[논문]전기도금법으로 제작한 CoPt 자성막의 자기상호작용과 자기적 성질

김현수; 이종덕; 정순영; 이창형; 서수정

doi:10.4283/jkms.2011.21.5.151

[국내논문] 전기도금법으로 제작한 CoPt 자성막의 자기상호작용과 자기적 성질
Magnetic Interaction and Magnetic Properties of Electrodeposited CoPt Magnetic Films with Different Thickness 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.21 no.5, 2011년, pp.151 - 156

김현수 (경상대학교 자연과학대학 물리학과 및 기초과학 연구소) , 이종덕 (경상대학교 자연과학대학 물리학과 및 기초과학 연구소) , 정순영 (경상대학교 자연과학대학 물리학과 및 기초과학 연구소) , 이창형 (성균관대학교 공과대학 신소재공학부) , 서수정 (성균관대학교 공과대학 신소재공학부)

초록
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전기도금법으로 제작한 CoPt 자성막의 두께가 자기상호작용과 자기적 성질에 미치는 영향을 잔류자기화 곡선과 자기이력 곡선을 측정 분석하여 규명하였다. CoPt 자성막의 두께가 증가함에 따라 수직 보자력과 포화자화가 증가하였으나 각형비는 급격히 감소하였다. 잔류자화 곡선의 분석결과로부터 모든 시료의 주된 자기상호작용 기구는 쌍극자 상호작용이며, 시료의 두께가 증가함에 따라 상호작용의 세기가 증가함을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The influence of thickness on magnetic interaction and magnetic properties in electrodeposited CoPt magnetic films was investigated from the analysis of the magnetic remanence curves and the magnetic hysteresis loops. As the thickness of the CoPt film is increased, the perpendicular coercivity and the saturation magnetization are increased but the squareness is considerably decreased. The analysis results of the magnetic remanence curves and the magnetic hysteresis loops exhibited that the dipolar interaction is the main interaction mechanism for all samples, but the strength of the dipolar interaction gradually increased with increasing sample thickness.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 수직 자기기록 매체로 응용 가능성이 큰 CoPt 자성막을 전기도금법으로 제작하여 두께에 따른 자기상호작용 기구와 세기 등을 규명하도록 한다.

제안 방법

CoPt 자성막을 제작하기 위해 Si(100)기판 위에 초기 진공도를 3 × 10−8 torr 이하로 충분히 배기시킨 후 직류 스퍼터링법으로 부착층(adhesion layer)은 5 nm 두께의 Ta으로, 씨층(seed layer)은 hcp 구조인 20 nm 두께의 Ru 막을 차례대로 성장시켰다.
DCD 곡선은 시료를 먼저 양(+)의 방향으로 완전히 포화시킨 후, 포화시킨 자기장과 반대방향의 일정 자기장을 인가한 다음 자기장을 0으로 줄인 상태에서 자기모멘트를 측정하되 음(−)의 방향으로 포화될 때까지 자기장을 일정하게 감소시키면서 반복적으로 측정하였다.
두께별 자기적 성질과 자기상호작용을 규명하기 위해 상온에서 수평·수직 자기이력곡선, minor loop 그리고 직류 자기소거 잔류자기(DC Demagnetization Remanence: DCD) 및 등온 잔류자기(Isothermal Remanence: IRM) 곡선을 측정하였다.
DCD 곡선은 시료를 먼저 양(+)의 방향으로 완전히 포화시킨 후, 포화시킨 자기장과 반대방향의 일정 자기장을 인가한 다음 자기장을 0으로 줄인 상태에서 자기모멘트를 측정하되 음(−)의 방향으로 포화될 때까지 자기장을 일정하게 감소시키면서 반복적으로 측정하였다. 또한 IRM 곡선은 처음 시료를 완전히 자기소거 시킨 후, 양의 방향으로 일정한 자기장을 인가한 다음 자기장을 0으로 줄인 상태에서 자기모멘트를 측정하되 양의 방향으로 포화될 때까지 자기장을 일정하게 증가시키면서 반복적으로 측정하였다.
시료 조성은 에너지분산형 현미경(EDS), 형상과 구조는 전계방사형 주사전자 현미경(FE-SEM) 및 X선 회절장치(XRD)로 조사하였으며, 자기적 성질은 시료진동형 자력계(VSM)를 사용하여 상온에서 측정하였다.

대상 데이터

시료의 조성을 확인하기 위해 행한 EDS 실험결과 모든 시료가 두께에 관계없이 Co와 Pt가 4:1의 비로 구성되어 있었다. 한편 I.
이렇게 제작한 하지층 위에 2전극 시스템 galvanostatic mode 하에서 전류밀도 10 mA/cm2, 온도 65 °C, pH 8.5로 유지시킨 상태에서 두께가 각각 10 nm, 14 nm, 18 nm, 22 nm인 4종류의 시료를 제작하였다.

이론/모형

Fig. 5는 상온에서 측정한 두께 10 nm인 시료에 대한 DCD 및 IRM 곡선을 나타낸 것으로, 자기상호작용의 세기 및 기구를 분석하는데 유용한 도구로 알려진 Corradi와 Wohlfarth[20]이 정의한 상호작용장 인자(interaction field factor: IFF), Henkel plot[21] 그리고 Kelly 등이 수정한 Wohlfarth 방정식[22]에 적용시켜 두께별 자기상호작용 기구와 세기 등을 분석하였다.

