KR101843212B1 - 자기 나노클러스터 - Google Patents

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Abstract

자기재료를 제조하는 방법이 개시된다. 자기재료는, 기판에 낮은 에너지 자성 이온을 주입하고 대전입자빔으로 어닐링하여 제조된다. 기판의 근표면 영역에서 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료도 개시된다. 자기재료는, 예를 들어, 자기 센서 등의 자기전자 장치에 유용하다.

Description

자기 나노클러스터{MAGNETIC NANOCLUSTERS}
본 발명은 자기재료에 관한 것이다. 보다 구체적으로(그러나 한정적인 것은 아님), 본 발명은 이온주입(ion implantation) 및 어닐링(annealing)에 의해 자기재료를 제조하는 방법, 이 방법에 의해 제조된 재료, 및 이 재료의, 예컨대 자기전자 장치(자기 센서 등)로의 응용에 관한 것이다.
미소전자공학(microelectronics)의 발전은 종종 소형화 및 집적화에 초점을 맞추고 있다. 소형화에 의해, 수 나노미터(nm) 크기의 부품이 반도체 기판 상에 높은 밀도로 장착된 전자 회로가 가능해진다. 자기 감지(sensing) 부품들의 집적화는 일부 응용에 있어서 바람직하다.
나노구조(nanostructure)는 고유의 특성을 갖고 있으며, 화학적 감지, 발광 다이오드, 및 촉매 등, 다양한 응용에서 연구 및 사용되어 왔다. 자기 나노입자(magnetic nanoparticle)는 또한 자기 저장 매체에 사용되어 왔다.
수 nm 두께의 얇은 필름(박막)[thin film]이, 자기 판독 헤드(magnetic read head) 등과 같은 많은 자기 센서 장치에 널리 사용된다. 박막으로 이루어진 자기 센서는 일반적으로, 자기저항 감지 요소(magnetoresistive sensing element)를 구성하는 자성층 및 비자성층의 적층을 포함하고 있다. 이들 층의 전기적 및 자기적 특성을 조절함으로써 재료의 고유 자기저항 특성(거대자기저항(GMR:giant magnetoresistance), 비등방성 자기저항(AMR:anisotropic magnetoresistance) 등)을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 외부 자기장 하에서 수 nm 두께의 절연층을 사이에 두고 있는 두 개의 강자성(FM:ferromagnetic) 층 사이에 바이어스 전압(voltage bias)이 인가될 때에, 자기 터널링 접합(MTJ:magnetic tunnelling junction)이 생성된다. 자기장에 의해서 FM 층의 자화가 방향성을 띠게 되어, 서로 다른 스핀의 전자에 대한 가용 에너지 수준(level)이 증가 또는 감소될 수 있다. FM 층들의 자화가 평행으로 이루어지게 되면 더 많은 전자가 한 FM 층에서 다른 FM 층으로 흘러가게 되어 전체 저항이 감소된다. 이러한 메커니즘에 의한 저항의 변화를 터널링 자기저항(TMR:tunnelling magnetoresistance)이라고 부른다. 이러한 현상은 외부 자기장에 민감하기 때문에, 이를 자기 감지 방법으로 사용할 수 있다. 그러나 이러한 박막 기반 기술은 일반적으로, 모든 층을 형성하기 위하여 다수의 공정 단계를 필요로 하기 때문에 비용이 많이 든다.
나노구조 박막이란 나노구조를 포함하는 박막을 의미한다. 얇은 절연체/유전체 매트릭스에 매립되어 있는(embedded) 금속 나노구조를 포함하는 이러한 박막은, 향상된 자기 냉각제, 고밀도 자기 기록 매체, 및 자기저항 장치로의 가능한 응용과 더불어, 양자 크기 효과(quantum size effect)와 관련된 고유 특성을 나타낸다.
