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研究生: 楊鈞凱
Andy
論文名稱: 奈米級Rubrene/Co薄膜之結構、電性與磁性
Structural, electronic and magnetic properties of nanoscaled rubrene/cobalt films
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: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 117
中文關鍵詞: 紅熒烯磁性電性表面
論文種類: 學術論文
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  • 本實驗利用磁控射頻濺鍍的方式成長鈷,以及蒸鍍的方式成長紅熒烯,在單晶矽(100)上成長複合結構,再配合磁光柯爾效應儀進行磁性分析、原子力顯微鏡進行表面結構分析、還有Keithley2400進行電性量測。第一部分的實驗先探討鈷/矽基板的表面結構與鍍率,在特定條件下將鈷濺鍍在矽基板上會有三角錐的結構,再來是紅熒烯/矽基板各種溫度與厚度的表面結構與鍍率,而在不同溫度下蒸鍍紅熒烯其成長的方式大致上相同,不過蒸鍍溫度越高的情況下成長流程會在越薄的厚度就完成。第二部分是將紅熒烯(1、4 nm)蒸鍍在矽基底上,使紅熒烯成顆粒結構,藉此限制鈷的成長範圍,再將鈷濺鍍上去,在1 nm紅熒烯這組實驗中,鈷的hcp結構能從紅熒烯顆粒中露出的矽基底順利成長出來並蓋住整個表面,殘磁與飽和磁化量皆隨鈷增加而增加,由於鈷的hcp結構異向能強,因此可以保持矯頑力穩定,不隨表面粗糙度變化,而在4 nm紅熒烯這組實驗中,由於底下的紅熒烯非常緻密,以至於能從細縫中以hcp結構成長出來的鈷極少,必須濺鍍到相當厚度的鈷才能觀察到三角錐,而殘磁與飽和磁化量也隨鈷厚度增加而增加,矯頑力也是保持穩定。第三部分則是針對紅熒烯做電性量測,一共做了CPP量測、四點量測及兩點量測三種,發現因為濺鍍的鈷的動能大,因此會混入紅熒烯中,形成混合層,而我們可以利用所量測到的電阻值定出混合層中有多少的鈷及多少的紅熒烯。

    目錄 5 第一章 緒論 7 第二章 基本原理 9 2-1 系統物性介紹 9 2-1-1 矽(silicon) 9 2-1-2 鈷(cobalt) 11 2-1-3 金(gold) 12 2-1-4 紅熒烯(rubrene) 13 2-2 奈米薄膜製程與沉積原理 15 2-2-1 奈米薄膜製程 15 2-2-2 薄膜沉積原理 16 2-3 磁性物質 19 2-3-1 磁性物質的分類 19 2-3-2 磁化過程 25 2-4 磁阻效應 27 2-4-1 磁阻種類 27 2-5 濺鍍 30 2-5-1 濺鍍原理 30 2-5-2 電漿(plasma) 31 2-5-3 電漿濺鍍(plasma sputtering) 31 2-5-4 直流DC濺鍍(DC sputtering) 32 2-5-5 射頻濺鍍(RF sputtering) 32 2-5-6 自生偏壓效應 33 2-5-7 磁控濺鍍(magnetron sputtering) 34 2-5-8 其他改良型濺鍍槍 34 第三章 儀器設備與工作原理 35 3-1 超高真空系統 35 3-1-1 超高真空腔 35 3-1-2 抽氣系統 36 3-1-3 機械幫浦 (rotary pump) 36 3-1-4 渦輪分子幫浦 37 3-1-5 氣體流量控制器 38 3-1-6 壓力量測系統 38 3-1-7 蒸鍍系統 38 3-1-8 濺鍍系統 39 3-2 原子力顯微鏡(atomic force microscope) 40 3-2-1 原子力顯微鏡的起源 40 3-2-2 原理 40 3-2-3 儀器構造 41 3-2-4 原子力顯微鏡的種類 42 3-3 大氣磁光科爾效應儀 43 3-3-1 磁光柯爾效應理論 43 3-3-2 磁光科爾效應儀器裝置 45 3-3-3 磁光柯爾效應儀操作 47 3-4 四點探針量測 49 3-4-1 量測方法 49 第四章 實驗結果與討論 51 4-1樣品的製備 51 4-1-1 鈷的表面結構與鍍率 53 4-1-2 紅熒烯的表面結構與鍍率 57 4-2鈷薄膜 / 紅熒烯 / 矽基板 78 4-2-1 鈷薄膜 / 紅熒烯(1 nm) / 矽基板 表面結構與磁性分析 80 4-2-2 鈷薄膜 / 紅熒烯(4 nm) / 矽基板 表面結構與磁性分析 85 4-2-3 鈷薄膜 / 紅熒烯 / 矽基板 結果與討論 91 4-3鈷薄膜 / 紅熒烯薄膜 / 鈷電極 / 矽基板 電性量測 92 4-3-1鈷薄膜 / 紅熒烯薄膜 / 鈷電極 / 矽基板 CPP量測 94 4-3-2鈷薄膜 / 紅熒烯薄膜 / 鈷電極 / 矽基板 四點量測 100 4-3-3鈷薄膜 / 紅熒烯薄膜 / 鈷電極 / 矽基板 兩點量測 104 4-3-4電性量測 結果與討論 108 第五章 結論 109 附錄 111 附錄-1 Keithley 2400 111 附錄-2 Keithley 2400電腦程式操作簡介 112 附錄-3表面粗糙度計算與公式 115 參考資料 116

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