Sự phụ thuộc của cấu trúc và tính chất điện của màng mỏng Fe3O4 được chế tạo bằng phương pháp phún xạ vào tốc độ dòng khí

Các tác giả

  • Vo Doan Thanh Truong Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam
  • Thi Truong An Le Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam
  • Huu Nhut Nguyen Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam
  • Hoang Trung Huynh Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam
  • Thi Kim Hang Pham Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam

Email tác giả liên hệ:

hangptk@hcmute.edu.vn

DOI:

https://doi.org/10.54644/jte.72A.2022.1237

Từ khóa:

Magnitite, Màng mỏng, Phún xạ RF-magnetron, Spintronics, Điểm chuyển Verwey

Tóm tắt

Magnetite (Fe3O4) là vật liệu tiềm năng trong việc phát triển các thiết bị spintronic nhờ sở hữu nhiệt độ Curie cao (585 ℃) và cấu trúc bán kim loại (half-metallic) với duy nhất một phân cực spin (spin polarization) ở mức Fermi. Tính chất vật liệu khối của Fe3O4 khiến việc chế tạo các màng mỏng có độ hợp thức cao ở nhiệt độ thấp là một thách thức lớn. Trong bài báo này, chúng tôi báo cáo sự phát triển cấu trúc và hình thái của màng mỏng Fe3O4 khi thay đổi tốc độ dòng khí. Phún xạ magnetron tần số vô tuyến (radio frequency - RF) đã được sử dụng để chế tạo màng mỏng Fe3O4 trên đế SiO2 ở nhiệt độ phòng. Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic force microscopy - AFM) cho thấy hạt có hình dạng giống hình cầu, độ nhám hiệu dụng (root mean square - RMS) thay đổi từ 1,5 nm đến 7,5 nm và kích thước hạt tăng từ 30 nm đến 74,3 nm. Cấu trúc của màng Fe3O4 được cải thiện đáng kể bằng cách tăng tốc độ dòng khí. Ngoài ra, sự xuất hiện của điểm chuyển Verwey dưới 120 K khi đo điện trở suất (p) theo nhiệt độ (T) cũng cho thấy sự tồn tại của Fe3O4.

Tải xuống: 0

Dữ liệu tải xuống chưa có sẵn.

Tiểu sử của Tác giả

Vo Doan Thanh Truong, Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam

Vo Doan Thanh Truong graduated in Materials Technology from Ho Chi Minh City University of Technology and Education (HCMUTE), Vietnam with a high GPA. Her research focuses on fabricating semiconductor and magnetic thin films using physical deposition techniques and studying the effects of different factors, such as growth temperature, deposition pressure and power on thin films' properties.

Thi Truong An Le, Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam

Thi Truong An Le is a senior at the Ho Chi Minh City University of Technology and Education (HCMUTE), Vietnam, whose major is Materials Technology. She is interested in fabricating Fe3O4 thin films and studying factors that affect their properties.

 

Huu Nhut Nguyen, Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam

Huu Nhut Nguyen is a final-year student at the HCMUTE, Vietnam and currently pursuing an engineering degree in Material Technology major. His research is on the fabrication of Fe3O4 thin films and studying the effects of various factors on Fe3O4 thin films’ properties.

 

Hoang Trung Huynh, Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam

Hoang Trung Huynh obtained his MS. degree from Ho Chi Minh City National University, University of Science in 2008. He has expertise not only in the fabrication of thin films using various deposition methods such as sol-gel, thermal evaporation, sputtering, and chemical vapor deposition, but also in working with electronic devices such as ultraviolet light-emitting diodes and transistors, which have been published in both national and international journal articles.

Thi Kim Hang Pham, Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam

Thi Kim Hang Pham received her MS. degree from the Institute of Physic, Hanoi, Vietnam in 2011 and then achieved a PhD. degree from Ewha Womans University, Korea in 2019. She has a lot of experience in fabricating and characterizing many magnetic and semiconductor materials using physical deposition techniques such as Fe3O4, IrMn3, Mn, Si, FeSi, Fe2O3, and ZnO.

Tài liệu tham khảo

M. Fonin, Y. S. Dedkov, R. Pentcheva, U. Rüdiger, and G. Güntherodt, "Magnetite: a search for the half-metallic state," Journal of Physics Condensed Matter, vol. 19, pp. 315217 - 315229, 2007.

