Magnetic Properties of Heteroepitaxial $Y_{3}Fe_{5)O_{12}$ Films Grown by a Pulsed Laser Ablation Technique

펄스 레이저 증착기술에 의한 $Y_{3}Fe_{5)O_{12}$ 에피택셜 박막제조

Yttrium Iron Garnet($Y_{3}Fe_{5)O_{12}$) films have been succsssfully grown on(111)GGG wafer by KrF excimer laser ablation of stoichiometric garnet target at the oxygen partial pressure, $P(O_{2}$, ranging 20 to 500 mTorr. During the deposition of the films the substrate temperature was maintained at $700^{\circ}C$ and the laser beam energy density at $7.75\;J/cm_{2}$. Microstructure, composition and magnetic properties of the films obtained were investigated as a function of oxygen pressure and thickness of the films. Epitaxial films with a dense and a smooth surface were reproducible at a low oxygen pressure. The films of $2.75\;{\mu}$ min thickness deposited at 20 mTorr of $P(O_{2})$ showed $4{\pi}M_{s}$ of 1500 Gauss and $H_{c}$ of 3 Oe after annealing at $800\;^{\circ}C$ for 20 minutes. As-deposited films of $0.8\;\mu\textrm{m}$ in thickness exhibited the $4{\pi}M_{s}$ of 1730 Gauss and $H_{c}$ of 7 Oe. The magnetic properties of the films obtained were almost identical to those of a single crystal YIG.

YIG 단결정 소재가 주로 circulator, isolator, filter 및 resonator 등의 고주파 협대역 이동통신용 소자에 사용되고 있으나, 최근 소형/경량화에 따른 YIG 박막의 소요가 예상되면서 에피택셜 박막성장 기술이 많이 연구되고 있다. 본 연구에서 KrF excimer laser 를 사용하고, 산소분압을 20~500 mTorr로 조절하면서 박막을 제조하여 산소분압과 박막두께가 박막의 조직, 조성 및 자기특성에 미치는 영향을 조사하였다. 기판으로는 GGG(111)을 사용하였고 $700^{\circ}C$에서 증착을 실시하였다. 사용한 laser beam의 에너지 밀도는 $7.75\;J/cm_{2}$였다. 20 mTorr 산소분압 하에서 증착한 박막은 항상 에피택셜 성장을 보이고, $2.75\;{\mu}$ 두께의 시편은 $800\;^{\circ}C/20분$ 열처리 후에 $4{\pi}M_{s}$가 1500 Gauss, $H_{c}$는 3 Oe의 값을 보였고, 특히 $0.8\;\mu\textrm{m}$ 두께의 시편은 열처리 없이 $4{\pi}M_{s}$ 값이 1730 Gauss, $H_{c}$는 7 Oe의 우수한 특성을 보여, YIG 단결정의 자기특성에 육박하는 값을 보였다.