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Co、Al2O3纳米薄膜表面形貌与生长机制关系的研究

2020-12-04阅读(665)

Co、Al2O3纳米薄膜表面形貌与生长机制关系的研究

论文摘要

纳米Co/Al2O3/Co多层膜是一种超高密度存储材料,体积小,具有隧道磁电阻效应。利用其效应可能发展出一种存储器,将引起计算机内存芯片的一场革命。利用离子束溅射方法制备了厚度分别为1、2、3、5、10、50和100nm的Co和Al2O3薄膜样品。通过原子力显微镜分析了在单晶Si（100）上生长的Co、Al2O3薄膜的表面形貌随沉积时间的演化,研究了薄膜生长动力学过程。根据表面粗糙度随沉积时间的变化,把薄膜生长分为不同的生长阶段。并用峰的密度证实了对纳米薄膜生长动力学过程的分析。X射线衍射分析和掠入射衍射分析表明在单晶Si（100）上生长Co薄膜具有很强的择尤取向,在2θ为40°-55°的范围内,观察到Co（111）和（200）的漫射衍射带。同时有Co-Si化合物的衍射峰出现。用同样方法制备的Al2O3纳米薄膜也是非晶态的。利用四探针法研究了Co薄膜的电阻率和各向异性磁电阻率,发现随着薄膜厚度的增加,薄膜的电阻率逐渐下降,各向异性磁电阻率逐渐增加;当薄膜厚度超过50nm后,厚度对这两个参数的影响不大。利用X射线光电子能谱研究了薄膜的表面成分,随着Co薄膜厚度的增加,Si的光电子峰逐渐减弱,最后消失,说明Co薄膜的致密性变好,这与它的生长机制有着密切的关系;对Al2O3纳米薄膜进行了半定量分析,计算了Al2O3薄膜的成分配比,Al︰O约为1.96︰3,基本符合Al2O3的标准成分配比。最后研究了退火对Co、Al2O3薄膜的影响。退火使得薄膜的结晶状态更加完好,薄膜由非晶态转变为晶态。薄膜的表面颗粒均出现了不同程度的长大、聚集现象。由于薄膜结构的变化,Co薄膜的电阻率明显下降,各向异性磁电阻率大幅增加,退火对较薄薄膜的影响更明显。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • §1-1 研究背景与意义
  • §1-2 纳米和纳米薄膜材料
  • 1-2-1 纳米材料概述
  • 1-2-2 纳米薄膜材料概述
  • 2O3 薄膜的性质及用途'>§1-3 Co、Al2O3薄膜的性质及用途
  • 2O3/Co 纳米薄膜研究的科学意义、国内外现状及进展'>§1-4 Co/Al2O3/Co 纳米薄膜研究的科学意义、国内外现状及进展
  • 1-4-1 纳米薄膜研究的科学意义
  • 1-4-2 纳米薄膜研究的现状
  • 1-4-3 纳米薄膜生长方面的研究进展
  • 2O3 纳米薄膜制备技术概述'>§1-5 Co、Al2O3纳米薄膜制备技术概述
  • §1-6 薄膜厚度与薄膜表面粗糙度
  • 1-6-1 薄膜厚度
  • 1-6-2 薄膜表面粗糙度
  • §1-7 本论文的研究目的和研究重点
  • 2O3纳米薄膜的制备及表征方法'>第二章 Co、Al2O3纳米薄膜的制备及表征方法
  • §2-1 离子束溅射基本原理
  • §2-2 薄膜的制备
  • 2-2-1 薄膜沉积系统
  • 2-2-2 薄膜沉积过程
  • 2-2-3 薄膜基片处理方法
  • 2-2-4 薄膜厚度样品的制备
  • §2-3 薄膜特性的表征方法
  • 2-3-1 薄膜表面形貌的表征
  • 2-3-2 薄膜微观结构的表征
  • 2-3-3 薄膜的磁学性能表征
  • 2-3-4 薄膜成分的表征
  • 第三章 Co 在 Si 基片表面的形核过程及生长机制
  • §3-1 Co 薄膜表面形貌演化的研究
  • 3-1-1 Co 薄膜的拓扑形貌分析
  • 3-1-2 Co 薄膜粗糙度分析
  • 3-1-3 Co 薄膜的平均厚度分析
  • §3-2 Co 薄膜表面形貌演化的动力学标度分析
  • §3-3 Co 薄膜表面二维形貌的演化
  • §3-4 Co 薄膜的峰密度分析
  • §3-5 Co 薄膜微观结构分析
  • 3-5-1 Co 薄膜的X 射线衍射分析
  • 3-5-2 Co 薄膜的掠入射衍射分析
  • §3-6 Co 薄膜成分分析
  • 3-6-1 X 射线光电子能谱仪
  • 3-6-2 X 射线光电子谱图拟合步骤
  • 3-6-3 Co 薄膜的X 射线光电子谱图分析
  • §3-7 Co 薄膜的磁电阻特性分析
  • 3-7-1 Co 薄膜的磁滞回线分析
  • 3-7-2 Co 薄膜的磁电阻分析
  • §3-8 本章小结
  • 2O3在 Si 基片表面的形核过程及生长机制'>第四章 Al2O3在 Si 基片表面的形核过程及生长机制
  • 2O3 薄膜表面形貌演化的研究'>§4-1 Al2O3薄膜表面形貌演化的研究
  • 2O3 薄膜的拓扑形貌分析'>4-1-1 Al2O3薄膜的拓扑形貌分析
  • 2O3 薄膜的粗糙度分析'>4-1-2 Al2O3薄膜的粗糙度分析
  • 4-1-3 薄膜的平均厚度分析
  • 2O3 薄膜表面形貌演化的动力学标度分析'>§4-2 Al2O3薄膜表面形貌演化的动力学标度分析
  • 2O3 薄膜二维表面形貌的演化与分析'>§4-3 Al2O3薄膜二维表面形貌的演化与分析
  • 2O3 薄膜的二维形貌演化'>4-3-1 Al2O3薄膜的二维形貌演化
  • 2O3 薄膜的峰密度分析'>4-3-2 Al2O3薄膜的峰密度分析
  • 2O3 薄膜微观结构分析'>§4-4 Al2O3薄膜微观结构分析
  • 2O3 薄膜的X 射线衍射分析'>4-4-1 Al2O3 薄膜的X 射线衍射分析
  • 2O3 掠入射衍射分析'>4-4-2 Al2O3掠入射衍射分析
  • 2O3 薄膜成分分析'>§4-5 Al2O3薄膜成分分析
  • 4-5-1 定性分析
  • 4-5-2 半定量分析
  • §4-6 本章小结
  • 第五章 退火处理对纳米薄膜的影响
  • §5-1 退火后纳米薄膜的表面形貌分析
  • 5-1-1 Co 纳米薄膜的表面形貌
  • 2O3 纳米薄膜的表面形貌'>5-1-2 Al2O3纳米薄膜的表面形貌
  • §5-2 退火后纳米薄膜的微观结构
  • 5-2-1 Co 纳米薄膜的微观结构
  • 2O3 纳米薄膜的微观结构'>5-2-2 Al2O3纳米薄膜的微观结构
  • §5-3 退火后Co 薄膜的磁学性能
  • §5-4 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间所取得的相关科研成果

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