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系統識別號 U0002-2007201009213900
中文論文名稱 磊晶薄膜的成長
英文論文名稱 Epitaxial thin film growth
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 林明毅
研究生英文姓名 Ming-Yi Lin
學號 697210572
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-12
論文頁數 66頁
口試委員 指導教授-林諭男
委員-葉炳宏
委員-柳克強
中文關鍵字 磊晶薄膜 
英文關鍵字 Epitaxial 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 本論文研究以脈衝雷射鍍膜(Pulsed Laser Deposition, PLD)去成長磊晶薄膜,再利用X光繞射儀(X-ray diffractometer)跟原子力顯微鏡(Atomic force microscope, AFM)去探討材料的結晶相跟薄膜表面形貌。
先利用了多鐵材料BiMnO3成長去了解雷射鍍膜的過程跟探討影響薄膜成長的參數。再使用了脈衝雷射-分子束磊晶系統(Laser-MBE),配合反射式高能電子繞射儀(Reflective high energy electron diffraction),去成長和控制La2/3Ca1/3MnO3之成長面,合成YBa2Cu3O7/La2/3Ca1/3MnO3的界面,包括(i) YBa2Cu3O7的”Cu-O面”接La2/3Ca1/3MnO3的”LaCa-O面”以及(ii) YBa2Cu3O7的”Ba-O面”跟La2/3Ca1/3MnO3的”Mn-O2面” 。

英文摘要 In this study , we used pulsed laser deposition (PLD) technique to synthesize the epitaxial thin films , which were characterized using X-ray diffractometry (XRD) and Atomic force microscopy(AFM).
We first explored the effect of deposition parameters on the characteristics of Multiferroics , BiMnO3 so as to understand their correlation . We then used laser-MBE technique , in conjunction with the reflective high energy electron diffraction(RHEED) technique to synthesize YBa2Cu3O7 /La2/3Ca1/3MnO3 with specific interface.We successfully synthesized the YBCO/LCMO/SrTiO3 epitaxial thin films with two different kind of interfaces , viz (i) Cu-O(YBCO) interfaceing LaCo-O(LCMO) and (ii) Ba-O(YBCO) interfaceing Mn-O2(LCMO). 
論文目次 目錄
目錄..... 4
圖表目錄........ 6
第一章 緒論.... 9
1.1 薄膜的形成技術...... 9
1.2 薄膜的成長.. 13
1.3 磊晶薄膜.... 16
第二章 BiMnO3... 17
2.1 研究動機.... 17
2.1.1 BiMnO3的晶體結構.. 17
2.1.2 BiMnO3的物理特性.. 17
2.2 實驗過程.... 18
2.2.1 脈衝雷射鍍膜...... 18
2.2.2 實驗步驟:......... 19
2.2.3 雷射鍍膜製程之探討........ 21
2.2.4 X光繞射儀(X-ray diffractometer).. 25
2.2.5 原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)...... 26
2.3 數據分析.... 28
2.4 結論........ 40
第三章 YBa2Cu3O7/La2/3Ca1/3MnO3. 41
3.1 研究動機.... 41
3.1.1 釔鋇銅氧 (YBCO)的晶體結構.. 41
3.1.2 釔鋇銅氧的電荷轉移機制.... 42
3.1.3 鑭鈣錳氧(La0.67Ca0.33MnO3)的晶體結構...... 42
3.1.4 Double-Exchange Model.... 43
3.1.5 Jahn-Teller distortion... 46
3.1.6 YBCO/LCMO 界面(interface)........ 47
3.2 實驗方法.... 50
3.2.2 實驗步驟.. 53
3.2.3 反射式高能電子繞射儀(Reflective high energy electron diffraction)... 57
3.3 數據分析.... 59
3.4 結論........ 63
參考文獻........ 64


