點閱：2 下載：0
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

查詢本校圖書館目錄查詢臺灣博碩士論文知識加值系統勘誤回報

成功利用離子束濺鍍系統成長出成分比例接近1:1的磊晶非序化Fe/Pt多層膜，而此多層膜隨退火溫度增加轉變為磊晶序化FePt合金薄膜的過程中結構與磁性變化是本研究的重點。
從結構上得知退火500 °C為溫度轉換點，此時Fe/Pt多層膜結構開始被破壞，當退火溫度達700 °C時，形成(001)方向磊晶的L10序化FePt合金薄膜，序化度達0.95以上。除此之外，從不同退火溫度的c/a比值皆小於0.98得知退火過程中只牽涉Fe和Pt原子的交互擴散並沒有造成太大的晶格變形。
從磁性來看，當退火溫度達700 °C，序化度與垂直向的方正性接近1，磁晶異向常數增大至約3×107 erg/cc，表示具有明顯的PMA性質。此外，Hc在退火溫度600 °C時有最大值約1960 Oe，當達700 °C則Hc下降至1300 Oe左右。
對於垂直向的morb/mspin比值來說，未退火的Fe/Pt多層膜約0.088；500 °C退火約0.149；經過700 °C退火形成序化FePt合金薄膜後約0.174，大致上可看出序化度越高，Fe和Pt之間的軌域混層越強，再加上自旋-軌道耦合越大，軌道磁矩的異向性越明顯，使得測量所得之垂直向的morb/mspin比值越大。

An epitaxial L10 Fe/Pt thin film grown from the Fe/Pt multilayer with a composition of almost 1:1 was prepared successfully using ion beam sputtering deposition. To study the structural and magnetic transition from an Fe/Pt multilayer to an epitaxial FePt alloy thin film is the key point in this research.
The Fe/Pt multilayer was grown at 100 °C and the multilayer structure was destroyed at an annealing temperature of 500 °C. When the annealing temperature reached 700 °C, the L10 ordered FePt film with growing along (001) orientation epitaxially was obtained. The order parameter reached above 0.95. In addition, c/a ratios of FePt films annealing at different temperatures were below 0.98. This result implies that the interdiffusion of Fe and Pt atoms during the annealing did not distorted the lattice structure too much.
After the sample was annealed at 700 °C, the out-of-plane order parameter and squareness were close to 1 and magnetocrystalline anisotropy constant reached 3×107 erg/cc. It was indicated that the ordered FePt film has strong PMA effect. The ordered FePt film exhibited an out-of-plane coercivity of 1960 Oe after annealing at 600 °C, but it decreased to 1300 Oe after annealing at 700 °C.
For the out-of-plane spin-to-orbital ratio, the Fe/Pt multilayer without annealing was 0.088; the Fe/Pt multilayer after annealing at 500 °C was 0.149; and the ordered FePt film after 700 °C was 0.174. It can be inferred that the higher order parameter, the stronger hybridization and spin-orbital coupling between Fe and Pt atoms occurs. Also, the higher orbital magnetic moment anisotropy implies the out-of-plane spin-to-orbital ratio becomes larger.

目錄
摘要…………………………………………………………………    I
Abstract……………………………………………………………    II
誌謝…………………………………………………………………    III
目錄…………………………………………………………………    IV
圖目錄………………………………………………………………    IX
表目錄……………………………………………………………    XVII
第一章 序論………………………………………………………    1
1-1 前言…………………………………………………………    1
1-2 磁記錄媒體的發展與限制…………………………………    1
1-3 FePt合金結構………………………………………………    2
1-4 研究動機……………………………………………………    4
第二章 理論背景與文獻回顧……………………………………    6
2-1 磁晶異向性 (magnetocrystalline anisotropy, Ku)…………    6
2-1-1 磁晶異向性簡介………………………………………    6
2-1-2 磁晶異向性的起源……………………………………    7
2-2 形狀異向性 (shape anisotropy)……………………………8
2-3垂直磁異向性 (perpendicular magnetic anisotropy, PMA)…10
2-3-1 垂直磁異向性理論簡介………………………………    10
2-3-2 垂直磁異向性現象……………………………………    11
2-4 熱穩定因子 (thermal stability factor, KuV/kBT)………12
2-5 文獻回顧……………………………………………………    14
2-5-1 Fe/Pt多層膜簡介………………………………………    15
2-5-1-1 最早的Fe/Pt多層膜………………………………    15
2-5-1-2 最常被引用的Fe/Pt多層膜………………………    16
2-5-1-3 序化溫度最低的Fe/Pt多層膜……………………    18
2-5-1-4 成長在玻璃基板的Fe/Pt多層膜…………………    20
2-5-1-5 Fe/Pt多層膜的其他研究…………………………    22
2-5-2 濺鍍製程成長磊晶FePt薄膜…………………………    22
2-5-3 MCD量測………………………………………………    25
