3.1 樣品製備
在樣品製備上，我們以多靶式射頻磁控濺渡系統(RF magnetron sputtering system)製備非晶質碳/金屬鈷之多層膜於石英基板上。在濺鍍過程中以膜厚計確 認製程膜厚，並藉由固定濺鍍時間來控制其碳層膜厚，以期調控金屬鈷之間的距 離來達到人為操作薄膜磁光特性之目的。自發表於AIP Advances 以非晶質碳為 主體參雜金屬鈷的第一代樣品以來，我們嘗試以多靶濺渡的方式製程多層膜樣品。
其目的在於細部調控鈷與碳的顆粒大小。在第一代的樣品量測上，從穿透式電子 顯微鏡的影像圖中我們顯然可以發現退火後的樣品，其金屬鈷會聚集成較大的團 簇。因此在製備多層膜樣品時，我們首先利用膜厚機評估鈷層的厚度，並且人為 製造出與第一代鈷顆粒相當的不連續顆粒膜。其金屬鈷每層厚度約為 3-5nm 的顆 粒膜。
3.1.1 濺鍍沉積鈷/碳多層膜(Co/a-C Multilayer films)
該章節將介紹樣品製備的流程與條件，其製備條件將條列於下表。本實驗室 的射頻磁控濺渡系統為多靶式，首先將清潔過後的石英基板安置於載台上，碳靶 與鈷靶分別安置在左右兩濺鍍槍(Gun)上。將背景壓力抽至約 1×10-6 Torr 後，再 通入濺鍍氣體(Ar99.9995%)使工作壓力維持約 1.3~2.0 mTorr，其 RF power supply 的功率為100W。以兩濺鍍槍輪流濺鍍製備：六層碳五層鈷之多層膜。下圖 3-1 呈現實驗濺鍍時的電漿輝光與多層膜樣品構造示意圖 3-2。
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圖 3-1 左圖為濺鍍碳層時，擋板開關情形；右圖則為濺鍍鈷層時，擋板開關情形
圖 3-2 非晶質碳/金屬鈷不連續多層膜結構示意圖
在本次實驗中我們嘗試了不同厚度的鈷與碳的製程，但是為了方便與第一代 樣品做比較與討論，在本篇論文中，我們僅討論碳厚度影響。在不同碳厚度的樣 品中將可以發現兩種類型的樣品─(1)碳的厚度較為不連續的[Co(3nm)/C(3nm)] 5
樣品以及(2)碳的厚度相對連續的[Co(3nm)/C(6nm)]5樣品。由於該兩片樣品其 MCD 磁光訊號有顯著的差異性，我們可以藉由深入了解碳層連續與否並且藉有 其他輔助量測工具，驗證之前的理論機制。下表所列為樣品的製備條件表。
以多靶式射頻磁控濺渡系統製備樣品之相關條件表3-1
Background pressure 1.6*10^-6 torr Working Pressure 1.7*10^-2 torr
RF power supply 100W Ar flow 30sccm time of Ar flow 10min time of the deposition of
Carbon per times
3min / 6min
time of the deposition of Cobalt per times
3min
deposition of Carbon per second
0.01~ 0.02 nm/s
deposition of Cobalt per second
0.016 nm/s
Temperature of holder 19。C
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3.2 樣品量測
3.2.1 磁圓偏振二向性光譜(Magnetic Circular Dichroism, MCD)介紹
磁光量測方面則使用型號Jasco J-815 磁圓偏振光的二向性能譜儀，燈源瓦 數450W 之氙氣燈(Xenon lamp)，再透過光路徑調節器(Photoelastic modulator, PEM)將線偏振光以 50kHz 頻率在左旋光與右旋光之間做轉換。並且量測在不同 磁場下，其樣品對左右旋光的吸收差異。下圖為MCD 光譜儀構造簡圖 3-3：
圖3-3 MCD 光譜儀構造簡圖[10]
由氙氣燈光源提供寬範圍波長(200nm-800nm)之入射光，藉由單色儀
(Monochromator)進行分光，將波段分開後進入線性偏振片(Linear polarizer)產生 線偏振光，再進入光路徑調節器(Photoelastic modulator)利用逆壓電材料會對偏壓 產生形變的特性，使入射的線偏振光造成相位差。其中，偏壓改變的頻率即是 LCP 與 RCP 轉換的頻率。最後經過有外加磁場的樣品後，被光電倍增管 (photomultiplier)量測。量測條件參數如下表所示：
以磁圓偏振光的二向性能譜儀進行量測所設定之參數表 3-2 Measure Range 800 - 200 nm
Data pitch 0.1 nm
D.I.T. 2 sec
Bandwidth 1.00 nm
Scanning Speed 200 nm/min
由於量測時 x 軸是以波長表示，其中 Data pitch 指得是量測時每 0.1nm 取一 個點，D.I.T 便是 digital Integration time 的縮寫，所指為光電訊號轉換時間。其 值會與Scanning Speed 相關聯，Scanning Speed 越大也就表示量測時間越短，D.I.T 便會被縮短。最後，Bandwidth 指得是分光閘道所分出的波段最小單位，越小表 示分光越精細。
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