Capping층 재료에 따른 CoFeB/MgO/CoFeB 자기터널접합의 미세구조와 자기저항 특성

정하창,이성래,Chung, Ha-Chang,Lee, Seong-Rae 한국자기학회 2007 韓國磁氣學會誌 Vol.17 No.4

본 연구에서는 CoFeB/MgO/CoFeB 구조를 가지는 자기터널접합에서 capping층 재료의 종류와 열처리 시간에 따른 비정질 top CoFeB 자성층의 결정화 상태 및 자기터널접합의 자기적 특성 변화에 대한 연구결과를 비교 분석 하였다. Hcp(Hexagonal close-packed)의 결정구조를 가지는 Ru(002)를 capping층 재료로 사용한 자기터널접합 박막의 경우에는 열처리 이후 Ru과 인접한 부분의 top CoFeB이 bcc-CoFe(110)로 성장하는 반면, TiAl과 ZrAl을 capping층 재료로 사용한 자기터널접합의 경우는 열처리 이후 top CoFeB이 MgO와 epitaxial하게 bcc-CoFe(002)로 결정성장 하였다. 이로 인해 Ru을 사용한 자기터널접합의 터널자기 저항비(46.7%)보다 약 1.5배 높은 터널자기저항비(TiAl: 71.8%, ZrAl: 72.7%)를 나타내었다. We investigated the effects of the capping layer materials on the crystallization of the amorphous top-CoFeB (t-CoFeB) electrode and the magnetoresistance properties of the magnetic tunnel junctions (MTJs). When the hcp(002)-textured Ru capping layer was used, the amorphous t-CoFeB was crystallized to bcc-CoFe(110). The CoFe(110)/Ru(002) texture relation can be minimized the lattice mismatch down to 5.6%. However, when the fine polycrystalline but almost amorphous TiAl or amorphous ZrAl were used, the amorphous t-CoFeB was crystallized to bcc-CoFe(002). When the amorphous capping materials were used, the evolution of the t-CoFeB texture was affected mainly by the MgO(001) texture. Consequently, the M ratios of the annealed MTJ capped with the ZrAl and TiAl (72.7 and 71.8%) are relatively higher than that of the MTJ with Ru capping layer (46.7%). In conclusions, the texture evolution of the amorphous t-CoFeB during the post deposition annealing could be controlled by the crystallinity of the adjacent capping layer and in turn, it affects the TMR ratio of MTJs.

사단법인 한국자기학회 정관 외

편집부(편집자) 한국자기학회 1991 韓國磁氣學會誌 Vol.1 No.1

학회활동

편집부(편집자) 한국자기학회 1992 韓國磁氣學會誌 Vol.2 No.2

분자선 증착법에 의해 성장한 MnTe 박막의 자기적 및 전기수송 특성

김우철,배성환,김삼진,김철성,김광주,윤정범,정명화,Kim, Woo-Chul,Bae, Sung-Whan,Kim, Sam-Jin,Kim, Chul-Sung,Kim, Kwang-Joo,Yoon, Jung-Bum,Jung, Myung-Hwa 한국자기학회 2007 韓國磁氣學會誌 Vol.17 No.2

