原子力和磁力顯微鏡對液相基底表面金屬薄膜微觀結(jié)構(gòu)和磁特性的研究.pdf

1、自液相材料成功地被用作薄膜生長的基底以來，液相基底表面金屬以及有機(jī)晶體薄膜在成膜機(jī)理、微觀結(jié)構(gòu)和物理特性等方面的研究已經(jīng)引起了人們廣泛的關(guān)注和重視。
　　 本論文采用熱蒸發(fā)方法在液相(硅油)基底表面成功制備了非磁性(金 Au、銀Ag、銅 Cu)和磁性(鐵 Fe)金屬薄膜，系統(tǒng)研究了該自由支撐薄膜系統(tǒng)的成膜機(jī)理、微觀結(jié)構(gòu)、薄膜特征內(nèi)應(yīng)力和磁特性等，得到以下結(jié)果：
　　 (1)液相(硅油)基底表面磁性(Fe)和非磁性(Cu、

2、Ag、Au)的金屬薄膜的生長機(jī)理均近似服從二階段生長模型：沉積原子在基底表面首先擴(kuò)散、成核并凝聚成尺寸為微米量級的準(zhǔn)圓形原子團(tuán)簇；然后沉積原子和原子團(tuán)簇繼續(xù)經(jīng)過無規(guī)擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)，逐漸凝聚成分枝狀凝聚體，隨著名義膜厚的增加，分枝狀凝聚體不斷生長和相互連接，最終形成致密的連續(xù)薄膜。在連續(xù)銅薄膜系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)周期的帶狀有序結(jié)構(gòu)。
　　 (2)液相(硅油)基底表面金屬原子團(tuán)簇和分枝狀凝聚體存在邊緣擴(kuò)散現(xiàn)象，且隨著基底溫度的升高，擴(kuò)散現(xiàn)象

3、逐漸明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在銀薄膜系統(tǒng)中，隨著硅油基底溫度升高，原子團(tuán)簇和凝聚體不斷向樣品邊緣定向擴(kuò)散，樣品中心區(qū)域的團(tuán)簇或凝聚體的覆蓋率比邊緣的相應(yīng)值小；對于一定的薄膜名義厚度，硅油基底溫度越高，中心區(qū)域的凝聚體覆蓋率越小。
　　 (3)原子力顯微鏡(AFM)表面分析結(jié)果顯示：液相(硅油)基底表面金屬原子團(tuán)簇、分枝狀凝聚體和連續(xù)薄膜均是由101納米量級的原子顆粒所組成的，顆粒尺寸服從高斯分布。同一實(shí)驗(yàn)條件下，不同金屬材料對應(yīng)不同

4、的顆粒尺寸分布。液相基底表面金屬薄膜的上表面、下表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)并不相同，并且依賴于薄膜名義厚度d的變化而變化。
　　 (4)利用磁力顯微鏡(MFM)首次觀察了液相(硅油)基底表面磁性鐵薄膜中的磁疇結(jié)構(gòu)。鐵原子分枝狀凝聚體中沒有觀察到磁力信號；連續(xù)薄膜中的磁疇結(jié)構(gòu)分布雜亂無規(guī)；磁疇尺寸和相圖磁力信號均隨薄膜厚度增加而增加；即當(dāng)10.0nm≤d≤80.0nm時(shí)，記錄磁力變化信號變化的振動相移△θ0從0.29°變化到0.81°，<

5、br>　　 相對應(yīng)的磁力梯度從1.4×10?3N/m變化到4.0×10?3N/m。與此相比，沉積在玻璃基底上鐵薄膜樣品中，發(fā)現(xiàn)了明顯的十字疇壁結(jié)構(gòu)(Cross-tie wall)。
　　 本文各章節(jié)內(nèi)容安排如下：
　　 第一章：綜述了固體和液體基底表面薄膜的制備方法，成膜機(jī)理、微觀機(jī)構(gòu)及其計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果等；詳細(xì)介紹了磁疇理論、觀測磁疇的主要方法和磁性薄膜的研究現(xiàn)狀；最后給出原子力顯微鏡和磁性顯微鏡的工作原理。
　

6、　 第二章：系統(tǒng)研究了硅油基底表面銅薄膜的成膜機(jī)理、微觀結(jié)構(gòu)及連續(xù)銅薄膜中由于特征內(nèi)應(yīng)力釋放而產(chǎn)生的帶狀有序結(jié)構(gòu)的生長規(guī)律和形成機(jī)理。
　　 第三章：給出了銀原子及其團(tuán)簇在硅油基底表面的凝聚特性及其受溫度的影響規(guī)律；利用原子力顯微鏡對金和銀分枝狀凝聚體以及金連續(xù)薄膜正反表面的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的研究。
　　 第四章：利用磁力顯微鏡觀察和分析了液相(硅油)基底表面鐵分枝狀凝聚體和連續(xù)薄膜的磁疇結(jié)構(gòu)，并與玻璃基底表面鐵薄膜