• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제17권8호
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• pp.888-892
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• 2004

It is necessary to develop soft magnetic layer with high saturation magnetization 4 $\pi{M}_s$ and in-plane magnetic anisotropy field Hk for soft magnetic underlayer of perpendicular magnetic recording media with high signal to noise ratio. Fe-Co-B layer with high 4 $\pi$Ms of about 23 kG deposited on Ni-Fe and Ni-Fe/Si seedlayer exhibited very high in-plane magnetic anisotropy filed Hk of about 280 and 380 Oe, respectively, In-plane XRD studies clarified that the lattice spacing of planes along the easy axis direction was longer than that along the hard axis direction in the Fe-Co-B layers with high Hk. These results indicate that high Hk of Fe-Co-B/Ni-Fe and Fe-Co-B/［Ni-Fe/si］ layers were resulted from magnetoelastic anisotropy owing to a residual stress. Moreover, the high Hk in the Fe-Co-B/Ni-Fe layer was maintained until 30$0^{\circ}C$ annealing temperature.

• 한국자기학회지
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• 제16권6호
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• pp.276-278
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• 2006

스위칭 특성을 향상시키기 위하여 비정질 강자성 CoFeSiB 자유층을 갖는 자기터널접합 (MTJ)의 스위칭 특성을 연구하였다. 자기터널접합의 구조는 $Si/SiO_{2}/Ta$ 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe 10/CoFe $7/AlO_{x}/CoFeSiB\;(t)/Ru\;60\;(nm)$이다. CoFeSiB는 $560\;emu/cm^{3}$의 낮은 포화자화도와 $2800\;erg/cm^{3}$의 높은 이방성 상수를 가졌다. 이러한 특성이 자기터널접합의 낮은 보자력($H_{c}$)과 높은 자장민감도를 갖게 한다. 이것은 또한 Landau-Lisfschitz-Gilbert 방정식에 근거한 미세자기 전산시뮬레이션을 통하여 submicrometersized elements에서도 확인하였다. CoFeSiB 자유층 두께를 증가함으로서 스위칭 특성은 반자화 자기장의 증가로 인하여 더욱더 나빠졌다.

• 한국자기학회지
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• 제17권4호
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• pp.162-165
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• 2007

본 연구에서는 CoFeB/MgO/CoFeB 구조를 가지는 자기터널접합에서 capping층 재료의 종류와 열처리 시간에 따른 비정질 top CoFeB 자성층의 결정화 상태 및 자기터널접합의 자기적 특성 변화에 대한 연구결과를 비교 분석 하였다. Hcp(Hexagonal close-packed)의 결정구조를 가지는 Ru(002)를 capping층 재료로 사용한 자기터널접합 박막의 경우에는 열처리 이후 Ru과 인접한 부분의 top CoFeB이 bcc-CoFe(110)로 성장하는 반면, TiAl과 ZrAl을 capping층 재료로 사용한 자기터널접합의 경우는 열처리 이후 top CoFeB이 MgO와 epitaxial하게 bcc-CoFe(002)로 결정성장 하였다. 이로 인해 Ru을 사용한 자기터널접합의 터널자기 저항비(46.7%)보다 약 1.5배 높은 터널자기저항비(TiAl: 71.8%, ZrAl: 72.7%)를 나타내었다.

• 한국자기학회지
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• 제17권3호
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• pp.120-123
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• 2007

이 연구에서는 Ta 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe $3/AlO_x$/자유층/$AlO_x$/CoFe 7/IrMn 10/Ru 60(nm) 구조를 갖는 이중장벽 자기터널접합(double-barrier magnetic tunnel junction: DMTJ)를 다루었다. 자유층은 $Ni_{16}Fe_{62}Si_8B_{14}\;7nm$, $Co_{90}Fe_{10}(fcc)$ 7 nm 및 $CoFet_1$/NiFeSiB $t_2$/CoFe $t_1$으로 구성하였으며 두께 $t_1,\;t_2$는 변화시켰다. 즉 TMR비와 RA를 개선하기 위하여 부분적으로 CoFe층을 대체할 수 있는 비정질 NiFeSiB층이 혼합된 자유층 CoFe/NiFeSiB/CoFe을 갖는 DMTJ를 연구하였다. NiFeSiB($t_1=0,\;t_2=7$)만의 자유층을 갖는 DMTJ는 터널자기저항(TMR)비 28%, 면적-저항곱(RA) $86k{\Omega}{\mu}m^2$, 보자력($H_c$) 11 Oe 및 층간 결합장($H_i$) 20 Oe를 나타내었다. $t_1=1.5,\;t_2=4$인 경우의 하이브리드 DMTJ는 TMR비 30%, RA $68k{\Omega}{\mu}m^2$ 및 $H_c\;11\;Oe$를 가졌으나 $H_i$는 37 Oe로 증가하였다. 원자현미경(AFM)과 투과전자현미경(TEM)측정을 통하여 NiFeSiB층 두께가 감소하면 $H_i$가 증가하는 것을 확인하였다. 비정질 NiFeSiB층이 두꺼워지면 보통 계면의 기복을 유도하는 원주형성장(columnar growth)를 지연시키는데 유효하였다. 그러나 NiFeSiB층이 얇으면 표면거칠기는 증가하고 전자기적 Neel 결합 때문에 Hi는 커졌다.