S. Jain, A. O. Adeyeye, and C. B. Boothroyd, "Electronic properties of half metallic Fe3O4 films," Journal of Applied Physics, vol. 97, no. 9, 2005, Art no.093713.

A. V. Ramos et al., "Magnetotransport properties of Fe3O4 epitaxial thin films: Thickness effects driven by antiphase boundaries," Journal of Applied Physics, vol. 100, no. 10, 2006, Art no. 103902.

T. H. and K. Y., "Phase Transformation of Oxide Scale and Its Control," Nippon Steel & Sumimoto Metal Technical Report, no. 111, pp. 87-91, 2016.

E. Guiot, S. Gota, M. Henriot, M. Gautier-Soyer, and S. Lefebvre, "Growth and Structure Of Nanometric Iron Oxide Films," MRS Online Proceedings Library, vol. 524, no. 1, pp. 101-107, 1998.

X. Huang and J. Ding, "The structure, magnetic and transport properties of Fe3O4 thin films on different substrates by pulsed laser deposition," Journal of the Korean Physical Society, vol. 62, no. 12, pp. 2228-2232, 2013.

A. V. Singh et al., "Studies of electrical and magnetic properties across the Verwey transition in epitaxial magnetite thin films," Journal of Applied Physics, vol. 126, no. 9, 2019, Art no. 093902.

S. Syed, Y. Endo, T. Sato, Y. Kawamura, and R. Nakatani, "Change of Magnetic Properties and Structure in Fe3O4 Films on Si Substrates with Annealing Temperature," Materials Transactions - MATER TRANS, vol. 49, pp. 175-178, 2008.

M. S. Ansari, M. H. D. Othman, M. O. Ansari, S. Ansari, and N. Sazali, "Large spin-dependent tunneling magnetoresistance in Fe3O4/PET heterostructures developed at room temperature: A promising candidate for flexible and wearable spintronics," Materials Science and Engineering: B, vol. 265, 2021, Art no. 115033.

M. S. Ansari, M. H. D. Othman, M. O. Ansari, S. Ansari, H. Abdullah, and Z. Harun, "Magnetite thin films grown on different flexible polymer substrates at room temperature: Role of antiphase boundaries in electrical and magnetic properties," Journal of Alloys and Compounds, vol. 846, 2020, Art no.156368.

Y. Peng, C. Park, and D. E. Laughlin, "Fe3O4 thin films sputter deposited from iron oxide targets," Journal of Applied Physics, vol. 93, no. 10, pp. 7957-7959, 2003.

W. Zhang et al., "Magnetic anisotropies in epitaxial Fe3O4/GaAs(100) patterned structures," AIP Advances, vol. 4, no. 10, 107111, 2014.

S. Serrano-Guisan et al., "Thickness dependence of the effective damping in epitaxial Fe3O4/MgO thin films," Journal of Applied Physics, vol. 109, no. 1, 2011, Art no. 013907.

Z. C. Huang et al., "Magnetic properties of ultrathin single crystal Fe3O4 film on InAs(100) by ferromagnetic resonance," Journal of Applied Physics, vol. 111, no. 7, 2012, Art no. 07C108.

P. K. J. Wong et al., "Ultrathin Fe3O4 epitaxial films on wide bandgap GaN(0001)," Physical Review B, vol. 81, no. 3, p. 035419, 2010.

R. Takahashi, H. Misumi, and M. Lippmaa, "Growth temperature effect on the structural and magnetic properties of Fe3O4 films grown by the self-template method," Journal of Applied Physics, vol. 116, no. 3, 2014, Art no. 033918.

O. Chichvarina, T. S. Herng, W. Xiao, X. Hong, and J. Ding, "Magnetic anisotropy modulation of epitaxial Fe3O4 films on MgO substrates," Journal of Applied Physics, vol. 117, no. 17, 2015, Art no. 17D722.

J. Rubio-Zuazo, L. Onandia, E. Salas-Colera, A. Muñoz-Noval, and G. R. Castro, "Incommensurate Growth of Thin and Ultrathin Films of Single-Phase Fe3O4(001) on SrTiO3(001)," The Journal of Physical Chemistry C, vol. 119, no. 2, pp. 1108-1112, 2015.

J.-X. Yin et al., "Unconventional magnetization of Fe3O4 thin film grown on amorphous SiO2 substrate," AIP Advances, vol. 6, no. 6, 2016, Art no. 065111.

