樣品製備

3.1 鍍膜條件

本論文使用脈衝雷射蒸鍍法(PLD)製備氧化鈥鋅薄膜，根據製備的條件不同，

例如：雷射能量強度、基板溫度、鍍膜時的氧氣壓力、基板與靶材的距離…等，

將影響薄膜的結晶品質，進而影響薄膜的物理特性。本論文探討摻雜不同比例的 氧化鈥鋅薄膜的結構特性、光學特性、磁性與電性，其中摻雜比例為 0, 1, 3, 5, 8, 10 at. % (原子莫爾濃度)。

固定變因

基板到靶材距離

薄膜厚度

基板溫度

雷射能量密度 鍍膜時氧氣壓力

氧氣流量

背景壓力

3.2 靶材製備

1.靶材製備使用純度 99.995%的氧化鋅(ZnO)和 99.995%的氧化鈥(Ho

₂

₃

依照摻雜比例 (0, 1, 3, 5, 8, 10 at. %)計算所需的粉末克數。

2.用電子秤量出所需的粉末重量，並將粉末倒入缽中研磨 30 分鐘使其均勻混合。

3.將混合均勻的粉末倒入模具中，利用油壓機以壓力 20,000 psi 將粉末壓成直徑 約 2.1 公分的圓錠。

4.壓好的圓錠放入高溫爐燒結，在大氣下燒結溫度為 990℃持續 15 小時，待降至 室溫後取出。

3.3 基板清洗

本實驗基板使用 c-plane 的藍寶石基板(c-sapphire)，大小為 5 mm × 5 mm。

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1.將基板取出放入超音波振盪器，依序以丙酮(acetone)、酒精(ethanol)、去離子水 分別清洗 5 分鐘。

2.利用氮氣吹乾表面。

3.4 鍍膜流程

根據量測需求，使用不同形狀的 shadow mask (圓形或四葉草形，四葉草形 如圖 3-1，藍色部分)，基板也依需求使用單面拋光或雙面拋光的藍寶石基板。

1.將藍寶石基板用 shadow mask (直徑 5 mm) 固定於套筒上，並將靶材放在靶座 上鎖緊。

2.將套筒套入真空腔體內的加熱棒上，靶座鎖在對應位置上，放下擋板。

3.開啟機械幫浦粗抽閥，將腔體壓力抽至 8.0 × 10

^-3

4.關閉粗抽閥，開啟渦輪幫浦前抽閥，再慢慢開啟高真空閥。

5.待腔體壓力降至 8.0 × 10

^-7

6.紀錄真空腔體壓力，關閉高真空壓力計，通入高純度氧氣(99.999%)，打開流量 控制器，控制氧氣流量，調整粗抽閥大小使腔體壓力穩定在 3.0 × 10

^-1

7.打開加熱器，將基板加熱至鍍膜所需溫度。

8.開啟雷射，調整雷射中心位置並熱機 20 分鐘，待雷射能量穩定後將雷射功率 調至實驗所需大小。

9.預鍍 5 分鐘，清除靶材表面雜質。

10.移開擋板，鍍所需厚度的薄膜。

11.鍍膜結束後，關閉氧氣將腔體抽至真空降溫。

12.取出樣品。

3.5 電性量測樣品製備

1.電性量測樣品依據上面鍍膜流程，製備鍍於單拋基板上之四葉草形的薄膜。

2.薄膜上利用濺鍍鍍 100 奈米厚的金當作電極(如圖 3-1，深黃色部分)。

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3.將樣品進行快速熱退火，在通氬氣背景下以 500℃快速退火 2 分鐘，使金擴散 合金化，形成歐姆電極(ohmic contact)。

4.將樣品黏在 16 腳位 IC 座上，並用打線機連接各個電極與腳位(如圖 3-1)。

圖 3-1 電性樣品示意圖，藍色(薄膜)、深黃色(電極)。

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Fi lm thickness (nm)

Deposition time (min) (a)

Depos iti on r ate (nm/min)

Ho concentration (at. %)

圖 4-1 (a)氧化鈥鋅薄膜厚度與沉積時間關係與(b)不同比例氧化鈥鋅薄膜沉積速