第一章 緒論
1.1 前言
隨著電子工業的進步磁性材料已經從古人拿來當指南針外變成促成近代
文明重要的角色。磁性材料不管是在科學研究上或者是工業上皆有許多的應 用 價 值 ， 如 鐵 磁 性 材 料 在 外 加 磁 場 下 可 以 使 內 部 磁 矩 產 生 磁 翻 轉 (magnetization reversal)在資料儲存領域可以當成記憶單元使用，電腦硬碟 內部的資料儲存密度提升也有賴於磁性薄膜製程技術的進步。
另外隨著 GMR 效應 (Giant Magneto Resistive) 的發現，硬碟中的磁 頭讀取靈敏度大幅提升，也相對使得我們可以提高硬碟中資料儲存密度。除 了硬碟方面的應用，磁性材料在記憶體工業方面也佔有重要的地位。例如 (Magnetoresistive random-access memory) MRAM，和一般 DRAM 利用電 荷或電流當作記憶單元比較，MRAM 是利用 magnetic tunnel junction (MTJ) 來紀錄資料，因為穿隧磁阻 Tunnel magnetoresistance (TMR)的關係可以利 用通過每個 MTJ 的電流大小來讀取訊號。相較於目前的 DRAM，MRAM 具 備了高密度資料儲存、低功率耗損同時也是非揮發性的記憶體可以在不供電 的情況下仍然可以紀錄資料。
不管是在硬碟還是記憶體或者是其他磁性元件中，磁翻轉以及磁性材料 對於其他外在因素的弛豫時間(relaxation time)都是值得研究的課題。因為在 未來工業上對於磁性記錄元件(MRAM、硬碟磁頭)的反應時間將要縮短至奈 秒(nano second)甚至更短的時間尺度。[1]在高頻率的環境下磁翻轉以及其 他磁動力學現象會被運動中的阻尼常數(damping constant)影響，越高的阻 尼常數可能造成多餘的熱損耗以及更長的反應時間，所以研究各種可以影響 阻尼常數的外在或只者是內在因素可以幫助我們了解如何控制阻尼常數進 而使工業上的產品達到未來的需求。
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1.2 研究動機
一直以來我們都瞭解到磁性薄薄膜表面粗糙度會影響磁性，例如矯頑場、磁異相 性常數、磁阻、磁區結構。過去也許多研究在討論表面粗糙度對於磁性的影響，
目前已經有研究工作發現磁性薄膜的粗糙度可以去影響磁性，例如矯頑場、
磁阻、磁區結構、還有鐵磁共振吸收圖形的半高寬，例如在 A.S.Dzhumaliev 的研 究工作中[11] ，利用直流濺鍍在矽基板上長鈷的薄膜並且研究不同厚度的薄膜 表面粗糙度和半寬高的關係。另外在V. I. Malyutin [12]的研究工作中更直接地用 化學蝕刻的方式針對鎳鐵薄膜的表面進行蝕刻，並且研究矯頑場以及鐵磁共振吸 收圖形半高寬的變化，他們研究發現隨著化學蝕刻時間增加半寬高和矯頑場幾乎 是線性成長，如圖 2.8.1 所示，雖然該研究中並沒有去比較表面粗糙度和磁性的 關係，但是可以發現表面粗糙度和蝕刻時間是成正比的。
圖 2.8.1 在 V. I. Malyutin,的研究工作中蝕刻時間對應磁性參數的關係圖
另外在[13] M. Li的這篇文章中，則是用電漿蝕刻的方式來製造薄膜的表面粗糙度。
隨著電漿蝕刻的時間拉長，表面的粗糙度也顯著增加。再經由磁光效應量測發現
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表示的是阻尼常數(damping constant)，扣除掉常數以後，從(2.9.5)可以看出來 鐵磁共振的吸收強度圖形之半高寬會和阻尼常數呈現正相關，再根據前面所舉的 研究工作來看表面粗糙度確實是影響阻尼常數的原因之一。矯頑場的部分則是可 以用奈爾(Neel)在研究 Bloch 磁壁時推倒出來的式子討論(2.9.6)
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