증착 환경에 따른 CoFe2O4 박막의 자기적 특성 연구 = Study on the Magnetic Properties of CoFe2O4 Films Deposited on Various Environments
저자
발행사항
부산 : 부산대학교 대학원, 2020
학위논문사항
학위논문(석사)-- 부산대학교 대학원 : 물리학과 2020. 8
발행연도
2020
작성언어
한국어
주제어
DDC
530 판사항(23)
발행국(도시)
부산
형태사항
ix, 69 장 : 삽화 ; 30 cm
일반주기명
지도교수: 박성균
참고문헌: 장 63-67
UCI식별코드
I804:21016-000000146771
DOI식별코드
소장기관
본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 증착 환경에 따른 CoFe2O4 박막을 Al2O3(0001) 기판 위에 성장시켰고, 이에 따른 증착 박막의 자기적 특성 변화와 구조∙화학적 물성의 상관관계를 조사하였다. 초전도 양자 간섭 장치 결과로부터 Ar+O2 환경에서 제작한 박막은 Ar 환경에서 제작한 박막에 비해 큰 포화자화값과 강한 수직 자기 이방성을 가진 것을 확인하였다.
CoFe2O4에서 포화자화값과 수직 자기이방성은 박막에 가해지는 응력, 결정립 크기와 결정립 경계면 밀도, 결정 결함 및 산소공공의 밀도, 또는 금속 양이온의 화학적 상태에 영향을 받을 수 있다. Ar+O2 환경에서 제작한 박막이 큰 포화자화값을 나타내는 원인은 수평 방향의 ~3배 큰 압축 응력과 적은 결정립 경계면 밀도임을 X-선 산란과 투과 전자 현미경 결과로부터 알 수 있었다. Ar 환경에서 제작한 박막보다 Ar+O2 환경에서 제작한 박막의 수직 자기 이방성이 큰 것은 증착 환경 중의 산소의 존재가 증착되는 이온의 운동에너지를 증가시켜 결정성을 향상시켰기 때문이라는 것을 X-선 산란 결과로부터 이해할 수 있었다. 또한 X-선 광전자 분광 결과로부터 산소 공공과 화학양론 및 금속 양이온 분포도는 포화자화값과 자기 이방성에 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 산화물 자성체 증착 시 환경 중에 추가적인 산소의 존재는 화학적 상태는 크게 변화시키지 않으나 결정성을 향상시켜 포화자화값과 수직 자기 이방성을 증가시킬 수 있음을 확인하였다.
The correlation between the magnetic and the structural properties of CoFe2O4 films deposited on Al2O3 substrates was examined. By varying the deposition environments, the magnetic, structural, and chemical properties of the CoFe2O4 films were thoroughly investigated. From the results of the superconducting quantum interference device, it was confirmed that the CoFe2O4 film deposited under the Ar+O2 environment has a greater saturation magnetization value and stronger perpendicular magnetic anisotropy than the film deposited under the Ar environment.
In CoFe2O4, the saturation magnetization value and the perpendicular magnetic anisotropy can be influenced by the stress applied to the film, grain size, chemical states of metal cations and the density of anti-phase boundary (APB), crystal defects and oxygen vacancies. From the X-ray diffraction (XRD) and the transmission electron microscopy (TEM) results, the reason why the film deposited under Ar + O2 environment exhibits a large saturation magnetization value can be seen that the film deposited under Ar + O2 environment received 3 times larger compressive stress in the horizontal direction and had the lower APBs. From XRD and X-ray reflectivity (XRR) results, the film deposited under Ar + O2 environment has relatively large perpendicular magnetic anisotropy since the presence of oxygen in the deposition environment increases the kinetic energy of the deposited ions to improve crystallinity. In addition, it was confirmed from the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) that the oxygen vacancy, stoichiometry, and metal cation distribution did not affect the saturation magnetization value and magnetic anisotropy. As a result, it was confirmed that the presence of additional oxygen in the environment during the deposition of the oxide magnetic material does not significantly change the chemical state, but can increase the saturation magnetization value and vertical magnetic anisotropy by improving crystallinity.
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