퍼멀로이 자기 비등방성 특성 분석을 위한 On-chip 강자성 공명 측정법

Abstract

자기 비등방성에 관한 연구는 거대 자기 저항 효과를 필두로 대두 되어 21세기 핵심 산업 중의 하나로 자리잡은 스핀트로닉스에 있어서 자기 소재의 물리적 특성을 분석하고 자기소자에 응용하는데 중요한 역 할을 하고 있다. 특히 강자성 공명은 자기화의 세차운동 상태에 민감하게 반응하므로 자기 비등방성 특성 분석에 널리 사용된다. 우리는 강자성 공명 측정을 On-chip으로 구현하여 자기 비등방성의 특성을 분석하였다. GaAs 기판 위에 마이크로파 선을 퍼멀로이 패턴과 나란하게 만들어 마이크로파 구동 자기장을 인가할 수 있도록 배치하 였고, 락인 증폭기와 고주파 발생기를 동기화하는 테크닉을 통해 보다 선명한 시그널을 얻었다. 또한, 우리는 형상 비등방성의 in-plane 방향 각도 의존성에 대해서 도 연구하였다. 자기 비등방성은 형상 비등방성, 결정 비등방성 등으로 구분되어지는데, 박막의 경우 그 경계조건으로 인해 in-plane 방향의 형 상 비등방성은 각도 의존성이 없다고 근사하여 연구되어 왔다. 하지만, 박막의 경우라도 가로 세로 비가 1에서 크게 벗어날 경우 형상 비등방 성에 의한 in-plane 방향 각도 의존성이 크게 발생하는 것을 해석적으로 계산하였고, 위에 소개한 측정 방법을 통해 확인하였다.

The research of magnetic materials is important part of the spintronics which starts from the discovery of the GMR(giant magnetoresistance) and is promised as one of the key industries in the 21st century. Characterization of magnetic anisotropy has played a big role in the research the spintronics matterials and its application to the magnetic device. Ferromagnetic resonance has been used for the characterization of magnetic anisotropy, because it is very sensitive to the precession state of the magnetization. We characterized permalloy magnetic anisotropy by on-chip driven FMR modulatrion technique. the rf(radio frequency) line is arranged parallel to the permalloy pattern to apply uniform magnetic field, and a lock-in amplifer and a high frequency generator is synchronized to pick up clear FMR signal. And we researched the in-plane angular dependency of the shape anisotropy. magnetic anisotropy is classified by crystalline anisopropy and shape anisotropy. In the case of thin film, the shape anisotropy has been approximated as independent of the angle between the film and in-plane external magetic field, because of its boundary condition. We, however, calculate the apparent angular dependency of shape anisotropy analytically, if aspect ratio deviates significantly from 1, even though the case of thin film. and we confirmed it by the on-chip driven FMR modulation technique introduced above.