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Fe_3O_4薄膜的表征与制备

胡宇  
【摘要】: 四氧化三铁(Fe_3O_4)是典型的半金属材料,它是室温测量条件下自旋极化率最高的半金属材料,极化率高达84%,而且具有高达860K的居里温度。目前,人们对单晶的Fe_3O_4薄膜研究得较多,但对多晶的Fe_3O_4薄膜却研究很少。本文正是在这样的研究背景下进行了多晶Fe_3O_4薄膜的制备与表征,并根据实验室的要求设计了一套磁电子输运测试系统。 论文以建立磁电子输运测试系统为研究的中心,并采用直流磁控溅射法制备了多晶Fe_3O_4薄膜。研究的主要内容包括: 1.采用虚拟仪器技术和单片机技术,实现磁电子输运测试系统中电磁铁的磁场强度自动采集和全自动磁电子输运测试。 2.研究以磁控反应溅射法制备单相成分的Fe_3O_4薄膜时,溅射功率、晶化温度对薄膜结构的影响,得到磁控反应溅射制备半金属Fe_3O_4的最优条件。 3.研究引入Ta缓冲层对Fe_3O_4薄膜性能的影响。 4.以本测试系统测试所制备的Fe_3O_4薄膜的磁电阻效应。 在实际的使用中,磁电子输运测试系统的测试精度较高,重复性好,为材料的研究提供了一种有效的、可靠的表征方法。薄膜制备的实验中发现溅射功率、退火温度是影响Fe_3O_4结构及属性的重要因素,通过对这两个因素的研究,发现了制备单相成分的Fe_3O_4薄膜的最优条件。另外,在薄膜制备过程中添加Ta作为缓冲层,可有效降低薄膜表面的粗糙度。通过磁电子输运测试系统研究制备的薄膜还发现多晶Fe_3O_4具有同单晶Fe_3O_4类似的负磁电阻特性,因此有望将多晶Fe_3O_4薄膜应用到自旋电子器件中。


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