분자선 증착법을 이용하여 MnTe 박막을 Si(100):B 및 Si(111) 기판 위에 성장시켰다. 두개의 K-cell을 사용하여 기판온도 $400^{\circ}C$ 및 Te가 풍부한 조건에서 MnTe 합성이 잘 이루어졌다. 이 경우 증착속도는 $1.1 {\AA}/s$이었고 성장된 층의 두께는 $700{\AA}$ 정도이었다. 합성된 MnTe 박막들에 대하여 X선회절, 초전도 양자 간섭계, Physical Property Measurement System, 홀효과 측정 등을 사용하여 그 구조적, 자기적, 전기적 특성들을 조사하였다. X선회절 측정 결과 Si(100) : B및 Si(111)기판 위에 성장된 MnTe는 다결정성의 hexagonal 구조를 나타내었으며, 자기적, 전기적 특성 측정 결과 분말형태의 MnTe와 비교하여 매우 다른 특성을 나타내었다. Zero-field-cooling(ZFC) 및 field-cooling(FC) 조건에서 취해진 자화율 측정에서 다결정 박막은 21 K, 49K, 210K 근처에서 자기적 전이 현상을 보였으며, ZFC와 FC 자화율 사이의 큰 불가역성이 나타났다. MnTe박막의 5K와 300K에서의 자기이력곡선은 강자성 상태를 나타내었으며 잔류자화값과 보자력은 5 K에서 $M_R= 3.5emu/cm^3$와 $H_c=55Oe$를, 300 K에서 $M_R= 2.1emu/cm^3$와 $H_c=44Oe$로 나타났다. 전기수송 특성 측정 결과, 온도에 따른 비저항은 저온에서 Mott variable range hopping 전도특성을 나타내는 전형적인 반도체 성질을 보여주었다. MnTe layers of high crystalline quality were successfully grown on Si(100) : B and Si(111) substrates by molecular beam epitaxy (MBE). Under tellurium-rich condition and the substrate temperature around $400^{\circ}C$, a layer thickness of $700{\AA}$ could be easily obtained with the growth rate of $1.1 {\AA}/s$. We investigated the structural, magnetic and transport properties of MnTe layers by using x-ray diffraction (XRD), superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometry, and physical properties measurement system (PPMS). Characterization of MnTe layers on Si(100) : B and Si(111) substrates by XRD revealed a hexagonal structure of polycrystals with lattice parameters, ${\alpha}=4.143{\pm}0.001{\AA}\;and\;c=6.707{\pm}0.001{\AA}$. Investigation of magnetic and transport properties of MnTe films showed anomalies unlike antiferromagnetic powder MnTe. The temperature dependence of the magnetization data taken in zero-field-tooling (ZFC) and field-cooling (FC) conditions indicates three magnetic transitions at around 21, 49, and 210 K as well as the great irreversibility between ZFC and FC magnetization in the films. These anomalies are attributable to a magnetic-elastic coupling in the films. Magnetization measurements indicate ferromagnetic behaviour with hysteresis loops at 5 and 300 K for MnTe polycrystalline film. The coercivity ($H_c$) values at 5 and 300 K are 55 and 44 Oe, respectively. In electro-transport measurements, the temperature dependence of resistivity revealed a noticeable semiconducting behaviours and showed conduction via Mott variable range hopping at low temperatures.

Top형 스핀밸브 구조의 Si 기판에서의 하지층 두께에 따른 자기저항 특성 연구

고훈,김상윤,김수인,이창우,김지원,조순철,Ko, Hoon,Kim, Sang-Yoon,Kim, Soo-In,Lee, Chang-Woo,Kim, Ji-Won,Jo, Soon-Chul 한국자기학회 2007 韓國磁氣學會誌 Vol.17 No.2

본 연구에서는 하지층으로 사용한 Mo(MoN)의 두께 변화에 따른 스핀밸브 구조의 자기적 특성과 열처리 결과를 비교 검토하였다. 사용된 스핀밸브는 Si 기판/Mo(MoN)$(t{\AA})/NiFe(21{\AA})/CoFe(28{\AA})/Cu(22{\AA})/CoFe(18{\AA})/IrMn(65{\AA})/Ta(25{\AA})$ 구조이다. 또한 본 연구에서는 MoN 하지층을 Si 기판에 증착하여 열처리후 특성을 분석하였다. Mo 박막에 비해 MoN 박막의 질소량이 증가할수록 증착률은 감소하였고, 비저항은 증가하였다. MoN 하지층을 사용한 경우 Mo의 경우보다 하지층 두께 변화($51{\AA}$까지)에 따라 자기저항비와 교환결합력의 변화는 소폭이었다. Mo 하지층의 열처리 온도별 자기저항비는 열처리 전 상온에서 2.86% 이었고, $200^{\circ}C$ 열처리 때 2.91 %로 증가하였다. 이후 열처리 온도를 $300^{\circ}C$까지 증가시키면 자기저항비는 2.91 %에서 2.16%로 감소하였다. 질소 유입량이 1 sccm인 MoN의 열처리 온도별 자기저항비는 열처리 전 상온에서 5.27%, $200^{\circ}C$일때 5.56%증가하였다. 이후 열처리 온도를 $300^{\circ}C$까지 증가시키면 자기저항비는 5.56%에서 4.9%로 감소하였다. In this paper, the magnetic properties and the annealing behavior of spin valve structures with Mo(MoN) underlayers were studied for various underlayer thickness. The spin valve structure was Si substrate/Mo(MoN)$(t{\AA})/NiFe(21{\AA})/CoFe(28{\AA})/Cu(22{\AA})/CoFe(18{\AA})/IrMn(65{\AA})/Ta(25 {\AA})$. Mo and MoN films were deposited on Si substrates and their thermal annealing behavior was analyzed. The deposition rate of the MoN thin film was decreased and tile resistivity of the MoN thin films were increased as the $N_2$ gas flow was increased. The variations of MR ratio and magnetic exchange coupling field of spin valve structure were smaller with MoN underlayers than that with Mo underlayers up to thickness of $51{\AA}$. MR ratio of spin valves with Mo underlayers was 2.86% at room temperature and increased up to 2.91 % after annealing at $200^{\circ}C$. Upon annealing at $300^{\circ}C$, the MR ratio decreased about 2.16%. The MR ratio of spin valves structure with MoN underlayers for $N_2$ gas flow 1 sccm was 5.27% at room temperature and increased up to 5.56% after annealing at $200^{\circ}C$. Upon annealing at $300^{\circ}C$, the MR ratio decreased about 4.9%.

