錳氧化物薄膜制備工藝及表征手段

6.3錳氧化物薄膜制備工藝及表征手段

薄膜課題講解簡(jiǎn)介

錳氧化物屬于典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子材料,具有包括龐磁電阻、電荷/軌道有序、電子相分離、多鐵性等奇特的物理特性。這些現(xiàn)象涉及一系列凝聚態(tài)物理學(xué)基本問(wèn)題,是近年來(lái)研究者一直關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。并且這些奇異的電磁性質(zhì)也為開(kāi)發(fā)量子調(diào)控器件提供了基本素材。雖然近20年來(lái)對(duì)錳氧化物的研究取得了豐碩成果,全世界的研究者仍在為理解并應(yīng)用其特性作著孜孜不倦的努力。一、巨磁電阻效應(yīng)定義

2007年10月，科學(xué)界的最高盛典—瑞典皇家科學(xué)院頒發(fā)的諾貝爾獎(jiǎng)揭曉了。本年度，法國(guó)科學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾(AlbertFert)和德國(guó)科學(xué)家彼得·格林貝格爾(PeterGrunberg)因分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)而共同獲得2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。瑞典皇家科學(xué)院在評(píng)價(jià)這項(xiàng)成就時(shí)表示，今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)主要獎(jiǎng)勵(lì)“用于讀取硬盤(pán)數(shù)據(jù)的技術(shù)，得益于這項(xiàng)技術(shù)，硬盤(pán)在近年來(lái)迅速變得越來(lái)越小”。巨磁阻到底是什么？諾貝爾評(píng)委會(huì)主席佩爾·卡爾松用比較通俗的語(yǔ)言解答了這個(gè)問(wèn)題。他用兩張圖片的對(duì)比說(shuō)明了巨磁阻的重大意義：一臺(tái)1954年體積占滿整間屋子的電腦，和一個(gè)如今非常普通、手掌般大小的硬盤(pán)。

正因?yàn)橛辛诉@兩位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，單位面積介質(zhì)存儲(chǔ)的信息量才得以大幅度提升。目前，根據(jù)該效應(yīng)開(kāi)發(fā)的小型大容量硬盤(pán)已得到了廣泛的應(yīng)用?！熬薮烹娮琛毙?yīng)（GMR，GiantMagnetoResistance)是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。也就是說(shuō)，非常弱小的磁性變化就能導(dǎo)致巨大電阻變化的特殊效應(yīng)，變化的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數(shù)值高10余倍。

圖所示為（Fe/Cr）n多層膜的GMR效應(yīng)特性曲線

二、錳氧化物的結(jié)構(gòu)及其龐磁電阻效應(yīng)

1.鈣鈦礦錳氧化物基本的晶格一般泛指的錳氧化物(Manganites)是基于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)的，它的通式可以寫(xiě)為：

(其中R為稀土元素,A為堿土元素)，通常也稱作Ruddlesden-Popper(RP)相。在RP化合物中，“n”代表

八面體順著晶體[001]方向堆垛的層數(shù)。如圖1所示，單層n=1的

化合物具有二維的

結(jié)構(gòu)，由一層

八面體層和一層

交替堆垛組成。n=2的雙層

和n=3的三層

化合物分別有兩層

八面體和三層

八面體與一層

交替堆垛組成。n=∞的化合物

具有無(wú)窮層的三維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。其中結(jié)構(gòu)為

和

的部分化合物表現(xiàn)出CMR效應(yīng)。層狀晶格圖形如下

2.CMR效應(yīng)