T. K. H. Pham et al., "Interface morphology effect on the spin mixing conductance of Pt/Fe3O4 bilayers," Scientific Reports, vol. 8, no. 1, 2018, Art no. 13907.

I. Žutić, J. Fabian, and S. Das Sarma, "Spintronics: Fundamentals and applications," Reviews of Modern Physics, vol. 76, no. 2, pp. 323-410, 2004.

J. J. Versluijs, M. A. Bari, and J. M. D. Coey, "Magnetoresistance of Half-Metallic Oxide Nanocontacts," Physical Review Letters, vol. 87, no. 2, 2001, Art no. 026601.

K. Khojier, H. Savaloni, E. Shokrai, Z. Dehghani, and N. Z. Dehnavi, "Influence of argon gas flow on mechanical and electrical properties of sputtered titanium nitride thin films," Journal of Theoretical and Applied Physics, vol. 7, no. 1, p. 37, 2013.

F. Machda, T. Ogawa, H. Okumura, and K. N. Ishihara, "Effects of Sputtering Gas on Crystal Growth Orientations and Durability of Al-doped ZnO Transparent Electrodes in Harsh Environment," in 2019 26th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD), 2019, vol. 26th, pp. 1-4.

M. Yamaura and D. Fungaro, "Synthesis and characterization of magnetic adsorbent prepared by magnetite nanoparticles and zeolite from coal fly ash," Journal of Materials Science, vol. 48, pp. 5093-5101, 2013.

M. V. Castro and C. J. Tavares, "Dependence of Ga-doped ZnO thin film properties on different sputtering process parameters: Substrate temperature, sputtering pressure and bias voltage," Thin Solid Films, vol. 586, pp. 13-21, 2015.

A. Chaoumead, Y.-m. Sung, and D.-J. Kwak, "The Effects of RF Sputtering Power and Gas Pressure on Structural and Electrical Properties of ITiO Thin Film," Advances in Condensed Matter Physics, vol. 2012, 2012, Art no. 651587.

R. G. S. Sofin, S. K. Arora, and I. V. Shvets, "Positive antiphase boundary domain wall magnetoresistance in Fe3O4 (110) heteroepitaxial films," Physical Review B, vol. 83, no. 13, 2011, Art no.134436.

N. Takahashi et al., "Fabrication of Epitaxial Fe3O4 Film on a Si(111) Substrate," Scientific Reports, vol. 7, no. 1, 2017, Art no.7009.

A. Bollero et al., "Influence of thickness on microstructural and magnetic properties in Fe3O4 thin films produced by PLD," Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 285, no. 1, pp. 279-289, 2005.

Q. Sun et al., "Modulation on the magnetic and electrical properties of Fe3O4 thin films through strain relaxation," Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 536, 2021, Art no.168128.

J. A. Moyer, S. Lee, P. Schiffer, and L. W. Martin, "Magnetically disordered phase in epitaxial iron-deficient Fe3O4 thin films," Physical Review B, vol. 91, no. 6, 2015, Art no.064413.

Y. Z. Chen et al., "Microstructure and magnetic properties of strained Fe3O4 films," Journal of Applied Physics, vol. 103, no. 7, 2008, Art no.07D703.

J. P. Hong et al., "Room temperature formation of half-metallic Fe3O4 thin films for the application of spintronic devices," Applied Physics Letters, vol. 83, no. 8, pp. 1590-1592, 2003.

Tải xuống

Đã Xuất bản

2022-10-28

Cách trích dẫn

[1]
V. D. T. Truong, T. T. A. . Le, H. N. . Nguyen, H. T. Huynh, và T. K. H. . Pham, “Sự phụ thuộc của cấu trúc và tính chất điện của màng mỏng Fe3O4 được chế tạo bằng phương pháp phún xạ vào tốc độ dòng khí”, JTE, vol 17, số p.h 5, tr 34–38, tháng 10 2022.

Số

T. 17 S. 5 (2022)

Chuyên mục

Bài báo khoa học

Categories

Giấy phép

Bản quyền (c) 2022 Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ Thuật - ĐH SPKT TP.HCM

Giấy phép Creative Commons

Tác phẩm này được cấp phép theo Giấy phép quốc tế Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 .

Bản quyền thuộc về JTE.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

Các bài báo tương tự

Bạn cũng có thể bắt đầu một tìm kiếm tương tự nâng cao cho bài báo này.