Magnetic Anisotropy Behavior in Antiparallely Coupled NiFe/Ru/NiFe Films

Synthetic ferrimagnetic layer (SyFL) with structure NiFe/Ru/NiFe which can be applied high density TMR device in free layer were prepared by an inductively coupled plasma (ICP) helicon-sputter. We proposed a model of predicting coercivity (H$\_$c/), spin-flopping field (H$\_$sf/), and saturation field (H$\_$s/) as a function of Ru thicknesses, from the equilibrium state of energies of Zeeman, exchange, and uniaxial anisotropy. We fabricated the samples of Ta(50 ${\AA}$)/NiFe(50${\AA}$)nu(4∼20${\AA}$)NiFe(30 ${\AA}$)/Ta(50${\AA}$), and measured the M-H loops with a superconduction quantum interference device (SQUID) applying the external field up to ${\pm}$ 15 kOe. The result was well agreed with the proposed model, and reveal K$\_$u = 1000 erg/㎤, J$\_$ex/ =0.7 erg/$\textrm{cm}^2$. We report that H$\_$c/ below 10 Oe is available, and R$\_$u/ thickness range should be in 4-10 ${\AA}$ for MRAM application. Our result implies that permalloy layers may lead to considerable magnetostriction effect in SyFL and intermixing in NiFe/Ru interfaces.

반자성으로 커플링된 NiFe/Ru/NiFe 박막에서의 자기이방성의 변화

고집적 TMR소자의 프리층에 적용될 수 있는 인위적페리층(synthetic ferrimagnetic layer : SyFL)인 NiFe/Ru/NiFe박막을 만들고, 결정에너지, 지만에너지, 교환에너지를 고려한 총에너지로부터 평형상태에서의 관계식에서 Ru두께에 따른 보자력( $H_{c}$)변화와, 스핀플로핑자계( $H_{sf}$ ), 포화자계( $H_{s}$)에 대해 알아보았다. Ta(50$\AA$)/NiFe(50$\AA$)Ru(4~20$\AA$)/NiFe(30$\AA$)/Ta(50$\AA$) 구조를 ICP (inductively coupled plasma)형 헬리콘스퍼터로 제작하고, 주어진 Ru두께에서의 시편을 SQUID로 $\pm$15kOe까지 분석하여 M-H루프를 측정하였다. 에너지를 고려한 평형상태 예측은 실험과 잘 일치하였으며, 이방성에너지 $K_{u}$= 1000erg/㎤, 교환에너지 $J_{ex}$= 0.7erg/$\textrm{cm}^2$까지 조절이 가능하였다. 상온에서 $H_{c}$를 10 Oe이하로 만드는 것이 가능하였고, 공업적으로 의미있는 $H_{s}$, $H_{sf}$ 의 범위를 Ru두께 4~10 $\AA$에서 선택이 가능하였다. 또한 50 $\AA$이하의 얇은 NiFe박막에서 자기탄성계수는 0이 아닌 (+)로 작용할 수 있다는 점과 NiFe/Ru 계면 조도를 간접적으로 예상하는 것이 가능하였다.