2-5-3-1 純磁性金屬系統…………………………………    26
2-5-3-2 磁性多層膜系統…………………………………    27
2-5-3-3 磁性合金系統—有關FePt薄膜磁矩的研究……    29
第三章 實驗方法與分析技術……………………………………    31
3-1 實驗製程儀器-離子束濺鍍系統(Ion beam sputrering, IBS)31
3-1-1 濺鍍原理介紹…………………………………………    31
3-1-2 IBS系統簡介……………………………………………    32
3-2 實驗流程……………………………………………………    35
3-3 實驗方法……………………………………………………    36
3-3-1基板的選擇與前處理…………………………………    36
3-3-2 L10 FePt薄膜的製備……………………………………    36
3-3-3 後退火熱處理…………………………………………    37
3-4實驗分析技術………………………………………………    38
3-4-1 X光繞射分析技術 (X-ray diffraction, XRD)…………    38
3-4-1-1 基本原理…………………………………………    38
3-4-1-2 實驗目的…………………………………………    39
3-4-2 X光反射率量測 (X-ray reflectivity, XRR)……………41
3-4-2-1 基本原理…………………………………………    41
3-4-2-2 實驗目的…………………………………………    43
3-4-3 磁性量測 (magnetic property measurement)…………    44
3-4-3-1 磁光柯爾效應儀(Magneto-Optical Kerr Effect,
MOKE)……………………………………………    44
3-4-3-2 樣品震盪磁測儀(Vibrating-sample magnetometer,
VSM)………………………………………………    45
3-4-3-3 實驗目的…………………………………………    46
3-4-4 X光吸收光譜 (X-ray absorption spectroscopy, XAS)…47
3-4-4-1 基本原理…………………………………………    47
3-4-4-2 實驗目的…………………………………………    48
3-4-5 X光磁圓偏振二向性 (Magnetic Circular Dichrism,
MCD)……………………………………………………    49
3-4-5-1 基本原理…………………………………………    49
3-4-5-2 實驗目的…………………………………………    51
3-4-5-3 MCD實驗設計與數據處理………………………    51
3-5 其他輔助的分析儀器………………………………………    56
3-5-1 掃瞄式電子顯微鏡 (Scanning electron microscope, SEM)………………………………………………………………    56
3-5-2 Ｘ光能量散佈光譜儀 (Energy Dispersive Spectrometer, EDS)…………………………………………………    57
3-5-3 原子力顯微鏡 (Atomic force microscope, AFM)……    57
3-5-4 實驗目的………………………………………………    58
第四章 FePt磊晶薄膜……………………………………………    59
4-1 實驗樣品的選定……………………………………………    59
4-1-1 成分的確認……………………………………………    59
4-1-2 晶體結構的確認………………………………………    60
4-1-3 磁性的確認……………………………………………    62
4-1-4 薄膜結構的確認………………………………………    64
4-1-5 樣品選定總結…………………………………………    66
4-2 晶體結構分析………………………………………………    67
4-2-1 X光繞射技術與序化常數 (XRD analysis and order
parameter)………………………………………………    67
4-2-2 單晶繞射 (XRD for single-crystal analysis)…………72
4-3 薄膜結構分析………………………………………………    88
4-3-1 掃描式電子顯微鏡與原子力顯微鏡 (SEM and AFM
analysis)………………………………………………    88
4-3-2 X光反射率 (X-ray reflectivity, XRR)…………………89
4-3-3 X光吸收近邊緣結構光譜 (X-ray absorption near edge structure, XANES)…………………………………………………90
4-4 巨觀磁性分析—樣品震盪磁測儀 (Vibrating-sample magnetometer, VSM)………………………………………………    93
4-4-1 方正性 (Squareness, Sq)………………………………    95
4-4-2 飽和磁化量 (Saturation magnetization, Ms)…………96
4-4-3 矯頑磁場 (coercivity, Hc)……………………………    100
4-4-4 磁晶異向性 (magnetocrystalline anisotropy, Ku)……103
4-5 微觀磁性分析—X光磁圓偏振二向性 (Magnetic Circular Dichroism, MCD)…………………………………………………    105
4-5-1 定性分析………………………………………………    106
4-5-2 MCD asymmetry ratio…………………………………    110
4-5-3 自旋-軌道磁矩比值 (spin-to-orbital ratio)……………112
4-5-4實驗、理論計算文獻的比較……………………………121
第五章 結論………………………………………………………    126
第六章 未來工作建議……………………………………………    127
參考文獻……………………………………………………………    129
附錄…………………………………………………………………    135


圖目錄
圖1-1 FePtx合金之相圖……………………………………………3
圖1-2 L10序化的FePt單位晶胞中磁矩排列結構…………………3
圖2-1 棒狀磁鐵及其磁力線分佈…………………………………    8
圖2-2 棒狀磁鐵內部磁感應場分布圖……………………………    9
圖2-3 垂直磁異向性示意圖………………………………………    12
圖2-4 MgO/Pt/[Pt(30 Å)/Fe(23 Å)]8多層膜結構…………………15
圖2-5 [Pt(30 Å)/Fe(23 Å)]8多層膜退火前後的X光繞射圖譜…16
圖2-6 左圖是[Pt(30 Å)/Fe(23 Å)]8多層膜退火前的磁滯曲線，右圖是退火後的磁滯曲線……………………………………………    16
圖2-7 Glass/[Fe(20.2 Å)/Pt(17.3 Å)]n多層膜結構圖…………17
圖2-8 [Fe(20.2 Å)/Pt(17.3 Å)]n多層膜退火前後的X光繞射圖譜18
圖2-9 Ms和Hc隨退火溫度的變化………………………………    18
圖2-10 Hc隨膜厚的變化…………………………………………    18
圖2-11 MgO/Fe(10 Å)/Pt(400 Å)/[Fe(1.4 Å)/Pt(2.0 Å)]50多層膜結構……………………………………………………………………19