CMR效應(yīng)存在于鈣欽礦結(jié)構(gòu)的摻雜錳氧化物中。不同于GMR和TMR依賴于人工制備的納米結(jié)構(gòu)，鈣欽礦錳氧化物的CMR效應(yīng)是大塊材料的體效應(yīng)。由于其磁電阻值特別巨大，為了區(qū)別于金屬多層膜中的GMR效應(yīng)，人們將這種鈣欽礦結(jié)構(gòu)中的磁電阻效應(yīng)冠之以超大磁電阻效應(yīng)(eolossalMagnetoresistanee)，簡(jiǎn)稱CMR效應(yīng)。CMR的一個(gè)顯著特征是在磁相變的同時(shí)伴隨著金屬到絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變，并且磁電阻的陡然變化通常發(fā)生在居里點(diǎn)()附近，一旦溫度偏離居里點(diǎn)，磁電阻迅速下降。這種極大的磁電阻效應(yīng)實(shí)際上暗示了錳氧化物材料中自旋一電荷間存在著強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)性?，F(xiàn)在己經(jīng)確認(rèn)，錳氧化物具有電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)特性，其CMR機(jī)理，與銅氧化物的高溫超導(dǎo)電性是一樣的，是多電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中十分有趣和困難的問(wèn)題。

在錳氧化物這類電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中同時(shí)存在電荷序、自旋序和軌道序，它們相互藕合也相互競(jìng)爭(zhēng)。這一系列新穎物理現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)物理系統(tǒng)中，并且相互禍合，確非其他磁性材料和磁阻材料可比，磁性質(zhì)、輸運(yùn)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)是這類CMR錳氧化物的顯著特征。3.凝聚態(tài)物理中其余四大熱點(diǎn)效應(yīng)

1)納米顆粒膜巨磁電阻效應(yīng)納米顆粒膜是納米材料中的一種,它是指納米尺寸的顆粒鑲嵌于薄膜中所構(gòu)成的復(fù)合材料體系,如Fe、Co、Ni、NiFe鑲嵌于Ag、Cu薄膜中而構(gòu)成,顆粒和基質(zhì)元素在制備及應(yīng)用條件下互不相溶,形成一種非均勻相,處于相分離狀態(tài)。

2)隧道結(jié)巨磁電阻效應(yīng)(TMR)

在兩層金屬薄膜之間夾一層10-40nm厚的絕緣薄膜就構(gòu)成一個(gè)隧道結(jié)FMPIPFM"在兩層金屬薄膜之間加上偏壓就有電子隧穿通過(guò)絕緣層勢(shì)壘形成隧穿電流。

3)金屬多層膜巨磁電阻效應(yīng)金屬多層膜是由磁性金屬膜與非磁性金屬膜交疊而成的周期性膜,金屬多層膜的類型有人工超晶格、多層膜、三明治膜、自旋閥型膜等,現(xiàn)在制備多層膜用的物理方法主要有兩種:(1)蒸鍍法(直接加熱蒸鍍、電子槍加熱蒸鍍、分子束外延等)；(2)濺射法(高頻濺射、離子束濺射、磁控濺射等。