자기 나노구조 박막을 제작하는 데 사용되어 온 방법으로, 분자 빔 에피택시(MBE:molecular beam epitaxy), 졸-겔 증착(sol-gel deposition), 플라즈마 분사 증착(plasma jet deposition), 스퍼터링 이온 증착(sputtering deposition), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 및 클러스터 빔 증착(cluster beam deposition) 기법이 있다. 그러나, 표준적 방법에 의한 제조시에는 나노구조의 수, 크기, 및 분포를 정밀하게 제어하는 것이 어려울 수 있다. 이 때문에 장치 응용의 발전이 제한될 수 있다. 왜냐하면, 각 응용은 일반적으로 정밀 제어된 고유특성(열적, 화학적, 및 자기적 특성을 포함)과, 나노 구조의 모양, 크기, 안정성, 및 비독성을 필요로 하기 때문이다.
반도체 도핑에 있어서 이온주입 기술이 주지되어 있다. 나노구조는, 이온주입을 한 다음에 진공 어닐링을 함으로써 생성되고 있다. 그러나, 일반적으로 이온주입 또는 증착 기술에는 높은 금속 농도가 필요한바, 이는 제조 비용을 증가시킨다.
매립형(embedded) 나노구조는 이온주입을 이용하여 만들어지고 있다. 그러나 이러한 재료에서는, 매립 매트릭스(embedding matrix)에 의해 자기 응답의 크기 및 속도가 감소된다. 매트릭스를 완벽하게 반자성화시킬 수는 없다. 매트릭스는 또한, 나노구조의 자기 방향의 변화율을 감소시킬 수 있는데, 그 주된 이유는, 매트릭스와 나노구조 간의 자기탄성 결합(magnetoelastic coupling) 때문이다.
따라서 본 발명의 목적은 상기 단점을 극복하고, 그리고/또는, 최소한 대중에게 유용한 선택지를 제공하기 위한 몇 가지 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 특징은, 이하에서 예를 들어 설명한 기재 내용으로부터 명확해질 수 있다.
특허 명세서, 다른 외부 문서, 또는 다른 정보원을 참조하고 있는 본 명세서에 있어서, 본 명세서는 전반적으로, 본 발명의 특징을 설명하기 위한 문맥을 제공함을 목적으로 한다. 특별히 달리 명시하지 않은 한, 그러한 외부 문서를 인용하는 것을, 어느 재판 관할에서라도 이러한 문서 또는 정보원이 선행 기술이거나 관련 분야에서의 통상의 일반적인 지식의 일부 형태라고 인정하는 것으로 해석해서는 아니된다.
제1관점에서, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는, 자기재료 제조 방법을 제공한다.
(a) 기판을 제공하는 단계,
(b) 기판에 낮은 에너지의 자성 이온을 주입하는 단계,
(c) 대기압보다 낮은 압력의 챔버(chamber) 내에서, 이온주입된 기판을 대전된 입자 빔(대전 입자빔)[changed particle beam]으로 첨두온도(peak temperature)까지 가열하고; 선택적 단계로서, 미리 정해놓은 시간 동안 이 첨두온도를 유지시키고; 이온주입된 기판의 온도를 감소시킴으로써 자기재료를 형성하는 단계.
다른 관점에서, 본 발명은 실질적으로 본 발명의 방법에 따라 제조된 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 기판에 자기 나노클러스터 층이 포함되는 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 대전입자빔으로 어닐링 처리된 자기 나노클러스터 층이 포함된 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 기판에, 대전입자빔으로 어닐링 처리된 자기 나노클러스터 층이 포함된 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 기판에, 대전입자빔으로 어닐링 처리된 자기 나노클러스터가 포함된 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 기판에 자기 나노클러스터가 포함된 근표면 밴드(near surface band)를 포함하는 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명의 자기재료를 포함하는 자기전기 장치를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 자기재료를 제조하는 것을 포함하는 전자 집적회로를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명의 자기재료를 포함하는 전자 회로를 제공한다. 또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명의 자기전기 장치를 포함하는 전자 회로를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 자기전자 장치에 사용하기 위한 본 발명의 자기재료를 제공한다.
본 발명은 또한, 본 출원 명세서에 개별적으로 또는 집합적으로 언급되거나 적시된 부품, 구성요소, 및 기능(특징), 그리고 이 부품, 구성요소, 또는 기능의 임의의 두 개 이상의 일부 조합 또는 모든 조합으로 구성되는 것으로 넓게 해석할 수 있다. 그리고 본 명세서에서는 본 발명이 관련된 기술 분야에서 공지된 등가의 값을 갖고 있는 구체적인 정수를 언급하였는바, 이러한 공지의 등가 값은, 마치 개별적으로 명시된 것처럼 본 명세서에 포함되어 있는 것으로 간주한다.
