4-1 濺鍍系統(Sputter)
本實驗的樣品都是使用濺鍍系統製作，濺鍍系統是一種物理氣相澱積技術，工 作原理是讓具有高動能的游離氣體分子撞擊靶材(target)，將動能轉換給靶材表面 上的原子，使靶材表面的原子飛濺出來，碰到基板(substrate)時就會沉積在基板上 而形成薄膜。
圖 4-1-1 濺鍍系統原理示意圖
濺鍍基本原理是將靶材部分接到陰極，而陽極接地，並在兩極中施加一足夠大 的電壓，使得真空腔內的工作氣體可以游離成電子和陽離子，而帶正電的陽離子 會受到陰極吸引衝撞靶材，將靶材分子撞出並濺射到基板上。
一般工作氣體都會選擇氬氣，因為其活性小，不易與靶材和基板做反應，質量
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夠大，可以使濺鍍效率提高，再加上經濟以及安全上的考量都非常適合用來當濺 鍍時的工作氣體。
本實驗的多層膜樣品製作時，真空腔是先用機械幫浦(mechanic pump)抽到 2.5x10-2，再用冷凍幫浦(cayo pump)抽氣，可將真空腔的背景壓力抽到 3×10-7torr，
而鍍膜時的工作壓力則是控制在 4×10-3torr。
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且在低於某個溫度後會趨近於一個極限值，稱為剩餘電阻，而ρdefect越小表示缺 陷跟雜質的影響越少，所以 RRR 越大，就表示樣品的品質越好。
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4-3 X 光繞射技術(X-Ray Diffraction)
X-Ray 繞射技術可以確定樣品結晶情形，在 X-RAY 進入晶體後，會被晶面反射， 因子(atomic form factor)，G 為倒晶格向量(reciprocal lattice vector)。
而𝑓𝑗原子散射因子(atomic form factor)為晶體結構中單一原子對各角度的散 射強度，其方程式為：
𝑓𝑗 = ∫ 𝑑𝑉𝑛𝑗(𝒓)exp (−𝑖𝑮 ∙ 𝒓)
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𝑓𝑗為原子散射因子，𝑛𝑗(𝒓)為電子空間分佈密度。若晶體結構由不同元素組成，且 散射因子有明顯差異時，會破壞某些晶向的對稱性，而使繞射圖中出現更多峰值。
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4-4 物理性質量測系統(Physical Properties Measurement System)
美國 Quantum Design 公司的 PPMS(Physical Property Measurement System)儀器 是一套電性量測系統，可以控制的溫度範圍為 1.8K 至 400K，而磁場可以加到 9 Tesla，本實驗所使用達到 5Tesla 的磁場，以及低溫達到 10 K 的電阻磁阻量測，
皆是使用此系統。
圖 4-4-1 PPMS 的架設示意圖
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PPMS 的架設裝置如圖，樣品放置於旋轉桿上，如圖，再將旋轉桿插入樣品腔 內，可抽真空以減少熱飄移(thermal drift)的效應，樣品腔置於裝有液氦的杜瓦瓶 內，旁邊有一加熱線圈用來升溫，而底部以毛細管與液態氦連接可以用機械幫補 將液氦抽進樣品腔，讓液氦吸熱汽化使樣品腔降溫。磁場則是超導線圈來控制。
圖 4-4-2 樣品旋轉桿及樣品座示意圖(摘自 PPMS Horizontal rotator manual)
由電流可以控制超導線圈產生的磁場大小，而電流導入超導線圈內一般是透 過特殊的開關(persistent switch)設計，開關設計如圖，左半邊為超導線圈，右半 邊為電流供應器，中間小線圈為加熱器：
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圖 4-4-3 其控制順序為(a)初始狀態(b)將右邊電流加至與超導線圈相同，以避免 短時間內有太大的電流改變(c)打開加熱器使超導線圈由超導態恢復成正常態(d) 調整電流大小(e)關閉加熱線圈使超導線圈回到成超導態(f)將外部電流降為零。
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4-5 磁性量測系統(Magnetic Properties Measurement System)
MPMS(Magnetic Properties Measurement System)儀器是一套磁性量測系統，與 PPMS 一樣由美國公司 Quantum Design 所設計的，可以控制的溫度範圍為 1.8K 至 400K，而磁場可以加到 7 Tesla，而控制溫與磁場的方式與 PPMS 相同，其量測 的原件為超導量子干涉元件，是一個磁通量偵測器，其獨特的磁通與電壓的週期 特性，讓 SQUID 可用來做精密量測。
圖 4-5-1 MPMS 架設示意圖(摘自 SQUID Operating)
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超導量子干涉元件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)可分 為 dc 與 rf 兩類。其中 dc-SQUID 是由兩個約瑟芬元件(Josephson junctions) 以並
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不變，而回饋的磁通量就是待量測的磁通量值。
圖 4-5-3 SQUID 的 I-V curve 和 V- curve(摘自物理雙月刊)