4)氧化物薄膜巨磁電阻效應(yīng)氧化物薄膜巨磁電阻效應(yīng)的著眼點(diǎn)是ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜稀土錳氧化物,主要研究的內(nèi)容是氧化物不同位置的摻雜特性,以研究不同物質(zhì)的摻入對(duì)氧化物薄膜的巨磁電阻效應(yīng)的影響;制造包含錳氧化物的多層膜以研究對(duì)錳氧化物的巨磁電阻的影響。三、制備錳氧化物薄膜膜的方法激光脈沖沉積積法（PLD)磁控濺射（DC和RF））離子束濺射(IBS)分子束外延(MBE)金屬有機(jī)化學(xué)氣相相沉積(MOCVD)靶材簡(jiǎn)單說(shuō)的話，，靶材就是高高速荷能粒子子轟擊的目標(biāo)標(biāo)材料，用于高能能激光武器中中，不同功率率密度、不同同輸出波形、不同同波長(zhǎng)的激光光與不同的靶靶材相互作用用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的的殺傷破壞效效應(yīng)。例如：：蒸發(fā)磁控濺射鍍膜是加熱蒸蒸發(fā)鍍膜...鋁膜等。。更換不同的的靶材（如鋁、銅、、不銹鋼、鈦鈦、鎳靶等）），即可得到到不同的膜系（如如超硬、耐磨磨、防腐的合合金膜等）。。靶材的制備固態(tài)反應(yīng)法（（solidstatereaction)溶膠凝膠法（（sol-gel)溶膠燃燒法（（solutioncombustionmethod)（一）激光脈沖沉積積法（PLD)脈沖激光沉積積法是一種真真空物理沉積積工藝，是將將功率脈沖激光聚聚焦于靶材表表面，使其產(chǎn)產(chǎn)生高溫及燒燒蝕，而產(chǎn)生高溫高高壓等離子體體，等離子體體定向局域膨膨脹發(fā)射并在襯底上上沉積形成薄薄膜。PLD的機(jī)制一般可以分為為以下四個(gè)階階段：1. 激光和和靶材相互作作用，靶材表表面的高溫溶溶蝕和蒸發(fā)電離離2.等離子子的定向局域域等溫絕熱膨膨脹發(fā)射3. 襯底表表面薄膜的沉沉積，作絕熱熱膨脹發(fā)射的的等離子羽輝輝與襯底相互互作用，最終終在襯底淀積積成膜PLD法制備備薄膜實(shí)驗(yàn)流流程圖調(diào)整激光器參參數(shù)安裝靶材與襯襯底抽真空（機(jī)械械泵與分子泵泵至10-5Pa）開(kāi)加熱熱裝置置，通通氣體體導(dǎo)入激激光進(jìn)進(jìn)行鍍鍍膜關(guān)閉儀儀器激光器器為YAG固體體激光光器，，波長(zhǎng)長(zhǎng)＝＝532nm(綠綠光））,激激光脈脈寬為為10ns,頻頻率為為1Hz,3Hz,5Hz.能量量為0----300mJ可可調(diào)．．PLD技術(shù)術(shù)的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)可以生生長(zhǎng)和和靶材材成分分一致致的多多元化化合物物薄膜膜靈活的的換靶靶裝置置便于于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)多層層膜及及超晶晶格膜膜的生生長(zhǎng)易于在在較低低溫度度下原原位生生長(zhǎng)取取向一一致的的織構(gòu)構(gòu)膜和和外延延單晶晶膜由于激激光的的能量量高，，可以以沉積積難熔熔薄膜膜生長(zhǎng)過(guò)過(guò)程中中可以以原位位引入入多種種氣體體，提提高薄薄膜的的質(zhì)量量污染小小薄膜存存在表表面顆顆粒問(wèn)問(wèn)題很難進(jìn)進(jìn)行大大面積積薄膜膜的均均勻沉沉積基片靶靶材旋旋轉(zhuǎn)法法激光束束運(yùn)動(dòng)動(dòng)缺點(diǎn)新方法法：激激光分分子束束外延延（二））磁控濺濺射（（DC和RF））磁控濺濺射包包括直直流磁磁控濺濺射DC和和射頻頻磁控控濺射射RF，磁控濺濺射是是指在在二極極濺射射中增增加一一個(gè)平平行于于靶表表面的的封閉磁磁場(chǎng)，，借助助于靶靶表面面上形形成的的正交交電磁磁場(chǎng)，，把二二次電子子束縛縛在靶靶表面面特定定區(qū)域域來(lái)增增強(qiáng)電電離效效率，，增加加離子密密度和和能量量，從從而實(shí)實(shí)現(xiàn)高高速率率濺射射的過(guò)過(guò)程。。