브릴루앙 광 산란 실험을 이용한 버퍼층의 변화에 따른 30 nm 두께의 Ni80Fe20 박막의 자성특성연구

Abstract

본 연구에서는 다양한 버퍼층 구조가 Ni20Fe20(30 nm) 박막의 자성특성에 미치는 영향을 분석하였다. Si/SiO2 기판 위에 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Ta (5 nm), Ta (5 nm)/Ru (5 nm)/Ta (5 nm), Ta (5 nm)/Ru (10 nm)/Ta (5 nm), Ta (5 nm)/Ru (10 nm)/Ta (10 nm)의 버퍼층을 각각 형성하고, 그 위에 30 nm 두께의 Ni20Fe20 박막을 증착하였다. 버퍼층의 형태학적 특성은 원자힘현미경(AFM)으로, 결정 구조는 X선 회절(XRD)로 분석하였다. 그 결과, 모든 버퍼층의 표면 거칠기 편차는 0.03 nm 이하로 Ni의 원자 단층 두께(0.2 nm)보다 작아, Ni20Fe20 박막의 미세구조에는 미미한 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 자화 동역학 특성은 브릴루앙 광산란(Brillouin light scattering; BLS)을 이용하여 측정하였으며, Damon-Eshbach 모드와 첫번째 덩어리 모드로부터 포화자화(Mₛ)와 교환 뻣뻣함 상수(Aₑₓ)를 산출하였다. 분석 결과, Mₛ 값은 버퍼층에 따라 큰 차이를 보이지 않았으며, Aₑₓ 값은 버퍼층 구조에 따라 최대 약 3%의 차이가 나지만, 결정된 값들의 표준편차는 0.2 pJ/m 정도로 최소 제곱법으로 결정된 값들의 오차와 큰 차이가 없다. Aex 값 또한 버퍼층의 적층 형태에 따라 큰 차이를 보이지 못하였다. 이는 버퍼층의 결정학적 특성이 Ni80Fe20 박막의 덩어리 스핀파 모드 특성에는 영향을 끼치지 않는 것으로 생각된다.