ルチル型遷移金属酸化物のMBE成長とそのデバイス化

金红石型过渡金属氧化物的MBE生长及其器件开发

基本信息

批准号：
15760496
负责人：
柳原英人
金额：
$ 2.37万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

MBE装置を用いてルチル型遷移金属酸化物薄膜の成長を目的とした実験を行った.ルチル型遷移金属酸化物の中でも室温で金属強磁性を示す事で知られるCrO_2単結晶膜をMBEで成長させることを第一の目標とした.遷移金属酸化物はその価数によって様々な化合物が存在し,Crの場合には3価が安定であるため,単純な酸化法ではCr_2O_3が成長する,Cr^<4+>として安定化して成長させるためにまず,酸化源としてオゾンを選んだ.まず初年度にはオゾン純化装置を開発し純度90%以上のオゾンビームをMBE装置内に導入できるようにした.またRHEED像の観察システムを開発し,オゾンビーム中での薄膜成長をRHEEDを用いてリアルタイムに測定ができるようになった.CrO_2単結晶膜のMBE成長については,ルチル(TiO_2(100))単結晶を基板として,純オゾン中でのMBE成長を試みた.基板温度を室温から500℃まで様々に変化させ,オゾン分圧を,×10^<-4>〜×10^<-6> Torrと変化させて成長条件の探索を行ったがいずれのオゾン圧においても150℃以下ではアモルファスに,それ以上の温度では,Cr_2O_3(100)が成長した.このことからCr^<4+>の成長には高い酸化力を持つ酸化源(オゾン)のみでは十分でなく,比較的高い圧力下での成長が不可欠であると考えられる.本課題の遂行過程において開発,改良したMBE装置を用いて,いくつか副産的な成果もあった.一つ目は,RHEED装置の改良の結果,格子不整合の大きな金属多層膜において,その格子歪みが膜成長とともに緩和していく様子を定量的に観察することが可能となり,Co/Rh超格子の格子歪みと磁気異方性の関係を定量的に理解することに成功した.また二つ目の成果としてMgO(001)を基板としてオゾン中でFe酸化物を成長させるとγFe203エピタキシャル膜が得られるという発見である.この成果は今後様々な方向に展開する可能性がある.

进行了使用MBE装置生长金红石型过渡金属氧化物薄膜的实验。使用MBE生长了在金红石型过渡金属氧化物中已知在室温下表现出金属铁磁性的CrO_2单晶薄膜。主要目标是实现过渡金属氧化。根据物质的价数，有多种化合物，而Cr的情况下，三价是稳定的，因此在简单的氧化方法中，Cr_2O_3会生长，但为了稳定它，将其生长为Cr^<4+>首先，选择臭氧作为氧化源。我们开发了区域净化装置，现在能够将纯度超过90%的臭氧束引入MBE装置。我们还开发了RHEED图像观察系统，使我们能够测量臭氧中的薄膜生长现在您可以使用 RHEED 进行实时光束处理。关于O_2单晶薄膜的MBE生长，我们尝试使用金红石(TiO_2(100))单晶作为基底在纯臭氧中进行MBE生长。基底温度从室温变化到500℃，臭氧分压为,×10^<-4>〜×10^<-6>我们通过改变Torr来寻找生长条件，但在所有臭氧压力下，低于150℃，Cr_2O_3(100)生长具有高氧化性。人们认为，仅靠强大的氧化源（臭氧）是不够的，在相对高压下的生长至关重要。也有一些积极的结果。第一个是 RHEE。由于D器件的改进，可以定量观察晶格失配较大的金属多层膜中的晶格应变如何随着膜生长而松弛，以及Co/Rh超晶格和超晶格的晶格应变。磁各向异性关系的定量理解第二个结果是发现以MgO(001)为衬底，在臭氧中生长Fe氧化物可以得到γFe2O3外延膜。这一结果未来有向各个方向发展的可能性。