圖2-12 左圖和右圖分別是用MBE以及sputtering成長Fe/Pt多層膜的X光繞射圖譜………………………………………………    19
圖2-13 Glass/[Fe(2.3 Å)/Pt(2.0 Å)]n多層膜結構圖……………21
圖2-14 (a)左圖是[Fe(4.7 Å)/Pt(4.0 Å)]12多層膜在不同退火溫度下進行600秒RTA的X光繞射圖譜。(b)右圖是[Fe(2.3 Å)/Pt(2.0 Å)]n多層膜在550 □C進行2杪的RTA，觀察不同單層厚度對X光繞射圖譜的變化…………………………………………………    21
圖2-15 (a) Cu (202)與(b) fct FePt(101)的azimuthal scans圖譜…………………………………………………………………    23
圖2-16 400 °C成長FePt薄膜的磁滯曲線………………………    23
圖2-17(a) MgO/FePt、(b) MgO/Pt/FePt與(c) MgO/Cr/FePt的phi scans圖譜…………………………………………………………    24
圖2-18 a、c、a/c、(I001/I002)1/2以及Ku隨ε上升的變化圖……24
圖2-19 Co/Pt多層膜中Co垂直向morb對Co層的厚度變化……    28
圖2-20 (a)與(b)分別為FePt薄膜沉積在25 □C及350 □C的吸收光譜，而(c)與(d)為其歸一後的結果………………………………    30
圖2-21 (a)-(c)與(d)-(f)分別為FePt薄膜沉積在25 □C及350 □C的XMCD圖譜………………………………………………………    30
圖3-1 濺射原理示意圖……………………………………………    31
圖3-2 IBS系統裝置圖……………………………………………    33
圖3-3 IBS系統裝置俯視圖………………………………………    33
圖3-4 Kaufman離子束發射源……………………………………    34
圖3-5 實驗流程圖…………………………………………………    35
圖3-6 布拉格繞射構圖。□為X光波長，hkl為米勒指標(Miller
indices)。當滿足布拉格公式時會產生建設性干涉………………39
圖3-7 □/2□ scan裝置示意圖………………………………………39
圖3-8 L10序化FePt薄膜的JCPDS圖譜…………………………    41
圖3-9 (a)薄膜厚度對X光反射率的影響，(b)表面和界面粗糙度對X光反射率的影響，σ1是表面粗糙度，σ2是界面粗糙度……    43
圖3-10 PMOKE、LMOKE和TMOKE的示意圖…………………    45
圖3-11 VSM的裝置圖……………………………………………    46
圖3-12 XANES與EXAFS的分界圖………………………………    48
圖3-13 Ni L3,2-edges吸收光譜。實線和虛線分別表示Ni對正、負磁場的X光吸收光譜……………………………………………    50
圖3-14 Ni L3,2-edges MCD譜圖……………………………………50
圖3-15 MCD量測垂直膜面磁矩的樣品、磁場與入射X光位置示意圖………………………………………………………………    52
圖3-16 經過退火700 °C的L10序化FePt合金薄膜在正、負磁場(1 Tesla)下經過歸一的L2,3-edges吸收光譜。磁場為垂直膜面…    53
圖3-17 經過退火700 °C的L10序化FePt合金薄膜之MCD圖譜。磁場為垂直膜面………………………………………………    53
圖3-18 經過退火700 °C的L10序化FePt合金薄膜之XAS圖譜。磁場為垂直膜面………………………………………………    54
圖3-19 MCD量測平行膜面磁矩的樣品、磁場與入射X光位置示意圖………………………………………………………………    54
圖3-20 經過退火700 °C的L10序化FePt合金薄膜在正、負磁場(1 Tesla)下經過歸一的L2,3-edges吸收光譜。磁場為平行膜面…    55
圖3-21 經過退火700 °C的L10序化FePt合金薄膜之MCD圖譜。磁場為平行膜面………………………………………………    55
圖3-22 經過退火700 °C的L10序化FePt合金薄膜之XAS圖譜。磁場為平行膜面………………………………………………    56
圖4-1 (a) [Fe (15.4 Å)/Pt (22.0 Å)]8、(b) [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15、(c) [Fe (10.0 Å)/Pt (13.0 Å)]16此三種厚度Fe/Pt多層膜的初鍍膜以及在不同退火溫度下的XRD圖譜…………………62
圖4-2 (a) [Fe (15.4 Å)/Pt (22.0 Å)]8、(b) [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15、(c) [Fe (10.0 Å)/Pt (13.0 Å)]16此三種厚度Fe/Pt多層膜在不同退火溫度下的PMOKE圖譜………………………………64
圖4-3 (a) [Fe (15.4 Å)/Pt (22.0 Å)]8、(b) [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15此兩種厚度Fe/Pt多層膜初鍍膜的X光反射率圖譜……………………………………………………………………    65
圖4-4 (a) [Fe (15.4 Å)/Pt (22.0 Å)]8、(b) [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15此兩種厚度Fe/Pt多層膜初鍍膜的Fe L-edges吸收光譜……………………………………………………………………    66
圖4-5 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15經過不同退火溫度的X光繞射圖譜。(a)~(f)分別代表100、300、500、600、650、700 °C。S表示序化常數，m表示多層膜結構造成的超晶格峰……………    69
圖4-6 以2sinθ/λ為y軸，m為x軸去做linear fit (Y=A+BX)，以求modulation wavelength (Λ)……………………………………    70
圖4-7 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15之序化常數隨退火溫度變化的趨勢圖………………………………………………………………    71
圖4-8 序化的活化能(QS)對厚度比值(tPt/tFe)的關係。(●)：100 nm厚的FePt薄膜。虛線是交互擴散的活化能(QD)…………………72
圖4-9 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15初鍍膜(即未退火)之繞射圖譜，包含(111) phi scan以及(111)、(002)、(200)、(220)繞射峰。D為每一晶面的coherent length，插圖為rocking curve……    74
圖4-10 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15經300 °C退火之繞射圖譜，包含(111) phi scan以及(111)、(002)、(200)、(220)繞射峰。D為每一晶面的coherent length，插圖為rocking curve………………75
