절연층으로 CoO를 사용한 스핀의존성 터널링 접합 NiFe(30 nm)/CoO(t)/Co(30 nm-t)에서 터널링 자기저항성질을 연구하였다. 3-gun 스퍼터링 시스템에서 4$^{\circ}$tilt-cut (111)Si을 기판으로, 상부자성층으로 Ni$_{80}$Fe$_{20}$를 사용하였고 Co를 하부 자성층으로 사용하였다. 절연층으로 사용된 CoO른 하부 자성층 Co를 산소 플라즈마 산화법과 상온에서의 자연산화를 통해 얻었다. CoO를 플라즈마 산화법으로 얻은 경우 플라즈마 산화시간이 증가할수록 자기이력곡선에서 반강자성 물질인 CoO에 의해 NiFe와 Co의 보자력이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 플라즈마 산화된 CoO의 경우, 상온에서 1mA의 감지전류를 흘려줬을 경우 최대 1.2 %의 자기저항비를 얻을 수 있었다. 자연산화법으로 CoO를 얻은 경우 감지 전류 1 mA에서 4.8 %의 자기저항비를 관찰할수 있었고, 감지전류 1.5 mA의 경우 28 %의 자기저항비와 10.9 ㏀$\times$$\mu\textrm{m}$$^2$의 값을 얻을 수 있었다. 저항$\times$면적값이 2.28 ㏀$\times$$\mu\textrm{m}$$^2$일 때 최대 120 %의 자기저항비를 얻을 수 있었다.다.
GaAs 기판 위에 증착된 $MnGeP_2$ 박막이 상온에서 강자성을 보임을 자기화 및 자기저항 측정을 통해 확인하였다. 강자성-상자성 전이 온도는 320 K 정도였고, 항자력장은 5, 250, 300 K에서 각각 3870, 1380, 155 Oe 정도였다. 전하 운반자가 스핀 편극되어 있음을 암시하는 비정상 홀 효과를 관측하였다. 자기장에 따른 자기저항과 홀 저항을 측정할 때 이력곡선이 나타남을 확인하였다. $MnGeP_2$ 박막과 n-형 GaAs 기판 사이에 I-V 측정을 통해 전형적인 p-n 다이오드 특성을 보임을 확인하였다.
Magnetic tunnel junctions은 최근 자기저항용 재료나 MRAM용 소자로 사용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Magnetic tunnel junction을 저자계, 저전력용 소자로 사용되기 위해서는, 작은 switching field 값과 uniform한 switching field 분포를 가져야 한다. Micromagnetic simulation을 통하여 free layer의 두께와 포화 자화 값이 감소함에 따라서 switching field가 감소함을 알 수 있었다. 본 연구에서는 얇은 free layer를 사용하여 magnetic tunnel junction을 제조하고, 얇은 free layer가 자기저항에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. (중략)
MR(magnetoresistance)은 물질의 저항이 자기장에 의해 변하는 물리적인 변화(physical MR)와 기하학적인 요소, 즉 sample의 모양과 contact의 크기 등에 의한 변화(geometric MR)의 합으로 나타낸다.[1] Physical MR은 자기장에 따른 비저항 또는 이동도(mobility)의 변화로 나타낼 수 있고, geometric MR은 로렌츠 힘에 의해 전류의 흐르는 방향이 변하면서 일어난다. 본 연구에서는 physical MR이 거의 없는 반도체(InAs)와 비교적 큰 physical MR을 가지는 반도체(HgCdTe)의 geometric factor를 고려한 MR의 향상에 대하여 연구하였다. (중략)
Laser ablation법으로 c-축 배향되도록 만든 Y/sub 1/Ba/sub 2/Cu/sub 3/O/sub 7- .delta. / 박막으로 임계온도 근처에서 운반자들의 정보를 얻기위하여 Hall 효과를 연구하였다. 자기비저항은 Nernst 효과 때문에 자기장이 증가할 수록 offset 점의 온도가 낮았고, 자기비저항으로 부터 열자기적 효과를 고 려하여 계산한 Hall 비저항값과 실제 van der Pauw 법으로 측정한 Hall 비저항값을 비교해 본 결과 비교적 잘 일치하였다.
