Interface study of ion irradiated Cu/Ni/Cu(001)/Si thin film by X-ray reflectivity

The Cu/Ni/Cu(002)/Si(100) films which have perpendicular magnetic anisotropy were deposited by e-beam evaporation methods. From the reflection high energy electron diffraction pattern, the films were confirmed to be grown epitaxially on silicon. After 2X lots ions/$\textrm{cm}^2$ C+ irradiation, magnetic easy-axis was changed from surface normal to in-plane as shown in the hysteresis loop of magneto-optical Kerr effects. It became manifest from analysis of X-ray reflectivity and grazing incident X-ray diffraction that even though interface between top Cu layer and Ni layer became rougher, the contrast of Cu and Ni's electron density became manifest after ion irradiation. In addition, the strain after deposition of the films was relaxed after ion irradiation. Strain relaxation related with change of magnetic properties and mechanism of intermixed layer's formation was explained by thermo-chemical driving force due to elastic and inelastic collision of ions.

이온 조사된 Cu/Ni/Cu(001)/Si 자성박막에 있어서 X-ray reflectivity를 이용한 계면 연구

수직자기이방성을 가지는 Cu/Ni/Cu(002)/Si(100) 자성박막을 전자빔 증발법을 이용하여 초고진공에서 증착 하였다. 증착 시 RHEED로 측정 한 결과 실리콘 기판 위에 자성박막이 적층성장되었음을 확인하였다. 이러한 Cu/Ni/Cu(001)/Si(100) 자성박막에 1 MeV C 이온을 이온선량 2$\times$$10^{16}$ ions/$\textrm{cm}^2$로 조사한 후 MOKE로 자기이력곡선을 측정한 결과 이온 조사에 의해 자화용이축이 수직에서 수평방향으로 변화되었음을 확인하였다 포항 방사광가속기를 이용하여 X-선 반사도와 Grazing Incident X-ray diffraction(GE) 분석을 수행한 결과 첫 번째 Cu층과 Ni층 사이의 계면은 이온 조사 후 거칠기는 증가하였으나, Cu와 Ni의 전자밀도의 대비는 더욱 명확해졌다. 그리고, 증착 후 Cu와 Ni원자의 격자 상수 차이에 의해 Ni층이 가지고 있었던 strain은 이온 조사 후 완화되었음을 알 수 있었다. 끝으로, 이온조사 시 자성특성 변화와 직접적인 관계가 있는 strain 완화, 계면 혼합층(혹은 새로운 상)등이 생성되는 기구를 탄성충돌 및 비탄성충돌에 의한 열화학적 구동력으로 규명하였다.