Si(100) wafer와 SiO2/Si(100) 기판에 동시 스퍼터링법으로 증착된 NiFe 합금 박막의 상변화 및 자기적 특성 Phase transformation and magnetic properties of NiFe thin films on Si(100) wafer and SiO2/Si(100) substrate by co-sputtering원문보기
Si(100) wafer와 $SiO_2$/Si(100) 웨이퍼에 증착된 NiFe 합금 박막의 결정상과 자기적 특성을 비교하고자 동시 스퍼터링법을 이용하여 두 기판 위에 150 nm의 박막을 제조하여 그의 상변화와 자기적 특성을 XRD, FE-SEM, VSM으로 비교하였다. 두 기판 위에 증착된 NiFe 박막은 BCC상으로 증착되었으나 $400^{\circ}C$에서 2시간 열처리를 한 결과 BCC에서 FCC로의 상전이가 일어나는 것을 관찰 할 수 있었으며 Si(100) wafer위에 증착된 박막에서는 $500^{\circ}C$에서 열처리 후에도 BCC와 FCC가 혼재하여 나타나는 것을 알 수 있었다. $450^{\circ}C$에서 열처리 하였을 때 각형비가 가장 높았으며 포화자화는 0.0118 emu로 나타나고 있었다. $500^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 상전이로 인해 포화자화가 급격히 감소하는 것을 볼 수 있었다.
Si(100) wafer와 $SiO_2$/Si(100) 웨이퍼에 증착된 NiFe 합금 박막의 결정상과 자기적 특성을 비교하고자 동시 스퍼터링법을 이용하여 두 기판 위에 150 nm의 박막을 제조하여 그의 상변화와 자기적 특성을 XRD, FE-SEM, VSM으로 비교하였다. 두 기판 위에 증착된 NiFe 박막은 BCC상으로 증착되었으나 $400^{\circ}C$에서 2시간 열처리를 한 결과 BCC에서 FCC로의 상전이가 일어나는 것을 관찰 할 수 있었으며 Si(100) wafer위에 증착된 박막에서는 $500^{\circ}C$에서 열처리 후에도 BCC와 FCC가 혼재하여 나타나는 것을 알 수 있었다. $450^{\circ}C$에서 열처리 하였을 때 각형비가 가장 높았으며 포화자화는 0.0118 emu로 나타나고 있었다. $500^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 상전이로 인해 포화자화가 급격히 감소하는 것을 볼 수 있었다.
Ni-Fe alloys have various applications such as thin film inductor, thin film transformer, magnetic head's shield case, etc. Magnetic properties of Ni-Fe thin films depend on the process parameters such as thickness, contents, deposition rate, substrates, etc. In this study, NiFe films with a thickne...
Ni-Fe alloys have various applications such as thin film inductor, thin film transformer, magnetic head's shield case, etc. Magnetic properties of Ni-Fe thin films depend on the process parameters such as thickness, contents, deposition rate, substrates, etc. In this study, NiFe films with a thickness of about 150nm were deposited on Si(100) wafer and $SiO_2$/Si(100) substrate at room temperature by a DC magnetron co-sputtering using Fe and Ni targets. Their phase formation and magnetic properties as a function of annealing temperature were investigated with XRD, FE-SEM and VSM. The assputtered films have BCC structure. With increasing annealing temperature, NiFe thin film for $SiO_2$/Si(100) substrate transformed completely from BCC to FCC phase above $500^{\circ}C$, but some BCC phase remained above $500^{\circ}C$ on Si(100) wafer. For samples annealed at $450^{\circ}C$, squareness ratio of NiFe thin film shows peak value and its saturation magnetization is around 0.0118 emu, which means that the optimum annealing temperature of NiFe thin film seems to be $450^{\circ}C$. The saturation magnetization of films decreased rapidly above the annealing temperature of $500^{\circ}C$ due to phase transformation from BCC to FCC phase.