성능/효과

00 kOe으로 큰 폭으로 증가하였다. 그러나 두께가 증가함에 따라 보자력 증가율이 감소하는 경향을 보였으며, 최대 보자력을 보인 두께 22 nm 시료의 경우 약 2.15 kOe이었다. 이와 같은 현상은 초기에는 우수한 결정성을 보이다가 두께가 증가함에 따라 결정성이 오히려 나빠지고 낟알의 크기가 커져 다자구로 형성되기 때문이다[14, 18].
두께별 자기상호작용 기구를 이해하기 위해 상온에서 측정한 수직 자기이력곡선, DCD 및 IRM 곡선을 이용한 Henkel plot, 상호작용인자 IFF 및 ∆M 분석으로부터 얻은 결과는 모든 시료의 자기상호작용 기구는 쌍극자 상호작용이었다. 특히 두께가 두꺼운 시료일수록 쌍극자 상호작용의 세기가 더 증가했는데 그 원인은 두꺼운 시료일수록 부피율이 증가하여 자성낟알을 자기적으로 고립시키는 다공성이 감소하기 때문인 것으로 판단된다.
또한 상호작용의 세기를 의미하는 직선으로부터의 벗어난 정도는 시료의 두께가 두꺼울수록 증가하였으며, 이 결과는 앞의 IFF 결과와 동일한 경향을 보였다. 따라서 Fig. 6의 시료별 IFF 와 Fig. 7의 Henkel plot 결과로부터 모든 시료가 쌍극자 상호작용이 지배적이고 두께가 두꺼운 시료일수록 쌍극자 상호작용의 세기가 증가함을 알 수 있었다.
또한 두께가 두꺼울수록 ∆M 곡선의 면적 및 극값이 더 크다. 따라서 얇은 시료에 비해 상호작용이 증가하고 자기쌍극자 상호작용이 더 지배적인 기구임을 알 수 있으며, 이 결과는 IFF 값 및 Henkel plot 분석 결과와도 잘 일치한다. 이와 같이 시료의 두께가 증가할수록 쌍극자 상호작용이 더 강한 원인은, CoSm 자성박막에 대한 E.
상온에서 측정한 인가 자기장과 시료의 방향에 따른 자기이력곡선으로부터 시료의 두께에 무관하게 모든 시료가 수직 자기이방성을 나타냄을 확인할 수 있었다. Fig.
전기도금법으로 제작한 시료 CoPt 모두가 두께에 관계없이 수직 자기이방성을 보였다. 두께 증가에 따른 포화자화의 증가는 채우기 비율의 증가 때문이며, 각형비 감소와 보자력 증가현상은 낟알 크기의 증가에 따른 다자구 형성 및 결정성 향상이 주된 원인인 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전기도금법으로 성장시킨 합금 자성막 중 수직 자기기록 매체로서의 가능성이 높은 합금은 무엇이 있는가?	전기도금법으로 성장시킨 합금 자성막 중 수직 자기기록 매체로서의 가능성이 큰 합금으로는 CoPt(P)[2, 3]와 FePt[4, 5]등이 있는데, 이들 중 성장조건에 따라 면심 정방구조(fct: face centered tetragonal)를 갖는 CoPt의 경우는 기존의 Co계 합금에 비해 수직 자기이방성이 월등히 커 고밀도 수직 자기기록 매체로 이용 가능성이 높아 이에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.
	고밀도 자기기록 매체가 되기 위한 조건은?	고밀도 자기기록(High Density Magnetic Recording: HDMR) 매체가 되기 위해서는 보자력이 크고 자성입자 크기가 가능한 작아야 하지만, 기록된 정보의 열적 안정성이 확보되기 위해서는 KuV/kBT ≥ 60 조건을 만족해야 하므로 자기이방성 상수(Ku)와 자성입자의 물리적 부피(V)가 가능한 커야 한다[1]. 고밀도 자기기록 매체로 알려진 수직 자기이방성(Perpendicular Magnetic Anisotropy: PMA)을 갖는 다층박 막이나 광자기기록 매체는 주로 고진공 하에서 제작하므로 두께가 일정하고 균질성은 좋으나 제작단가가 높고 대량 생산이 어려운 단점이 있다.
	magnetic switching volume에 영향을 미치는 요인은?	일반적으로 결맞음(coherent) 회전을 하는 단자구 입자로 이루어진 자기기록 매체의 경우는 물리적 부피가 저장된 정보의 수명과 관련된 열적 안정성 및 기록밀도를 평가하는데 있어 중요한 물리량으로 작용하지만, 다자구(multidomain)로 형성된 다양한 크기의 낟알(grain)로 구성된 자기기록 매체는 물리적 부피가 아닌 자기역전부피(magnetic switching volume: V)가 이들에 영향을 끼치는 중요한 물리량으로 취급되고 있다. 이 자기역전부피는 시료의 물리적 부피와는 달리 자화역전 기구, 자기상호작용 세기 및 기구 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있다*. 특히 자기기록 매체의 여러 가지 성질 중 자기상호작용은 자기역전부피와 관련될 뿐만 아니라 정보의 신호 대 잡음비(S/N)를 평가하는 중요한 척도가 되는 것으로 알려져 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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