• 한국자기학회지
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• 제1권2호
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• pp.9-14
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• 1991

$Fe_{16}N_{2}$의 전자, 자기적구조를 이해하고자 우리는 자체충족적 국제 밀도함수 근사 LMTO(Linearized Muffin Tin Orbita)밴드 방법을 이용하여 전자구조이론 연구를 수행하였다. $Fe_{16}N_{2}$ 금속 화합물의 기저상태의 물리적 파라미터들, 즉 에너지 밴드, 상태밀도, Stoner 상수, 자기 모멘트 등을 구하여 이들 의 전자기적 물성을 고찰하고 이들을 토대로 하여 이 화합물의 자기적 구조와 Fe 원자에서의 자기모멘트 증가를 미시적으로 고찰하였다. $Fe_{16}N_{2}$에 존재하는 3종류의 Fe 원자, Fe I, Fe II, Fe III 원자들의 자기모멘 트는 각각 2.13, 2.50, $2.85\;{\mu}_{B}$로 주어져 N 원자에서부터 멀리 떨어져잇는 Fe II, Fe III 원자들에서 큰 자기모멘트 증가를 얻었고 Fe 원자의 자기모멘트 결정에는 주위 국재환경이 매우 중요하다는 결론을 얻었다. Fe 원자당 평균 자기모멘트는 $2.50\;{\mu}_{B}$로 계산되어 보고된 측정 산출치($-3.0\;{\mu}_{B}$)보다는 적은 값을 얻었다.

• 한국재료학회지
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• 제6권11호
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• pp.1061-1066
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• 1996

RF magnetron reactive sputtering법으로 Fe75.5Zr8.3N16.2/SiO2(250$\AA$) 다층 박막을 FeZrN의 두께를 변화시키면서 제조하고, 제조된 박막을 진공 열처리하여 열처리 온도에 따른 포화자화, 보자력, 고주파에서의 투자율 그리고 열적 안정성을 조사하였다. Fe75.5Zr8.3N16.2/SiO2(250$\AA$) 다층박막은 FeZrN의 두께가 800$\AA$이상일 때 좋은 연자성을 나타내었다. Fe75.5Zr8.3N16.2/SiO2(250$\AA$)다층 박막을 45$0^{\circ}C$로 열처리 했을 때 포화자속밀도(1.08 T), 보자력 0.41 Oe, 1 MHz에서의 실효 투자율은 3000이상의 연자성을 나타내었다. 그 이유는 X-선 회절 분석 결과 열처리에 의해서 ZrN 미결정이 석출하여 $\alpha$-Fe 결정 성장이 억제되어 우수한 연자기적 성질이 나타난다고 판단된다. 이때 $\alpha$-Fe 입자 크기는 40-50$\AA$, ZrN의 입자 크기는 10-15$\AA$이다. 그리고 실효 투자율의 주파수 의존성에서 단층막에서는 5 MHz 이상에서 실효 투자율이 급격히 감소하는 경향을 보였으나, 다층막에서는 40MHz까지 실효 투자율이 1600이 되어 고주파에서의 연자성이 개선되었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.161.2-161.2
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• 2017

희토류계 영구자석은 대부분의 전기, 전자 제품의 핵심부품이며 높은 보자력, $BH_{max}$를 가지고 있어 자기기록저장매체, MEMS(엑츄에이터), 소형센서, 소형모터 등의 응용 분야에 적용시키기 위해 다양한 연구들이 진행되고 있다. 그러나 영구자석에 들어가는 희토류계 원소의 수급의 어려움 및 가격의 문제점으로 친환경 자석으로의 전환 및 희토류나 중희토류를 사용하지 않는 비희토류계 영구자석을 제조 및 개발하는데 많은 연구가 이루어지고 있다. 이 중 Fe-N 계 자성물질인 $Fe_{16}N_2$는 포화 자화 값이 현재까지의 비희토류계 자성물질 중 가장 높은 값(240emu/g)을 나타내며 상대적으로 높은 결정자기이방성 상수를 가지고 있어 비희토류계 영구자석 물질 중 하나로 주목받으며 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 $Fe_{16}N_2$ 박막을 얻기 위해 DC Magnetron Sputtering 방법을 이용하여 Si wafer 위에 박막을 증착하고 증착시간에 따라 두께를 제어하여 제조한 후 박막의 미세구조, 상 분석, 자성 특성을 관찰을 통해 최적의 공정 조건을 찾고자 하였다. 증착 시간에 따른 박막의 성장 속도는 일정하게 증가하였으며, 증착 시간의 증가에 따라 박막 내 $Fe_{16}N_2$의 상대적인 분율은 감소하였다. 모든 공정 조건에서 $Fe_3N$, $Fe_4N$, $Fe_{16}N_2$ 상들이 섞여 성장하였으며 XRD를 통한 상분석과 더불어 VSM을 통한 자성 특성을 분석해본 결과 $Fe_{16}N_2$의 분율을 가장 높게 성장된 공정 조건은 증착 시간이 10분이며 박막의 두께가 ${\sim}1{\mu}m$ 일 때, 최적의 조건을 얻을 수 있었으며, 이 때의 자성 특성을 분석한 결과 ~2.45T의 포화 자화 값과 ~1.41T의 잔류 자화 값을 얻을 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.179-179
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• 2016

