• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.176-176
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• 2003

강자성 반도체(DMS)는 반도체에 전이금속을 doping함으로써 반도체의 전자 수송 특성과 전이 금속 이온에 의한 자기적 특성을 동시에 발현할 수 있도록 설계된 물질로서 '스핀 전자공학'의 구현을 위해 현재 활발히 연구되고 있는 분야이다. 특히 높은 전기 전도도와 투명 광 특성을 가지는 ZnO계는 전이금속을 첨가 할 경우 상온에서도 강자성 특성을 보일 것이라는 연구가 발표 된 이후 큰 주목을 받고 있으며, 실제로 Tc가 상온 이상인 결과들이 최근 발표되고 있다. 그러나 PLD에 의해 증착 된 Co-doped ZnO 경우 강자성 물성의 재현성이 아주 낮은 것으로 알려져 있는 둥 강자성 발현의 기원이 아직도 명확히 규명되지 못한 상태이다. 이에 본 연구에서는 Co-doped ZnO 계의 강자성 발현의 기원을 밝히고자 고상 반응법을 이용하여 다결정계를 제조한 후 X-선 회절 분석과 Raman 분광법을 이용하여 제2차상의 존재 유무 및 Co 이온의 치환 정도를 분석하였다. 다음으로 방사광 EXAFS 분석을 행하여 ZnO내에서의 Co 이온의 원자가 상태를 분석하고, PPMS를 사용 M-T curve를 측정/분석함으로써 강자성 발현의 기원을 규명하고자 하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.178-178
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• 2003

II-Ⅵ족 반도체 중에서 넓은 밴드갭을 가지는 ZnO에 Mn 이온을 doping할 경우 Tc가 상온보다 높을 것이라는 이론적 계산이 2000년 Science에 발표되었다. 이후 ZnO에 전이금속 이온을 doping하여 상온에서도 강자성을 나타내는 자성 반도체 (DMS)를 만들기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. Co-doped ZnO 박막은 PLD로 증착하였을 경우 Tc가 상온보다 높으나 재현성이 낮은 것으로 알려져 있었다. 그러나 최근 sol-gel 방법을 이용하여 Co-doped ZnO 박막을 제조하면 강자기 특성의 재현성을 높일 수 있다는 결과가 보고되었다. 이에 본 연구에서는 sol-gel 방법을 사용하여 여러 조성의 Co-doped ZnO 박막을 합성한 후 이들의 자성 특성을 검토하였다. 이러한 결과를 바탕으로 Co-doped ZnO 박막에서 강자성 발현의 근원을 규명하고자 (ⅰ) 조성에 따른 Co-doped ZnO의 Raman peak과 EXAFS peak의 변화를 측정하여 구조적 특성과 ZnO 내에서의 Co 이온의 상태를 분석하였으며, (ⅱ) Hall 효과 실험으로 carrier density를 측정함으로써 Fermi 준위에서의 파수 벡터의 크기를 산출하고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Magnestics Society Conference
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• 2003.06a
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• pp.196-197
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• 2003

전자의 스핀정보를 이용한 spintronics 기술이 발전하면서 상온 강자성 반도체에 대한 연구가 주목을 각광 받고 있다. 자성반도체에 대한 연구는 diluted magnetic semiconductor(DMS)에 대한 연구로 시작되었다 할 수 있다. 과거 DMS는 II-IV족 또는 III-V족 반도체에 Mn, Cr, Co, Fe 원소들을 도핑 시켜 제작하여 왔으나, 상온 이상에서 강자성 특성을 가지는 DMS을 제작하는 데는 실패하였다. 최근에 Dietl 팀이 mean field 이론을 이용하여 망간이 도핑된 ZnO가 실온이상의 Tc를 가질 수도 있을 것으로 예측하였다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.15 no.2
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• pp.92-95
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• 2005

$Zn_{1-x}\;^{57}Fe_xO(x=0.01, 0.02, 0.03)$ compounds were fabricated using the solid-state reaction method. In order to determine magnetic behavior and ionic state of the doped transition metal ($^{57}Fe$) in ZnO, we carried out $M\ddot{o}ssbauer$ measurements at various temperatures ranging from 13 to 295 K. $M\ddot{o}ssbauer$spectra for $Zn_{0.97}\;^{57}Fe_{0.03}O$ at 4.2 K have shown the ferromagnetic phase (sextet), but the only paramagnetic phase (doublet) is seen at 295 K. The hysteresis loop below 77 K for $Zn_{0.97}\;^{57}Fe_{0.03}O$ indicated the coexistence of ferromagnetic and paramagnetic phases.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.221-221
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• 2003