DCRF磁控濺濺射法法的工作作原理理磁控濺濺射的的工作作原理理是指指電子子在電場(chǎng)E的作作用下下，在在飛向向基片片過(guò)程程中與與氬原原子發(fā)發(fā)生碰碰撞，，使其其電離產(chǎn)生出出Ar和新的的電子子；新新電子子飛向向基片片，Ar在在電電場(chǎng)作作用下下加速速飛向向陰極靶，并并以高高能量量轟擊擊靶表表面，，使靶靶材發(fā)發(fā)生濺射。在濺濺射粒粒子中中，中中性的的靶原原子或或分子子沉積積在基基片上上形成成薄膜膜磁控濺濺射成成膜速速率高高，基基片溫溫度低低，膜膜的粘粘附性性好，，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)大面面積鍍鍍膜，，直流流磁控控濺射射的特特點(diǎn)是是在陽(yáng)陽(yáng)極基基片和陰陰極靶靶之間間加一一個(gè)直直流電電壓，，陽(yáng)離離子在在電場(chǎng)場(chǎng)的作作用下轟轟擊靶靶材，，它的的濺射射速率率一般般都比比較大大。但但是直直流濺射射一般般只能能用于于金屬屬靶材材，因因?yàn)槿缛绻鞘墙^緣緣體靶靶材，則則由于于陽(yáng)粒粒子在在靶表表面積積累，，造成成所謂謂的““靶中中毒”，，濺射射率越越來(lái)越越低。。所以以對(duì)于于絕緣緣靶材材或?qū)?dǎo)電性性很差的的非金金屬靶靶材，，須用用射頻頻濺射射法（（RF）。。不過(guò)目目前國(guó)國(guó)內(nèi)企企業(yè)很很少擁?yè)碛羞@這項(xiàng)技技術(shù)。。一般說(shuō)說(shuō)來(lái)，，PLD方方法造造價(jià)比比較高高，制制備出出來(lái)的的薄膜膜面積積小，，而磁磁控濺濺射不不光造造價(jià)低低廉，，而且且非常常適合合制備備大面面積的的單相相薄膜膜，但但用來(lái)來(lái)沉積積復(fù)雜雜氧化化物即即包含含多種種陽(yáng)離離子組組分的的薄膜膜比較較困難難，因因?yàn)榉捶磻?yīng)濺濺射過(guò)過(guò)程有有可能能引起起陶瓷瓷靶材材和薄薄膜之之間的的組成成變化化(三)金屬屬有機(jī)化化學(xué)氣氣相沉沉積金屬有有機(jī)化化學(xué)氣氣相沉沉積（（ＭＯＯＣＶＶＤ））是以以低溫溫下易易揮發(fā)的的金屬屬有機(jī)機(jī)化合合物為為前驅(qū)驅(qū)體，，在在預(yù)加加熱的的襯底底表面發(fā)生生分解解、氧氧化或或還原原反應(yīng)應(yīng)而制制成制制品或或薄膜膜的技技術(shù)。與與傳統(tǒng)統(tǒng)的化化學(xué)氣氣相沉沉積方方法相相比，，金屬屬有機(jī)機(jī)化學(xué)學(xué)氣相沉沉積（（ＭＯＯＣＶＶＤ））的沉沉積溫溫度相相對(duì)較較低，，能能沉積超薄薄層甚甚至原原子層層的特特殊結(jié)結(jié)構(gòu)表表面，，可在在不同同的基基底表面面沉積積不同同的薄薄膜，，現(xiàn)現(xiàn)已在在半導(dǎo)導(dǎo)體器器件、、金屬屬、金屬氧氧化化物、、金屬屬氮化化物等等薄膜膜材料料的制制備與與研究究方面得到到廣泛泛的的應(yīng)用用。