희토류계 영구자석은 높은 보자력과 잔류 자화을 가지고 있어 자기기록저장매체, MEMS(엑츄에이터), 센서 등의 응용 분야에 적용시키기 위해 다양한 연구들이 진행되고 있다. 하지만 희토류계 원소의 수급 및 가격의 문제점으로 친환경자석으로의 전환 및 희토류나 중희토류를 사용하지 않는 비희토류계 영구자석을 개발하는 연구에 대한 필요성이 대두되고 있다. 이 중 Fe-N 계 자성 물질인 $Fe_{16}N_2$는 포화 자화 값이 현재까지의 자성물질 중 가장 높은 값(240emu/g)을 나타내며 상대적으로 높은 결정자기이방성 상수를 가지고 있어 비희토류계 영구자석 물질 중 하나로 주목받고 있다. 본 연구에서는 $Fe_{16}N_2$ 박막을 얻기 위해 DC Magnetron Sputtering 방법을 이용하여 Si wafer 위에 박막을 증착하고 증착공정 조건 중 질소 유량 및 Sputtering Power를 변수로 따른 박막의 성장, 조직변화, 자성 특성을 관찰을 통해 최적의 공정 조건을 찾고자 하였다. $N_2$ 가스 유량 변화에 따른 박막의 성장 속도는 거의 변화가 없었으며 $N_2$ 가스 유량의 증가에 따라 박막 내 Fe의 함유량은 감소하였다. 모든 공정 조건에서 $Fe_3N$, $Fe_4N$, $Fe_{16}N_2$ 상들이 섞여 성장하였으며 XRD를 통한 상분석과 더불어 VSM을 통한 자성 특성을 분석해본 결과 $Fe_{16}N_2$의 분율이 가장 높게 성장된 공정 조건은 Power는 200W, $N_2$ 가스 유량은 20sccm이었으며 이 조건에서 2.45T의 포화 자화 값과 1.4T의 잔류 자화 값을 얻을 수 있었다.

• 한국자기학회지
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• 제26권4호
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• pp.115-118
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• 2016

본 연구에서는 순수한 ${\alpha}^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$의 띠구조와 자기결정이방성에 대한 총 퍼텐셜 선형보강 평면파(Full-potential Linearized Augmented Plane Wave; FLAPW) 방법을 이용하여 연구하였다. 혼성화된 질소원자로 인해 Fe(4e), Fe(8h) 영역의 자기모멘트가 감소되었지만 z-축 방향의 격자 확장으로 인해 Fe(4d) 영역의 자기모멘트가 매우 커짐을 확인할 수 있었다. 각각의 Fe 영역들(4d, 4e, 8h) 스핀 자기모멘트들은 이전에 알려진 값들과 잘 일치함을 알 수 있다. 정방정계 왜곡으로 인해 $0.58 MJ/m^3$의 매우 큰 일축이방성상수를 구할 수 있었다. 게다가 1.76 MA/m의 매우 큰 자화량 또한 얻을 수 있었다. 또한 순수한 ${\alpha}^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$의 6.51 kOe의 예측 보자력과 71.7 MGOe의 최대에너지적을 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 ${\alpha}^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ 구조가 희토류 대체 영구자석으로 이용될 가능성이 있다는 것을 의미한다.

