(La0.67Sr0.33MnO3)&#8226;(SrO) 簡稱LSMO214(n=1) 為2-D磁性絕緣體，與La0.67Sr0.33MnO3及La0.67Ca0.33MnO3之3D結構類似，只是在Mn-O八面體之間形成2-D之層，層與層中間有絕緣之Sr-O八面體之層相隔。其單相塊材的合成極不易，常混合2 < n <

(La0.67Sr0.33MnO3)˙(SrO), LSMO214(n=1) in short, is 2-D magnetic insulator with a structure very similar to the 3D La0.67Sr0.33MnO3 and La0.67Ca0.33MnO3, 113(n=1) in short, which consists of superstructure of a subsequent magnetic layers and insulating layers. Forming a single 214 phase bulk is not easy, a mix phase of 2<n<∞ compounds is usually seen.
Due to the lattice mismatch between Substrate and bulk,strain has been an important factors of magnetic resistance and electrical properties.
Studying single layer and multi-layer films,we find because the small of growth condition scope and lattice mismatch,the LSMO214 films consists mix phases of higher n.

摘要
前言 ………………………………………1

第一章 理論 ………………………………………2
1-1物質的磁性 ……………………………………2
1-2磁阻的介紹 ……………………………………8
1-3龐磁阻材料 …………………………………...10
1-4薄膜成長動力機制………………………………14
1-5 龐磁阻相關理論 ………………………………19
1-5-1Double-Exchange Model(雙重交互作用型) ..…19
1-5-2 Jahn-Teller distortion theory……………………21

第二章 實驗………………………………………….22
2-1薄膜製程濺鍍系統……………………………...22
2-2 靶材製作流程 for LSMO214(n=1)………………25
2-3 實驗流程……………………………………….33
2-4龐磁阻薄膜相關特性量測……………………….37

第三章 結果與討論………………………………...39
3-1鑭鈣錳氧(La0.67Ca0.33MnO3)、鑭鍶錳氧(La0.67Sr1.33MnO4)單層薄膜的成長………………………………..40
3-1-1 鑭鈣錳氧(La0.67Ca0.33MnO3)、鑭鍶錳氧(La0.67Sr1.33MnO4)單層薄膜薄膜之X-Ray分析..........................40
3-1-2 鑭鈣錳氧(La0.67Ca0.33MnO3)、鑭鍶錳氧(La0.67Sr1.33MnO4)單層薄膜薄膜之電阻-溫度(R-T)關係分析………………………………………...48
3-1-3單層La0.67Ca0.33MnO3、La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜之歐傑電子能譜儀(Auger Electron Microscopy；AES)之分析
…………………………………………52
3-2鑭鈣錳氧(La0.67Ca0.33MnO3)、鑭鍶錳氧(La0.67Sr1.33MnO4)雙層薄膜的成長…….…………………………………57
3-2-1雙層薄膜之電阻-溫度(R-T)關係分析……………57
3-2-2雙層La0.67Ca0.33MnO3、La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜之歐傑電子能譜儀(Auger Electron Microscopy；AES)之分析
……………………………………..63
3-3鑭鈣錳氧(La0.67Ca0.33MnO3)、鑭鍶錳氧(La0.67Sr1.33MnO4)多層薄膜的成長….…………………………………66
3-3-1雙層薄膜之電阻-溫度(R-T)關係分析…………….66
3-3-2多層La0.67Ca0.33MnO3、La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜之歐傑電子能譜儀(Auger Electron Microscopy；AES)之分析
……………………………………..69
第四章 總 結 ……………………………………71
參考資料 ………………………………………….72
圖1-1-1：五種磁性物質的基本磁矩結構及磁化率與溫度的關係圖……………..6
圖1-1-2：鐵磁特性之磁滯曲線……………………………………………………..7
圖1-3-1：CaTiO3鈣鈦礦結構圖……………………………………………………10
圖1-3-2：La1-XAMnO3隨著Mn4+含量不同，其rM-O及Mn-O-Mn夾角的變化圖
……………………………………………………11
圖1-3-3：La0.67Ca0.33MnO3相圖…………………………………………………..12
圖1-3-4：La0.67Sr0.33MnO3相圖……………………………………………………13
圖1-3-5：La0.67Ca0.33MnO3之晶體結構………………………………………………13
圖1-4-1：薄膜沉積機制說明圖…………………………………………………….14
圖1-4-2：磊晶成長薄膜的最大速率與溫度之間的關係圖……………………….16
圖1-5-1：雙重交換模型之軌道與電子躍遷……………………………………….20
圖1-5-2：Jahn-Teller扭曲效應之軌道與電子躍遷……………………………….21
圖2-1-1：薄膜濺鍍系統示意圖……………………………………………………..22
圖2-1-2：靶材與基板相對位置示意圖…………………………………………….23
圖2-1-3：熱偶溫度計遮蔽顯示圖………………………………………………….24
圖2-2-1：靶材製作流程圖………………………………………………………….25
圖2-2-2：La0.67Sr1.33MnO4 燒結流程……………………………………………..32
圖2-4-1：薄膜樣品量測示意圖……………………………………………………..38
圖3-1-1：La0.67Ca0.33MnO3/SrTiO3(001)薄膜X-rayθ-2θ圖…..………………42
薄膜於750℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時。

