[논문](100) MgO 기판에 성장한 CoFe2O4 박막의 물리적 및 자기적 특성에 관한 연구

이재광; 채광표; 이영배

doi:10.4283/jkms.2006.16.2.140

(100) MgO 기판에 성장한 CoFe2O4 박막의 물리적 및 자기적 특성에 관한 연구
CoFe2O4 Films Grown on (100) MgO Substrates by a rf Magnetron Sputtering Method 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.16 no.2, 2006년, pp.140 - 143

이재광 (건국대학교, 광전자물리학과) , 채광표 (건국대학교, 광전자물리학과) , 이영배 (한중대학교, 물리학과)

초록
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단결정 상태의 $CoFe_2O_4$ 박막을 rf magnetron sputtering 증착법을 이용하여 (100) MgO 기판 위에 성장시켰다. X선 회절기, Rutherford back-scattering 분석기와 고감도 주사전자현미경을 이용하여 측정한 결과 증착된 박막이 기판과 잘 정렬되어 성장한 것을 확인할 수 있었다. $600^{\circ}C$의 기판 온도에서 성장한 페라이트 박막은 약 200nm크기의 사각형 형태로 규칙적으로 분포되어 있음이 관찰되었다. 그러나 $700^{\circ}C$의 기판 온도에서 성장한 박막은 불규칙한 모양으로 이루어져 있었으며 30nm에서 150nm에 이르는 다양한 입자 크기를 보이고 있었다. 섭동자화기를 이용한 자기이력곡선 측정 결과 성장한 박막의 자화용이축이 기판과 수직하게 배열하는 것을 알 수 있었다. 또한 MgO 기판과 성장 박막과의 격자상수 차이로 인하여 기판과 수직한 방향의 보자력은 매우 큰 값을 나타내었다. 즉 평행한 방향의 보자력은 283 Oe이고 수직한 방향의 보자력은 6800 Oe였다. $700^{\circ}C$의 기판 온도에 서 성장한 페라이트 박막은 $600^{\circ}C$의 기판 온도에서 성장한 박막의 보자력 및 포화자화 값과 유사한 값을 보였으나 각형비는 급격하게 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Single crystalline $CoFe_2O_4$ thin films on (100) MgO substrates were fabricated using a rf magnetron sputtering method. The deposited films were investigated for their crystallization by X-ray diffraction, Rutherford back-scattering spectroscopy and field emission scanning electron microscopy. When a cobalt ferrite film was deposited at the substrate temperature of $600^{\circ}C$, squared grains of about 200 nm were uniformly distributed in the film. However, the grains became irregular and their sizes also varied from 30 to 150 nm when the substrate temperature was $700^{\circ}C$. Hysteresis loops of a film deposited at $600^{\circ}C$ showed that the magnetically easy axis of the film was perpendicular to the substrate surface. Except for the squareness ratio, magnetic properties of the cobalt ferrite films grown by the present rf sputtering method were as good as those of the films prepared by a laser ablation method: The in-plane and perpendicular coercivities were 283 and 6800 Oe, respectively. As the thickness of the deposited film increased twice, the saturation magnetization became double but the coercivity remained unchanged. However, deposition of the Co ferrite films with a higher rf powder decreased the squareness ratio and the perpendicular coercivity of the films.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 rf magnetron sputtering 방법을 이용하여 (100) MgO 기판 위에 기판 온도 400~70UC에서 Co 페라이트 박막을 성장시키고자 하였다. 성장시킨 박막을고분해 X.