Spinel계 유화물 $Zn_xFe_{1-x}Cr_2S_4$(x=0.05, 0.1, 0.2)에 대하여 X선 회절법, 자기저항측정, $M\ddot{o}ssbauer$ 분광법을 이용하여 CMR 특성과 자기적 성질을 연구하였다. 결정구조는 상온에서 입방정으로 정상 spinel 구조를 갖는 것으로 나타났다. 자기저항 실험결과 160K 부근 이하에서는 반도체적 전기전도 특성을 보이며, Curie 온도부근에서 최대자기저항 온도가 나타났다. Zn 조성값이 증가함에 따라 Jahn-Teller 효과에 의한 완화 현상이 증가되었으며, 전기 사중극자 이동값 역시 증가되고, 초미세 자기장값은 감소하였다. CMR 특성은 heterovalency에 의한 이중교환 상호작용이나, $Fe^{2+}$와 $Cr^{3+}$ 그리고 $Fe^{3+}$ 사이의 삼중교환 상호작용과는 다른 동적 Jahn-Teller 효과에 의한 도체-반도체전이와 절반 금속성 에너지 밴드구조에서 스핀전자 전이에 의하여 발생되는 것으로 예측된다.
본 고는 반도체 재료가 갖는 자기효과를 이용하여 자기센서의 종류 및 특성등에 대하여 서술하였다. 반도체 LSI의 응용분야가 확대됨에 따라서 반도체 센서를 이용한 극소형화, 고성능화, 저가격화, 다기능화등이 가능하게 되었다. 이러한 상황에서 반도체를 이용한 홀 소자나 자기저항 소자와 같은 자기센서 등을 주변회로와 일체화시킨 초소형 시스템에 대한 연구가 활발하다. 특히 화합물 반도체는 자기센서에 적합한 물리적인 특성을 갖고 있기 때문에, 자기센서로 효율을 나타내고 있다. 반도체의 미세가공기술의 발전과 LSI제조기술의 발전을 이용하여 센서의 집적화, 저가격화를 가능하게 하였으며, 다른 종류의 반도체 센서들을 자기센서와 함께 하나의 칩위에 장착할 수 있는 응용집적센서(Application-specific Integrated Sensor)가 더욱 중요한 역할을 할 것이다.
고주파용 전원의 필요성이 대두되면서 고주파에서 낮은 자기손실을 가진 재료의 개발이 요구되고 있다. Mn-Zn 페라이트의 자기손실은 전기비저항의 증거나 소결시 미세구조의 제어로 줄일 수 있다. 본 연구에서는 연쇄고온합성법(Self-propagation High- temperature Synthesis)에 의해 제조된 $_Mn_{0.72}$Z $n_{0.22}$)$_{0.94}$ (F $e_{2}$$O_{3}$)$_{1.06}$ 조성의 Mn-Zn페라이트에서 첨가물이 미세구조와 자기적 성질에 미치는 영향에 대해 조사하였다. $SiO_{2}$와 Ca $Co_{3}$의 복합첨가에 의해 미세구조의 미세화와 아울러 낮은 자기손실 특성을 얻을 수 있었다. 그러나 첨가 물의 과다 첨가시에는 비정상입자성장 조직이 나타났으며 자기적 성질이 현저히 저하 하였다. 전기비저항, 자기손실의 주파수 의존 결과에 근거하여 주된 자기손실기구 및 이에 미치는 첨가물 효과에 대해 논하였다.
$4^{\circ}$ 기울어진 Si(111) 웨이퍼를 기판으로 사용해 Cu($50\;{\AA}$) 바닥층 위에 외부 자장의 인가없이 NiFe($60\;{\AA}$)/Cu($60\;{\AA}$)/Co($30\;{\AA}$) 삼층막을 형성하여 자기이방성과 자기저항 특성을 연구하였다. NiFe($60\;{\AA}$) 층과 Co($30\;{\AA}$) 층을 Cu($50\;{\AA}$) 바닥층 위에 각각 단층막으로 형성할 경우에 면내 일축자기이방성이 유도되었으며, 기판을 기준으로 NiFe 층과 Co 층의 자화용이축은 면내에서 상호 수직임이 관찰되었다. NiFe($60\;{\AA}$)/Cu($60\;{\AA}$)/Co($30\;{\AA}$) 삼층막을 동일한 기판과 바닥층 위에 형성할 경우, NiFe층과 Co층의 자기이방성은 단층박에서의 자기이방성이 재현되어, 자화용이축이 면내에서 상호 수직으로 놓임이 처음으로 발견되었으며 ~2.2%의 자기 저항비가 측정되었다. 이를 자기이방성이 유도되지 않은, 유리 기판위에 형성한 NiFe($60\;{\AA}$)/Cu($60\;{\AA}$)/Co($30\;{\AA}$) 삼층막과 비교할 때 ~1.2% 큰 자기저항비를 보이며, 두 자성층의 자화 상태가 반평행을 유지해 자기저항비가 일정하게 유지되는 구간도 현저히 증하가였다. 위의 결과는 적절한 기판의 선택을 통해 삼층막을 이루는 두 자성층 내의 자기이방성 유도와 자화용이축 방향의 조절이 가능함을 나타내며, 이는 헤드 또는 메모리 소자 응용에 매우 유용할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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