IrMn3 결정 구조 변화 및 교환 바이어스 형성에 대한 외부 자기장 인가 증착 방식의 영향

Abstract

본 연구는 DC 마그네트론 스퍼터링 시스템으로 영구 자석을 사용하여 외부 자기장을 인가 하여 IrMn3/Co75Fe25 다층 박막을 증착할 때의 결정 구조와 교환 바이어스(exchange bias) 형성에 관한 논문이다. X선 회절 기법을 통해 성장한 IrMn3 박막의 결정 면 방향을 관찰하는 방법으로 자기장 영향하에서 증착된 박막의 경우 자기장 영향 없이 증착된 박막과 비교하여 (200) 방향으로 더 규칙적인 결정 구조를 갖음을 확인하였다. 뿐만 아니라 반강자성체 표면의 스핀 모멘트를 증착 과정에서 외부 자기장을 통해 특정한 방향으로 정렬시킴으로써 열 처리 과정 없이 교환 바이어스를 형성하고자 하였으나 교환 바이어스는 확인하지 못하였다. 그 원인을 확인하기 위해 자기장 영향 유무에 따른 시편들의 외부자기장을 인가하면서 열 처리를 수행한 전후로 결정 구조와 교환 바이어스 크기 변화를 확인하였다. 결과적으로 IrMn3 박막의 결정 구조가 주로 (200) 방향으로 변화함에도 불구하고 교환 바이어스가 인가되는 것을 통해 증착 과정에서 자기장 인가 방식에 대한 설계적 개선점을 제시하였다. In this paper, the effects of applying an external magnetic field generated by permanent magnets on the crystal structure and formation of exchange bias were investigated during the deposition of IrMn3/Co75Fe25 multilayer thin films using a DC magnetron sputtering system. X-ray diffraction analysis revealed that the IrMn3 films deposited under an applied magnetic field exhibited a more ordered crystal orientation along the (200) plane compared to the specimen deposited without a magnetic field. In addition, the exchange bias was not confirmed in an attempt to form exchange bias without an annealing process by aligning the interfacial spin moments of the antiferromagnetic layer in a specific direction through an external magnetic field during deposition. To identify the underlying reasons, the crystal structure and the magnitude of exchange bias were analyzed before and after thermal annealing under an external magnetic field for both (non) field-assisted specimens. Despite the crystal structure of IrMn3 being dominantly changed in (200) plane, exchange bias was induced. Through this observation, we proposed a design improvement for the magnetic field application method during the deposition process.