또한, 본 발명의 특징 또는 관점을 마커시 그룹(Markush group) 방식으로 기재하였는바, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명을 임의의 개별 구성요소 방식으로 또는 마커시 그룹의 구성요소의 하위 그룹 방식으로도 기재할 수 있음을 이해할 것이다.
여기서 명사 뒤에 사용한 "(들)"은 명사의 복수형 및/또는 단수형을 의미한다.
여기서 사용한 용어 "및/또는(그리고/또는)"은 "및(그리고)" 또는 "또는" 또는 "둘 다"를 의미한다.
여기서 사용한 용어 "나노클러스터(nanocluster)"는 적어도 하나의 치수가 약 1nm 내지 약 100nm 범위에 있는 클러스터를 의미한다.
여기서 사용한 용어 "자기재료(magnetic material)"는 상자성, 초상자성, 강자성, 준강자성, 및/또는 반자성 재료를 의미한다.
여기서 사용한 용어 "자기 나노클러스터"는 상자성, 초상자성, 강자성, 준강자성, 및/또는 반자성 나노클러스터를 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어 "포함하는/포함되는"은, "적어도 일부로서 구성되는"을 의미한다. 본 명세서에서 "포함하는/포함되는"을 갖는 각 문장을 해석할 때에는, 그 용어에 의해 전제된 것(또는 것들) 이외의 특징도 또한 존재할 수 있다. 이와 관련된 "포함하다/포함되다"와 같은 용어도 동일한 방식으로 해석해야 한다.
본 명세서에 개시된 숫자의 범위에 대한 인용(예컨대, 1 내지 10)에는 또한, 해당 범위 내의 모든 유리수(예컨대, 1, 1.1, 2, 3, 3.9, 4, 5, 6, 6.5, 7, 8, 9 및 10) 및 해당 범위 내의 유리수의 임의의 범위(예컨대, 2 내지 8, 1.5 내지 5.5 및 3.1 내지 4.7)에 대한 인용도 포함되는 것으로 의도된 것이며, 따라서 본 명세서에서 명시적으로 개시한 모든 범위의 모든 하위 범위도 이에 의하여 명시적으로 개시되는 것으로 의도된 것이다. 이들은 구체적으로 의도된 것의 예시에 불과하며, 열거해놓은 최소치와 최대치 사이에서의 모든 가능성있는 수치 조합도 마찬가지로 본 명세서에 명시적으로 언급되어 있는 것으로 간주해야 한다.
비록 위에서는 본 발명을 넓은 범위로 정의하였지만, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 상기 기재내용에 한정되는 것이 아니라 본 발명에 이하의 설명에서 제공된 실시예들의 구현 형태들이 포함된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 대해서 다음과 같은 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 나노구조 코어 플럭스게이트(core fluxgate)의 일 구현형태의 개략도이다.
도 2는 나노구조 모터(motor)의 일 구현형태의 개략도이다.
도 3은 어닐링 전과 후의, 실리콘 이산화물(silicon dioxide) 박막에서의 철의 깊이별 농도 분포를 나타낸다.
도 4는 실리콘 이산화물 박막 내의 철 나노클러스터의 표면에서 원자력 현미경(AFM:atomic force microscopy)으로 측정한 나노클러스터의 크기(어닐링 시간의 함수임)를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실리콘 이산화물 박막에 56Fe+ 이온을 주입하고 어닐링하여 형성된 자기재료 표면의 원자력 현미경 영상이다.
도 6은 실리콘 이산화물 박막의 표면상의 철 나노클러스터의 고해상도 투과전자 현미경 영상이고, 영상 내의 삽입 영상은 나노클러스터의 결정 상태를 나타낸다.
도 7은 실리콘 이산화물 박막에 56Fe+ 이온을 주입하고 어닐링하여 형성된 자기재료의 투과전자 현미경 영상이다.
도 8은 실리콘 이산화물 박막에 56Fe+ 이온을 주입하고 어닐링하여 형성된 자기재료의 실온에서의 자화 이력 곡선(hysteresis loop)(어닐링 시간의 함수임)을 나타낸다.
