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研究生: 李佳怡
Lee, Chia-Yi
論文名稱: [CuOx(20Å)/Co(1 Å)]25多層膜控氧處理及高真空退火之磁性及結構研究
The studies of magnetic and structural properties of [CuOx(20Å)/Co(1 Å)]25 multilayers
指導教授: 黃榮俊
Huang, Jung-Chun
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: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: 氧化銅稀磁性半導體
外文關鍵詞: copper oxide, diluted magnetic semiconductor
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  •   本論文工作是使用離子束濺鍍系統成長﹝CuOx (20 Å) / Co (1 Å)﹞25 多層膜。實驗分為兩部份,第一部份是改變氧壓成長多層膜,第二部份是將多層膜作高真空退火處理,改變樣品中CuO和Cu2O比列,研究此多層膜磁電性及結構特性。

      由SQUID量測多層膜磁性,顯示樣品有室溫的鐵磁性,氧壓最大(P(O2) =2.3x10-4 torr)及退火到400°C時樣品則呈現反磁性。Cu及Co的吸收光譜(包含XANES及EXAFS)發現CuOx的結構隨著氧壓及退火溫度不同有所改變,價數都是介於一、二價之間,然而Co的價數都呈現二價,在樣品中有類似CuO的局域結構,表示Co取代了CuOx中的Cu(Ⅱ)。磁性產生的原因仍待進一步確認。

     In this study, we deposited﹝CuOx (20 Å) / Co (1 Å)﹞25 multilayers on Al2O3(0001) substrate by an ion beam sputter. We change the CuO/Cu2O ratio by varying oxygen pressures in thin film growth and using post-growth high-vacuum annealing. We study the magnetism, electrical properties, and structure of the films.

     The results of RT ferromagnetism have been observed except for over oxygen pressure (P(O2) =2.3x10-4 torr) and over-annealed 400°C samples. The Cu K-edge XANES and EXAFS spectra reveal that the valence and structure are different under various oxygen pressure and annealed temperature. However, Co remains divalent in all the films and the local structure of Co is similar to CuO . The origin of ferromagnetism remains to be answered.

    第一章 緒論 1-1 前言…………………………………………………………………1 A. 自旋電子學的重要性 …………………………………………1 B. 稀磁性半導體研究概況 ………………………………………2 1-2 氧化銅系統磁性半導體論文回顧…………………………………5 1-3 研究動機 …………………………………………………………13 第二章 材料介紹與理論基礎 2-1 CuO ( Tenorite or Cupric oxide)簡介………………………16 2-2 Cu2O ( Cuprite or Cuprous oxide)簡介 ……………………19 2-3 稀磁性半導體磁性來源相關機制 ………………………………21 第三章 實驗儀器介紹 3-1 成長設備 …………………………………………………………27 3-1-1 離子束濺鍍系統 …………………………………………27 3-1-2 退火系統 …………………………………………………33 3-2 實驗量測儀器 ……………………………………………………36 3-2-1 X-ray繞射儀………………………………………………36 3-2-2 電性量測 …………………………………………………37 3-2-3 超導量子干涉磁量儀 ……………………………………39 3-2-4 X-ray吸收光譜……………………………………………41 第四章 實驗結果與討論 4-1實驗流程說明………………………………………………………53 4-1-1 實驗方法…………………………………………………53 4-1-2 實驗量測分析……………………………………………55 4-2 通氧成長﹝CuOx (20A) /Co (1 A)﹞25 多層膜研究…………56 4-2-1 X-ray 繞射結構分析……………………………………57 4-2-2 磁性分析…………………………………………………59 4-2-3 Cu L-edge分析及 O K-edge分析………………………62 4-2-4 近邊緣吸收光譜及延伸精細結構分析…………………67 4-2-5 電性分析 …………………………………………………74 4-3 ﹝CuOx (20 A)/ Co (1 A)﹞25多層膜高真空退火研究………75 4-3-1 X-ray 繞射結構分析……………………………………75 4-3-2 磁性分析…………………………………………………76 4-3-3 近邊緣吸收光譜及延伸精細結構分析…………………79 4-3-4 結構與磁性關係的討論…………………………………84 第五章 結論