MOCVD系統(tǒng)統(tǒng)的組組件可可大致致分為為：反反應(yīng)腔腔、氣氣體控控制及及混合系系統(tǒng)、、反應(yīng)應(yīng)源及及廢氣氣處理理系統(tǒng)統(tǒng)。MOCVD的原理理金屬有有機(jī)化化學(xué)氣氣相沉沉積反反應(yīng)源源物質(zhì)質(zhì)（金金屬有有機(jī)化化合物前驅(qū)驅(qū)體））在一一定溫溫度下下轉(zhuǎn)變變?yōu)闅鈿鈶B(tài)并并隨載載氣（（Ｈ２２、Ａｒ））進(jìn)入入化學(xué)學(xué)氣相相沉積積反應(yīng)應(yīng)器，，進(jìn)入入反應(yīng)應(yīng)器的的一種種或多種種源物物質(zhì)通通過(guò)氣氣相邊邊界層層擴(kuò)散散到基基體表表面，，在基基體表面吸附附并發(fā)生一一步或多步步的化學(xué)反反應(yīng)，外延延生長(zhǎng)成制品或薄薄膜，生成成的氣態(tài)反反應(yīng)物隨載載氣排出反反應(yīng)系統(tǒng)。工作原理圖圖如下：在沉積錳氧氧化物薄膜膜時(shí)，為保保證膜中氧氧含量的化化學(xué)配比，，可用氧氣氣，二氧化化氮，臭氧氧作為反應(yīng)應(yīng)氣體。沉沉積過(guò)程中中，環(huán)境氣氣體的壓力力非常重要要。在氧氣氣，二氧化化氮?dú)夥障孪拢琍LD沉積錳氧氧化物薄膜膜時(shí)，為獲獲得最優(yōu)化化特性的薄薄膜，氣相相中的氧化化和表面氧氧化過(guò)程都都是非常重重要的。而而且，沉積積條件如氧氧分壓、沉沉積溫度、、激光功率率對(duì)膜的性性質(zhì)都會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生很大的的影響。使使用磁控濺濺射方法鍍鍍膜時(shí)，濺濺射室的總總氣壓一般般為10Pa，而且且具有較高高的氧分壓壓，基片一一般選用具具有鈣鈦結(jié)結(jié)構(gòu)的氧化化物。從經(jīng)經(jīng)濟(jì)上考慮慮使用價(jià)格格低廉的Si基片。。錳氧化物薄薄膜的表征征方法結(jié)構(gòu)（采用用X射線(XRD)，中子和電電子衍射））電阻（采用用標(biāo)準(zhǔn)四點(diǎn)點(diǎn)法）磁特性（超超導(dǎo)量子干干涉儀或振振動(dòng)樣品磁磁強(qiáng)計(jì)）此外，還可可以采用紅紅外、拉曼曼、穆斯堡堡爾譜等對(duì)薄膜的的微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)、化學(xué)鍵鍵合進(jìn)行研研究。X射線(XRD)當(dāng)掠入射時(shí)時(shí)，X射線線被平整表表面反射和和透過(guò)，反反射級(jí)數(shù)稍稍不同于于1：n=1-δ,δ≈10-4（例例如對(duì)于Ag，δ=31×10-6））。Snell定律律給出sinυ/sinυ′′=1-δδ，在進(jìn)行一些些變換后，，可得θλυ′θ′υ對(duì)于表面和和界面反射射的光程差差為2Dsinθ′′+λ/2，在反射曲線線中極大值值出現(xiàn)在角角度為△=nλ(n=1,2,……)處（圖5-11）），從而（K=1、3、5、…）X射線干涉涉儀的反射射曲線圖θI/I01正確的K可可以由嘗試試法確定，，在D中的的散射對(duì)正正確的K值應(yīng)為最最小，此方方法對(duì)于測(cè)測(cè)量厚度小小于1000?膜特特別有用，其分分辨率為1-5?。。CMR材料活性分分析紅外活性與與拉曼活性性某種振動(dòng)類類型是否具具有紅外活活性，取決決于分子振振動(dòng)時(shí)其偶偶極矩是否否發(fā)生變化化；拉曼活性則則取決于分分子振動(dòng)時(shí)時(shí)極化度是是否發(fā)生變變化。