도 9는 자기저항 센서의 일 구현형태의 개략도이다.
대전된 입자 빔에 의한 어닐링과 낮은 에너지 이온주입을 조합함으로써, 기판에 근표면 자기 나노클러스터 밴드가 포함된 자기재료의 편리한 제조를 위한 방법이 제공된다. 화학적 합성 방법과는 달리, 일반적으로 이 조합은, 그렇게 하지지 않으면 제조 공정 후에 정화 처리가 필요하게 될 부산물의 형성을 방지한다. 또한, 이온주입 및 어닐링 절차는, 자기재료 제조 중에, 주입된 원자 및 그 결과물인 자기 나노클러스터의 깊이, 분포, 수를 조절할 수 있도록 하는 상분리(phase separation) 과정을 개시한다.
따라서, 제1관점에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는, 자기재료 제조 방법을 제공한다.
(a) 기판을 제공하는 단계,
(b) 기판에 낮은 에너지의 자성 이온을 주입하는 단계,
(c) 대기압보다 낮은 압력의 챔버 내에서, 이온주입된 기판을 대전된 입자 빔으로 첨두온도까지 가열하고; 선택적 단계로서, 미리 정해놓은 시간 동안 이 첨두온도를 유지시키고; 이온주입된 기판의 온도를 감소시킴으로써 자기재료를 형성하는 단계.
기판
기판은 전기 절연체인 것이 바람직하다. 일부 구현형태에서 기판은 유전체이다.
기판은 결정질 또는 비정질일 수 있다.
일부 구현형태에서 기판은 절연 산화물 또는 질화물이다.
일부 구현형태에서 기판은, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물(aluminium oxide), 실리콘 질화물(silicon nitride), 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 마그네슘 산화물(magnesium oxide), 및 하프늄 산화물(hafnium oxide)로 구성된 그룹에서 선택된다. 바람직하게는 기판은 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 질화물, 및 마그네슘 산화물로 구성된 그룹에서 선택된다. 다른 바람직한 구현형태에서, 기판은 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 및 실리콘 질화물로 이루어진 그룹에서 선택된다. 더 바람직하게는, 기판은 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물 중에서 선택된다.
일부 구현형태에서, 기판은 제2의 재료 상에 있는 전기 절연체 층을 포함한다. 적합한 재료들이 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있다. 바람직한 재료에는, 탄소, 게르마늄, 실리콘, 실리콘 이산화물, 유리를 포함하는(단, 이에 국한되지는 않음) 반도체 및 절연체가 포함된다.
일부 구현형태에서, 기판은 실리콘 상에 있는 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물 층을 포함한다.
기판에는 도핑(doping)을 하지 않을 수도 있고, 최소한 기판 층을 공지의 도핑 기법으로 변경할 수도 있다.
일부 구현형태에서, 기판은 수소, 헬륨, 리튬, 또는 베릴륨 이온으로 도핑된다. 일부 바람직한 구현형태에서, 기판은 수소 또는 헬륨 이온으로 도핑된다. 기판은, 예컨대 이온주입에 의해 도핑될 수도 있다.
따라서, 일부 구현형태에서, 본 발명의 방법은, 단계 (b)를 수행하기 전에 수소, 헬륨, 리튬, 또는 베릴륨 이온을 기판에 주입하여 기판을 사전 도핑하는 단계가 추가로 포함될 수 있다. 선택적 단계로서, 이 사전 도핑된 기판을, 낮은 에너지 자성 이온을 주입하기 전에 어닐링할 수 있다.
이온주입
이온주입은 소정 재료의 이온을 다른 고체 속에 주입하여 이 고체의 특성을 변화시킬 수 있는 공정이다. 이온은, 대상물과 다른 요소일 수 있기 때문에 화학적 변화를 일으키고, 대상물의 결정 구조가 손상되거나 심지어 파괴될 수 있기 때문에 구조적 변화도 또한 일으킨다.
이온주입 장비는 해당 분야에서 주지되어 있으며, 대표적으로, 이온 소스(source)와, 이온을 선택된 에너지까지 정적기적으로 가속시키는 가속기와, 빔 유도(guidance) 시스템과, 대상물(이온을 주입할 기판)에 이온을 충돌시키는 작업이 이어지는 대상물 챔버로 구성된다.