    第一章
    [1] Y. Kato, R. C. Myers, A. C. Gossard & D. D. Awschalom, Nature, 427, 50(2004)
    [2] 戴振益、黃榮俊, [Fe3O4/ZnO]n 多層膜及退火膜結構與磁性之研究,
    成大物理碩士論文(2004)
    [3] 國立臺灣大學物理學系,楊鴻昌教授,科儀新知,第
    十二卷第六期, 72-79(1991)
    [4] Dietl, T., Semicond. Sci. Technol. (2002) 17 (14), 377
    [5] T. Dietl and H. Ohno, MRS Bull. 28, 714 (2003)
    [6] Y. Matsumoto, M. Murakami, T. Shono, T. Hasegawa, T. Fukumura,
    M.Kawasaki,P. Ahmet, T. Chikyow, S. Koshihara, and H. Koinuma,
    Science291, 854 (2001).
    [7] J. C. A. Huang, H. S. Hsu, Y. M. Hu, C. H. Lee, Y. H. Huang,
    and M. Z. Lin , Appl.Phys. Lett. 85, 3815 (2004)
    [8] Prinz, Gary A., Science, 282, 5394, p.1660 (1998)
    [9] S. J. Pearton ect. J. Appl. Phys. 93, 8979 (2003)
    [10] M. Ivill, M. E. Overberg, C. R. Abernathy, D. P. Norton, A. F. Hebard,
    N. Theodoropoulou, J. D. Budai, Solid-State Electronics,
    47 (2003) 2215-2220
    [11] S. N. Kale, S. B. Ogale, S. R. Shinde, ect. Appl. Phys. Lett.82, 210(2003)
    [12] S. G. Yang, T. Li, B. X. Gu, and Y. W. Du, etc. Appl. Phys. Lett. 83, 3746 (2003)
    [13] M. Wei, N. Braddon, D. Zhi, P. A. Midgley, ect., Appl. Phys. Lett.
    86, 2514-1(2005)
    [14] Liqing Pan, Hao Zhu, ect., J. Appl. Phys. 97, 10D318-1(2005)
    [15] A. Kamimski and S. Das Sarma, Phys. Rev. Lett. 88, 247202-1 (2002)
    [16] Hongming Weng, Xiaoping Yang, ect. Phys. Rev. B. 69, 125219 (2004)
    [17] Li. J. Vizkelethy, G.. Revesz, R. Mayer, etc., J. Appl. Phys.69,1020(1991)

    第二章
    [1] M. G. Smith, R. D. Taylor, M. P. Pasternak, and H. Oesterreicher,
    Phys. Rev. B 42,2188 (1990).
    [2] X. G. Zheng, C. N. Xu, E. Tanaka, Y. Tomokiyo, M. Suzuki, and E. S. Otabe,
    Physica C 357-360 (2001) 181-185.
    [3] J. B. Forsyth, P. J. Brown, and B. M. Wanklyn, J. Phys. C 21, 2917 (1988).
    [4] B. X. Yang, T. R. Thurston, J. M. Tranquada, and G. Shirane, Phys. Rev. B
    39, 4343(1989).
    [5] T. I. Arbuzova, A. A. Samokhvalov, I. B. Smolyak, et al.
    J. Magn. Magn. Mater. 95,168 (1991)
    [6] T. Shimizu, T. Matsumoto, A. Goto, and T. V. Chandrasekhar Rao ,
    Phys. Rev. B 68,224433 (2003).
    [7] M. O.Keeffe and F. S. Stone, J. Phys. Chem. Solids 23, 261 (1962).
    [8] X. G. Zheng, C. N. Xu, E. Tanaka, Y. Tomokiyo, H. Yamada, Y. Soejima,
    Y.Yamamura, and T. Tsuji, J. Phys. Soc. Jpn. 70, 1054 (2001).
    [9] A.Werner, and H. D. Hochheimer, Phys. Rev. B, 25,5929 (1982).
    [10] Pierson J F, Thobor-Keck A, and Billard A, Appl. Surf. Sci.210,359-6(2003)
    [11] Y. R. Ryu, S. Z. Hu, etc. J. Cryst. Growth 216, 330 (2000)
    [12] D. Snoke, Science 298, 1368 (2002)
    [13] S. B. Ogale, P. G. Bilurkar, and etc., J. Appl. Phys. 72, 8 (1992)
    [14] A. Kaminiski and S. Das Sarma, Phys. Rev.Lett. 88, 247202 (2002).
    [15] Hongming Weng, Xiaoping Yang, etc., Phys. Rev. B 69, 125219 (2004)
    [16] J. M. D. Coey, J. Appl. Lett. 97, 10D313 (2005)
    [17] M. Venkatesan, C. B. Fitzgerald, and J. M. D. Coey, Nature, 430,630 (2004)

