4-2.薄膜分析：

由上一節對粉末樣品的特性分析可以得知 YMn

1-x

Fe

x

O

3

(x=0,0.1,0.2,0.3) 只有 x≦0.2 情況下，可以得到單相的粉末，本節將探討將這些單相粉末燒 結成靶材後，以雷射鍍膜的方式成長相同成分的摻鐵釔錳氧薄膜，並探討 其物理特性。

4-2-1. XRD 分析：

薄膜與基板間會因晶格常數不匹配(lattice mismatch)，而造成它們之間 有應力(strain)產生，可以使用這種應力來製作不同結構的薄膜，因此雷射鍍 膜所使用的基板需選用適當，粉末的晶格常數(如表一所示)與基板的晶格 常數(如表三所示)做比較，YSZ (111) (YSZ:yttria-stabilized zirconia)表面上的原 子排列具有六方晶系的平面結構，且它跟 YMnO3 的晶格不匹配較小，希望 藉由使用這個基板，鍍出具有 c 軸軸向且是六方晶系結構的薄膜，所使用 的鍍膜條件如表四所示。

表三 基板的晶格常數

a軸長(Å) b軸長(Å) c軸長(Å) in-plane (Å) YSZ(111) 5.147 5.147 5.147 6.304

Al

2

O

3

(001) 4.759 4.759 12.992 4.759

50

表四 鍍膜所使用的條件 雷射能量 雷射重複

率

腔內氧壓 鍍膜溫度 脈衝次數

YMnO

3

400 mJ 5 HZ 0.01 torr 800

⁰

C 12000 p YMn

0.9

Fe

0.1

O

3

400 mJ 5 HZ 0.01 torr 800

⁰

C 12000 p YMn

_0.8

Fe

_0.2

O

₃

400 mJ 5 HZ 0.01 torr 800

⁰

C 12000 p

接著將使用雷射鍍膜系統製備的薄膜進行 XRD 量測，所量測的 XRD 圖，

如圖 4-2-1-1、4-2-1-2 所示，觀察摻雜不同比例鐵的釔錳氧薄膜樣品的 XRD 圖，將其所得到的資料和 XRD 資料庫中的 YSZ(111)、YMnO³粉末作比較，

可以發現基板繞射峰的位置和 XRD 資料庫中的資料是相符合的，又經比較 粉末的資料庫，薄膜所顯示(002)、(004)、(006) 、(008)的繞射峰是符合 資料庫裡的結果。因此經由查表後可以看出所鍍出來的薄膜沒有其他的雜 相，所出現的薄膜繞射峰是 C 軸軸向的，且是六方晶系結構。

51

52

10 20 30 40 50 60 70 80

1 10 100 1000 10000

(0 0 8 )

(0 0 4 )

(0 0 2 ) (0 0 6 ) YSZ (2 2 2 )

YSZ (1 1 1 )

in te n si ty(a .u .)

2



degree



Fe0.2 YSZ

圖 4-2-1-3 h-YMn

0.8

Fe

0.2

O

3/

YSZ(111)的 XRD 圖。

53

4-2-2. 磁性分析：

由前述 XRD 的分析，將 h-YMn

1-x

Fe

x

O

3

/YSZ(111) (x=0,0.1,0.2)沒有雜相的 薄膜進行磁化率 M-T 量測(如圖 4-2-2-1~4-2-2-3 所示)，外加磁場方向為 平行膜面，外加磁場為 500 Oe， 進行 ZFC 跟 FC 的量測。從粉末的 M-T 圖(如 圖 4-2-2-4~4-2-2-6 所示)與薄膜的 M-T 圖比較得知，摻雜鐵的樣品鍍成薄 膜之後，所量測的 M-T 圖呈現與原本粉末磁化率變化有不同的情形，鍍成 薄膜後 Fe

³⁺

離子在樣品中並沒有表現出順磁的特性，Fe

³⁺

離子的摻雜反而增 加了反鐵磁性，造成了磁化率隨溫度的變化減小，推測這跟結構是否排列 成週期性有關，因為所製備地薄膜是藉由基板來使原本的多晶粉末材料變 成具有軸向且週期性排列的樣品，Fe

³⁺

離子受到 Mn

³⁺

離子的交互影響會加 深，所以可能造成反鐵磁排列的發生，可以從 M-T 圖看出隨著摻雜比例增 加而磁化率的變化量逐漸減少，鍍成薄膜後完全不能進一步的判斷摻雜樣 品的相轉變溫度為何，這種情形與圖 4-1-2-9 做比較，發現所鍍出來的薄 膜跟 Attila Veres 等人發表的粉末樣品磁化率的變化有相似的情況出現 [15]，他們所判斷的相轉變溫度為 ZFC 跟 FC 的分開點為尼爾溫度，他們發 現尼爾溫度隨著摻雜會往高溫移動，慢慢接近 YFeO

3

的尼爾溫度(650 K)，以 這方法來看似乎本實驗所鍍成的薄膜也有這種情形，此方法是否正確，這 點有待釐清。

54

在文檔中 摻鐵釔錳氧化物的磁性研究 (頁 61-66)