Pd/Co/Pd 구조에서 강자성층 두께에 따른 전자기적 특성 변화

이상호,강범승,홍종일 한국자기학회 2021 한국자기학회 학술연구발표회 논문개요집 Vol.31 No.2

자기저항메모리(magnetoresistive random-access memory, MRAM)는 쓰기 속도가 빠르고, 전력 소모는 적은 특징이 있어 차세대 메모리로써 많은 주목을 받고 있다. 한편, 지속되는 스케일에 부합하기 위하여 MRAM 셀의 집적도는 더욱 증가해야만 한다. 셀의 집적도가 증가할수록 강자성체의 열적 안정성이 감소하고, 이에 따라 소자가 오작동할 확률이 높아진다. 따라서, MRAM 셀의 열 안정성 확보를 위하여 자기이방성에너지를 증가시키는 구조 또는 물질에 대한 연구가 주목받고 있다. Pd/Co/Pd 박막은 계면에서 병진 대칭성(translational symmetry)이 깨져있고 d-밴드와 p-밴드의 혼성화로 상당히 큰 수직자기이방성에너지를 가지고 있어 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 Pd/Co/Pd 박막에서 Co 강자성층을 쐐기(wedge) 모양으로 증착하여 강자성층의 두께에 따른 전기적 특성 및 자기적 특성을 홀(Hall) 소자와 진동시료형자력계(vibrating sample magnetometer, VSM)를 사용하여 분석하였다. 자성층의 두께가 증가할수록 자기모멘트는 증가하는데 이에 반하여 비정상 홀 효과의 크기는 감소하는 경향을 보였다. 강자성층의 두께를 감소시키면 음극성(negative polarity)의 비정상 홀 효과에 기여하는 표면 산란(surface scattering)이 상대적으로 벌크 산란(bulk scattering)에 비해 큰 영향을 미치기 때문으로 생각한다. 이로 인해 Pd/Co/Pd 구조에서 강자성층의 두께가 0.35nm 이하에서는 음극성을 나타내고, 0.35nm 이상에서 극성이 반전되어 양극성(positive polarity)를 나타나게 된다. 비정상 홀 효과는 페르미 준위 근처의 전자들이 주로 수송에 기여하는 반면, 자기모멘트는 페르미 준위 아래 d-밴드와 p-밴드 혼성화 밴드의 전자들이 기여하여 나타난다. 본 발표에서는 Co 강자성층 두께에 따른 비정상 홀 효과의 변화에 관하여 논의한다.

Top형 스핀밸브구조에서 반강자성체 두께 변화에 따른 자기적 특성 연구

김상윤,고훈,최경호,이창우,김지원,조순철,Kim, Sang-Yoon,Ko, Hoon,Choi, Kyoung-Ho,Lee, Chang-Woo,Kim, Ji-Won,Jo, Soon-Chul 한국자기학회 2007 韓國磁氣學會誌 Vol.17 No.1