• 한국자기학회:학술대회 개요집
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• 한국자기학회 1991년도 춘계연구발표회 논문개요집
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• pp.7-8
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• 1991

• 한국재료학회지
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• 제16권8호
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• pp.473-478
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• 2006

The coherent interface energies and misfit strain energies of Fe/XN (X=Ti, Zr, Hf) systems were calculated by first principles method. The interface energies in Fe/TiN, Fe/ZrN and Fe/HfN systems were 0.343, 0.114, and 0.030 $J/m^2$, respectively. Influence of bond energy was estimated using the discrete lattice plane/nearest neighbor broken bond(DLP/NNBB) model. It was found that the dependence of interface energy on the type of nitride was closely related to changes of the bond energies between Fe, X and N atoms before and after formation of the Fe/XN interfaces. The misfit strain energies in Fe/TiN, Fe/ZrN, and Fe/HfN systems were 0.239, 1.229, and 0.955 eV per 16 atoms(Fe; 8 atoms and XN; 8 atoms). More misfit strain energy was generated as the difference of lattice parameters between the bulk Fe and the bulk XNs increased.

• 한국표면공학회지
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• 제50권2호
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• pp.119-124
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• 2017

Due to the high saturation magnetization (~2.4 T), $Fe_{16}N_2$ is interesting for the thin film application such as an actuator, data record storage and sensor etc. In this study, Fe-N thin films were deposited on Si(001) substrate with various power and deposition time by DC magnetron sputtering, in order to get high portion of $Fe_{16}N_2$ phase. Surface morphology, phase formation and magnetic properties were measured. As a result, Saturation magnetization and Remanence magnetization reach to ~2.45 T and 1.41T. But, Coercivity was not enough in this experiments. Its value lower than 100 Oe. Which is very close to theoretical value.

• 한국자기학회지
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• 제3권2호
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• pp.94-100
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• 1993

신소재 희토류 영구자석인 $Sm_{2}Fe_{17}N_{3}$ 화합물에 대한 자체충족적 국재밀도함수 근사 전자구조 계산을 수행하여 이 물질의 전자기적 물성을 연구하였다. LMTO(Linearized Muffin-Tin Orbital) 에너지 띠 방법을 사용하여 상자성, 강자성상 $Sm_{2}Fe_{17}N_{3}$ 화합물의 에너지 띠 구조를 결정 하고 이를 토대로 이화합물의 전기적, 자기적 구조와 Sm, Fe, N원자들간의 결합효과등을 고찰하였다. N원자는 근접 Fe원자와의 혼성 상호작용을 통하여 Fe원자의 자기모멘트를 많이 줄이는 효과를 주며 또한 구조 안정성에 기여한다는 결과를 얻었다. 강자성상 $Sm_{2}Fe_{17}N_{3}$에서의 Fe원자들의 평균 자기모멘트는 $Sm_{2}Fe_{17}$의 $2.16{\mu}_B$에 비해 약 8% 증가한 $2.33{\mu}_B$로 계산되었는데 이중 N원자로 부터 가장 멀리 떨어져 있으며 12개의 Fe원자들로 둘러싸인 Fe I (c) 원자가 가장 큰 값($2.65{\mu}_B$)의 자기모멘트르 갖고 N원자와의 혼성 상호작용이 가장 큰 Fe III(f)원자가 가장 작은 값($1.96{\mu}_B$)의 자기모멘트를 갖는다.

• 한국자기학회지
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• 제8권1호
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• pp.6-12
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• 1998

플라즈마 이온주입 장치를 이용하여 $\alpha$-Fe foil에 질소 이온을 주입하여 질화철 결정상을 만들었으며, 이때 질소 이온 주입시간을 15분(FEN15)과 30분 (Fe30)으로 처리되었다. 오제 전자 분광법(Auger electron spectroscopy : AES)을 이용하여 측정한 주입된 질소 이온의 깊이는 사편 FeN15와 FeN30에서 각각 12000$\AA$과 40000$\AA$으로 나타난다. 진동 시편 자력계(vibrating sample magnetometer : VSM)측정결과 as-implanted 각각의 시편은 포화자화 값이 순수한 $\alpha$-Fe foil 보다 증가되었으며, 이는 $\alpha$'-Fe8N 또는 $\alpha$'-Fe16N2의 결정구조가 그원인으로 판단된다. 따라서 본 연구는 플라즈마 이온주입 방법으로 제작된 질화철에서 부분적인 $\alpha$'또는 $\alpha$'의 졀정구조 형성 가능성을 확인할 수 있었다.