圖4-11 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15經500 °C退火之繞射圖譜，包含(111) phi scan以及(111)、(001)、(002)、(200)、(220)繞射峰。D為每一晶面的coherent length，插圖為rocking curve…………    76
圖4-12 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15經600 °C退火之繞射圖譜，包含(111) phi scan以及(111)、(001)、(002)、(220)繞射峰。D為每一晶面的coherent length，插圖為rocking curve………………77
圖4-13 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15經650 °C退火之繞射圖譜，包含(111) phi scan以及(111)、(001)、(002)、(200)、(220)繞射峰。D為每一晶面的coherent length，插圖為rocking curve…………    78
圖4-14 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15經700 °C退火之繞射圖譜，包含(111) phi scan以及(111)、(001)、(002)、(110)、(220)繞射峰。D為每一晶面的coherent length，插圖為rocking curve…………    79
圖4-15 FePt薄膜之(111) phi scan示意圖…………………………80
圖4-16 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15經不同退火溫度後其c/a比値與序化常數(S)的比較圖。黑色虛線為FePt合金c/a比値之理論值……………………………………………………………………    81
圖4-17 [Fe(2.5 nm)/Pt(tPt)]10 多層膜之c/a比值隨退火溫度的變化。(□)、(●)、(∆)分別表示tPt為1.5、2.5、3.5 nm。而虛線表示100 nm厚的FePt薄膜……………………………………………    83
圖4-18 FePt薄膜的c軸、a軸以及c/a隨退火溫度的改變。□表示非序化FePt，虛線表示FePt塊材的值…………………………    83
圖4-19 [Fe/Pt]13、Ag/[Fe/Pt]13、Ti/[Fe/Pt]13與Bi/[Fe/Pt]13之c/a比值隨退火溫度的改變……………………………………………84
圖4-20 FePt與Cu/FePt薄膜之a、c、c/a以及體積v隨退火溫度的改變……………………………………………………………    84
圖4-21 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15各個晶面的coherent length隨退火溫度的變化……………………………………………………86
圖4-22 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15各個晶面的rocking curve隨退火溫度的變化………………………………………………………87
圖4-23 Fe/Pt多層膜序化前後的晶體結構示意圖。(a)為序化前，(b)為序化後…………………………………………………………    87
圖4-24 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15初鍍膜之SEM照片…………88
圖4-25 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜之AFM影像。左圖為未退火，平均粗糙度為3.53 Å；右圖為經過700 °C退火，平均粗糙度為8.06 Å……………………………………………………    89
圖4-26 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經不同退火溫度之X光反射率圖譜(X-ray reflectivity, XRR)。總厚度約374.8±44.1 Å，Fe/Pt雙層膜厚度約24.7±1.5 Å……………………………………    90
圖4-27 極化吸收光譜(polarized XAS)的實驗示意圖……………91
圖4-28 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜序化前後(初鍍膜與700 □C退火)的定向極化X光吸收近邊緣光譜(polarized XANES)…93
圖4-29 文獻上的L10序化FePt合金之定向極化X光吸收近邊緣光譜(polarized XANES)。左圖為理論計算結果，右圖為實驗結果…………………………………………………………………    93
圖4-30 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經過不同退火溫度的磁滯曲線圖。包含垂直與水平向……………………………………94
圖4-31 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜序化常數與方正性對不同退火溫度的趨勢比較圖…………………………………………96
圖4-32 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜序化常數與飽和磁化量對不同退火溫度的趨勢比較圖……………………………………97
圖4-33 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜序化常數與Fe原子磁矩對不同退火溫度的趨勢比較圖……………………………………99
圖4-34 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜在垂直與水平向10 kOe磁場下的Fe原子磁矩對不同退火溫度的趨勢比較圖……………100
圖4-35 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜序化常數與矯頑磁場對不同退火溫度的趨勢比較圖………………………………………102
圖4-36以磁區壁移動的pinning site影響磁區移動之示意圖。(a)圖為磁區壁移動前，(b)圖為磁區壁移動後………………………    102
圖4-37 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜序化常數與磁晶異向性對不同退火溫度的趨勢比較圖……………………………………104
圖4-38 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜矯頑磁場與磁晶異向性對不同退火溫度的趨勢比較圖……………………………………104
圖4-39 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經不同退火溫度在正負1 Tesla磁場下垂直向的Fe L-edges吸收光譜圖譜………………107
圖4-40 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經不同退火溫度在正負1 Tesla磁場下水平向的Fe L-edges吸收光譜圖譜………………108
圖4-41 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經不同退火溫度的MCD圖譜。包含垂直與水平方向…………………………………    109
