Fe成長於GaAs(100)基板的鐵磁共振量測發展

1981 年G. A. Prinz , and J. J. Hrebs 利用分子束磊晶(Molecular beam epita- xial, MBE)技術，在GaAs基板上成長單晶鐵膜，並利用FMR觀察其磁性質[10]。

1986 年G. A. Prinz ,and J. J. Hrebs 利用MBE技術成長單晶鐵薄膜於GaAs(100)基 板上，並利用FMR量測其in-plane角度與共振場的關係，計算Fe厚度與異向場常 數及飽和磁化量，發現Fe膜厚度增加時，飽和磁化量隨之增加，而共振峰寬則遞 減[11]，見表 2.2：

表2.2 不同厚度 Fe 相對應的異向場常數與飽和磁化量[11]

1988 年S. A. Oliver, E. Schloemann等利用離子束濺鍍(Ion beam sputtering, IBS)技 術，在GaAs (100)基板上成長單晶鐵膜，對樣品的[100]、[110]方向施加磁場做FMR 量測。再利用計算擬合實驗結果，得到飽和磁化量、異向場常數等數值[12]，見 圖2.7：

圖2.7 外加場平行[100]、[110]之鐵磁共振頻率隨場強改變對照圖[10]

1997 年R. E. Camley, D. L. Mills 提出鐵磁/介電質系統的理論，其中提到 當時最常用的微波材料石榴石薄膜的操作頻率已經逐漸飽和，而要往更高頻率發 展，需要找尋新的材料取代石榴石，例如鐵是一個適合的選擇，因為它有相當大 的飽和磁化量。然而微波在金屬中能量損耗相當大，因此介電質/鐵磁的結構就 變的相當吸引人，因為微波在傳遞時可將大部分能量儲存在介電質中，進而有效 的減少能量損失。又Fe和GaAs的晶格常數可以匹配，所以就開始有以Fe/GaAs 作為微波元件的相關研究逐漸發展[13],[14],[15],[16],[17],[18],[19]。

另外一方面，2000 年 Chen S. Tsai 提出當時的Magnetostatic Wave(MSW) 基礎的微波元件如能和積體電路合併將能製作出理想的微波積體電路。同時 Fe/GaAs系統的微波元件也能被發展起來取代石榴石[14]。

上述兩個團隊在提出Fe/GaAs在微波的優勢後，陸續有相關的報導提出。

R. E. Camley的團隊在 2000 年利用MBE製作了Fe/GaAs的可調頻率的notch filter[15]見圖 2.8：

圖2.8 可調式notch filter[15]

2001 年利用Fe/Ag/GaAs結構討論此結構可在微波上應用之頻率改變以及相位改 變[16]，見圖 2.9：

圖2.9 可調式phase shifter[16]

2003 年利用濺鍍系統製作Fe/GaAs可調式微波元件，以期望能在製程上與業界同 步[17]，同年利用SiO2與Ag作為訊號線及介電質設計一微波元件將Fe/GaAs為主 的薄膜製成一可達30GHz的 notch filter[18]，如圖 2.10：

圖2.10 可調式notch filter[18]

2004 年利用GaAs/Fe/Ag/Fe/ZnSe系統討論∆f , ∆ H內部的貢獻以及外部的貢獻 [19]。

Chen S. Tsai的團隊在 2001 年利用MBE製作Fe/Ag/GaAs的可調變頻率 9.6-21GHz的notch filter與 8-36GHz的bandstop filter[20],[21]，如圖 2.11：

圖2.11 可調式notch filter[20]

2002 年比較Fe/GaAs與Fe/Ag/GaAs系統再不同溫度下成長，表面缺陷數量的差異 性造成FMR訊號強度隨缺陷增加而減低的關係[22]，2004 年討論Fe/GaAs中FMR 訊號隨Fe層厚度增加而上升及FMR訊號隨GaAs層厚度減少而上升的現象[23]。

見圖2.12：

圖2.12 隨鐵層厚度不同吸收效應之改變[23]

2.5.2 FMR 量測數據 Fitting 方式

1986 年. Schloemann 的報導中提到[10]，在 GaAs(100)上的單晶鐵膜，其 薄膜在一外加場H 下的能量表示式可以表示為：