Browsing by Author "徐健真"

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    有機磁性半導體—富勒烯與鈷的交互作用探討
    (2022) 徐健真; Hsu, Chien-Chen
    在自旋電子學中，磁性半導體是其中一個重要研究領域，其中有機材料與磁性材料的電子交互作用，是如何影響有機-磁性複合材料的磁性與電子傳輸行為，更是一個需要深入探討的領域。本研究使用物理氣相沉積法 ( Physical Vapor Deposition, PVD )，於超高真空系統 ( Ultra-High vacuum system, UHV ) 中，選擇在Al2O3 與Si兩種基板上，成長了C60/Co/C60與C60/Co的三層膜與雙層膜結構。透過探討薄膜磁性、表面形貌、光致螢光光譜( Photoluminescence, PL ) 與拉曼光譜 ( Raman Spectrum ) 、電壓-電流性質、磁阻響應與霍爾效應 ( Hall effect ) 在不同溫度的真空熱退火前後的變化，並以共鍍方式成長了不同比例的Co-C60 複合材料，並與上述退火實驗結果進行比較。本實驗分為兩大主軸，第一部分為C60薄膜與C60/Co 層膜在500 ℃ 下的真空退火，由表面形貌量測中，發現成長於Al2O3基板的C60/Co 雙層膜於退火後，形成了以Co原子為主的奈米島分區結構，以及C60 薄膜經過退火後，形成了近十奈米的原子團簇；在使用拉曼光譜分析碳基材料振動模式後，發現C60裂解為無定型碳的程度，因Co原子的參與下變得更高，說明了Co與C原子之間的交互作用，不僅增強了C60的裂解行為，同時限制了無定型碳的脫附行為；在磁滯曲線量測中，經過500 ℃ 退火後薄膜鐵磁行為明顯增強，包含了矯頑場 ( Coercivity, Hc ) 增大了至少5倍以上，以及薄膜由無磁性/順磁性轉變為鐵磁性；在光致螢光光譜量測中，可觀察到C60 與無定型碳之PL峰值強度皆受到Co原子的含量影響；在電壓-電流特性的量測中，注意到C60/Co 雙層膜無論退火前後皆屬於導體；在磁阻量測中，注意到退火後C60/Co 雙層膜磁阻率增大了將近50 %；在霍爾效應量測中，C60/Co 雙層膜經過500 ℃ 退火後，薄膜主要載子由電洞變為電子，並量測到載子濃度為2.32 × 1021 cm-3，載子遷移率為10.9 cm2V-1s-1。第二部分則是製作不同比例的Co-C60 複合材料，並注意到Co原子比例越低，薄膜內材料就以蕭特基接觸為主，以及C60分子的發光特性受到Co原子的熱蒸鍍過程破壞，最後則是C60在共鍍過程中受到Co-C60電子交互作用影響，導致C原子間的鍵能改變，進而改變C60的分子振動模式。上述實驗結果說明了Co與C60的交互作用增強了C60的裂解行為，且C60裂解後所形成的無定型碳，與Co原子混合後誘發了更明顯的磁性行為，同時在光學量測發現退火後的C60/Co仍保有半導體性質，暗示了只要適當調整Co原子與C60含量，就可利用真空退火製作出以Co-C為主成分的磁性半導體，對改善有機自旋閥中的電導率不匹配，具有相當大的潛力。