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(diamagnetism) 、 順 磁 性 (paramagnetism) 、 鐵 磁 性 (ferromagnetism) 及反鐵磁性 (antiferromagnetism) 隨之消失。若以 M(magnetization)表示順磁性材料在外加磁場 Bext下所感應出的 磁化強度(單位體積上的磁矩大小),則有下列關係:

其中 C 為居里常數(Curie’s constant),χ 為磁化率(magnetic susceptibility),T 為凱

(c) 鐵磁性

鐵磁性物質在未受外加磁場影響下,內部原子磁矩排列整齊且方向一致,但 各單一磁區內的原子磁矩雖排列一致,可是每個磁區的排列方向不一定同向,所 以總磁矩為零。但在有外加磁場時,只需要在很小的磁場下作用,就可以達到磁 矩的飽和,若施予原來反向的外加磁場,會發現有磁滯現象。磁化率χ數值約 101~106,如溫度超 過居禮溫度時,鐵磁性會轉換成順磁性。[20]

(d) 反鐵磁性

屬於若磁性,與順磁性同樣顯示一小正磁化率,但溫度對磁化率的影響有明 顯特徵,此物質有一臨界溫度 TN,TN稱為 Neel 溫度,當溫度大於 TN時,其磁 化率與溫度關係和順磁性物質相似,溫度大於 TN磁矩會因受熱擺脫晶格排列與 磁矩間作用力之限制,散亂排列,滿足 Curie-Weiss Law;當溫度小於 TN,磁矩 會排列成逆平行狀態,其反向磁矩會抵消正向磁矩,溫度下降磁化率就隨著變小,

漸漸趨近於一個穩定值,所以當溫度恰等於 TN時,此時磁化率為最大值。[20]

Chapter 3 實驗過程

3.1 鍍膜條件

本論文是討論以脈衝雷射沉積法製備氧化鈥鋅(Zn1-xHoxO)薄膜,除了改變不 同 Ho 的摻雜濃度下的分析,PLD 系統改變薄膜成長品質的因素也有很多,如:

腔體真空度、鍍膜時的氣體壓力、腔體溫度以及沉積時間、基板與把材的距離、

雷射光的能量強度、脈衝頻率以及沉積時間,以上多種變因,皆會影響樣品在光、

磁、電上的表現。以下是我們設定的鍍膜條件:

靶材濃度與基板:

選用氧化鋅摻鈥,鈥原子莫耳濃度為 1、3、5、8、10%,基板部分則是選用

c 方向的 5mm × 5mm 藍寶石基板(c-saphhire)。

脈衝雷射沉積環境:

固定變因:

1.基板到靶材距離 5 cm;

2.沉積氣體為 3×10-1 mbar 的氧氣;

3.薄膜厚度 100 nm;

4.雷射聚焦後能量密度為 2.0 J/cm2控制變因:

1.沉積結束在氧氣下降溫;

2.Ho 摻雜濃度 0~10 at.%。

3.2 靶材製作

使用 99.999 %高純度的氧化鋅粉末和 99.99%的氧化鈥(Ho2O3)粉末來製作靶 材,製作步驟如下:

3.將混和均勻的粉末放入模具中;

4.利用油壓機,使 20000 磅的力道將粉末壓製成直徑 2 cm 的圓錠;

5.原定放入管狀高溫爐,於攝氏 1050 度,大氣下燒結 15 小時。

3.3 鍍膜步驟

1.將基板以丙酮、酒精及去離子水分別於超音波震盪機清洗五分鐘;

2.將清洗完的的基板吹淨後,用 shadow mask (直徑 5 mm)鎖在套筒上,並將靶材 鎖在靶座上;

3.將套筒套入腔體內的加熱棒,並鎖上靶座;

4.抽真空至 8×10-7 mbar;

5.打開加熱器升溫至 750 oC,同時通入氧氣;

6.通入氧氣並以機械幫浦及氧氣流量調節器控制氧氣壓力穩定於 3×10-1 mbar;

7.待溫度達到 750 oC 時,開啟脈衝雷射,調整光路以及雷射功率並暖機 20 分鐘,

待能量穩定;

8.開啟反射鏡上的步進馬達進行預鍍,使雷射在靶材上繞圓,將靶材表面雜質清 除;

9.計算鍍膜時間,以控制厚度在 100 nm;

10.鍍膜完畢,通入氧氣降溫,降溫完畢後將樣品收入真空球中。

Chapter 4 結果與討論

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