Ni-Fe alloys have various applications such as thin film inductor, thin film transformer, magnetic head's shield case, etc. Magnetic properties of Ni-Fe thin films depend on the process parameters such as thickness, contents, deposition rate, substrates, etc. In this study, NiFe films with a thickness of about 150nm were deposited on Si(100) wafer and $SiO_2$/Si(100) substrate at room temperature by a DC magnetron co-sputtering using Fe and Ni targets. Their phase formation and magnetic properties as a function of annealing temperature were investigated with XRD, FE-SEM and VSM. The assputtered films have BCC structure. With increasing annealing temperature, NiFe thin film for $SiO_2$/Si(100) substrate transformed completely from BCC to FCC phase above $500^{\circ}C$, but some BCC phase remained above $500^{\circ}C$ on Si(100) wafer. For samples annealed at $450^{\circ}C$, squareness ratio of NiFe thin film shows peak value and its saturation magnetization is around 0.0118 emu, which means that the optimum annealing temperature of NiFe thin film seems to be $450^{\circ}C$. The saturation magnetization of films decreased rapidly above the annealing temperature of $500^{\circ}C$ due to phase transformation from BCC to FCC phase.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 Ni50Fe50 박막의 결정상 형성 및 자기적 특성에 대한 기판 및 열처리 온도의 영향을 조사하기 위해 Si(100) 웨이퍼와 SiO2/Si(100) 기판의 2종류의 기판 위에 동시 Sputtering법을 사용하여 NiFe 박막을 증착하고, 열처리 온도에 따른 상변화 및 자기적 특성을 비교 분석하였다.
제안 방법
NiFe박막 형성에 대한 기판의 영향을 조사하기 위해 Si(100) 웨이퍼와 SiO2/Si(100)의 2종류의 기판위에 cosputtering법으로 NiFe 박막을 Fe와 Ni Target을 가지고 증착하였다. 증착 직후(as-sputtered)에 준안정상인 BCC 구조의 NiFe 박막은 열처리 온도가 400℃ 이상으로 증가되면 안정상인 FCC로의 상전이가 XRD 패턴에서 관찰되었으며, 또한, 자기히스테리시스 측정을 통하여 경자성체에서 연자성체로의 변화도 관찰되었다.
증착 후 챔버에서 5 × 10−6torr의 진공을 유지하여 300~500℃에서 2시간 동안 열처리하여 상 분석 및 미세구조 관찰하기 위하여 XRD(PANalytical, X’pert Pro)와 FE-SEM을 사용하였으며, 진동자력계(LakeShore, Model 7307)를 사용하여 자기적 특성을 비교하였다.
대상 데이터
999 %)를 30 sccm으로 주입하여 5 mtorr에서 Ni 타겟의 출력은 50 W로 Fe 타겟의 출력을 150 W로 증착하였으며, 이때 균일한 조성의 박막을 얻기 위하여 기판을 6 rpm의 속도로 회전하였다. 기판으로는 p-type의 Si(100) 웨이퍼와 열산화 된 SiO2/Si(100) 웨이퍼를 사용하였으며 기판은 아세톤, 에탄올, 증류수 순으로 각 10분씩 초음파 세척하여 사용하였고 증착된 상의 변화를 관찰하기 위해서 150 nm의 두께로 증착하였다. 증착 후 챔버에서 5 × 10−6torr의 진공을 유지하여 300~500℃에서 2시간 동안 열처리하여 상 분석 및 미세구조 관찰하기 위하여 XRD(PANalytical, X’pert Pro)와 FE-SEM을 사용하였으며, 진동자력계(LakeShore, Model 7307)를 사용하여 자기적 특성을 비교하였다.
동시 스퍼터링 법으로 10 × 10 mm의 NiFe 박막을 증착하기 위해 직경 4 inch의 Fe(99.95 %)와 Ni(99.99 %)을 타겟으로 사용하고 Fig. 1과 같이 RF-DC 마그네트론 스터터링 시스템(KOREA VACUUM TECH., LTD)의 두 개의 DC 마그네트 스퍼터건을 사용하여 동시 증착하였다.
성능/효과
5에 각각 나타내었다. 두 기판에 모두 증착된 박막에서는 경자성체의 자기이력곡선이 나타나고 있었지만 열처리 온도가 450℃까지 증가함에 따라 연자성체의 자기이력곡선으로 변화 하는 것을 볼 수 있었고 큐리 온도인 500℃에서 열처리 한 경우에는 다시 경자성체의 자기이력곡선으로 변화하는 것을 볼 수 있었다.
