濺鍍成長鐵鈷合金薄膜與大學近代物理實驗改進研究

Abstract

本研究是利用射頻濺鍍的方式，在單晶矽(100)上成長鈷和鐵鈷合金薄膜，並配合大氣磁光柯爾效應儀進行磁性的量測，且配合原子力顯微鏡、掃描穿隧式電子顯微鏡，進行表面形貌量測，觀察濺鍍不同鐵磁性薄膜一系列的研究。 我們建立一套全新的射頻濺鍍系統，且成功利用此系統濺鍍Co/Si(100)及CoxFe1-x/Si(100)薄膜。實驗發現，改變濺鍍條件成長薄膜，濺鍍功率和工作壓力皆會影響薄膜成長速率。濺鍍功率及工作壓力的增加皆會使薄膜成長速率加快。 在以濺鍍功率50 W、工作壓力 4mTorr成長Co/Si(100)薄膜時，發現鈷膜表面有特殊的三角錐結構，尺度約為100 nm。而改變濺鍍條件則無此現象。此錐狀物是由底層鈷層的柱狀晶向上成長，成長的Co膜為HCP結構，且鈷膜平面平行 HCP結構上的c 軸，和我們在磁性量測發現易軸在縱向的結果呈現一致。 且實驗發現成長Co/Si(100)薄膜及Co0.4Fe0.6/Si(100)薄膜時，表面粗糙度隨薄膜成長會先下降再增加。另外由表面磁光科爾效應儀的磁性量測結果發現Co/Si(100)薄膜之矯頑力也隨薄膜厚度增加先下降再增加，和表面粗糙度有相同的趨勢，證實磁性薄膜表面粗糙度會影響磁性薄膜之矯頑力。 另外，我們也進行本系實驗物理(III)課程改進研究。由問卷調查發現新增選修實驗對學生學習上有很大的幫助，且學生可提早認識當前研究的趨勢幫助其未來規劃。另外，我們也就各項觀察提供建議的改善方針，以期提升實驗課的深度與廣度。