摘 要
近年來，發現鈣鈦礦結構中的亞錳酸鹽磊晶薄膜之巨磁阻效應可被應用於磁性隨機存取記憶體（MRAM）和感應器，因此該磁阻的研究被廣泛受到重視。許多研究指出磁阻效應與材料的微觀結構有密切的關連且發現薄的磊晶薄膜較厚的磊晶薄膜更具有應用價值，因此本實驗乃針對超巨磁阻材料厚度約為400Å-600Å的鑭鈣錳氧（La0.67Ca0.33MnO3,LCMO）薄膜的微觀結構和磁阻關係做一深入的探討。
本實驗所研究的LCMO薄膜乃是採用射頻磁控濺鍍法（RF Sputtering），以鈦酸鍶（SrTiO3,STO）為基板（001），在750℃的成長溫度下，濺鍍薄膜，成長時間分別為3分鐘、6分鐘和12分鐘。薄膜的結構採用X光繞射儀分析，掃瞄式電子顯微鏡則是觀察薄膜的表面形貌而穿透式電子顯微鏡則是用來觀察LCMO/STO薄膜的微觀結構，最後利用四點探針，在溫度從300K降到77K的範圍中，量測薄膜的磁性轉換溫度。
實驗結果顯示所成長的LCMO薄膜在短時間的成長下，呈現非晶質的結構，隨著成長時間增長，逐漸變為一多晶(polycrystal)且具有{001}順向結構，薄膜晶粒尺寸非常小屬於奈米級同時具有雙晶面（twin plane）存在。磁阻效應隨著薄膜的結晶性越好而增加，同時薄膜的居禮溫度Tc也隨之升高。

Abstract

Recent progress in oxide perovskite thin-film technology has led to the discovery of a large negative magnetoresistance in doped manganate perovskite thin films. These films may have potentials for magnetic random access memory (MRAM) and magnetic sensors. Therefore, the research of magnetoresistance has been attracted a lot of attentions.
The magnetoresistance is directly related to the microstructure. In an application point of view, the ulta-thin film may be more appropriate compares with those utilizing with thicker films. In this paper, we report the detail results of electrical property of La0.67Ca0.33MnO3 (LCMO) films related with their microstructure. The La0.67Ca0.33MnO3 (LCMO) films were deposited on (001) STO substrate with RF sputtering technique. The working pressure was maintained at 100m torr and the growth temperature was kept at 750℃. After growth the films was annealed at 850℃ for 1 hour in a 500 torr O2 annealing environment. The growth time was 3mins.、6mins. and 12mins. respectively.
The crystal structure of LCMO films were characterized with X-ray diffraction (XRD). The surface morphology of LCMO films were observed by scanning electron microscope (SEM) and the interface of microstructure between LCMO films and STO substrate were investigated by transmission electron microscope (TEM). Finally the M-I transition temperature were evaluated with 4-point probe at the temperature range from 300K down to 77K.
The results show that the LCMO films were amorphous when the growth time was in 3 mins. The microstructure of the film gradually became poly-crystal and had a (001) prefer orientation after the growth time increasing to 6 mins. The grain size of the 12 mins growth film was at 40-50 nm scale. The Curie temperature and magnetoresistance change of these films were increased as the degree of crystallization of these films became better.

目 錄
目錄 Ⅰ
表目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅳ
第一章 前言 1
1-1簡介 1
1-2實驗動機 2
1-3樣品介紹 8
第二章 基礎理論 12
2-1磁性理論 12
2-1-1磁性的來源 12
2-1-2磁性的性質 14
2-1-3磁性分類 15
2-2磁阻的特性 19
2-2-1磁阻效應 19
2-2-2磁阻種類 19
2-3巨磁阻理論 21
2-3-1雙重交換理論 21
2-3-2 Jahn Teller distortion 22
第三章 實驗方法和儀器 23
3-1試片準備 23
3-1-1清洗 23
3-1-2 TEM試片製作 23
3-2實驗儀器和原理 24
3-2-1 X光繞射儀 24
3-2-2掃瞄式電子顯微鏡 25
3-2-3穿透式電子顯微鏡 26
3-2-4磁性量測 29
第四章 結果與討論 31
4-1 X光繞射分析 31
4-2掃瞄式電子顯微鏡 41
4-3穿透式電子顯微鏡 45
4-4磁性量測 56
第五章 結論 62
第六章 參考文獻 64