/Si(100)의 2종류의 기판위에 cosputtering법으로 NiFe 박막을 Fe와 Ni Target을 가지고 증착하였다. 증착 직후(as-sputtered)에 준안정상인 BCC 구조의 NiFe 박막은 열처리 온도가 400℃ 이상으로 증가되면 안정상인 FCC로의 상전이가 XRD 패턴에서 관찰되었으며, 또한, 자기히스테리시스 측정을 통하여 경자성체에서 연자성체로의 변화도 관찰되었다. 포화자화(Ms)는 증착 직후에는 SiO2/Si(100) 기판이 Si(100) 웨이퍼에 비하여 높으나, 열처리 온도가 증가함에 따라 Si(100) 웨이퍼 상의 NiFe박막이 SiO2/Si(100) 기판에 비하여 높은 포화자화 값을 보이고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열처리 온도에 따른 포화 자화 값의 변화로 Si(100) wafer에 증착한 경우 열처리 온도가 400℃까지는 포화 자화 값이 증가하고 있으나 450℃ 이상에서는 감소하는 경향을 보이는 이유는?
7은 열처리 온도에 따른 포화 자화 값의 변화로 Si(100) wafer에 증착한 경우 열처리 온도가 400℃까지는 포화 자화 값이 증가하고 있으나 450℃ 이상에서는 감소하는 경향을 보이고 있었다. 열처리 온도 450℃에서는 BCC 구조에서 FCC 구조로의 상전이로 인한 보어자자(Bohr magneton)의 감소에 의한 영향으로 사료되어지며[8] 큐리 온도인 500℃에서 열처리한 경우의 경자성체로 돌아가며 포화 자화 값이 떨어지고 있었다.
NiFe 합금은 어떤 구조를 가지는가?
NiFe 합금은 Ni과 Fe의 함량에 따라 BCC와 FCC 구조를 가지며, Ni 함량이 증가하면 BCC구조에서 FCC구조로의 상변화가 나타난다. NiFe 박막의 경우에는 BCC와 FCC의 상변화가 일어나는 조성의 범위가 기판의 종류에 따라 변화된다는 많은 보고가 있다.
NiFe계 합금은 어떤 특징을 가진 재료인가?
NiFe계 합금은 높은 투자율 및 낮은 보자력을 가지는 대표적인 연자성 재료로써, 가공성이 우수하여 오래전부터 많은 연구가 이루어져 왔으며, 특히, 전자기적 특성 및 미세구조의 향상을 위해 다양한 조성 및 공정연구가 있었다[1]. NiFe계 합금은 이러한 우수한 자기적 특성 및 가공성을 바탕으로 자기 헤드, 스위치 전원, 자기 메모리 소자, MEMS 등과 같은 여러 다양한 분야에서 응용이 되어 지고 있다[2, 3].
참고문헌 (8)
E.E. Shalyguina, M.A. Mukasheva, N.M. Abrosimova, L. Kozlovskii, E. Tamanis and A.N. Shalygin, "The influence of annealing on magnetic and magneto-optical properties of iron and nickel films", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 300 (2006) 367.
J.-K. Kim, H.-W. Joo, K.-A. Lee, D.-G. Hwang and S.-S. Lee, "Exchange biasing and magnetoresistance in $\alpha$ -Fe2O3/NiFe/Cu/NiFe spin-valves", Journal of The Korean Magnetics Society 10(1) (2000) 37.
G. Dumpich, E.F. Wassermann, V. Manns, W. Keune, S. Murayama and Y. Miyako, "Structural and magnetic properties of $Ni_{x}Fe_{1-x}$ evaporated thin films", J. Magn. Magn. Mater. 67 (1987) 55.
J. Yang, A. Barna, K. Makihara, M. Hashimoto and P.B. Barna, "Growth structure and properties of Fe rich Fe- Ni alloy films deposited on MgO(001) by dc-biased plasma sputtering", Thin Solid Films 347 (1999) 85.
R. Zhou, J Yang, Y Amatatsu and M Hashimoto, "The initial growth structure of $Ni_{1-x}Fe_{x}$ (x 0.6-0.8) dcbiased plasma-sputter-deposited on Ni/MgO(001) and on Fe/MgO(001)", Applied Surface Science 169-170 (2001) 396.
J. Crangle and G.C. Hallam, "The magnetization of face-centered cubic and body-centered cubic ironnickel alloys", Proc. Roy. Soc. (London) A 272 (1963) 119.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.