圖表目錄
圖 1 基板表面上之成長基礎過程與核形成... 5
圖 2 薄膜成長時之表面能、界面能的關係圖........ 6
圖 3 Volmer -Weber(三維核形成之成長樣式)....... 6
圖 4 Frank-van der Merwe(層狀成長樣式).. 7
圖 5 Stranski-Krastanov(混合成長樣式).. 7
圖 6 BiMnO3的單位晶胞與鈣鈦礦結構BiMnO3的單位晶胞...... 9
圖 7 在交大材料系朱英豪老師實驗室雷射鍍膜的設備........ 13
圖 8 原子力顯微鏡...... 19
圖 9 雷射能量固定在250mJ、溫度為700℃跟固定靶材跟基板的距離9cm,不同氧壓下X光繞射圖........................ 21
圖 10 雷射能量固定在250mJ、溫度為700℃、固定靶材跟基板的距離9cm跟氧壓為1m torr、20 m torr的表面形貌圖....... 22
圖 11 雷射能量固定在250mJ、溫度為700℃、固定靶材跟基板的距離9cm跟氧壓為80m torr、150 m torr的表面形貌圖..... 22
圖 12 雷射能量固定在250mJ、溫度為600℃、固定靶材跟基板的距離9cm,氧壓為20m torr的X光繞射圖.................. 24
圖 13 雷射能量固定在250mJ、溫度為600℃、固定靶材跟基板的距離9cm,氧壓為80m torr的X光繞射圖.................. 25
圖 14 雷射能量固定在250mJ、溫度為600℃、固定靶材跟基板的距離9cm,氧壓為150m torr的X光繞射圖................. 25
圖 15 雷射能量固定在250mJ、溫度為600℃、固定靶材跟基板的距離9cm跟氧壓為20m torr、8 m torr的表面形貌圖....... 26
圖 16 雷射能量固定在250mJ、溫度為600℃、固定靶材跟基板的距離9cm跟氧壓為150 m torr的表面形貌圖............... 26
圖 17 雷射能量固定在250mJ、溫度為600℃、氧壓為80mtorr靶材跟基板的距離7cm、8cm、9cm的X光繞射圖.............. 28
圖 18 雷射能量固定在250mJ、溫度為600℃、氧壓為80mtorr靶材跟基板的距離7cm、8cm、9cm的表面形貌圖............. 29
圖 19 雷射能量在250mJ、溫度為500℃、氧壓為80mtorr、靶材跟基板的距離8cm的X光繞射圖.... 31
圖 20 雷射能量在250mJ、溫度為500℃、氧壓為80mtorr、靶材跟基板的距離8cm的表面形貌圖.... 31
圖 21 YBCO結構.......... 33
圖 22 LCMO結構......... 35
圖 23 YBCO的Cu-O面接LCMO的LaCa-O面..... 39
圖 24 YBCO的Ba-O面接LCMO的Mn-O2面...... 40
圖 25 XMCD的YBCO/LCMO的界面.... 41
圖 26 Laser-MBE在交大材料系朱英豪老師實驗室的示意圖.... 44
圖 27 MBE的示意圖.............. 44
圖 28 基板處理的流程圖......... 46
圖 29 處理好的STO(001)......... 46
圖 30 脈衝雷射鍍膜的示意圖..... 48
圖 31 RHEED示意圖.............. 49
圖 32 薄膜成長的RHEED.......... 50
圖 33 不同成長模式的RHEED...... 50
圖 34 YBCO的Ba-O接LCMO的Mn-O2示意圖.... 52
圖 35 成長YBCO跟LCMO的RHEED圖...... 53
圖 36 YBCO的Cu-O面接LCMO的LaCa-O示意圖..... 54
圖 37 成長SRO、YBCO跟LCMO的RHEED圖..... 54


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[28]See e.g. “ Moleular Beam Epitaxy “,ed. by M. A. Herman and H.Sitter (Berlin Springer,1989)

[29]MEMSTechnology ,http://elearning.stut.edu.tw/m_facture/Nanotech/Web/ch1.htm.

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