圖3-1-2：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/SrTiO3(001)薄膜x-rayθ-2θ圖……………47
(a) La0.67Sr0.33MnO3˙SrO塊材
(b) 薄膜於700℃成長1小時
(c) 薄膜於700℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時。
圖3-1-3：La0.67Ca0.33MnO3/SrTiO3(001)薄膜R-T圖…………………………...49
薄膜於750℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及700 Torr&#32431;氧中退火2 小時。再於高溫爐中900℃及1大氣壓純氧下退火15分鐘。
圖3-1-4：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/SrTiO3(001)薄膜R-T圖…………………….....51
薄膜於825℃成長1小時
圖3-1-5：La0.67Ca0.33MnO3/SrTiO3(001)薄膜Auger電子圖……………………..54
薄膜於750℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時。
圖3-1-6：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/SrTiO3(001)薄膜Auger圖……………………..55
薄膜於825℃成長1小時
圖3-1-7：La0.67Sr0.33MnO3/SrTiO3(001)薄膜Auger電子圖……………………..56
薄膜於700℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時。
圖3-2-1：La0.67Ca0.33MnO3/ La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/SrTiO3(001)薄膜R-T圖…..58
第一層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於700℃成長1小時，第二層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時。

圖3-2-2：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/ La0.67Ca0.33MnO3 /SrTiO3(001)薄膜R-T圖..59
第一層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長1小時，第二層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於700℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時。
圖3-2-3：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/ La0.67Ca0.33MnO3 /SrTiO3(001)薄膜R-T圖..60
第一層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長1小時，第二層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於700℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時，再於高溫爐中900℃及1大氣壓純氧下退火15分鐘。
圖3-2-4：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/ La0.67Ca0.33MnO3 /SrTiO3(001)薄膜R-T圖..61
第一層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長1小時，第二層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於700℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時，再於腔內in-situ 400℃及1大氣壓&#32431;氧中退火30min
圖3-2-5：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/ La0.67Ca0.33MnO3 /SrTiO3(001)薄膜R-T圖..62
第一層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長1小時，於腔內in-situ 850 ℃及700 Torr&#32431;氧中退火2小時。，第二層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於700℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及700 Torr&#32431;氧中退火2小時。
圖3-2-6：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/ La0.67Ca0.33MnO3 /SrTiO3(001)薄膜Auger電子圖……………………………………………………………………………..63
第一層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長1小時，第二層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於700℃成長1小時，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時