表 目 錄
表一.各種隨機記憶體性質比較 2

















圖 目 錄
圖1.La0.7Sr0.3MnO3薄膜和基板SrTiO3之間的柱狀結構 5
圖2.La0.7Sr0.3MnO3薄膜和基板SrTiO3界面間HRTEM影像，箭頭處有一差排（dislocation）存在 5
圖3.(a)(b)(c)分別代表在590℃、720℃和890℃STO基板上所成長La1-xCaxMnO3 薄膜cross-section 的影像 6
圖4.在890℃STO上所成長的La1-xCaxMnO3薄膜plane-view影像 7
圖5.（La1-xCax）MnO3之磁相結構圖 9
圖6.La0.67Ca0.33MnO3靶材鈣鈦礦結構 10
圖7.（La1-xCax）MnO3系列靶材之晶格常數圖 11
圖8.為穿遂式磁電阻薄膜的構造 21
圖9.X光繞射儀之結構圖 25
圖10.電子束和試片作用後，所放的電子和電磁波示意圖 26
圖11.穿透式電子顯微鏡構造示意圖 28
圖12.電子顯微鏡中試片、繞射平面及成像平面相對位置及電子束路徑圖 29
圖13.四點量測試片示意圖 30
圖14.La0.67Ca0.33MnO3靶材從20。-80。的X光繞射圖形 33

圖15.在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3薄膜時間為三分鐘、六分鐘、十二分鐘，在20。-70。的X光繞射圖形 34
圖16.在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3薄膜時間為三分鐘、六分鐘、十二分鐘，在22。-25。的X光繞射圖形 35
圖17.在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3薄膜時間為三分鐘、六分鐘、十二分鐘，在47。-50。的X光繞射圖形 36
圖18.在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3薄膜時間為三分鐘、六分鐘、十二分鐘，在23。-90。的X光繞射圖形 37
圖19.在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3薄膜時間為三分鐘、六分鐘、十二分鐘，在23。-45。的X光繞射圖 38
圖20.在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3薄膜時間為三分鐘、六分鐘、十二分鐘，在45。-75。的X光繞射 39
圖21.在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3薄膜時間為三分鐘、六分鐘、十二分鐘，在72。-90。的X光繞射圖形 40
圖22.(a)在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3的時間為三分鐘的薄膜表面形貌圖 42
圖22.(b)在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3的時間為六分鐘的薄膜表面形貌圖 43

圖22.(c)在鈦酸鍶上，成長La0.67Ca0.33MnO3的時間為十二分鐘的薄膜表面形貌圖 44
圖23.基板鈦酸鍶的繞射點 47
圖24.在基板鈦酸鍶上，成長六分鐘的La0.67Ca0.33MnO3薄膜
和基板的縱剖面明視野影像，影像放大五萬倍 48
圖25.在基板鈦酸鍶上，成長六分鐘的La0.67Ca0.33MnO3薄膜
的繞射環 48
圖26.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜
和基板的縱剖面明視野影像，影像放大五萬倍 49
圖27.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜
和基板的縱剖面暗視野影像，影像放大五萬倍 50
圖28.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的繞射環 50
圖29.在基板鈦酸鍶上，成長6分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view明視野影像，影像放大二十萬倍 51
圖30.在基板鈦酸鍶上，成長6分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view明視野影像，影像放大二十萬倍 51
圖31.在基板鈦酸鍶上，成長6分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view明視野影像，影像放大二十萬倍 52

圖32.在基板鈦酸鍶上，成長6分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view的繞射環 52
圖33.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view明視野影像，影像放大二十萬倍 53
圖34.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view暗視野影像，影像放大二十萬倍 53
圖35.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view明視野影像，影像放大二十萬倍 54
圖36.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view暗視野影像，影像放大二十萬倍 54
圖37.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view暗視野影像，影像放大二十萬倍 55
圖38.在基板鈦酸鍶上，成長12分鐘La0.67Ca0.33MnO3薄膜的plane-view的繞射環，發現MnO2的存在 55
圖39.在鈦酸鍶上，成長三分鐘的La0.67Ca0.33MnO3薄膜，溫度由300k降到70k所量測的溫度和電阻關係圖 59
圖40.在鈦酸鍶上，成長6分鐘的La0.67Ca0.33MnO3薄膜，溫度由300K降到70K所量測的溫度和電阻關係圖 60

圖41.在鈦酸鍶上，成長12分鐘的La0.67Ca0.33MnO3薄膜，溫度由300k降到70k所量測的溫度和電阻關係圖 61

第六章 參考文獻
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