研究目的
为了评估在恒定铁原子流速下，薄膜生长温度和分子氧压对通过脉冲激光沉积法在R面单晶蓝宝石衬底上生长的磁铁矿薄膜性能的影响，并通过多种技术对薄膜进行表征，以寻找适合制备微纳结构的薄膜生长条件。
研究成果
在具有5纳米厚外延生长MgO籽晶层的R面蓝宝石上，可以制备出性能接近参考值的Fe3O4外延薄膜。通过低温生长平滑的Fe3O4薄膜，随后在略低于薄膜开始与MgO发生反应的温度下进行最佳温度退火，可解决优化Fe3O4薄膜电学特性与最小化其表面粗糙度所需生长条件之间的矛盾。
研究不足
该研究仅限于在R面蓝宝石衬底上生长有无MgO籽晶层的Fe3O4薄膜。在440°C以上温度下，生长中的薄膜与MgO籽晶层之间的相互作用可能会降低薄膜的性能。
1：实验设计与方法选择：
采用脉冲激光沉积法在R面单晶蓝宝石衬底（有无MgO籽晶层）上生长外延Fe3O4薄膜，研究了生长温度和分子氧压强对薄膜性能的影响。
2：样品选择与数据来源：
以6×5 mm2的R面单晶蓝宝石（Al2O3(012)）晶圆为衬底，通过在分子氧气氛中蒸发高纯度Mg靶材制备了5纳米厚的MgO(001)籽晶层。
3：实验设备与材料清单：
超高真空腔室、脉冲激光蒸发系统、高纯度（99.99%）Fe靶材、分子氧、R面单晶蓝宝石衬底、用于籽晶层沉积的Mg靶材。
4：99%）Fe靶材、分子氧、R面单晶蓝宝石衬底、用于籽晶层沉积的Mg靶材。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：在约10?1?托的残余真空下，通过控制不同分子氧分压和恒定金属原子流速（约20 nm/min）生长薄膜。采用X射线衍射研究薄膜晶体结构，原子力显微镜（AFM）观察表面形貌，四探针技术进行电学测量。
5：数据分析方法：
利用AFM测量结果评估薄膜均方根表面粗糙度，通过电阻率温度导数随温度变化的关系确定Verwey转变参数。
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Fe target
Source material for pulsed laser deposition of Fe3O4 films.
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Mg target
Source material for deposition of MgO seed layer.
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R-plane single-crystal sapphire substrates
Al2O3 ( 012)
Substrate for epitaxial growth of Fe3O4 films.
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Ultrahigh-vacuum chamber
Environment for pulsed laser deposition.
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Pulsed laser evaporation system
Equipment for depositing Fe3O4 films.
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Atomic force microscopy (AFM)
Examination of surface morphology of the films.
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X-ray diffraction equipment
Study of the crystal structure of the films.
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