• Journal of Magnetics
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• 제11권1호
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• pp.25-29
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• 2006

Recent experiments have demonstrated high TMR ratios in MTJs with the MgO barrier [1,2]. The CoFeB/MgO/CoFeB junctions showed better properties than the CoFe/MgO/CoFe junctions because the MgO layer had a good crystalline structure with (001) texture and smooth and sharp interface between CoFeB/MgO [3]. The amorphous CoFeB with 20 at%B starts the crystallization at $340^{\circ}C$ [4] and this crystallization of the CoFeB helps obtaining the high TMR ratio. In this work, the compositional changes in the MgO barrier and at the interface of CoFeB/MgO/CoFeB after the CoFeB crystallization were studied in annealed MTJs. XPS depth profiles were utilized. TEM analyses showed that the MgO barrier had (100) texture on CoFeB in the junctions. B in the bottom CoFeB layer diffused into the MgO barrier and B-oxide was formed at the interface of CoFeB/MgO/CoFeB after the CoFeB crystallization.

• 한국자기학회지
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• 제17권3호
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• pp.124-127
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• 2007

비정질 $Co_{70.5}Fe_{4.5}Si_{15}B_{10}$층을 갖는 자기터널접합(magnetic tunneling junctions; MTJ)를 연구하였다. 비정질 자유층이 MTJ의 스위칭 특성에 미치는 영향을 중점적으로 이해하기 위하여 기존의 사용된 CoFe 그리고 NiFe층들을 대신하여 비정질 강자성체 CoFeSiB을 사용하였다. CoFeSiB은 CoFe과 NiFe보다 각각 낮은 포화자기장($M_s:\;560\;emu/cm^3$)과 높은 자기이방성 상수($K_u:\;0.2800\;erg/cm^3$)를 갖는다. CoFeSiB층들의 사이에 1.0 nm Ru층 삽입시 $-0.003\;erg/cm^3$ 교환결합에너지($J_{ex}$)를 나타내었다. $Si-SiO_2-Ta$ 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe 7/$AlO_x$/CoFeSiB 7 또는 CoFeSiB (t)/Ru 1.0/CoFeSiB (7-t)/Ru 60(in nm) MTJ 구조의 터널접합에 대하여 실험 및 시뮬레이션 결과를 통하여 낮은 $J_{ex}$에 기인하는 스위칭 자기장(switching field; $H_{sw}$)의 시료 크기 의존성이 나타나는 것을 알 수 있었다. CoFeSiB 합성형 반강자성 구조는 micrometer뿐만 아니라 submicrometer 시료 크기영역에서도 보자력($H_c$)의 감소와 민감도를 증가 시킴으로써 자기 스위칭 특성에 유리한 것으로 확인 되었다.

• 한국자기학회지
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• 제16권6호
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• pp.279-282
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• 2006

비정질 강자성 NiFeSiB 자유층을 갖는 자기터널접합 (MTJ)에 대하여 연구하였다. 비정질 자유층이 MTJ의 스위칭 특성에 미치는 영향을 알아보는데 역점을 두어 기존의 CoFe와 NiFe층 대신에 NiFeSiB 자성층을 사용하였다. $Ni_{16}Fe_{62}Si_{8}B_{14}$는 $Co_{90}Fe_{10}$보다 더 낮은 포화자화도 ($M_{s}:\;800\;emu/cm^{3}$) 그리고 $Ni_{80}Fe_{20}$보다 더 높은 이방성 상수 ($K_{u}:\;2700\;erg/cm^{3}$)를 갖는다. $Si/SiO_{2}/Ta$ 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe $7/AlO_{x}/CoFeSiB\;(t)/Ru\;60\;(nm)$ 구조는 그 자체의 낮은 포화자화도와 높은 일축 이방성을 가짐으로 인하여 보자력($H_{c}$)을 감소시키고 스위칭 각형을 증가시키게 함으로서 MTJ의 스위칭 특성에 유리한 것으로 조사되었다. 더욱이 미소두께(1 nm)의 CoFe층을 터널장벽/NiFeSiB 경계면에 삽입하면 TMR비와 스위칭 각형이 증가하고 개선되었다.