圖4-42 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經不同退火溫度的垂直與水平向MCD圖譜………………………………………………    110
圖4-43 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜垂直與水平向MCD asymmetry ratio對不同退火溫度的趨勢比較圖…………………111
圖4-44 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜垂直向morb/mspin與序化度對不同退火溫度的趨勢比較圖………………………………114
圖4-45 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜垂直向mspin與序化常數對不同退火溫度的趨勢圖…………………………………………115
圖4-46 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜在垂直向10 kOe磁場下的Fe原子磁矩以及垂直向mspin對不同退火溫度的趨勢比較圖116
圖4-47 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜垂直向morb與序化常數對不同退火溫度的趨勢圖…………………………………………116
圖4-48 單一過渡金屬自由原子其mspin與morb磁矩大小…………118
圖4-49 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜垂直向morb/mspin與c/a比値對不同退火溫度的趨勢比較圖。虛線為FePt合金c/a比値之理論值……………………………………………………………    120
圖4-50 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜垂直向morb/mspin與磁晶異向性(Ku)對不同退火溫度的趨勢比較圖……………………121
圖4-51 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜退火700 °C形成L10 FePt合金薄膜依序施加外加場10000 Oe → 0 Oe → -10000 Oe → -0 Oe的Fe L-edges吸收光譜比較圖。磁場施加方向為垂直向    121
附圖1 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]8多層膜的初鍍膜以及在不同退火溫度下的XRD圖譜……………………………………………    136


表目錄
表1-1 下列是可維持晶粒尺寸10 nm以下且超過10年的磁記錄材料…………………………………………………………………    2
表2-1 MBE與sputtering成長的Fe/Pt多層膜其結構參數與磁特性的比較……………………………………………………………    20
表2-2 不同緩衝層(中間層)的晶格常數、磊晶關係與ε的比較表24
表2-3 3、6、8以及25個單原子層的Fe成長在Ag(100)磊晶薄膜上的軌道磁矩(ml)與自旋磁矩(ms)………………………………    27
表2-4 磊晶Fe薄膜成長在GaAs(100)基板上的自旋磁矩、軌道磁矩(單位μB)以及飽和磁場………………………………………    27
表2-5 利用XMCD計算FePt薄膜序化前後的mspin、morb與morb/mspin，以及其與理論計算值的比較表…………………………30
表4-1 [Fe (15.4 Å)/Pt (22.0 Å)]8、[Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15、[Fe (10.0 Å)/Pt (13.0 Å)]16此三種厚度Fe/Pt多層膜的EDS結果……    60
表4-2 [Fe (15.4 Å)/Pt (22.0 Å)]8、[Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15、[Fe (10.0 Å)/Pt (13.0 Å)]16此三種厚度Fe/Pt多層膜的成份、晶體結構、磁性以及薄膜結構的整理表。[Fe/Pt]8表示[Fe (15.4 Å)/Pt (22.0 Å)]8、[Fe/Pt]15表示[Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15、[Fe/Pt]16表示[Fe (10.0 Å)/Pt (13.0 Å)]16………………………………………    67
表4-3 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15經不同退火溫度後各個晶面的晶面間距(d-spacing)。no peak表示無此晶面，NA表示未量測…81
表4-4 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜序化前後(初鍍膜與700 □C退火)的定向極化X光吸收近邊緣光譜(polarized X-ray absorption near edge structure, polarized XANES)之E0值。α為入射X光與薄膜法向量的夾角………………………………………92
表4-5 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經過不同退火溫度的磁性表現，包含Sq、Ms、Hc□以及Hk。其中Ms (μB/FePt)是每個FePt分子的磁化量；Ms (μB/Fe)是每個Fe原子的磁化量，根據Galanakis et al.的理論計算，序化FePt中Pt的磁化量會被誘發約Fe的13 %[58]，所以Pt佔FePt約(0.13/1.13)的磁化量。Hk是利用難軸的磁滯曲線外插至易軸的Ms所得的磁場強度……    95
表4-6 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經過不同退火溫度在10 kOe磁場下的磁化量表現。其中Ms (μB/FePt)是每個FePt分子的磁化量；Ms (μB/Fe)是每個Fe原子的磁化量……………………    100
表4-7 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜經不同退火溫度後垂直向的mspin、morb以及morb/mspin比値………………………………113
表4-8 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15多層膜未退火垂直向、700 °C退火形成L10 FePt合金薄膜垂直與水平向的mspin、morb、morb/mspin比値和Sun et al.研究群實驗結果、理論計算結果(SPRKKR、LSDA、GGA)、Fe3O4的結果之比較表……………………………    123
表4-9 此實驗與Sun et al.實驗文獻的比較表，包括：結構與MCD實驗分析……………………………………………………    125
附表1 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]8多層膜的EDS結果…………136
附表2 [Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]15與[Fe (10.0 Å)/Pt (10.0 Å)]8的晶體結構隨退火溫度變化整理表……………………………………137

                                

[1] S. H. Charap, P. L. Lu, and Y He, IEEE Trans. Magn., 33, 978 (1997).