바람직하게는, 낮은 에너지의 자성 이온을 주입하는 단계에서는, 질량으로 분리되고 초점을 맞춘(mass-separated focussed), 낮은 에너지 자성 이온의 빔을 사용한다. 일부 바람직한 구현형태에서는 빔을 동위원소로 분리한다.
일부 바람직한 구현형태에서, 낮은 에너지 자성 이온을 주입하는 단계는 실온에서 수행된다. 다른 구현형태에서, 이온주입은 낮춰진 온도 또는 높여진 온도에서 수행된다. 온도 조절식 이온주입 기술은 본 발명이 속한 기술 분야에서 공지되어 있다.
자성 이온은 자기 모멘트(moment)를 갖고 있다. 바람직하게는, 자성 이온은 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 및 크롬으로 이루어진 그룹에서 선택된다.
일부 바람직한 구현형태에서, 자성 이온은 철, 코발트, 사마륨, 및 니켈로 구성된 그룹에서 선택된다.
일부 바람직한 구현형태에서, 자성 이온은 철, 코발트, 및 니켈로 구성된 그룹에서 선택된다.
또한, 본 발명은 두 가지 이상의 이온이 순차적으로 주입되는 구현형태를 고려한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 자기 나노클러스터를 형성하기 위해, 주입된 이온이, 독립적이든 또는 본 발명의 방법 수행 중 이온으로부터 형성되는 나노클러스터의 일부이든, 자기 모멘트가 영(0)이 되지 않도록 적절한 전자 조직을 갖고 있어야 함을 알 것이다. 즉, 주입된 이온과 그 결과물인 나노클러스터는 짝을 이루지 않는 전자(unpaired electron)를 가지고 있어야 한다. 적절한 전자 구성을 갖지 않는 원자는 0이 아닌 자기 모멘트를 독립적으로는 가질 수 없으며, 적절한 전자 구성을 갖는 다른 원자와 함께 자기 나노클러스터를 형성할 수 있을 뿐이다.
따라서, 이들 구현형태에서는, 모든 이온이 자성을 가질 수도 있고 하나의 이온만 자성을 가질 수도 있다. 이들 구현형태에서 이온은 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 크롬, 산소, 및 붕소로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다. 이들 구현형태에서, 이온은 철, 코발트, 및 사마륨으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것이 보다 바람직하다.
예를 들어, 기판에 산화 철의 자기 나노클러스터를 형성하고자 하는 구현형태에서는, 철 이온과 산소 이온을 순차적으로 주입할 수 있다.
이와 유사하게, 기판에 철/코발트 또는 사마륨/코발트의 자기 나노클러스터를 형성하고자 하는 구현형태에서는, 철 및 코발트 이온 또는 사마륨 및 코발트 이온을 순차적으로 주입할 수 있다.
일부 바람직한 구현형태에서, 이온 빔은 단일 대전된 이온(singly charged ion)으로 구성되지만, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어, 철 이온이 주입되는 일부 구현형태에서, 주입되는 이온은 Fe+, Fe2 + 또는 Fe3 + 가 될 수 있다.
본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 예컨대, 이중 대전된 이온(doubly charged ion)에 소요되는 가속 전압은, 동일한 이온 에너지에 도달하기 위하여, 단일 대전된 이온에 소요되는 가속 전압의 절반이 된다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 예를 들어 이중 대전된 이온의 주입시의 전류 밀도는 이온화 에너지가 더 크기 때문에, 상응하는 단일 대전된 이온에 대한 전류 밀도보다 작을 것이다. 이온주입 동안에 전류 밀도가 감소되면, 이온 흐름량(flux)이 감소되고, 단일 대전된 이온의 침투량(fluence)과 동일한 이중 대전된 이온의 침투량을 얻기 위해 소요되는 시간이 늘어나게 될 것이다.
이온주입을 위한 통상적인 이온 에너지는 10keV 내지 500keV의 범위에 있다. 그러나, 본 발명의 방법에 있어서는 이온이 단지 약 5nm 내지 약 100nm 사이의 깊이로 기판을 침투하는 것이 바람직하다. 다른 바람직한 구현형태에서, 이온은 약 5nm 내지 약 50nm 사이의 깊이로 기판을 침투한다.
