Rubrene 4.1 nm/min, Co 7.2 nm/min 以及12.85 nm/min /Si(100) 混鍍

Report
Co, Rubrene 混合層在 Si (100)
上成長的磁特性研究
指導教授:
臺灣師大物理系 蔡志申教授
校外指導老師:張丞勛老師
校內指導老師:黃明揚老師
報告學生:高一誠 曹宇華
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摘要
本實驗是在高真空中進行,使用濺鍍的方式將鈷成長到矽
(100)基板上,用蒸鍍的方式將 Rubrene 成長到矽(100)基板
上。利用原子力顯微鏡(atomic force microscopy, AFM)探測
出樣品的表面形貌,利用磁光柯爾效應(magneto-optic Kerr
effect, MOKE)測量磁性變化。本次實驗中的薄膜樣品,其
表面結構皆很平坦,表面粗糙度較低,使得方正度皆很好,
並且在較薄的樣品中其矯頑力較為穩定,僅有成長2 分鐘
的薄膜其矯頑力有些微上升,然而飽和磁化量以及殘磁皆
會隨薄膜成長的厚度增加而增強。
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動機
有機薄膜電晶體採用有機半導體材料取代現
行主要製程的無機矽與氧化物半導體材料,
其中最大的不同處在於其具有良好的載子移
動率,並且軟性電子材料具有製成便宜、重
量輕、成本低廉且多樣化等特質,使有機材
料應用在微電子製造成為一個引人注目的話
題。
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為什麼要真空
真空可以讓樣品保持乾淨,所以在真空環
境下可以使研究其表面及制作超薄膜時會
更精準。使用超高真空當作環境,表示這
個環境的氣體分子極少,目的是降低研究
中的誤差。
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濺鍍
用氬離子打到靶材
(鈷)上,靶材的原
子成長到樣品上。
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薄膜成長
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原子力顯微鏡
用原子力顯微鏡探測出樣品的表面形貌
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磁光柯爾效應
利用磁光柯爾效應
測量磁性變化
樣品
可
程
式
電
源
供
應
器
檢偏器
電磁鐵
起偏器
偏振光源
光偵測器
可程式電表
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鐵磁性(ferromagnetism)
鐵(Fe) 、鈷(Co) 、鎳(Ni)皆為典型且
最常見的鐵磁性材料,在低於居里
溫度(TC ) 時,可測量到磁滯曲線。
而在高於TC的溫度時,就會消磁而
無法量到磁滯曲線。
物質
居禮溫度(°C)
鐵(Fe)
770
鈷(Co)
1130
鎳(Ni)
358
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磁滯曲線
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實驗結果與討論
將鈷和 Rubrene 在真空下分別用濺鍍和蒸鍍
同時混鍍在矽(100)上。這實驗固定的因素有
Rubrene 的鍍率 4.1 nm/min,改變的變因有
鈷的鍍率,分別為7.2 nm/min和12.85
nm/min,和成長薄膜所需的時間,分別為
0.5分鐘、1分鐘、1.5分鐘以及2分鐘。
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Rubrene 4.1 nm/min, Co 7.2 nm/min 混鍍
/Si(100)
0.5 分鐘
Rubrene 4.1 nm/min, Co 12.85 nm/min 混鍍
/Si(100)
12
Rubrene 4.1 nm/min, Co 7.2 nm/min 混鍍
/Si(100)
1 分鐘
Rubrene 4.1 nm/min, Co 12.85 nm/min 混鍍
/Si(100)
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Rubrene 4.1 nm/min, Co 7.2 nm/min 混鍍
/Si(100)
1.5 分鐘
Rubrene 4.1 nm/min, Co 12.85 nm/min 混鍍
/Si(100)
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Rubrene 4.1 nm/min, Co 7.2 nm/min 混鍍
/Si(100)
2 分鐘
Rubrene 4.1 nm/min, Co 12.85 nm/min 混鍍
/Si(100)
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AFM掃描結果
經過AFM 的探測可以發現,其表面結構
皆很平坦,僅有 0.5 min Rubrene 4.1
nm/min, Co 12.85 nm/min 混鍍 /Si(100)此
組配方有形成稀疏的特殊三角錐結構 (其
他表面些微的凹凸為震動到儀器造成)
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磁光柯爾效應掃出的結果
由於本次實驗之樣品極向的矯頑力太強,
所以無法量測出其完整的磁滯現象,因
此在本次磁性的研究當中,僅著重在磁
化易軸的方向並只展示出縱向磁特性的
研究結果及探討。
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Rubrene 4.1 nm/min, Co 7.2 nm/min 以及 12.85 nm/min
/Si(100) 混鍍縱向方正度對薄膜成長時間圖
從此圖可見不論是7.2 nm/min還是12.85 nm/min,其方正度
皆不隨薄膜成長的厚度成長而變化,且表面結構皆很平坦
,表面粗糙度較低,使得方正度皆很好。
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Rubrene 4.1 nm/min, Co 7.2 nm/min 以及 12.85 nm/min
/Si(100) 混鍍 縱向飽和磁化量和縱向殘磁對薄膜成長時間
圖
從左圖(縱向飽和磁化量)和右圖(縱向殘磁)可見12.85
nm/min的強度皆比7.2 nm/min強,且不論是7.2 nm/min
或12.85 nm/min,飽和磁化量以及殘磁皆會隨著薄膜厚
度的成長而增加。
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Rubrene 4.1 nm/min, Co 7.2 nm/min 以及 12.85 nm/min
/Si(100) 混鍍 縱向矯頑力對薄膜成長時間圖
從此圖可看出7.2 nm/min 的矯頑力比12.85 nm/min 強,且
在較薄的樣品中其矯頑力較為穩定,到2分鐘才有明顯
上升的趨勢。
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結論
(1)不論鈷鍍率為何或薄膜成長的厚度皆
不影響其結構的平坦
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結論
(2)由於其表面結構皆很平坦,表面粗糙
度較低,使得方正度皆很好
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結論
(3)雖然其結構無變化,飽和磁化量以及
殘磁皆會隨著薄膜厚度的成長而增加
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結論
(4)在較薄的樣品中其矯頑力較為穩定,
僅在2分鐘時其矯頑力有些微上升
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參考資料
(1) J. Kuppers, low energy electrons and
surface chemistry, Weinheim, VCH, 1985
(2)D. Jiles, introduction to magnetism and
magnetic materials, London, CHAPMAN
& HALL, 1994
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