2쌍의 pick-up코일을 이용하여 퍼멀로이 박막의 면내 2차원 자화벡터를 측정하고 이방성자기저항을 조사하였다. 면내의 x, y축 방향의 모멘트를 동시에 측정함으로써 자화벡터를 정확하게 결정하였다. 퍼멀로이 박막의 이방성자기저항은 일축이방성이 증가할수록 전류와 자화벡터의 사잇각의 함수로 표현되는 관계식에 근접한 거동을 나타냈다. 자기저항비 변화는 전류방향에 평행한 y모멘트 성분의 변화와 잘 부합하였으며 y모멘트의 크기에 비례함을 알 수 있었다.
일축 이방성을 가진 퍼멀로이 박막을 제작하여 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistance)에 대하여 연구하였다. 시편의 길이 방향에 대하여 자화 용이축의 각을 $18^{\circ}$씩 기울어지게 변화를 준 5종류의 시편에 대하여 자기저항의 변화를 조사하였다. 박막면에 평행한 인가 자기장에 대하여 시편의 길이 방향과 자화 용이축 사이의 각이 증가함에 따라 세로자기저항(longitudinal magnetoresistance)의 변화 폭은 증가하는 반면, 가로자기저항(transverse magnetoresistance)의 변화 폭은 감소를 나타내었다. 이러한 자화 용이축 변화에 따른 자기저항의 변화를 이방성 자기저항과 일축 이방성을 가진 단일자구 모델로 설명하였다. Magneto-optic Kerr effect를 이용하여 측정한 자구 사진으로부터 자화 스위칭이 일어나는 구간에서 반대 방향의 지구가 생성되고 전파되는 과정을 관측하였으며 이에 대응하는 자기저항의 변화를 관측하였다.
이방성 자기저항효과(anisotropic magnetoresistance : AMR)는 단층 자성박막으로 구성되므로 경제성 있게 박막화 시켜서 소형화가 가능하다. 기존의 급속응고법으로 생산된 리본형 MCo(M=Cu, Ag) 소자가 경제적으로 공업적 목적을 달성하였으나, 리본형 특유의 두께와 가공성이 부족하여 소형 소자에 함께 집적하기 곤란한 단점이 있었다. 새로운 박막형을 쓰면 추가 열처리 없이 기존의 리본형 소자와 비교하여 박막상태로 적절한 AMR 특성이 나오는지와 최적 AMR을 얻기 위한 Co의 조성을 아는 것이 중요하다. 열증착기를 써서 100nm의 $Cu_{1-x}Co_x$와 $Ag_{1-x}$ 박막을 Co의 조성을 $10{\sim}70wt%$로 달리하며 제작하여 이때의 자기적 특성을 확인하였다. CuCo는 40% Co에 0.5T에서 1.4%, AgCo는 30% Co에 2.6%의 MR비를 얻었고 이는 리본형 소자보다는 표면 산란 효과에 의해 MR비는 작지만 표면산화막 없이 직접 다른 소자공정과 함께 진행할 수 있는 장점이 있음을 확인하였다.
자기저항이란 외부 자기장에 의해 재료의 전기저항이 변화되는 현상을 일컫는다. Au와 같은 비자성도체 및 반도체 재료의 경우 외부에서 자기장이 가해지면 전도 전자가 Lorentz 힘을 받아 궤적이 변하므로 저항이 변화한다. 이러한 저항 변화 를 정상 자기저항(Ordinary Magnetoresistance, OMR)이라 하며 일반적으로 상당히 작은 저항의 변화를 나타낸다. 강자성도체 재료에서는 정상 자기저항 효과 외에도 부가적인 효과가 생긴다. 이는 스핀-궤도 결합에 기인한 효과로써 자기 저항은 강자성체의 자화용이축, 외부자계와 잔류간의 각도에 의존하며 이방성 자기저항(Anisotropic Magnetoresistance, AMR)이라 한다. AMR 비(%)는 일반적 으로 다음과 같이 정의된다. 즉 ${\Delta}{\rho}_{AMR}/{\rho}_{ave}=(\rho_{\|}-\rho_{T})/{\rho}_{ave}$로 여기서 $\rho_{\|}$는 자기장의 방향이 전류의 방향과 같을 때의 비저항 이고 $\rho_{T}$는 서로 수직일 때이며 ${\rho}_{ave}=(\rho_{\|}-\rho_{T})/3$이다. 기존의 MR 센서나 자기재생헤드(magnetic read head)에 사용되는 퍼머로이계 합금의 AMR 비는 상온에서 약 2% 정도의 저항변화를 보인다.
Glass\Cr/sub 40 .angs. /\[Cr/sub 10 .angs. /\NiFe/sub 50 .angs. /]/sub N/ 다층박막을 층수 N = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10에 따라 dc magnetron sputtering 방법에 의해 제작하였다. 이때 자기 이방성의 형성을 위해 제작 중에 자장을 200 Gauss 가했다. 전류 방향과 외부 자장이 수평, 수직에 따라 자기저항 곡선 MR(xx), MR(xy)를 조사하였다. MR(xx) 곡선의 경우 N = 1, 5, 10 경우 자기저항비가 거의 나타나지 않았으며, 나머지 층수의 경우는 외부 자장에 따라 저항이 증가하는 positive magnetoresistance 현상을 보였다. 또한 곡선의 모양도 H = 0 Oe 근처에서 특이하게 반전되는 자기정항 곡선을 보였다. 이런 현상의 물리적 해석을 NiFe 단층박막의 자기저항 곡선과 비교하여 설명 하였다.
Kim, T.S.;Kim, K.C.;Kim, Kibo;K. Koh;Y.J. Song;Song, Y.S.;Suh, S.J.;Kim, Y.S.
Journal of Magnetics
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제6권1호
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pp.36-41
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2001
A micromagnetic model and a single-domain model simulation programs were used to analyze the sensitivity of a $20\mu m\times 60\mu m \times 1000{\AA}$ permalloy strip as a magnetoresistance sensor with bias fields of various directions and magnitudes. The micromagnetic model agrees with the measured sensitivity data better than the single-domain model. The data show the highest peak sensitivity with the bias field at 90$^{\circ}$to the current. The peak sensitivity decreases and the peak broadens as the bias angle decreases. The simulation using the micromagnetic model shows that a bias angle smaller than 90$^{\circ}$eads to magnetization patterns which are free from closure domains or vertices over a wider range of bias fields.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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