極化度:分分子在電電場(chǎng)(如光光波等交變變電磁場(chǎng))的作用下，分子子中電子云云變形的難難易程度。。極化度、電場(chǎng)E、、誘導(dǎo)偶極極矩m三者之間的的關(guān)系:拉曼和紅外外是否活性性判別規(guī)則則:(1)相相互排斥規(guī)規(guī)則:凡凡具有對(duì)對(duì)稱中心的的分子，具具有紅外活性性(躍遷是是允許)，，則其拉曼曼是非活性性(躍遷是是禁阻)的;反之，若若該分子的的振動(dòng)對(duì)拉拉曼是活性性的，則其紅外就是是非活性的的。(2)相相互允許規(guī)規(guī)則:一一般，沒(méi)沒(méi)有對(duì)稱中中心的分子子，其紅外和拉拉曼光譜部部是活性的的。(3)相相互禁阻規(guī)規(guī)則:有有少數(shù)分分子的振動(dòng)動(dòng)其紅外和和拉曼都是非非活性的。。CMR材料活性分分析例:下圖圖是CS2的簡(jiǎn)正振振動(dòng)：因?yàn)镃S2是線型分子子，它應(yīng)有有3N5=4個(gè)簡(jiǎn)正振動(dòng)動(dòng)。v1振動(dòng)沒(méi)有偶偶極矩的變變化，是紅紅外非活性性的。但是是v1振動(dòng)價(jià)電子子易變形，，有極化度度的改變，，所以拉曼曼活性。V2振動(dòng)是紅外外活性的，，因?yàn)檎駝?dòng)動(dòng)時(shí)發(fā)生偶偶極矩的變變化；但是是拉曼是非非活性的，，因?yàn)楸M管管對(duì)每個(gè)原原子在振動(dòng)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生生極化度的的變化，但但是因?yàn)榉捶磳?duì)稱的原原子位移是是在對(duì)稱中中心的兩邊邊進(jìn)行的，，極化度的的變化互相相抵消，極極化度的凈凈效應(yīng)等于于零。v3是簡(jiǎn)并振動(dòng)動(dòng)，其紅外外是活性的的，拉曼是是非活性的的。拉曼光譜在在CMR研究中應(yīng)用用激光拉曼光光譜作為一一種檢測(cè)材材料微結(jié)構(gòu)構(gòu)的的主要要手段，可以清楚地地反映出材材料的內(nèi)部部的微結(jié)構(gòu)構(gòu)，應(yīng)力分分布概況等。通過(guò)實(shí)例來(lái)來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明明拉曼光譜譜在CMR研究中應(yīng)應(yīng)用采用溶膠凝凝膠方法在在單晶Si上制備了了不同厚度度的龐磁電阻材材料（（LSMO）薄膜，，并利用共共焦顯微拉曼散散射研究了了薄膜的結(jié)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)厚度引起起了薄膜的結(jié)構(gòu)相相變。標(biāo)準(zhǔn)四點(diǎn)法法四點(diǎn)探針（（四探針））是半導(dǎo)體體行業(yè)，薄薄膜和表面面科學(xué)領(lǐng)域域最為常用用的電學(xué)表表征工具。。用四根探探針代替兩兩個(gè)探針對(duì)對(duì)樣品的電電阻率或電電導(dǎo)率進(jìn)行行測(cè)量，能能夠消除探探針接觸電電阻對(duì)測(cè)量量結(jié)果的影影響，具有有很高的精精度。最常見(jiàn)四探探針測(cè)試儀儀為RTS和RDY系列。