본 연구에서는 스핀밸브 다층박막에서 교환 바이어스에 영향을 끼치는 요인 중 하나인 강자성층과 반강자성층사이의 접합 계면에서의 표면 거칠기 [1,2]를 줄이기 위해 현재 반도체 공정에 사용되고 있는 이온빔 에칭 장비를 사용하여 스핀 밸브 다층박막의 씨앗층 에칭에 따른 교환 바이어스를 알아보고자 하였다. 스핀밸브 구조는 강자성층/비자성층/강자성층의 기본구조를 갖는데 이중 하나의 강자성층의 스핀방향이 반강자성층에 의해 고정되는 구조[3]로써 이러한 고정 효과를 교환 바이어스(exchange bias)라 부른다. 교환 바이어스(exchange bias)현상은 강자성과 반강자성의 접합계면에서 강한 상호 교환결합력에 의해 나타나는 현상으로 이러한 교환 바이어스 특성은 하드드라이브의 고밀도 자기헤드소자 및 비휘발성 자기 메모리소자에 응용되어 기존의 자기저항 소자의 특성을 크게 향상시킬 수 있게 되었다.

• Proceedings of the Korean Magnestics Society Conference
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• 2002.12a
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• pp.110-111
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• 2002

최근 Y. Masumoto[1]등에 의하여 Co가 도핑된 anatase 구조의 TiO$_2$ 물질에서 상온 강자성 현상이 보고된 이후, 이에 대한 관심이 고조되면서 다른 연구 그룹들에 의해 실험적으로 상온 강자성을 성공하였다는 보고[2,3]가 있으나 현재 그 메커니즘에 대하여 명확한 해석이 되어있지 않고 있기 때문에 이것이 정말 자성반도체의 성질인지 아니면 clustering에 의한 것인지 아직 확실히 밝혀져 있지는 않다. (중략)

• Proceedings of the Korean Magnestics Society Conference
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• 2002.12a
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• pp.32-33
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• 2002

최근 세계적 주목을 받고 있는 spin FET[1] 소자의 구현은 강자성 물질에 의하여 반도체에 주입된 spin 편향된 전자가 반도체 계면에 유도된 전기장의 영향을 받아 spin-orbit interaction을 하는 mechanism(Rashbar effect)이 근간을 이루고 있다. 작은 band gap을 가지는 반도체(narrow gap 반도체)는 작은 유효질량의 전자에 의해서 이러한 Rashbar effect[2]를 크게 할 수 있는 물질로서, spin FET 구현을 위한 강력한 후보이며, 요즘 한창 연구되고 있는 주제이기도 하다[3]. (중략)

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.15 no.3
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• pp.181-185
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• 2005

We have investigated the effects of Al codoping on the structural, electrical transport, and magnetic properties of oxide diluted magnetic semiconductor $Zn_{1-x}Cr_xO$ thin films prepared by reactive sputtering. Nondoped $Zn_{0.99}Cr_{0.01}O$ thin films show semiconducting transport behavior and weak ferromagnetic characteristic. The Al doping increases the carrier concentration and results in an decrease of resistivity and metal-insulator transition behavior. With increasing carrier concentration, the magnetic properties drastically change, exhibiting a remarkable increase of the saturation magnetization. These results show carrier-enhanced ferromagnetic order in Cr-doped ZnO.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.184-184
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• 2011