본 연구에서는 하지층으로 Mo을 사용한 스핀밸브구조에서 반강자성체 IrMn의 두께 변화에 따른 자기적 특성을 연구하였다. 사용된 스핀밸브는 Si기판/$SiO_2/Mo(17\;{\AA})NiFe(21\;{\AA})/CoFe(28\;{\AA})/Cu(22\;{\AA})/CoFe(18\;{\AA})/IrMn(t\;{\AA})/Ta(25\;{\AA})$ 구조이다. Mo 박막의 비저항은 $600^{\circ}C$에서 $650^{\circ}C$ 열처리 후 급격히 증가하였다. 반강자성체인 IrMn의 두께 변화(130 ${\AA}$까지)에 따른 자기저항비와 교환결합력을 측정하였다. IrMn의 두께가 65 ${\AA}$ 일때 자기저항비와 교환결합력은 9.65%와 337.5 Oe로 최고값을 나타냈다. 그러나 두께를 더욱 증가시킨 97.5 ${\AA}$ 일때 자기저항비와 교환결합력은 8.2%와 285 Oe로 감소하였으며, IrMn의 두께가 130 ${\AA}$ 일때 자기저항비와 교환결합력은 더욱 감소한 7.65%와 257.5 Oe이었다. In this research, magnetic properties of spin valve structures using IrMn layers as antiferromagnetic were studied depending on the thickness of the pinned layer. The spin valve structure was Si substrate/$SiO_2(2,000\;{\AA})/Mo(17\;{\AA})NiFe(21\;{\AA})/CoFe(28\;{\AA})/Cu(22\;{\AA})/CoFe(18\;{\AA})/IrMn(t\;{\AA})/Ta(25\;{\AA})$. Also, Mo film was deposited on Si substrates and the thermal annealing effect was analyzed. The resistivity of the Mo film was increased as an annealing temperature was increased up to $600^{\circ}C$. The variations of MR ratio were related with magnetic exchange coupling field of the spin valve structures for various IrMn pinned layer thickness up to 130 ${\AA}$. MR ratio and $H_{ex}$ of spin valves was about 9.05% and 277.5 Oe when the thickness of the IrMn pinned layer was $32.5\;{\AA}(t=32.5\;{\AA})$. It was increased to 9.65% and 337.5 Oe for $t=65\;{\AA}$. For $t=97.5\;{\AA}$, the MR ratio and Hex decreased to 8.2% and 285 Oe, and further decrease was observed up to $t=130\;{\AA}$.

바이오센서용 거대자기저항-스핀밸브 박막이 등방성 자기저항 특성을 갖게 하는 후열처리 조건 연구

카지드마(P. Khajidmaa),박광준(Kwang-Jun Park),이상석(Sang-Suk Lee) 한국자기학회 2013 韓國磁氣學會誌 Vol.23 No.3

The magnetic easy axis of the ferromagnetic layer for the dual-type GMR-SV (giant magnetoresistance-spin valve) having NiFe/Cu/NiFe/IrMn/NiFe/Cu/NiFe multuilayer structure controlled by the post annealing treatment. The magnetoresistive curves of a dual-type IrMn based GMR-SV depending on the direction of the magnetic easy axis of the free and the pinned layers are measured by the different angles for the applied fields. By investigating the switching process of magnetization for an arbitrary measuring direction, the optimum annealing temperature having a steady and isotropy magnetic sensitivity of 2.0 %/Oe was 105 ℃. This result suggests that the in-plane orthogonal magnetization for the dual-type GMR-SV film can be used by a high sensitive biosensor.

학회활동

편집부(편집자) 한국자기학회 1992 韓國磁氣學會誌 Vol.2 No.1

ZrO₂ - Y₂O₃ (YSZ) 중간층이 저 자장영역에서의 LSMO 박막의 자기저항 특성에 미치는 영향

심인보(In-Bo Shim),오영제(Young-Jei Oh),최세영(Se-Young Choi) 한국자기학회 1999 韓國磁氣學會誌 Vol.9 No.6

Water-based sol-gel법으로 La_(2/3)Sr_(1/3)MnO₃(LSMO)/YSZ/SiO₂/Si(100) 다결정체 박막을 제조하여 YSZ 중간층 도입에 따른 상온, 120 Oe의 저 자장영역에서 측정한 tunnel-type 자기저항 변화에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 페롭스카이트 단일상을 갖는 미세한 LSMO 박막을 얻을 수 있었으며, YSZ 중간층을 도입하지 않은 박막의 자기저항 변화비는 최대 약 0.20 %이었으나, YSZ 중간층을 도입한 경우 자기저항비가 0.42 %로 증가하였다. 이러한 tunnel-type 자기저항의 증가 현상은 YSZ 중간층이 SiO₂/Si(100) 기판과 La_(2/3)Sr_(1/3)MnO₃ 자성박막 사이에서 확산 장벽층으로서의 역할을 수행하여 LSMO 박막의 미세구조 특성 향상 및 확산반응에 의하여 생성된 dead layer를 감소시켜 나타난 결과이다. La_(2/3)Sr_(1/3)MnO₃(LSMO)/YSZ/SiO₂/Si(100) polycrystalline thin films were fabricated by chelated sol-gel method The effect of YSZ buffer layer at low field (120 Oe) spin-polarized tunneling magnetotransport (TMR) properties of LSMO thin film was studied at room temperature. Single perovskite LSMO thin films was obtained. The maximum TMR ratio was increased from 0.2 to 0.42 % by the insertion of YSZ buffer. YSZ as diffusion barrier was attributed to the fine microstructure of LSMO thin films and the reduction of dead layer between LSMO and SiO₂/Si(100) interfaces.