電子束蒸鍍系統與樣品製備

在這個研究中，我們利用電子束蒸鍍系統來製備樣品，其基本原理為於燈絲 端加一負高電壓約6000 伏特，並於燈絲通入電流約 20 安培，使燈絲產生約數十 毫安培之發射電流，如此將使電子獲得足夠的能量而發射出來，再利用永久磁鐵 將電子束導向鍍料，使電子束撞擊在鍍料上而產生熱能，其架構如圖3.2，當熱

能累積超過鍍料的蒸發溫度時，則會使鍍料蒸發，達到鍍膜的目的。

圖3.2 電子束蒸鍍細部架構

而本電子束蒸鍍系統由主腔體、承載室、機械幫浦、渦輪分子幫浦及冷凍幫 浦所組成。如圖3.3、3.4：

主腔體 冷凍幫浦

機械 幫浦

承載室

渦輪分子幫浦 機械幫浦

樣品傳輸桿 位置控制器

樣品座 石英震盪膜厚計

樣品座擋版

E-Gun

E-Gun擋版

圖3.3 電子束蒸鍍系統示意圖

圖3.4 電子束蒸鍍系統實體圖

主腔體內有電子槍、石英震盪膜厚計、離子真空計及XYZ三軸樣品移動器等 設施，與承載室和冷凍幫浦連接，是進行鍍膜的地方。冷凍幫浦提供主腔體超高 真空度之維持，其原理係為利用10K左右的低溫環境，使吸附板吸附腔體中的水 氣與氣體分子，以達到超高真空的目的，一般可保持主腔體的壓力在1¯10^-8torr 的真空度，以維持腔體內部良好的鍍膜環境。另備有一機械幫浦於真空度維持 上，功用為主腔體之粗抽以及冷凍幫浦之後抽。

承載室為一將樣品由一大氣壓下降至與主腔體相差一個數量級壓力的前置空 間，待壓力值達到目標區間約2¯10^-7torr，再將樣品送入主腔體，以防水氣或其 他氣體進入，影響鍍膜品質，和主腔體與渦輪分子幫浦連接。渦輪分子幫浦將承 載室抽氣致2¯10^-7torr，以便將樣品由承載室送至主腔體，而不至於有太大的壓 力差。亦備有一機械幫浦作為渦輪分子幫浦之後抽。

在主腔體上有一個樣品旋轉平移器，可將樣品做XYZ 三方向的移動與 360 度之轉動，以便調整鍍膜時樣品位置。樣品傳輸桿前端是為一螺牙，可將樣品座 固定住，再經由承載室送至主腔體之樣品旋轉平移器，進行鍍膜製程。

我們一共製備了八片樣品，為GaAs(100)/Fe/Ag/Fe/Ag系統，改變的參數為底 層鐵的厚度，分別為0Å、1.5Å、3.75Å、7.5Å、11.25Å、15Å、37.5Å以及 150Å，

底層銀的作用為分開兩層鐵，上層銀做為防氧化層，兩層銀的厚度皆為40Å，上 層鐵的厚度為375Å，為主要鐵磁訊號層。鍍膜時先將砷化鎵基板加熱到 650°C 持溫30 分鐘清潔基板表面，然後再降至鍍膜溫度開始鍍膜，鐵層成長溫度皆為 150°C，銀層皆為 50°C，成長壓力約為 5¯10^-8torr，成長速率約為 0.03Å/s，樣品 結構如圖3.5 與表 3.1 所示：

GaAs(100) Fe =

0.75、1.125、1.5、3.75、15 (nm)

Ag4nm Fe37.5nm

Ag4nm

150

C 50

C 150

C

50

C

圖3.5 薄膜樣品結構 表3.1 樣品結構與膜厚

樣品編號 薄膜結構

090217-g5 GaAs(100)/Fe 3.75Å/Ag 40Å /Fe 375Å/Ag 40Å 090217-g6 GaAs(100)/ Fe 15Å/Ag 40Å /Fe 375Å/Ag 40Å 090217-g7 GaAs(100)/ Fe 37.5Å/Ag 40Å /Fe 375Å/Ag 40Å

090217-g8 GaAs(100)/ Fe 150Å/Ag 40Å /Fe 375Å/Ag 40Å 090506-g1 GaAs(100)/Fe 0Å/Ag 40Å /Fe 375Å/Ag 40Å 090506-g2 GaAs(100)/ Fe 1.5Å/Ag 40Å /Fe 375Å/Ag 40Å 090506-g3 GaAs(100)/ Fe 7.5Å/Ag 40Å /Fe 375Å/Ag 40Å 090506-g4 GaAs(100)/ Fe 11.25Å/Ag 40Å /Fe 375Å/Ag 40Å