반도체 전자 소자의 초고집적회로(VLSI, Very Large Scale Integrated Circuit)가 수년간 지속됨에 따라 실리콘 기반으로 하는 MOSFET 성능의 한계에 도달하게 되었다. 재료 물성, 축소, 소자 공정 등에 대한 원인으로 이를 극복하고자 하는 재료와 성능향상에 관한 연구가 진행되고 있다. 이에 기존 시스템의 전자의 전하 정보만을 응용하는 것이 아니라 전자의 스핀 정보까지 고려하는 스핀트로닉스 연구분야가 주목을 받고 있다. Spin-FET는 스핀 주입, 스핀 조절, 스핀측정 등으로 나뉘어 연구되고 있으며 이 중 스핀 주입의 효율 향상이 우선시 해결되어야 한다. 일반적으로 스핀 주입 과정에서 소스가 되는 강자성체와 스핀 확산 거리가 긴 반도체 물질과의 Conductance mismatch가 문제되고 있다. 이에 자성 반도체는 근본적인 문제를 해결하고 반도체와 자성체의 특성을 동시에 나타내는 물질로써, Si과 Ge (4족) 등의 반도체뿐만 아니라, GaAs, InP (3-5족), ZnO, ZnTe (2-6족) 등의 반도체 또한 많은 연구가 이루어지고 있다. 자성 반도체에서 해결해야 할 가장 큰 문제는 물질이 자성을 잃는 Curie 온도를 상온 이상으로 높이는 것이다. 이에 본 연구는 전이금속이 도핑된 4족 Si 반도체 박막을 성장하고 후처리 공정을 통하여 나타나는 구조적, 자기적 특성을 연구하였다. 펄스 레이저 증착 방법을 통하여 p-type Si 기판위에 전이금속 Fe이 도핑된 박막을 500 nm 로 성장하였다. 성장 온도는 $250^{\circ}C$로 하였고, 성장 분압은 $3 {\times}10^{-3}$Torr 로 유지하며 $N_2$ 가스를 사용하였다. 구조적 결과를 보기 위해 X선 회절 분석과 원자력 현미경 결과를 확인하였고, 자기적 특성을 확인하기 위해 저온에서 초전도 양자 간섭계로 조사하였다. XRD를 통해 (002)면, (004)면의 Si 기판 결정을 보았으며, Fe 관련된 이차상이 형성됨을 예측해 보았다. ($Fe_3Si$, $Fe_2Si$ 등) 초전도 양자 간섭계에서 20 K에서 측정한 이력 현상을 관찰하고, 온도변화에 따른 전체 자기모멘트를 관찰하였으며 이는 상온에서도 강자성 특성이 나타남을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.604-604
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• 2013

차세대 반도체 분야인 스핀트로닉스 소자의 필수적인 물질인 강자성-반도체 하이브리드 물질인 Dilute magnetic semiconductor (DMS)에 관한 연구가 최근 많은 관심을 가지고 있다. 그중에서 넓은 에너지 밴드 갭 에너지(3.37 eV)를 가지고 있고 상온에서 엑시톤 결합 에너지가 ~60 mV로 광전자 소자, 전계 디스플레이 에 응용이 가능한 물질인 ZnO는 최근에 전이금속을 도핑하여 상온에서 강자성 특성을 나타내어 활발한 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 이 물질에 대한 특성과 자성의 원인 규명에 관한 연구는 논란이 되고 있다. 본 연구에서는 Mn이 도핑된 ZnO 나노 입자를 만들고, Mn 물질의 도핑 농도에 따른 ZnO 나노 입자의 구조, 크기 및 자기 구조를 측정하여 구조와 자성의 상관관계에 관한 연구하였다. ZnxMn1-xO 나노 입자는 화학적 졸-겔(sol-gel) 방법을 이용하여 준비하였다. ZnxMn1-xO 나노 입자의 크기 및 격자 구조적 특징은 XRD (X-ray diffraction)와 TEM (Transmission Electron Microscope), SEM (Scanning Electron Microscope), SANS (Small Angle Neutron Scattering)를 이용하여 측정하였고 물질의 자기적 특징은 SQUID를 이용하여 조사하였다. Mn 도핑이 증가함에 따라 격자간격이 커지고 나노 입자의 크기는 감소하였으며, Zn와 Mn의 성장 시, 비율이 9:1의 경우에 상온에서 강자성 특성이 나타남을 보았다. 그 이상의 Mn 도핑 비율에서는 상자성 특성이 나타남을 보았다. 본 연구를 통하여 스핀트로닉스 소자 응용을 위한 ZnO 나노 입자에 최적의 Mn 도핑 농도를 제시하고 나노 입자의 자기 특성 형성의 원인 및 모델을 제시하였다.