학회활동

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

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

Fe68.5Co5M₃Cu₁Si13.5B9(M=Nb, Mo, Mn, Cr)계 초미세결정립합금의 결정립 크기에 다른 자기적 특성의 변화

조용수(Y. S. Cho),김택기(T. K. Kim) 한국자기학회 1991 韓國磁氣學會誌 Vol.1 No.1

초급냉법중 단롤법으로 제작한 비정질 Fe_(68.5)Co_5M₃Cu₁Si_(13.5)B_9(M=Nb, Mo, Mn, Cr)계 합금을 결정화온도 이상의 온도에서 열처리하여 결정화 시킨 후, 결정립 크기에 따른 항자력, 투자율 및 교류자기이력손실을 조사하였다. Fe_(68.5)Co_5M₃Cu₁Si_(13.5)B_9(M=Nb, Mo, Mn, Cr)합금중 M=Mo, Nb조성에서 초미세결정립이 형성되며 약 10 ㎚의 결정립 크기에서 가장 우수한 연자기적 특성을 나타낸다. 그러나 결정립의 크기가 10 ㎚보다 작거나 15 ㎚이상 커지면 연자기 특성이 열화된다. 결정립크기가 10㎚이하에서 연자기특성이 열화되는 것은 결정화 초기 결정립계에 존재하는 것으로 판단되는 Fe rich 비정질상에 의한 것으로 고찰된다. Amorphous Fe_(68.5)Co_5M₃Cu₁Si_(13.5)B_9(M=Nb, Mo, Mn, Cr) alloys were prepared by using rapidly quenching techinque and were annealed above their crystallization temperatures. Coercive force, initial permeability and AC power loss of the annealed Fe_(68.5)Co_5M₃Cu₁Si_(13.5)B_9(M=Nb, Mo, Mn, Cr) alloys have been studied systematically. Nanocrystallines are formed in the annealed alloys which include Mo and Nb. Remarkably improved soft magnetic properties are obtained in the alloys whose average grain size is around 10㎚. However, soft magnetic properties of the alloys are degraded when grain size is less than 10㎚ or larger than 15㎚. It is considered that the degradation of soft magnetic properties in the alloys whose average grain size is less than 10 ㎚ is due to the Fe-rich amorphous phase retained at grain boundary during the initial crystallization process.

이중구조 거대자기저항-스핀밸브 박막의 자기등방성 영역분포에 관한 연구

카지드마(Purevdorj Khajidmaa),이상석(Sang-Suk Lee) 한국자기학회 2013 韓國磁氣學會誌 Vol.23 No.6

The regional distribution of magnetic isotropy depending on the post annealing condition for the dual-type structure GMR-SV (giant magnetoresistance-spin valve) of NiFe/Cu/NiFe/IrMn/NiFe/Cu/NiFe multilayer was investigated. The rotation of in-plane ferromagnetic layer induced by controlment of the post annealing temperature inside of the vacuum chamber. The magnetoresistive curves of a dual-type IrMn based GMR-SV depending on the direction of the magnetization easy axis of the free layer and the pinned layer are measured by between 0˚ and 360˚ angles for the applied fields. The optimum annealing temperature having a steady and isotropy magnetic sensitivity of 1.52 %/Oe was 107℃ in the rotational section of 0~90˚. By investigating the switching process of magnetization for an arbitrary measuring direction, the in-plane orthogonal magnetization for the dual-type GMR-SV multilayer can be used by a high sensitive biosensor for detection of magnetized micro-beads.

NiFe / Co / Cu / Co 스핀밸브 자기저항 메모리 셀에서 형상자기이방성이 메모리 특성에 미치는 영향

김형준(Hyeong-Jun Kim),조권구(Kwon-Ku Cho),주승기(Seung-Ki Joo) 한국자기학회 1999 韓國磁氣學會誌 Vol.9 No.6

