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제안 방법
- 크기의 TMR 소자를 제작하여 임피던스 스펙트럼을 측정하였다. MgO의 두께가 2 nm인 TMR 소자는 임피던스 분석기의 측정 범위인 10 Hz~10 MHz의 주파수 범위 내에서 완화 특성이 나타났으며, 이러한 완화 특성은 절연체 장벽에 의한 터널링 저항(RT)과 터널링 전기 용량(CT)을 갖는 축전기가 병렬로 연결된 등가회로를 사용하여 분석하였다. 측정된 임피던스 스펙트럼을 분석하여 교류 전압에 따른 터널링 저항(RT) 및 터널링 전기 용량(CT)을 도출하였다.
- 따라서 본 연구에서는 200% 이상의 높은 자기저항비를 갖는 MgO 기반의 TMR 소자를 제작하여 임피던스 분석기를 이용하여 임피던스 스펙트럼을 측정하였다. 임피던스 분석기의 측정 범위인 10 Hz~10 MHz의 주파수 범위 내에서 완화 특성이 뚜렷이 나타나는 MgO의 두께가 2 nm인 TMR 재료를 이용하였다.
- 본 연구에서는 200% 이상의 높은 자기저항비를 갖는 MgO 기반의 TMR 재료를 사용하여 3×3 μm2 크기의 TMR 소자를 제작하여 임피던스 스펙트럼을 측정하였다.
- 따라서, TMR 소자는 RT-CT가 병렬로 연결된 완화 현상이 포함되므로 주파수에 따른 자기저항비를 고려하여야 한다. 본 연구에서는 TMR 소자의 주파수에 따른 AP와 P 상태의 터널링 자기임피던스비(tunneling magneto-impedance ratio, TMI)를 다음과 같이 표현하였다.
- 의 크기로 제작하였다. 임피던스 스펙트럼은 HP4192A 임피던스 분석기를 이용하여 교류 전압의 진폭 V0을 0.1~0.6 V의 특정한 전압에서 고정한 후, 10 Hz~10 MHz의 주파수 범위에서 측정하였다.
- 제조된 TMR 재료는 1 kOe의 자기장에서 360 ℃의 온도에서 1시간 동안 진공 자기장 열처리(10−6 torr)를 하였으며, TMR 소자는 광 식각법을 사용하여 3×3 μm2의 크기로 제작하였다.
- 임피던스 분석기의 측정 범위인 10 Hz~10 MHz의 주파수 범위 내에서 완화 특성이 뚜렷이 나타나는 MgO의 두께가 2 nm인 TMR 재료를 이용하였다. 측정된 임피던스 스펙트럼으로부터 교류 전압에 따른 터널링 저항(RT) 및 터널링 전기 용량(CT)을 도출하였으며, 이들 결과를 활용하여 TMR 소자의 고속 동작 특성을 분석하였다.
- MgO의 두께가 2 nm인 TMR 소자는 임피던스 분석기의 측정 범위인 10 Hz~10 MHz의 주파수 범위 내에서 완화 특성이 나타났으며, 이러한 완화 특성은 절연체 장벽에 의한 터널링 저항(RT)과 터널링 전기 용량(CT)을 갖는 축전기가 병렬로 연결된 등가회로를 사용하여 분석하였다. 측정된 임피던스 스펙트럼을 분석하여 교류 전압에 따른 터널링 저항(RT) 및 터널링 전기 용량(CT)을 도출하였다.
대상 데이터
- TMR 재료는 고진공 DC 스퍼터링 챔버에서 Si 기판 위에 상온에서 증착하였다. 하부층으로는 Ta(5 nm)/Cu(20 nm)를 사용하였으며, 시편의 산화를 방지하기 위한 상부층으로 Ta(5 nm)를 증착하였다.
- 하부층으로는 Ta(5 nm)/Cu(20 nm)를 사용하였으며, 시편의 산화를 방지하기 위한 상부층으로 Ta(5 nm)를 증착하였다. TMR 재료의 강자성층으로는 비정질 CoFeB을 사용하였고 절연층으로는 금속 Mg 위에 MgO를 증착하였으며, 스핀 밸브형 TMR 재료 제작을 위하여 반강자성층인 MnIr을 사용하였다. 이렇게 제조된 스핀 밸브형 TMR 재료의 적층 구조는 Si/SiO/Ta/Cu/Ta/CoFeB/Mg/MgO/CoFeB/Ru/CoFe/MnIr/Ta/Ru이었다.
- 1(b)에서 Z''(f) 값이 최대가 되는 주파수로부터 AP 상태와 P 상태에 대한 완화 주파수를 구하였다. 본 연구에서 사용한 TMR 소자에서 교류 전압의 진폭이 0.1 V인 경우 AP 상태의 완화 주파수는 57.6 kHz였으며, P 상태의 완화 주파수는 173 kHz였다. 이렇듯 완화 주파수가 차이가 나는 근본 원인은 식(4)에서 보인 것과 같이 AP 상태와 P 상태에 대한 터널링 저항과 터널링 축전기의 전기 용량이 다르기 때문이다.
- 본 연구에서 사용한 TMR 소자의 A = 9 μm2이었고, d = 2 nm, 절연층으로 사용한 MgO의 ε = 10[8]이다.
- 본 연구에서는 TMR 소자의 임피던스 스펙트럼의 실수부 Z'(f) 및 허수부 Z''(f)는 두 자성층의 자화방향이 평행한(P) 상태와 반평행한(AP) 상태 모두에 대하여 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 200% 이상의 높은 자기저항비를 갖는 MgO 기반의 TMR 소자를 제작하여 임피던스 분석기를 이용하여 임피던스 스펙트럼을 측정하였다. 임피던스 분석기의 측정 범위인 10 Hz~10 MHz의 주파수 범위 내에서 완화 특성이 뚜렷이 나타나는 MgO의 두께가 2 nm인 TMR 재료를 이용하였다. 측정된 임피던스 스펙트럼으로부터 교류 전압에 따른 터널링 저항(RT) 및 터널링 전기 용량(CT)을 도출하였으며, 이들 결과를 활용하여 TMR 소자의 고속 동작 특성을 분석하였다.
- TMR 재료는 고진공 DC 스퍼터링 챔버에서 Si 기판 위에 상온에서 증착하였다. 하부층으로는 Ta(5 nm)/Cu(20 nm)를 사용하였으며, 시편의 산화를 방지하기 위한 상부층으로 Ta(5 nm)를 증착하였다. TMR 재료의 강자성층으로는 비정질 CoFeB을 사용하였고 절연층으로는 금속 Mg 위에 MgO를 증착하였으며, 스핀 밸브형 TMR 재료 제작을 위하여 반강자성층인 MnIr을 사용하였다.
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