[2] P. L. Lu, and S. H. Charap, IEEE Trans. Magn., 30, 4230 (1994).
[3] P. L. Lu, and S. H. Charap, IEEE Trans. Magn., 31, 2767 (1995).
[4] S. H. Charap, P. L. Lu, and Y. He, IEEE Trans. Magn., 33, 978 (1997).
[5] D. Weller and A. Moser, IEEE Trans. Magn., 35, 4423 (1999).
[6] A. Martins, N. M. Souza-Neto, M. C. A. Fantini, A. D. Santos, R. J. Prado, and A. Y. Ramos, J. Appl. Phys., 100, 013905 (2006).
[7] Y. F. Ding, J. S. Chen, E. Liu, C. J. Sun, and G. M. Chow, J. Appl. Phys., 97, 10H303 (2005).
[8] Y. Xu, J. S. Chen, and J. P. Wang, Appl. Phys. Lett., 80, 3325 (2002).
[9] Y. N. Hsu, S. Jeonga, D. E. Laughlin, and D. N. Lambeth, J. Magn. Magn. Mater., 260, 282 (2003).
[10] Y. K. Takahashi, and K. Hono, Scr. Mater., 53, 403 (2005).
[11] A. C. Sun, P. C. Kuo, S. C. Chen, C. Y. Chou, H. L. Huang, and J. H. Hsu, J. Appl. Phys., 95, 7264 (2004).
[12] C. J. Sun, G. M. Chow, G. H. Fecher, J. S. Chen, H.-J. Lin, and Y. Hwu, Jpn. J. Appl. Phys., 45, 2539 (2006).
[13] J. C. Maxwell, Altreatise on Electicity and Magnetism, 2, 1006 (1945).
[14] E. C. Stoner, Phil. Mag., 36, 803 (1945).
[15] P. F. Carcia, J. Appl. Phys., 63, 5066 (1988).
[16] K. Nakamura, S. Tsunashima, S. Iwata, and S. Uchiyama, IEEE Trans. Magn., 25, 3758 (1989).
[17] S. Ferrer, J. Alvarez, E. Lundgren, X. Torrelles, P. Fajardo, and F. Boscherini, Phys. Rev. B, 56, 9848 (1997).
[18] C. H. Lee, H. He, F. J. Lamelas, W. Vavra, C. Uher, and R. Clarke, Phys. Rev. B, 42, 1066 (1990).
[19] B. M. Lairson, M. R. Visokay, R. Sinclair, and B. M. Clemens, Appl. Phys. Lett., 62, 639 (1993)
[20] L. Néel, J. Phys. Rad., 15, 225 (1954).
[21] D. Waller, J. Stöhr, R. Nakajima, A. Carl, M. G. Samant, C. Chappert, R. Mégy, P. Beauvillain, P. Veillet, and G. A. Held, Phys. Rev. Lett., 75, 3752 (1995).
[22] S. Tsunashima, K. Nagase, K. Nakamura, and S. Uchiyama, IEEE Trans. Magn., 25, 3761 (1989).
[23] C. Chappert, and P. Bruno, J. Appl. Phys., 64, 5736 (1988).
[24] J. Stöhr, and H. König, Phys. Rev. Lett., 75, 3748 (1995).
[25] Y. Wu, J. Stöhr, B. D. Hermsmeier, M. G. Samant, and D. Waller, Phys. Rev. Lett., 69, 2307 (1995).
[26] C. L. Canedy, X. W. Li, and G. Xiao, J. Appl. Phys., 81, 5367 (1997).
[27] S. K. Kim, V. A. Chernov, and Y. M. Koo, J. Magn. Magn. Mater., 170, L7 (1997).
[28] T. B. Massalski, and H. Okamoto, Binary alloy phase diagrams, (1990).
