Structure and Magnetic Properties of Fe-N Films Deposited by Dc Magnetron Sputtering

DC Magnetron Sputtering 방법으로 증착한 Fe-N 박막의 구조와 자기적 성질

Iron nitride (Fe-N) magnetic thin films were deposited using a DC magnetron sputtering system. Microstructures and magnetic properties were examined as a function of deposition power and nitrogen gas input ratio. The nitrogen content in the film was found to be the major factor determining the microstructure and the magnetic properties. The films deposited at low nitrogen input ratios have an $\alpha$-Fe structure of which the lattice is expanded due to the nitrogen atoms incorporated at the interstitial sites. As the nitrogen content in the film increases, the degree of lat-tice expansion increases and the value of saturation magnetization decreases linearly. The films with a high degree of lattice expansion give very low values of coercivity, which is attributed to the disturbance of colunmar growth and the decrease of surface roughness. Further increase in the nitrogen input ratio causes the phase transfonnation from $\alpha$-Fe to $Fe_{2-3}N$, resulting in the marked reduction in the saturation magnetization. The phase transformation occurs when, regardless of deposition conditions, the nitrogen content reaches at 15 at.% and the lattice is expanded by 5%.

질화철(Fe-N) 박막을 DC magenetron sputtering 방법으로 증착하였다. 스퍼터링 기체중의 질소유량비와 스퍼터링 power가 박막의 구조와 조성, 자기적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 증착 박막중의 질소원자 함유량은 박막의 구조, 생성상 및 자기적 특성을 결정짓는 지배적인 인자이다. 낮 은 질소 유량비에서 증착하였을 경우 박막은 질소 침입형 $\alpha$-Fe 결정구조를 갖으며, 질소원자 함유량에 비례하여 격자변형은 증가하고 포화자화값은 감소하였다. 격자변형이 어느 정도 심하게 일어 나면 주상정으로의 성장이 억제되어 평탄한 표면형상과 균일한 미세구조를 갖게되며, 자구벽의 이동이 용이하게 되어 보자력의 급격한 감소를 가져왔다. 질소유량비가 증가하여 박막내의 질소함유량이 15 at.%가 되면 격자정수 d(110)이 5% 증가하게 되며 이때 $Fe_{2-3}N$ 상으로의 상변화가 일어나 포화 자화값은 급격히 감소한다.