    第三章
    [1] 戴振益、黃榮俊, [Fe3O4/ZnO]n 多層膜及退火膜結構與磁性之研究,
    成大物理碩士論文(2004)
    [2] 國立臺灣大學物理學系,楊鴻昌教授,科儀新知,第十二卷第六期, 72-79(1991)
    [3] D. C. Koningsberger and R. Prins, X-ray Absorption principles,
    applications, techniques of EXAFS, SEXAFS and XANES, pp.574-575(1988)
    [4] J. J. Rehr and R. C. Albers, Rev. Mod. Phys.72, 621(2000)

    第四章
    [1] J. F. Pierson, A. Thobor-Keck, A. Billard, Appl. Surf. Sci.
    210 (2003) 359-367.
    [2] N. Nacheva, P. Docheva, and M. Misheva, Mater. Lett. 39 (1999) 81-85.
    [3] T. C. Kaspar, T. Droubay, C. M. Wang, ect., J. Appl. Lett.97,073511 (2005)
    [4] M. Grioni, J.F. van Acker, M.T. Czyzyk, and J.C. Fuggle, Phys. Rev. B 45,
    3309(1992)
    [5] S. L. Hulbert, B. A. Bunker, and F. C. Brown, Phys. Rev. B 30, 2120 (1984)
    [6] G. van der Laan , and etc., Phys. Rev. B, 66, 045104 (2002)
    [7] R. A. D. Pattrick, G. van der Lann, and etc., PHYs. Chem. Miner. 20,
    395 (1993)
    [8] F. M. F. de Groot, M. Grioni, and J. C. Fuggle, etl. Phys. Rev. B 40,
    5715 (1989)
    [9] Yasushige Kuroda, Ryotaro Kumashiro, Mahiko Nagao, Appl. Surf. Sci.196,
    408-422 (2002)
    [10] Y. Shutthanandan, S. Thevuthasan, and etc., Appl. Phys. Lett.84,4466(2004)
    [11] Y. L. Soo, G. Kioseoglou, S. Kim, and Y. H. Kao, Appl. Phys. Lett. 81,
    655 (2002)
    [12] J. C. A. Huang, H. S. Hsu, Y. M. Hu, C. H. Lee, Y. H. Huang,
    and M. Z. Lin , Appl. Phys. Lett. 85, 3815 (2004)
    [13] S. N. Kale, S. B. Ogale, S. R. Shinde, ect. Appl. Phys. Lett.82,2100(2003)
    [14] K. A. Griffin, A. B. Pakhomov, and ect., Phys. Rev. Lett.94,157204 (2005)
    [15] N. Nancheva, P. Docheva, M. Misheva, Materials Lett. 39 (1991) 81-85
    [16] J. C. Mikkelsen, Jr. and J. B. Boyce, Phys. Rev. B, 28, 7130 (1983)
    [17] 周雄、吳俊斌,『錳矽氧化物之低磁場磁阻研究』,26期4卷2004年8月 p.581
    [18] Prasanna Shah and Ajay Gupta, Phys. Rev. B 45, 483 (1992)
    [19] J. M. D. Coey and etc., Nature Materials, 4, 173 (2005)

    下載圖示 校內:2007-07-28公開
    校外:2007-07-28公開
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