보자력의 차이를 나타내는 NiFe(60Å)/Co(5Å), Co(30Å) 두 자성층으로 구성된 NiFe(60Å)/Co(5Å)/Cu(40~60Å)/Co(30Å) 스핀밸브 박막을 일반적인 사진식각 공정을 사용하여 ㎛ 크기의 자기저항 메모리 셀로 패턴하고, 형상자기이방성이 자기저항 메모리 셀의 스위칭 특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 자기저항 메모리 셀의 출력 및 스위칭 특성은 셀의 크기에 따라 1 ㎃의 일정한 전류와 30 Oe 이내의 스위칭 자장에서 수 ~ 수십 ㎷의 출력 전압을 나타내었다. 특히, NiFe/Co/Cu/Co 스핀밸브 박막의 증착시 기판에 의해 유도된 결정성에 의한 일축자기이방성과 스핀밸브 박막을 직사각형 형태의 셀로 패턴할 때 부가되는 형상자기이방성의 크기 및 방향을 적절히 조절함으로써, 메모리 셀을 구성하는 NiFe/Co 층의 스위칭 자장을 약 1/3로 감소시킬 수 있었으며, 이는 자기저항 메모리 셀의 크기가 서브마이크론 범위로 감소될 때 발생하는 스위칭 자장의 증가 문제를 해결하는 데 도움이 될 것으로 사료된다. NiFe(60 Å)/Co(5 Å)/Cu(60 Å)/Co(30 Å) spin valve thin films were patterned into magnetoresistive random access memory (MRAM) cells by a conventional optical lithography process and their output and switching properties were characterized with respect to the cell size and geometry. When 1 ㎃ of constant sense current was applied to the cells, a few or a few tens of ㎷ of output voltage was measured within about 30 Oe of external magnetic field, which is an adequate output property for the commercializing of competitive MRAM devices. In order to resolve the problem of increase in the switching thresholds of magnetic layers with the downsizing of MRAM cells, a new approach using the controlled shape anisotropy was suggested and interpreted by a simple calculation of anisotropy energies of magnetic layers consisting of the cells. This concept gave a reduced switching threshold in NiFe(60 Å)/Co(5 Å) layer consisting of the patterned cells from about 15 Oe to 5 Oe and it was thought that this concept would be much helpful for the realization of competitive MRAM devices.

MEMS 공정에 의한 LC-공진기형 자기센서의 제작과 응용

김봉수,김용석,황명주,이희복,Kim, Bong-Soo,Kim, Yong-Seok,Hwang, Myung-Joo,Lee, Hee-Bok 한국자기학회 2007 韓國磁氣學會誌 Vol.17 No.3

MEMS 공정기법을 적용하여 새로운 형태의 LC 공진기형 자기센서를 제작하였다. 이 마이크로 LC 공진기는 솔레노이드형 마이크로인덕터에 연자성 마이크로와이어를 코어로 삽입하고 여기에 콘덴서를 병렬로 연결하여 구성하였다. 코어 자성 물질은 melt spinning 법으로 제조한 유리가 코팅된 $Co_{83.2}B_{3.3}Si_{5.9}Mn_{7.6}$ 마이크로와이어이다. 코어물질의 연자성을 개선하기 위하여 $150^{\circ}C$, $200^{\circ}C,\;250^{\circ}C,\;300^{\circ}C$ 등 여러 온도에서 1시간씩 진공 열처리하였다. MEMS 공정으로 제작된 솔레노이형 마이크로인덕터는 길이가 $500{\sim}1,000{\mu}m$ 이며 감은수는 $10{\sim}20$회이다. 외부자기장에 따른 본 마이크로인덕터의 최대 인덕턴스 변화율은 370%이었다. 초연자성 마이크로와이어의 투자율이 외부자기장에 따라 급격히 변하기 때문에 인덕턴스변화율이나 LC 공진기의 자기임피던스 변화율(MIR)이 급속하게 변한다. 최대감도를 얻기 위해서 MIR 곡선은 정교하게 조절할 수 있다. 마이크로인덕터와 멀티바이브 레어터 회로로 구성된 원형 자기센서소자를 제작하여 시험동작을 하는데 성공하였다. A new class of LC-resonator for micro magnetic sensor device was invented and fabricated by means of MEMS technique. The micro LC-resonator consists of a solenoidal micro-inductor with a bundle of soft magnetic microwire cores and a capacitor connected in parallel to the micro-inductor. The core magnetic material is a tiny glass coated $Co_{83.2}B_{3.3}Si_{5.9}Mn_{7.6}$ microwire fabricated by a glasscoated melt spinning technique. The core materials were annealed at various temperatures $150^{\circ}C,\;200^{\circ}C\;,250^{\circ}C\;,$ and $300^{\circ}C$ for 1 hour in a vacuum to improve soft magnetic properties. The solenoidal micro-inductors fabricated by MEMS technique were $500{\sim}1,000{\mu}m$ in length with $10{\sim}20$ turns. The changes of inductance as a function of external magnetic field in micro-inductors with properly annealed microwire cores were varied as much as 370%. Since the permeability of ultra soft magnetic microwire is changing rapidly as a function of external magnetic field. The inductance ratio as well as magnetoimpedance ratio (MIR) in a LC-resonator was varied drastically as a function of external magnetic field. The MIR curves can be tuned very precisely to obtain maximum sensitivity. A prototype magnetic sensor device consisting of the developed microinductors with a multivibrator circuit was test successfully.