• 한국자기학회지
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• 제15권6호
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• pp.315-319
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• 2005

본 연구에서는 자기터널접합(MTJs; magnetic tunnel junctions)의 스위칭 자기장($H_{SW}$)을 감소시키기 위하여 자유층으로 비정질 강자성 $Co_{70.5}Fe_{4,5}Si_{15}B_{10}$ 단일(single) 및 합성형 반강자성(SAF; synthetic antiferromagnet) 층을 사용하였다. $Si/SiO_2/Ta$ 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe 7/AlOx/CoFeSiB 7 or CoFeSiB (t)/Ru 1.0/CoFeSiB (7-t)/Ru 60 (in nm) MTJs의 자기저항과 스위칭 특성을 CoFe 자유층과 NiFe 자유층을 갖는 MTJs와 비교하여 조사하였다. CoFeSiB은 포화자화($M_s$)가 $560\;emu/cm^3$으로 CoFe보다 낮고, 이방성 상수(Ku)는 $2800 erg/cm^3$으로 NiFe보다 높다. CoFeSiB SAF 구조에서 CoFeSiB 사이의 Ru 두께가 1.0 nm일 때 교환결합에너지($J_{ex}$)는 $-0.003erg/cm^2$였다. 이와 같이 비교적 작은 $J_{ex}$ 때문에, CoFeSiB SAF 자유층을 갖는 MTJs의 실험 및 Landau-Lisfschitz-Gilbert(LLG)식에 의한 시뮬레이션 결과 모두에서 $H_{SW}$가 접합크기에 의존하는 경향을 보였다. CoFeSiB SAF 자유층 MTJ의 $H_{SW}$는 CoFe, NiFe 또는 CoFeSiB single을 자유층으로 하는 MTJs에 비해 훨씬 낮게 나타났다. 따라서 CoFeSiB SAF를 자유층으로 사용한 MTJ는 micrometer에서 submicrometer 크기 영역 모두에서 보지적의 감소와 민감도 증가와 같은 우수한 스위칭 특성을 갖는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.448-448
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• 2010

Magnetic random access memory (MRAM) has made a prominent progress in memory performance and has brought a bright prospect for the next generation nonvolatile memory technologies due to its excellent advantages. Dry etching process of magnetic thin films is one of the important issues for the magnetic devices such as magnetic tunneling junctions (MTJs) based MRAM. CoFeB is a well-known soft ferromagnetic material, of particular interest for magnetic tunnel junctions (MTJs) and other devices based on tunneling magneto-resistance (TMR), such as spin-transfer-torque MRAM. One particular example is the CoFeB - MgO - CoFeB system, which has already been integrated in MRAM. In all of these applications, knowledge of control over the etching properties of CoFeB is crucial. Recently, transferring the pattern by using milling is a commonly used, although the redeposition of back-sputtered etch products on the sidewalls and the low etch rate of this method are main disadvantages. So the other method which has reported about much higher etch rates of >$50{\AA}/s$ for magnetic multi-layer structures using $Cl_2$/Ar plasmas is proposed. However, the chlorinated etch residues on the sidewalls of the etched features tend to severely corrode the magnetic material. Besides avoiding corrosion, during etching facets format the sidewalls of the mask due to physical sputtering of the mask material. Therefore, in this work, magnetic material such as CoFeB was etched in an ICP etching system using the gases which can be expected to form volatile metallo-organic compounds. As the gases, carbon monoxide (CO) and ammonia ($NH_3$) were used as etching gases to form carbonyl volatiles, and the etched features of CoFeB thin films under by Ta masking material were observed with electron microscopy to confirm etched resolution. And the etch conditions such as bias power, gas combination flow, process pressure, and source power were varied to find out and control the properties of magnetic layer during the process.

• 한국자기학회지
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• 제16권3호
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• pp.186-191
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• 2006

자기터널접합 기반의 MRAM(magnetic random access memory)은 자기저항효과를 응용하는 메모리소자로서 비휘발성과 고속 정보처리가 가능할 뿐만 아니라 고집적화 할 수 있는 차세대 통합형 비휘발성 메모리이다. 그러나 기존의 메모리 소자들에 비해 스위칭 산포가 크고, 기록마진(writing margin)이 확보되지 않아 아직까지는 고집적화가 어려운 실정이다. 최근 포화자화가 낮은 NiFeSiB 및 CoFeSiB과 같은 비정질 강자성체를 자기터널접합의 자유층 재료로 사용하여 스위칭 자기장의 거대화를 크게 감소시켜 MRAM의 기록마진을 높이는 연구결과에 관해 정리하여 보았다. 그리고 이러한 물질을 이용하여 자기터널접합의 재생마진(reading margin)과 관련된 터널자기저항비의 인가전압의존성을 저감시킬 수 있었다. 본고에서는 나노자기소자 기술의 중요한 분야인 MRAM의 기술발전 방향과 연구사례를 소개하고자 한다.