비정질 [CoSiB/Pt] 다층 박막의 수직 자기 이방성 및 홀 효과 개선을 위한 CoSiB의 두께와 열처리 온도 최적화 = Optimization of CoSiB Thickness and Annealing Temperature for Enhanced Perpendicular Magnetic Anisotropy and Hall Effect in Amorphous [CoSiB/Pt] Multilayer Thin Films

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 비정질 강자성체 CoSiB/Pt 다층 박막의 Co75Si15B10 두께와 열처리(annealing) 온도에 따른 수직자기이방성(Perpendicular Magnetic Anisotropy, PMA) 및 홀 효과(Hall Effect)를 분석하였다. [Ta 25 Å/Pt 25 Å/Co75Si15B10 tÅ/Pt 20Å] 다층 박막에서 Co75Si15B10 두께 t를 6~30Å로 변화시키면서 자기이력곡선(Hysteresis loop)과 출력 홀 전압(Output Hall Voltage)을 측정하였다. Co75Si15B10의 두께가 6~15 Å 일 때는 수직 자화가 관찰되었으나, 18 Å 이상의 두께에서는 PMA를 잃고 수평자기이방성을 보였다. 또한, [Ta 25 Å/Pt 25 Å/Co75Si15B10 12 Å/Pt 20 Å] 다층박막 샘플들을 각각 240~360 oC에서 1시간씩 열처리하면 포화자화와 출력 홀 전압이 상승하는 것을 확인하였다. 특히, 360 oC 열처리에서 1.78 mV의 최대 출력 홀 전압이 측정되었는데, 이는 열처리 하지 않은 샘플보다 약 2.3배 큰 수치이다. 이로써 CoSiB/Pt 다층 박막에서 비정질 강자성체 Co75Si15B10의 적절한 두께와 열처리 온도를 통해 CoSiB/Pt 다층박막의 내부 응력과 계면 상호작용을 최적화함으로써 수직자기이방성과 홀 효과를 제어하여 자기 센서에 적합한 구조를 설계할 수 있을 것으로 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study explores the effects of Co75Si15B10 thickness and annealing temperature on the Perpendicular Magnetic Anisotropy(PMA) and Hall Effect in amorphous CoSiB/Pt multilayer thin films. Co75Si15B10 thickness was varied from 6 Å to 30 Å in the [Ta25 Å/Pt 25 Å/Co75Si15B10 t Å/Pt 20 Å] structure, and hysteresis loops and output Hall voltage were measured. Perpendicular magnetization was observed for thicknesses between 6 Å and 15 Å, while Co75Si15B10 thicknesses above 18 Å transitioned to in-plane magnetic anisotropy, resulting in the loss of PMA. When the samples [Ta 25 Å/Pt 25 Å/Co75Si15B10 12 Å/Pt 20 Å] were annealed from 240 oC to 360 oC for one hour, both saturation magnetization and output Hall voltage increased. Notably, a peak Hall voltage of 1.78 mV was achieved at 360 oC, which represents approximately a 2.3 times increase compared to the non-annealed sample. These findings suggest that optimizing the internal stress and spin-orbit interactions in CoSiB/Pt multilayer thin films can effectively control both PMA and the Hall Effect. This optimization facilitates the design of structures that are suitable for advanced magnetic sensor applications.