다른 구현형태에서, 이온은 약 5nm 내지 약 40nm 사이의 깊이로, 또는 약 5nm 내지 약 30nm 사이의 깊이로, 또는 약 5nm 내지 약 20nm 사이의 깊이로 기판을 침투한다.
다른 구현형태에서, 이온은 약 5nm 까지, 약 10nm 까지, 약 15nm 까지, 약 20nm 까지, 약 25nm 까지, 약 30nm 까지, 약 35nm 까지, 약 40nm 까지, 약 45nm 까지, 약 50nm 까지, 약 55nm 까지, 약 60nm 까지, 약 65nm 까지, 약 70nm 까지, 약 75nm 까지, 약 80nm 까지, 약 85nm 까지, 약 90nm 까지, 약 95nm 까지, 또는 약 100nm 까지의 깊이로 기판을 침투한다.
따라서, 이온의 에너지는 상대적으로 낮아서, 전반적으로 약 1keV 내지 약 100keV 사이에 있게 된다. 이보다 낮은 에너지는 대상물에 거의 손상을 주지 않으며, 이는 일반적으로 이온 빔 증착법(ion beam deposition)으로서 설명된다.
일부 구현형태에서, 이온 빔은 기판에 대해서 실질적으로 수직하다.
이온이 약 70keV 미만의 빔 에너지로 주입되는 것이 바람직하다. 특정 구현형태에서, 이온은 약 5keV 내지 약 70keV 사이의 빔 에너지로 주입된다. 이와 달리, 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지로 이온이 주입될 수 있다. 다른 바람직한 구현형태에서, 이온은 약 50keV 미만의, 약 45keV 미만의, 약 40keV 미만의, 약 35keV 미만의, 약 30keV 미만의, 약 25keV 미만의, 약 20keV 미만의, 또는 약 15keV 미만의 빔 에너지로 주입된다. 다른 바람직한 구현형태에서, 이온은 약 50keV 미만의, 약 45keV 미만의, 약 40keV 미만의, 약 35keV 미만의, 약 30keV 미만의, 약 25keV 미만의, 또는 약 20keV 미만의 빔 에너지로 주입된다. 다른 바람직한 구현형태에서, 이온은 약 50keV 이하, 약 45keV 이하, 약 40keV 이하, 약 35keV 이하, 약 30keV 이하, 약 25keV 이하, 약 20keV 이하, 또는 약 15keV 이하의 빔 에너지로 주입된다. 다른 바람직한 구현형태에서, 이온은 약 50keV 이하, 약 45keV 이하, 약 40keV 이하, 약 35keV 이하, 약 30keV 이하, 약 25keV 이하, 또는 약 20keV 이하의 빔 에너지로 주입된다.
일부 바람직한 구현형태에서, 이온은 약 5keV 내지 약 20keV 사이의 빔 에너지로 주입될 수 있다.
일부 바람직한 구현형태에서, 이온은 약 5keV 내지 약 15keV 사이의 빔 에너지로 주입될 수 있다.
본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 이온이 기판을 침투하게 될 깊이와, 이 이온의 성질과 에너지 그리고 기판에 대한 이온 빔의 입사 각도 사이에 상관 관계가 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 15keV의 56Fe+ 이온을 실리콘 이산화물에 수직 주입하면, 약 30nm에서 깊이가 최대가 되고 약 10nm 내지 약 15nm 사이에서 이온 농도가 최대가 되며, 실리콘 이산화물 속으로의 7.5keV의 56Fe+ 이온에 대한 최대 깊이는 약 17nm이고, 실리콘 이산화물 속으로의 20keV의 62Sm+ 이온에 대한 최대 깊이는 약 25nm이고, 실리콘 이산화물 속으로의 8keV의 5B+ 이온에 대한 최대 깊이는 약 65nm이다.
일부 바람직한 구현형태에서, 주입되는 이온 빔은 균일한(homogeneous) 주입을 위해 기판의 표면 위에서 래스터 주사(raster scan)된다. 일단 필요한 이온 침투량에 도달하면 주입 이온 빔을 차단한다.
