Physical correlation between annealing process and crystal structure and magneto-resistance of Bismuth thin films

In this study, we investigate on the crystal microstructure and magneto-resistance (MR) change of Bismuth(Bi) thin films for annealing process, in order to apply Bi thin films to the spin electronic devices. As-prepared Bi thin films show the randomly oriented find grains whose size was measured to about 100 nm and the very low MR (4.7 % at room temperature) while careful annealing results in not only grain growth up to ${\sim}2{\mu}m$ but also drastic MR improvement (404 % at room temperature). The drastic change in the MR after applying the annealing process is attributed to the grain growth decreasing grain boundary scattering of electron. Therefore, in this study, we confirm the annealing effect for the grain boundary formation and MR improvement of Bi thin films, and demonstrate the feasibility of spin electronic devices.

열처리 공정과 비스무스 박막의 결정구조 및 자기저항 특성변화와의 물리적 관계

본 연구에서는 비스무스(Bi) 박막의 스핀전자소자로의 응용가능성을 확인하기 위해서 열처리 공정에 의한 비스무스 박막의 결정 구조 및 자기저항변화를 조사하였다. 비스무스 박막은 초기에 결정성이 없이 약 100 nm의 결정립과 낮은 자기저항 비(MR)가 상온에서 4.7 % 로 보였으나, 열처리 공정 후 결정립이 확장되고 방위의 재배열이 일어나며 결정립이 형성 되었고, 이로 인해서 자기저항 비가 상온에서 404 %로 크게 향상 되었다. 이러한 자기저항 비의 큰 향상은 크게 확장된 결정립으로 인해서 스핀의 평균산란시간이 크게 증가했기 때문이다. 본 연구를 통해서 열처리 공정이 비스무스 박막의 결정립 형성 및 자기저항 비의 향상에 큰 영향을 보임을 확인하였고, 비스무스 박막의 스핀전자소자로서의 응용 가능성을 증명하였다.