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研究生： 李佳憲
論文名稱： 超薄氧化鈷膜在銥(111)表面上的製備與物性探討
Investigations of preparation methods and properties of ultrathin CoO layers on Ir(111)
指導教授： 蔡志申
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 物理學系
Department of Physics
論文出版年： 2008
畢業學年度： 96
語文別： 中文
論文頁數： 267
中文關鍵詞： 超高真空系統 、交換偏移 、歐傑電子能譜儀 、表面磁光柯爾效應
英文關鍵詞： ultrahigh vacuum, exchange bias, Auger electron spectroscopy, surface magneto-optic Kerr effect
論文種類： 學術論文
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    • 本論文內容將探討Co/CoO/Ir(111)超薄膜的薄膜成長與組成、表面磁性以及薄膜表面結構變化，並利用歐傑電子能譜儀、深度組成分析、表面磁光柯爾效應、低能量電子繞射等方法進行上述的研究。從薄膜成長與深度組成分析得知，在一定層數下的CoO會形成良好的化合狀態；將薄膜進行熱退火步驟後，O與Co的歐傑電子訊號比值會下降。CoO/Ir(111)超薄膜表面鍍上Co後，形成Co/CoO介面，零場冷卻後利用表面磁光柯爾效應儀測量磁滯曲線，發現隨著溫度的降低，矯頑力有增加的趨勢，但磁滯曲線呈現對稱的情況；在場冷卻下的表面磁性分析中，發現除了矯頑力增加，並且有交換偏移現象發生；從薄膜表面結構的觀察中，顯示出其結構週期性變強。經由系列化研究超薄膜系統在不同膜厚下的行為，可以得到鐵磁層與反鐵磁層間交換耦合的最佳條件。

    The fabrications of Co/CoO/Ir(111) ultrathin films and their properties have studied using Auger electron spectroscopy (AES), depth profiling, surface magneto-optic Kerr effect (SMOKE) and low-energy electron diffraction (LEED) techniques. From the analysis of growth mode and depth profiling, CoO/Ir(111) shows good compositional quality. After annealing treatments, Auger signal ratio of O/Co decreases which results from desorption of fractional oxygen. The Co/CoO interface is formed after post-deposition of Co overlayer on CoO/Ir(111). Both enhancement of coercivity and shift of hysteresis loop were observed after cooling the specimens in a magnetic filed. These evidences show the formation of exchange bias interfaces. In addition the periodic ordering is stronger as revealed from the LEED measurements. From the systematical investigations, the optimal condition for the formation of strong exchange bias in the Co/CoO/Ir(111) system is achieved.

    第一章 緒論 ........................................1 第二章 基本原理 .....................................5 2-1 磁性物質 2-1-1 磁性物質的種類 2-1-2 鐵磁性物質的特性 2-1-3 超順磁效應 2-2 磁異向性理論 2-3 交換偏移(exchange bias) 2-3-1 交換偏移的現象 2-3-2 薄膜材料的交換偏移 2-4 薄膜成長理論 2-5 表面原子鍵結 2-6 氧吸附及氧化現象 2-6-1 氧與鈷的化合與吸附 2-6-2 能譜線的偏移與電負度 2-6-3 電子親和力 第三章 儀器設備與工作原理 ..............................35 3-1 超高真空系統(ultrahigh vacuum, UHV) 3-1-1 真空的定義 3-1-2 真空材料與封合 3-1-3 超高真空系統裝置 3-1-4 達到超高真空的步驟 3-2 歐傑電子能譜(Auger electron spectroscopy) 3-2-1 歐傑電子產生機制 3-2-2 歐傑電子能譜儀裝置 3-3 表面磁光柯爾效應(surface magneto-optic Kerr effect) 3-3-1 磁光柯爾效應理論 3-3-2 磁光柯爾效應儀器裝置 3-3-3 磁光柯爾效應儀器架設 3-3-4 磁光柯爾效應儀器的操作流程 3-4 低能量電子繞射儀(low-energy electron diffraction) 3-4-1 反商晶格與電子繞射 3-4-2 低能量電子繞射儀的工作方式 3-4-3 低能量電子繞射所傳達的表面訊息 3-4-4 低能量電子繞射儀的種類 3-4-4-1 前視低能量電子繞射儀(front-view LEED) 3-4-4-2 後視低能量電子繞射儀(rear-view LEED) 3-4-5 本實驗室樣品乾淨的Ir(111)低能量電子繞射圖形 3-5 反射式高能量電子繞射(reflection high energy electron diffraction) 3-5-1 反射式高能量電子繞射儀原理 3-5-2 反射式高能量電子繞射儀之配置 第四章 實驗結果與討論 .................................94 4-1 鈷薄膜在Ir(111)上的成長分析 4-2 在X ML CoO/Ir(111)下，CoO薄膜成長與離子濺射分析 4-2-1 在4 ML CoO/Ir(111)下的薄膜成長與離子濺射分析 4-2-2 在3 ML CoO/Ir(111)下的薄膜成長與離子濺射分析 4-2-3 在2 ML CoO/Ir(111)下的薄膜成長與離子濺射分析 4-2-4 在1 ML CoO/Ir(111)下的薄膜成長與離子濺射分析 4-2-5 在0.5 ML CoO/Ir(111)下的薄膜成長與離子濺射分析 4-2-6 綜合討論X ML CoO/Ir(111)的薄膜成長與離子濺射 分析 4-2-7 在1 ML Co/Ir(111)下，Co的薄膜成長與離子濺射分析 4-2-8 在X Langmuir O/Ir(111)下，O的薄膜成長分析 4-3 X ML Co/2 ML CoO/Ir(111)薄膜成長組成與表面磁性分析 4-3-1 X ML Co/2 ML CoO/Ir(111)薄膜成長組成分析 　　4-3-2 X ML Co/2 ML CoO/Ir(111)表面磁性分析 4-3-3 綜合討論X ML Co/2 ML CoO/Ir(111)數據分析 4-4 X ML Co/4 ML CoO/Ir(111)薄膜成長組成與表面磁性分析 　　4-4-1 X ML Co/4 ML CoO/Ir(111)薄膜成長組成分析 　　4-4-2 X ML Co/4 ML CoO/Ir(111)表面磁性分析 　　4-4-3 綜合討論X ML Co/4 ML CoO/Ir(111)數據分析 4-5 X ML Co/Y ML CoO/Ir(111)低能量電子繞射分析 4-5-1 X ML Co/2 ML CoO/Ir(111)低能量電子繞射分析 4-5-2 X ML Co/4 ML CoO/Ir(111)低能量電子繞射分析 第五章 結論 .........................................260 參考資料 ........................................263

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