제안 방법

600。(2에서 성장한 박막의 결정 상태를 정확하게 알아보기 위하여 RBS를 이용한 channeling 실험을 2 MeV의 He"를사용하여 수행하였으며 그 결과는 Fig. 2와 같다. Channeling count 650과 750 사이에서 나타나는 peake Co 페라이트에 포함된 Co와 Fe 이온에 의한 것으로 시편을 돌려서 측정하였을 때 spectrum의 크기가 60% 정도 감소하였다.
Co 페라이트 박막을 (100) 면의 MgO 기판에 rf magnetron sputtering법을 이용하여 성장시키고 XRD, RBS 및 FESEM 등을 이용하여 박막의 특성을 조사하였다. 그 결과 60(TC의 기판 온도에서 120W의 rf power를 이용하여 성장시킨 박막은 기판과 같은 방향으로 잘 성장한 것을 확인할 수 있었다.
RF magnetron sputtering 방법을 이용하여 MgO 기판에 다양한 성장 조건에서 Co 페라이트 박막을 성장시켰다. 실험을 위하여 사용한 Co 페라이트 targete 직접 제작하였으며, 증착을 위하여 초기 압력을 3X1(尸5 Torr 이하의 진공 상태로 유지한 후 산소와 Ar의 비를 1 : 7로 한 혼합가스를 일정한 속도로 주입하여 chamber 내부 압력을 7 mTorr로 유지하였다.
박막의 표면상태, 성분, 결정화 정도를 조사하기 위하여 FESEM, RBS, 전자 주사 현미경 (Hitachi 3000)게 부착된 성분분석기와 고감도 X선 회절기 등을 이용하였다. 또한 박막의 자기적 특성은 실온에서 섭동 자화 측정기(Lake Shore 7404)를 이용하目 측정하였으며 최대 1.5 T의 자장을 박막 표면에 수직한 방향과 평행한 방향으로 각각 인가하면서 측정하였다.
박막의 두께는 기판 온도와는 무관하게 2시간 증착한 경우 200~220 nm였다. 박막의 표면상태, 성분, 결정화 정도를 조사하기 위하여 FESEM, RBS, 전자 주사 현미경 (Hitachi 3000)게 부착된 성분분석기와 고감도 X선 회절기 등을 이용하였다. 또한 박막의 자기적 특성은 실온에서 섭동 자화 측정기(Lake Shore 7404)를 이용하目 측정하였으며 최대 1.
성장시킨 박막을고분해 X.선 회절기, Rutherford 역산란 분석기(RBS), 고감도 주사전자현미경 (FESEM) 및 섭동자화기 (VSM瀆 이용하여 분석하였으며 박막의 구조, 성분, 결정상태, 표면모양 및 자기적 특성 등에 대하여 연구하였다.
실험을 위하여 사용한 Co 페라이트 targete 직접 제작하였으며, 증착을 위하여 초기 압력을 3X1(尸5 Torr 이하의 진공 상태로 유지한 후 산소와 Ar의 비를 1 : 7로 한 혼합가스를 일정한 속도로 주입하여 chamber 내부 압력을 7 mTorr로 유지하였다. 시료와 target의 거리는 약 7 cm였으며 증착 시 120 W 의 rf power를 사용하였다.
한편 성장된 박막에서의 입자 크기와 모양, 표면 거칠기를 알아보기 위하여 FESEM을 이용하여 박막의 표면을 관찰하였다. 기판 온도가 400℃ 이하인 경우에는 증착된 모든 박막에서 결정화가 일어나지 않아 특정한 형태의 결정상태는 관찰할 수 없었다.

성능/효과

X선 회절분석 결과 MgO 기판에 CoFe2O₄ 박막을 성장시키기 위해서는 금속박막을 성장시킬 때와는 다르게 기판 온도를 400℃ 이상으로 유지하는 것이 우선적으로 필요함을 알 수 있었다. Fig.
이러한 결과는 성장박막이 기판의 결정 방향과 같은 방향으로 좋은 결정성을 가지면서 성장한 경우에 관측되는 결과이다. 고분해 XRD를 이용하여 측정한 박막의 두께는 205 nm였으며 격자 상수가 bulk 시편에 비해 0.5 % 정도 감소한 것을 알 수 있었다.
이용하여 박막의 특성을 조사하였다. 그 결과 60(TC의 기판 온도에서 120W의 rf power를 이용하여 성장시킨 박막은 기판과 같은 방향으로 잘 성장한 것을 확인할 수 있었다. 이때 2시간에 걸쳐서 성장한 박막의 두께는 약 200 nm였다.
이러한 감소는 MgO 기판에 성장한 Co 페라이트 박막이 기판의 결정 방향으로 좋은 결정성을 가지고 성장한 경우에 관측할 수 있는 결과이다. 또한 RUMP 프로그램을 이용하여 측정한 박막의 두께도 XRD를 이용하여 측정한 결과와 일치하는 것을 알 수 있었다.
이때 2시간에 걸쳐서 성장한 박막의 두께는 약 200 nm였다. 또한 성장된 박막의 자기적 특성은 각형비를 제외하고는 laserg- 이용하여 증착한 박막의 특성과 유사하였으며 박막 표면에 수직한 방향의 보자력은 6800 Oe이고 수평한 방향의 보자력은 280 Oe였다. 이와 같은 자기적 특성은 rf power의 세기와 기판의 온도에 따라 민감하게 변하였다.
3의 FESEM 관찰 결과에서도 알 수 있듯이 70CTC에서는 일부 페라이트 입자가 박막의 방향과 무관하게 무질서 하게 성장하였기 때문이다. 보자력과 각형 비는 박막의 증착속도에 따라 민감하게 변하였으나 박막의 두께가 300 nm 이하일 경우에는 큰 변화가 없음을 알 수 있었다. 또한 박막을 2시간 증착한 경우나 4시간 증착한 경우에도 증착 시간의 증가에 따른 포화자화 값의 증가를 제외하고는 큰 변화를 감지하지 못하였다.
이것은 박막의 자화용이축이 기판의 표면과 수직한 방향으로 배열하였기 때문이며 이때 큰 보자력이 얻어지는 것은 MgO 기판과 Co 페라이트 간의 작은 격자상수 차가 Co 페라이트에 자기변형 (magnetostriction)을 유도하였기 때문이다. 비록 Fig. 4의 자기이력곡선이 laser를 이용한 증착법이나 MBE로 성장시킨 박막의 자기이력곡선에 비해 낮은 각형비 (squareness ratio)를 나타내지만 본 연구에서 얻은 박막의 자화 용이 축이 박막에 수직하게 배열하면서 높은 旦자력을 나타내는 것은 rf sputtering 방법을 이용해서도 양질의 Co 페라이트 박막을 성장시키는 것이 가-능함을 보여준다. 70(TC의 기판 온도에서 성장시킨 박막에서는 수직한 방향의 보자력이 4725 Oe이고 수평한 방향의 보자력이 770 Oe였다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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