VLEED 铁膜制备

自旋模块控制机柜有两套(Black 和 White),每套三个,从上到下分别是:Magnetic Pulse Control、Ferrum Spin Detector Control、UHV Evaporator。

在 W(100) 单晶上制备 Fe 膜步骤

具体操作请参考《Ferrum Spin-Decector Technical Reference Manual》p26-29。此处仅将步骤简要列出,并补充一些注意事项。

铁膜制备过程

图 59 铁膜制备过程

在开腔烘烤后准备干净的 W(100) 衬底

在烘烤Ferrum探测器和对Ebeam蒸发源灯丝除气后,在蒸铁前,接下来的步骤需要重复两到三次,一次制备下来需要2小时。

  1. Hot Oxygen Treatment, 大约17分钟

  2. 等待系统冷却,气压回到初始值, 30分钟左右。

  3. Oxygen-flash 去除钨和碳的氧化物

  4. 待真空恢复后,重复Oxygen Flash 2次, 每次间隔 30 分钟。

  5. 在连续的制备循环之间,要让探测器的晶体冷却下来,同时使气压恢复。

Hot Oxygen Treatment

  1. 用 “select” 旋钮调节到 Oxygen Hot 模式。

  2. 点击 “CH ON/Start Prep” 按钮开始执行操作, 按返回键可以停止操作。

Note

Black 对应真空计为 VFig2,在这一步中峰值气压7~8E-7 mbar White 对应真空计为 VFig1,在这一步中峰值气压1E-7 mbar

Oxide Flash 2300K

  1. 在 FERRUM SPIN DETECTOR CONTROL 上,用 “select” 旋钮调节到 2300K 模式。

  2. 点击 “CH ON/Start Prep” 按钮开始执行操作。显示 “Local” 时,代表执行结束。

Note

处理结束后,需要等待至少30分钟才能切换到测量模式,否则会损坏光电倍增管(channeltron)。

长铁膜步骤

  1. 开腔烘烤后,在不接水冷的情况下,对灯丝进行除气,电流2.7A,时间1小时。

  2. 接上水冷,全程注意观察蒸发源温度,一般在 26°C 以下

  3. 把 FERRUM SPIN DETECTOR CONTROL 控制柜背后的 shield 接线改到盒子上(两个),用于检测蒸发束流。插拔时应捏住前端金属处。

  4. 检查 Fe 棒的位置,一般会在上次生长位置前进0.5-1 mm。

  5. 先用 Voltage 旋钮增加电压到 1000V,再用 Current 旋钮缓慢增加灯丝电流值,Black通常在1.7A左右出现发射电流,直到发射电流Emission达到12.5mA。

  6. 观察VLEED气压,等待稳定,建议等5分钟

  7. CO-flash,等待2-3分钟

  8. 打开shutter,计时15分钟,记录此时的Flux,通常为100-200 nA.

  9. 结束后,先将电流降低至零,然后在把电压降低至零, 关闭shutter.

  10. Oxygen cold.大约10分钟,这一步要快,以减少氧化层形成过程中杂质气体的干扰。

  11. Annealing.

  12. 用 Voltage 旋钮调节电压到 1000V,用 Current 旋钮调节灯丝电流值使发射电流 Emission 达到 12.5 mA,此时 Fil 约为 1.6A。Filament 许可上限见 EFM 手册,系统设定上限为 2.56A,达到后将不再上升。如 Fil 到达 2.56A 后 Emission 仍低于 12.5 mA,需将电流电压依次归零,调整 Fe 棒位置后重试。生长过程中 Fil 会略有上升,因此最好留有一定余量。

测试

  1. 检查 shield 线是否已经接回。

  2. 打开磁控制模块(MAGNETIC PULSE CONTROL)的电源。

  3. 打开测试模块的电源。

  4. 确认常规模式下工作正常。

  5. 使用 SES 软件进行测试。