利用反射式高能電子繞射儀分析電沉積在鉑(111)電極上的鈷/鎳薄膜晶體結構

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蔡昇峰(Sheng-Feng Tsai) 查詢紙本館藏

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利用反射式高能電子繞射儀分析電沉積在鉑(111)電極上的鈷/鎳薄膜晶體結構

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摘要(中)

本研究以電化學方法沉積鈷/鎳金屬在鉑(111)電極上後，再將鉑(111)電極轉移進行RHEED繞射實驗，對照本實驗室先前in-situ STM圖像的研究結果，綜合討論出鈷/鎳薄膜的薄膜成長方式以及薄膜的晶體結構。在低覆蓋度1~2層鈷膜的情況時，鈷原子會以(111)面的排列方式吸附在鉑(111)面上，而且鈷(111)面中的原子成長方向為[-110]方向角，這與載體鉑(111)面的[-110]方向角相同，而電沉積上鈷原子傾向以自身的晶體結構(FCC,aCo=3.544Å)排列在鉑(111)電極之上，因外，我們還可以從RHEED圖中觀察到氧化鈷，而氧化鈷中鈷原子的間距為3Å，這與過去文獻氧化鈷單晶的鈷原子距離(3.01 Å)相符合，而氧化鈷中的鈷原子[-110]原子成長方向與載體鉑(111)電極相同；隨著鈷膜覆蓋度的增加，2~3層的鈷膜即可以在鉑(111)電極表面上觀察到twin結構的鈷金屬，而高覆蓋度鈷膜的三維晶格繞射點，可以在倒空間可排列出一個BCC的結構，而轉換成物理空間則為FCC晶體結構；這證明了鈷金屬沉積在鉑(111)電極表面時，鈷膜不傾向以自然界鈷金屬最穩定的HCP晶格結構排列，而是傾向以鈷(111)面FCC晶體結構成長在鉑(111)電極表面上。

摘要(英)

Ultrathin films of cobalt were electrodeposited onto a well-ordered Pt(111) electrode and were transferred into ultrahigh vacuum chamber to be characterized by reflection high-energy electron diffraction (RHEED) techniques. The morphology of these Co thin films was also investigated by in-situ STM. At a sub-monolayer coverage both pseudomorphic cobalt and bulk-like Co(111) adlayers are formed on the bare Pt(111) surface. The former tends to align itself with its [110] axis in parallel to the Pt[110] direction. The first Co (111) layer grows with the in-plane lattice constant of bulk Co and the close-packed atomic rows are aligned with its [110] axis in the Pt[110] direction. In addition, two cobalt oxide domains rotated by 30o with respect to each other are identified with an estimated interatomic spacing of 3 Å, which agrees well with that (3.01 Å) of the crystalline (111) plane of CoO whose [110] directions are aligned in the Pt[110] direction. Co twin nuclei were detected at 2-3 ML Co layers on Pt(111) by RHEED for the first time, and the deduced bcc reciprocal lattice with the fcc-related twin spots of bulk Co strongly provides evidence that Co grows with a fcc (111) rather than a hcp (0001) orientation on Pt(111).

關鍵字(中)

★ 高能電子繞射儀
★ 掃描穿隧式電子顯微鏡
★ 金屬薄膜
★ 鈷
★ 鎳

關鍵字(英)

★ RHEED
★ STM
★ Cobalt
★ Nickel

論文目次

摘要 I
Abstract II
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 XII
第一章緒論 1
1-1磁性金屬 1
1-1-1磁性金屬薄膜1 1
1-1-2巨磁電阻效應(GMR) 4
1-2薄膜成長理論 5
1-2-1薄膜成長模式2.3 5
1-2-2薄膜成長的變因4.5 6
1-2-3金屬薄膜晶體結構 8
1-3文獻回顧和研究動機 9
1-3-1文獻回顧 9
1-3-2研究動機 10
第二章實驗部分 15
2-1藥品部分 15
2-2氣體部分 15
2-3儀器部分 15
2-3-1電化學-掃描穿隧式顯微鏡(Electrochemistry-Scanning Tunneling Microscope，EC-STM) 15
2-3-2循環伏安儀(Cyclic Voltammogram，CV) 16
2-3-3反射式高能電子繞射(Reflection High Energy Electron Diffraction，RHEED) 16
2-3-3-1 電子繞射原理 16
2-3-3-2 RHEED儀器裝置介紹 19
2-4實驗步驟 19
2-4-1清理鉑(111)電極 19
2-4-2 UHV-CV實驗步驟 20
第三章鈷沉積於鉑(111)電極之結果與討論 27
3-1乾淨鉑(111)電極的RHEED繞射圖 27
3-2鈷沉積在鉑(111)電極的結果與討論(無氯鍍鈷) 28
3-2-1鈷沉積於鉑(111)電極上之循環伏安圖(不含氯) 28
3-2-2鈷沉積於鉑(111)電極上之STM圖像(不含氯) 28
3-2-3鈷沉積於鉑(111)電極上之RHEED繞射圖(不含氯) 30
3-3鈷沉積在鉑(111)電極的結果與討論(含氯鍍鈷) 38
3-3-1鈷沉積於鉑(111)電極上之循環伏安圖(含氯) 38
3-3-2鈷沉積於鉑(111)電極上之STM圖像(含氯) 39
3-3-3鈷沉積於鉑(111)電極上之RHEED繞射圖(含氯) 41
3-4鈷沉積在鉑(111)電極上之結論 44
第四章鎳沉積於鉑(111)電極之結果與討論 71
4-1鎳沉積在鉑(111)電極的結果與討論(無氯鍍鎳) 71
4-1-1鎳沉積於鉑(111)電極上之循環伏安圖(不含氯) 71
4-2-2鎳沉積於鉑(111)電極上之STM圖像(不含氯) 71
4-2-3鎳沉積於鉑(111)電極上之RHEED繞射圖(不含氯) 73
4-2鎳沉積在鉑(111)電極的結果與討論(含氯鍍鎳) 78
4-2-1鎳沉積於鉑(111)電極上之循環伏安圖(含氯) 78
4-2-2鎳沉積於鉑(111)電極上之STM圖像(含氯) 78
4-2-3鎳沉積於鉑(111)電極上之RHEED繞射圖(含氯) 81
4-3鎳沉積在鉑(111)電極上之結論 83
第五章參考文獻 114

參考文獻

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指導教授

姚學麟(Shueh-Lin Yau)

審核日期

2012-11-9

推文