圖3-2-7：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/ La0.67Ca0.33MnO3 /SrTiO3(001)薄膜Auger電子圖……………………………………………………………………………..64
第一層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長30min，第二層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於825℃成長30min
圖3-2-8：La0.67Sr0.33MnO3˙SrO/ La0.67Ca0.33MnO3 /SrTiO3(001)薄膜Auger電子圖……………………………………………………………………………..65
第一層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長30min，第二層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於825℃成長30min，又於腔內in-situ 850 ℃及500 Torr&#32431;氧中退火1小時
圖3-3-1：La0.67Ca0.33MnO3/ La0.67Sr0.33MnO3 ˙SrO/SrTiO3(001)薄膜R-T圖..67
第一、三、五層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於825℃成長10min，第二、四、六層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長10min，第七層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於825℃成長20min。
圖3-3-2：La0.67Ca0.33MnO3/ La0.67Sr0.33MnO3 ˙SrO/SrTiO3(001)薄膜R-T圖..68
第一、三、五層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於700℃成長5min，第二、四、六層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長10min，第七層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於700℃成長15min。
圖3-3-3：La0.67Ca0.33MnO3/ La0.67Sr0.33MnO3 ˙SrO/SrTiO3(001)薄膜Auger電子圖……………………………………………………………………………70
第一、三、五層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於825℃成長10min，第二、四、六層La0.67Ca0.33MnO3薄膜於750℃成長10min，第七層La0.67Sr0.33MnO3˙SrO薄膜於825℃成長20min。

表一：鐵磁性物質Tc表…………………………………………………………..…5
表二：五種MR的比較………………………………………………………………9

參考資料
[1]宛德福，馬興隆. “磁性物理學”，電子科技大學出版社 (1994)
[2]徐慶鐘，中山大學物理所，九十年碩士論文
[3]吳宗展，中山大學物理所，九十一年碩士論文
[4]吳尉狀，中山大學物理所，八十九年碩士論文
[5]陳書香，中山大學物理所，九十三年碩士論文
[6]E. Gommert, H. Cerva, J. Wecker, K. Samwer, “Influence of misfit stress on the magnetoresistive properties of La0.7Ca0.3MnO3-δ the films” , Appl. Phys, 85, 5417 (1999)
[7]T. K. Nath, R. A. Rao, D. Lavric, and C. B. Eom, “Effect of three-dimensional strain states on magnetic anisotropy of La0.8Ca0.2MnO3 epitaxial thin films” , Appl. Phys. Lett. 74, 1615 (1999)
[8]C. J. Lu, and Z. L. Wang, C. Kwon, Q. X. Jia, “Microstructure of epitaxial La0.7Ca0.3MnO3 thin films grown on LaAlO3 and SrTiO3 “ , J. Appl. Phys, 88, 4032 (2000)
[9]G.C. Xiong, Q. Li, H. L. Ju, S. N. Mao, L. Senapati, X. X. Xi, R. L. Greene, T. Venkatesan, “Giant magnetoresistance in epitaxial Nd0.7Sr0.3MnO3-δ thin films “ , Appl. Phys. Lett. 66, 1427 (1995)
[10]M. F. Hundley, M. Hawley, R. H. Heffner, Q. X. Jia, J. J. Neumeier, J. Tesmer, J. D. Thompson, and X. D. Wu, “Transport-magnetism correlations in the ferromagnetic oxide La0.7Ca0.3MnO3 “ , Appl. Phys. Lett. 67, 860 (1995)
[11]R. Mahendiran, S. K. Tiwary, A. K. Raychaudhuri, T. V. Ramakrishnan, R. Mahesh, N. Rangavittal, and C. N. R. Rao, “Structure , electron- transport properties, and giant magnetoresistance of hole – doped LaMnO3 systems “, Phys. Rev. B53, 3348 (1996)
[12]C. Zener, “Interaction between the d – shells in the Transition Metals. Ⅱ. Ferromagnetic compounds of Manganese with Perovskite structure” , Phys. Rev. 82,403 (1951)
[13]J. M. D Coey, M. Viret, L. Ranno, and K. Ounadjela, “Electron Localization in Mixed – Valence Manganites” , Phys. Rev. Lett. 75, 3910 (1995)
[14]許智鈞，中山大學物理所，八十八年碩士論文
[15]R. Mahesh, R. Mahendiran, A. K. Raychaudhuri, and C.N.R. Rao, “Effect of Dimensionality on the Giant Magnetoresistance of the Manganates: A Study of the (La,Sr)n+1MnnO3n+1 Family” , J. Solid State Chem. 122, 448-450 (1996)