超導(dǎo)量子干干涉儀超導(dǎo)量子干干涉儀(superconductingquantuminterferencedevice，，SQUID)是是一種能測(cè)測(cè)量微弱磁磁信號(hào)的極極其靈敏的的儀器，就就其功能而而言是一種種磁通傳感感器，不僅僅可以用來(lái)來(lái)測(cè)量磁通通量的變化化，還可以以測(cè)量能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為磁通通的其他物物理量，如如電壓、電電流、電阻阻、電感、、磁感應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)場(chǎng)梯度、磁磁化率等。。SQUID的基基本原理是是建立在磁磁通量子化化和約瑟夫夫森效應(yīng)的的基礎(chǔ)上的的，根據(jù)偏偏置電流的的不同，分分為直流和和射頻兩類類。SQUID作作為探測(cè)器器，可以測(cè)測(cè)量出10-11高斯的的微弱磁場(chǎng)場(chǎng)，僅相當(dāng)當(dāng)于地磁場(chǎng)場(chǎng)的一百億億分之一，，比常規(guī)的的磁強(qiáng)計(jì)靈靈敏度提高高幾個(gè)數(shù)量量級(jí)，是進(jìn)進(jìn)行超導(dǎo)、、納米、磁磁性和半導(dǎo)導(dǎo)體等材料料磁學(xué)性質(zhì)質(zhì)研究的基基本儀器設(shè)設(shè)備，特別別是對(duì)薄膜膜和納米等等微量樣品品是必需的的。利用SQUID探測(cè)測(cè)器偵測(cè)直直流磁化率率信號(hào)，靈靈敏度可達(dá)達(dá)10-8emu；溫度度變化范圍圍1.9K~400K；磁場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度變化范范圍0~70,000高高斯（7特特斯拉））。原理二、超導(dǎo)量量子干涉磁磁強(qiáng)計(jì)的工工作原理：：約瑟夫森效效應(yīng)（雙電電子隧道效效應(yīng)）：SQUID磁強(qiáng)計(jì)的的超導(dǎo)環(huán)中中采用了約約瑟夫森結(jié)結(jié)的結(jié)構(gòu)，，這種基于于約瑟夫森森效應(yīng)的結(jié)結(jié)構(gòu)是SQUID磁磁強(qiáng)計(jì)具有有極高靈敏敏度的基礎(chǔ)礎(chǔ)所在。一一個(gè)約約瑟夫森結(jié)結(jié)由兩塊超超導(dǎo)體中間間夾一層薄薄的絕緣層層，絕緣層層在1nm量級(jí)以保保證量子效效應(yīng)顯著。。絕緣層內(nèi)內(nèi)的電勢(shì)比比超導(dǎo)體中中的電勢(shì)低低得多，對(duì)對(duì)電子的運(yùn)運(yùn)動(dòng)形成““勢(shì)壘””。超導(dǎo)體體中的電子子的能量不不足以使它它通過(guò)這勢(shì)勢(shì)壘，所以以宏觀上不不能有電流流通過(guò)。但但量子力學(xué)學(xué)原理指出出，即使對(duì)對(duì)于相當(dāng)高高的勢(shì)壘，，能量較小小的電子也也能有一定定的概率透透射，當(dāng)““勢(shì)壘”寬寬度逐步減減小時(shí)，這這種透射的的概率將隨隨之增大，，在1nm量級(jí)，這這種透射的的概率已經(jīng)經(jīng)很可觀了了。這種電電子對(duì)通過(guò)過(guò)超導(dǎo)的約約瑟夫森結(jié)結(jié)中勢(shì)壘隧隧道而形成成超導(dǎo)電流流的現(xiàn)象叫叫超導(dǎo)隧道道效應(yīng)，也也叫約瑟夫夫森效應(yīng)。。SQUID的應(yīng)應(yīng)用和發(fā)發(fā)展生物磁測(cè)測(cè)量無(wú)損探傷傷無(wú)損探傷傷原因：有有極高的的靈敏度度。四探針測(cè)測(cè)試原理理四根等距距探針豎豎直的排排成一排排，同時(shí)時(shí)施加適適當(dāng)?shù)膲簤毫κ蛊淦渑c被測(cè)測(cè)樣品表表面形成成歐姆連連接，用用恒流