[29] D. Weller, and A. Moser, IEEE Trans. Magn., 35, 4423 (1999).
[30] A. Ajan, E. N. Abarra, B. R. Acharya, A. Inomata, I. Okamoto, and M. Shinohara, Appl. Phys. Lett., 82, 1075 (2003).
[31] D. H. Wei, T. S. Chin, K. L. You, C. C. Yu, Y. Liou, and Y. D. Yao, J. Magn. Magn. Mater., 303, e265 (2006).
[32] J. S. Chen, Y. Xu, and J. P. Wang, J. Appl. Phys., 93, 1661 (2003).
[33] Y. F. Ding, J. S. Chen, E. Liu, and L. Li, J. Magn. Magn. Mater., 303, e238 (2006).
[34] T. Shima, T. Moriguchi, S. Mitani, and K. Takanashi, Appl. Phys. Lett., 80, 288 (2002).
[35] S. C. Chou, C. C. Yu, Y. Liou, Y. D. Yao, D. H. Wei, T. S. Chin, and M. F. Tai, J. Appl. Phys., 95, 7276 (2004).
[36] Y. Endo, N. Kikuchi, O. Kitakami, and Y. Shimada, J. Appl. Phys., 89, 7065 (2001).
[37] C. H. Lai, C. H. Yang, and C. C. Chiang, Appl. Phys. Lett., 83, 4550 (2003).
[38] D. Ravelosona, C. Chappert, V. Mathet, and H. Bernas, J. Appl. Phys., 87, 5771 (2000).
[39] S. S. Kang, D. E. Nikles, and J. W. Harrell, J. Appl. Phys., 93, 7178 (2003).
[40] C. Y. You, Y. K. Takahashi, and K. Hono, J. Appl. Phys., 100, 056105 (2006).
[41] Y. K. Takahashi, M. Ohnuma, and K. Hono, J. Magn. Magn. Mater., 246, 259 (2002).
[42] T. W. Huang, T. H. Tu, Y. H. Huang, C. H. Lee, and C. M. Lin, IEEE Trans. Magn., 41, 941 (2005).
[43] C. H. Lai, Y. C. Wu, and C. C. Chiang, J. Appl. Phys., 97, 10H305 (2005).
[44] H. Y. Wang, X. K. Ma, Y. J. He, S. Mitani, and M. Motokawa., Appl. Phys. Lett., 85, 2304 (2004).
[45] C. H. Lai, C. H. Yang, C. C. Chiang, T. Balaji, and T. K. Tseng, Appl. Phys. Lett., 85, 4430 (2004).
[46] T. Seki, T. Shima, K. Takanashi, Y. Takahashi, E. Matsubara, and K. Hono, Appl. Phys. Lett., 82, 2461 (2003).
[47] B. M. Lairson, M. R. Visokay, R. Sinclair, and B. M. Clemens, Appl. Phys. Lett., 62, 639 (1993).
[48] C. P. Luo, and D. J. Sellmyer, IEEE Trans. Magn., 31, 2764 (1995).
[49] S. Mitani, K. Takanashi, M. Sano, H. Fujimori, A. Osawa, and H. Nakajima, J. Magn. Magn. Mater., 148, 163 (1995).
[50] T. Shima, T. Moriguchi, T. Seki, S. Mitani, and K. Takanashi, J. Appl. Phys., 93, 7238 (2003).
[51] M. L. Yan, N. Powers, and D. J. Sellmyer, J. Appl. Phys., 93, 8292 (2003).
[52] H. Zeng, M. L. Yan, N. Powers, and D. J. Sellmyer, Appl. Phys. Lett., 80, 2350 (2002).
[53] S. Nakagawa, and T. Kamiki, J. Magn. Magn. Mater., 287, 204 (2005).
[54] J. W. Cao, J. Cai, Y. Liu, and Z. Yang, J. Magn. Magn. Mater., 303, 142 (2006).
[55] C. J. Sun, G. M. Chow, and J. P. Wang, Appl. Phys. Lett., 82, 1902 (2003).
[56] C. J. Sun B. H. Liu, J. P. Wang, and G. M. Chow, J. Appl. Phys., 97, 10J103 (2005).
[57] Y. C. Wu, C. H. Lai, C. H. Yang, and T. K. Tseng, J. Magn. Magn. Mater., 304, e237 (2006).
[58] I. Galanakis, M. Alouani, H. Dreyssé, J. Magn. Magn. Mater., 242, 27 (2002).
[59] A. Hahlin, C. Andersson, J. H. Dunn, B. Sanyal, O. Karis, and D. Arvanitis, Phys. Rev. B, 73, 134423 (2006).
[60] O. Hjortstam, J. Trygg, J. M. Wills, B. Johansson, and O. Eriksson, Phys. Rev. B, 53, 9204 (1996).
[61] Y. B. Xu, M. Tselepi, C. M. Guertler, C. A. F. Vaz, G. Wastlbauer, J. A. C. Bland, E. Dudzik, G. van der Laan, J. Appl. Phys., 89, 7156 (2001).
