原子力和磁力顯微鏡對液相基底表面金屬薄膜微觀結構和磁特性的研究.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晶體薄膜在成膜機理、微觀結構和物理特性等方面的研究已經(jīng)引起了人們廣泛的關注和重視。
　　 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)的成膜機理、微觀結構、薄膜特征內應力和磁特性等，得到以下結果：
　　 (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散、成核并凝聚成尺寸為微米量級的準圓形原子團簇；然后沉積原子和原子團簇繼續(xù)經(jīng)過無規(guī)擴散和旋轉，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)了準周期的帶狀有序結構。
　　 (2)液相(硅油)基底表面金屬原子團簇和分枝狀凝聚體存在邊緣擴散現(xiàn)象，且隨著基底溫度的升高，擴散現(xiàn)象

3、逐漸明顯。實驗結果顯示，在銀薄膜系統(tǒng)中，隨著硅油基底溫度升高，原子團簇和凝聚體不斷向樣品邊緣定向擴散，樣品中心區(qū)域的團簇或凝聚體的覆蓋率比邊緣的相應值??；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)表面分析結果顯示：液相(硅油)基底表面金屬原子團簇、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。同一實驗條件下，不同金屬材料對應不同

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構并不相同，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構。鐵原子分枝狀凝聚體中沒有觀察到磁力信號；連續(xù)薄膜中的磁疇結構分布雜亂無規(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10.0nm≤d≤80.0nm時，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構(Cross-tie wall)。
　　 本文各章節(jié)內容安排如下：
　　 第一章：綜述了固體和液體基底表面薄膜的制備方法，成膜機理、微觀機構及其計算機模擬結果等；詳細介紹了磁疇理論、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理、微觀結構及連續(xù)銅薄膜中由于特征內應力釋放而產(chǎn)生的帶狀有序結構的生長規(guī)律和形成機理。
　　 第三章：給出了銀原子及其團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構進行了細致的研究。
　　 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)薄膜的磁疇結構，并與玻璃基底表面鐵薄膜