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.

거대자기저항 재료

이성래(S. R. Lee) 한국자기학회 1995 韓國磁氣學會誌 Vol.5 No.3

GMR을 갖는 재료의 응용은 매우 광범위하며 크게 세 분야로 대별할 수 있다. 첫째는 자기 재생 헤드로서 2000년 초의 10 Gbits/in² 이상의 고밀도 자기기록 기술에서는 필수 불가결한 재료이다. 둘째는 다양한 분야에 응용될 고감도 자기센서 분야이며, 셋째는 집접화된 자기저항 메모리(MRAM) 분야이다. GMR재료를 사용한 자기센서 시제품은 이미 개발되었고 기존의 AMR재료인 퍼머로이에 비하여 3~20배 이상으로 신호준위가 크고 사용 온도 범위에서 선형성 및 열적안정성도 우수한 것으로 보고되고 있다. MRAM chip의 경우에는 16 Kbits 용량의 시제품이 발표되었고 Mbits 기억용량의 MRAM에 대한 연구가 진행중이다. GMR현상은 발견된지 고작 7년밖에 되지 않았으나 GMR자기센서는 microchip 형태로 이미 상업적으로 개발되었으며 자기디스크용 재생헤드에도 조만간 응용될 것으로 기대되는 등 매우 빠른 속도로 상용화 연구가 진행되고 있다.<br/> GMR 현상의 발견은 자성재료분야 연구 및 응용에 있어 새로운 전기를 마련하였으며 특히 자성과 이동현상이 연계된 분야로서 소위 “Magnetoelectronics”라는 새로운 미래기술의 장이 열리고 있음을 알리고 있다. 현재의 microelectronics 기술에서는 전자와 전자공공을 이용하는 기술이라면 magnetoelectronics 기술에서는 스핀 ↑ 및 스핀 ↓의 두 종류의 전자를 이용하게 된다. 자성체와 도체를 접목한 스핀 트랜지스터 또는 자성체와 반도체를 접목한 스핀-polarized FET(field effect transistor)등의 새로운 개념의 magnetoelectronics 소자의 창출이 기대되고 있다.<br/> 전반적으로 초보적인 연구 단계에 있는 GMR등의 자기이동(magneto-transport) 현상은 반도체 및 광학기술과의 접목을 통하여 소위 magneto-electronics, magneto-optics등의 다양한 새로운 기술 창출이 기대된다. 따라서 자기이동 현상의 기초 연구, 재료 측면의 연구 및 헤드, 센서, MRAM등의 응용기술연구가 국내에서 활발하게 이루어져 21세기 새로운 기술 창출이 기대되는 차세대 자성전자(magnetoelectronics)재료 응용에 대비하여야 할 것이다.

자기 저항 신호를 이용한 저주파수 와전류 센서 개발 연구

김동영,윤석수 한국자기학회 2021 한국자기학회 학술연구발표회 논문개요집 Vol.31 No.1

침투 깊이(skin depth)에 의존하는 와전류(eddy current) 신호는 금속의 결함 검출, 두께 측정, 전기 전도도측정 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 비파괴용 와전류 탐상 장치는 주로 코일이 사용되고 있다. 가스관과같이 투자율이 높고, 두께가 두꺼운 강자성 금속 재료의 결함 검사 및 두께 측정은 침투 깊이가 우수한 저주파수 자기장이 요구된다. 저주파수 특성이 열악한 코일을 대체하기 위하여 자기저항(magnetoresistance, MR) 기반의 와전류 탐상 장치의 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 자기저항(magnetoresistance, MR) 신호를 사용하여 SM20C 탄소강 강판의 와전류 신호를 측정하여 강판에 형성된 결함 및 두께 측정 성능을 분석하였다. 먼저, 코일과 자기 저항 신호를 사용하여 결함에 의해 유도된 와전류 신호를 측정하였다. 와전류 신호는 코일과 자기 저항 모두에서 결함의 깊이에 따라 증가하는 경향을 보였으나, 저주파수 결함 검출 성능은 코일보다 자기저항 신호가 매우 우수하였다. 한편, 자기저항 신호를 이용하여 저주파수에서 측정한 와전류 신호의위상은 강판의 두께에 따라 선형적으로 증가하는 특성을 보였으며. 이는 강판의 두께 측정에 위상 변화가 유용하게 사용될 수 있다. 이렇듯 저주파수 특성이 우수한 자기 저항 신호는 강판 내부에 형성된 결함 검출 및 두께측정을 위한 비파괴 검사용 와전류 센서로의 활용이 기대된다.