[62] Y. B. Xu, M. Tselepi, J. Wu, S. Wang, J. A. C. Bland, Y. Huttel, and G. van der Laan, IEEE Trans. Magn., 38, 2652 (2002).
[63] J. T. Lau, A. Föhlisch, R. Nietubyc, M. Reif, and W. Wurth, Phys. Rev. Lett., 89, 057201 (2002).
[64] D. A. Eastham, and I. W. Kirkman, J. Phys.: Condens. Matter, 12, L525 (2000).
[65] Y. Wu, J. Stöhr, B. D. Hermsmeier, M. G. Samant, and D. Weller, Phys. Rev. Lett., 69, 2307 (1992).
[66] D. Weller, Y. Wu, J. Stöhr, M. G. Samant, and B. D. Hermsmeier, Phys. Rev. B, 49, 12888 (1994).
[67] N. Nakajima, T. Koide, T. Shidara, H. Miyauchi, H. Fukutani, A. Fujimori, K. Iio, T. Katayama, M. Nývlt, and Y. Suzuki, Phys. Rev. Lett., 81, 5229 (1998).
[68] G. Schütz, R. Wienke, W. Wilhelm, W. B. Zeper, H. Ebert, and K. Spörl, J. Appl. Phys., 87, 4456 (1990).
[69] 許樹恩、吳泰伯，X光繞射原理與材料結構分析，中國材料科學學會，(2004)。
[70] M. Maret, M. Albrecht, J. Köhler, R. Poinsot, C. Ulhaq-Bouillet, J. M. Tonnerre, J. F. Berar, and E. Bucher, J. Magn. Magn. Mater., 218, 151 (2000).
[71] J. Crangle, and J. A. Shaw, Philos. Mag., 38, 1 (1983).
[72] A. van der Lee, Solid State Sci., 2, 257 (2000).
[73] 蘇宗馨，FePt雙層膜退火處理後之結構與磁性研究，國立成功大學碩士論文，(2006)。
[74] J. J. Rehr, and R. C. Albers, Rev. Mod. Phys. 72, 621 (2000).
[75] 黃子文，鐵鉑合金奈米顆粒之X光散射及吸收光譜研究，國立清華大學博士論文，(2006)。
[76] I. Galanakis, M. Alouani, and H. Dreyssé, Phys. Rev. B, 62, 6475 (2000).
[77] C. T. Chen, F. Sette, Y. Ma, and S. Modesti, Phys. Rev. B, 42, 7262 (1990).
[78] W. F. Pong, Y. K. Chang, M. H. Su, P.K. Tseng, H. J. Lin, G. H. Ho, K. L. Tsang, and C. T. Chen, Phys. Rev. B, 55, 11409 (1997).
[79] J. C. Vickerman, “surface analysis : the principal techniques”, John Wiley, 108 (1997)
[80] S. Maat, A. J. Kellock, D. Waller, J. E. E. Baglin, E. E. Fullerton, J. Magn. Magn. Mater., 265, 1 (2003).
[81] D. M. Lind, S. D. Berry, G. Chern, H. Mathias, and L. R. Testardi, Phys. Rev. B, 45, 1838 (1992).
[82] Y. Endo, K. Oikawa, T. Miyazaki, O. Kitakami, and Y. Shimada, J. Appl. Phys., 94, 7222 (2003).
[83] Y. K. Takahashi, M. Ohnuma, and K. Hono, Jpn. J. Appl. Phys., 40, L1367 (2001).
[84] C. Feng, B. H. Li, G. Han, J. Teng, Y. Jiang, T. Yang, and G. H. Yu, Thin Solid Films (In Press).
[85] C. Feng, B. H. Li, G. Han, J. Teng, Y. Jiang, Q. Lin, and G. H. Yu, Appl. Phys. Lett., 88, 232109 (2006).
[86] S. K. Chen, F. T. Yuan, and T. S. Chin, J. Appl. Phys., 97, 073902 (2005).
[87] H. H. Hsiao, R. N. Panda, J. C. Shih, and T. S. Chin, J. Appl. Phys., 91, 3145 (2002).
[88] T. Mahalingam, J. P. Chu, J. H. Chen, S. F. Wang, and K. Inoue, J. Phys.: Condens. Matter, 15, 2561 (2003).
[89] C. T. Chen, Y. U. Idzerda, H.-J. Lin, N. V. Smith, G. Meigs, E. Chaban, G. H. Ho, E. Pellegrin, and F. Sette, Phys. Rev. Lett., 75, 153 (1995).
[90] F. Wilhelm, P. Poulopoulos, P. Srivastava, H. Wende, M. Farle, K. Baberschke, M. Angelakeris, N. K. Flevaris, W. Grange, and J.-P. Kappler, Phys. Rev. B, 61, 8647 (2000).
[91] D. J. Huang, C. F. Chang, J. Chen, H.-J. Lin, S.C. Chung, H.-T. Jeng, G. Y. Guo, W. B. Wu, S. G. Shyu, and C.T. Chen, J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 137–140, 633 (2004).

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文