이온 침투량은 이온주입 동안에 기판에 입사된 이온 흐름량에 시간을 곱한 것이다. 본 발명의 일부 구현형태에서, 이온 침투량은 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이에 있다. 일부 바람직한 구현형태에서, 이온 침투량은 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 8.5×1016ions/cm2 사이에 있다. 일부 바람직한 구현형태에서, 이온 침투량은 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 5.0×1016ions/cm2 사이에 있다. 다른 바람직한 구현형태에서, 이온 침투량은 약 1.0×1016ions/cm2이다.
본 발명의 장점으로서, 본 발명에 따른 방법은 주입되는 이온의 농도 및 이온의 주입 깊이의 정확한 제어를 가능케 한다.
대전입자빔에 의한 어닐링
대전입자빔에 의한 어닐링은, 자성 이온의 주입 단계(b)에 이은 가열/어닐링 단계(c)에서 사용된다. 이온주입과 어닐링에 별도의 장치를 사용하는 구현형태에서는, 이온주입 후에 기판이 이온주입 챔버에서 대전입자빔 어닐링 챔버로 이송된다. 이송 시간은 중요하지 않다. 이온주입이 완료된 시료는 환경 조절 조건 하에서 - 즉, 낮은 습도 및 약 20℃의 통상의 실온의 청정 환경에서 - 수 일 동안 보관될 수 있다.
대전입자빔에 의한 어닐링은, 높은 진공 하에서(잔류 가스 압력이 약 1×10- 6mbar 미만) 대상물(이온주입된 기판)의 가열을 조절하는 방식으로 수행할 수 있는 매우 정밀한 기법이다. 일부 바람직한 구현형태에서는 잔류 가스 압력이 약 2×10-7mbar 또는 그 이하이다. 일부 바람직한 구현형태에서는 잔류 가스 압력이 약 1×10-7mbar 또는 그 이하이다.
바람직하게는, 전자빔(electron beam)이 가열/어닐링 단계(c)에서 사용된다.
다른 대전입자빔(이온 빔, 양성자 빔, 양전자빔 등)을 사용할 수 있다. 일부 구현형태에서는 양성자 빔이 가열/어닐링 단계에서 사용된다. 다른 구현형태에서는 양전자빔이 가열/어닐링 단계에서 사용된다.
일부 바람직한 구현형태에서, 대전입자빔 어닐링 장치에는, 어닐링 단계를 거치는 동안에 충분히 불순물이 없는(예를 들어, 탄화수소가 없는) 환경을 유지하기 위하여 시료 홀더에 가까운 곳에 위치하는 액체 질소 트랩(trap)이 포함된다. 이온주입 동안에 대상 기판이 뚫리고 손상되어 불순물에 민감하게 되기 때문에, 어닐링 단계는 충분한 정도로 불순물이 없는 환경에서 진행하는 것이 바람직하다.
대전입자빔 어닐링 공정은 실온에서 시작되어 두 세 단계를 진행하는 것이 보통이다. 첫 번째 단계에서, 이온주입된 기판을 첨두온도까지 가열한다. 선택적 단계인 두 번째 단계에서, 이 첨두온도를 소정 시간 동안 유지한다. 어닐링 공정의 세 번째 단계에서, 기판이 실온으로 냉각되도록 둔 다음에 어닐링 챔버에서 꺼낸다.
대전입자빔으로서 전자빔을 사용하는 구현형태에서는, 이온주입된 기판을 약 500℃ 내지 약 1400℃ 사이의 첨두온도까지 가열하는 것이 바람직하고, 그 다음에 선택적 단계로서 이 첨두온도를 유지시키고, 그 다음에 실온으로 냉각시킨다.
이온주입된 기판의 최고 가열 온도는 기판의 녹는점보다는 낮다. 결정질 기판을 사용하는 구현형태에서, 이 첨두온도는 약 1200℃ 미만인 것이 일반적이다. 기판이 비정질인 일부 구현형태에서는 첨두온도가 이보다 높아질 수 있다.
본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 원하는 자기 나노클러스터가 형성되는 상(phase)의 열역학적 평형에 따라, 최소 첨두온도를 선택할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, SmCo5가 형성되는 상을 위해서는 약 1100℃의 최소 첨두온도가 필요하다.
가열 단계에서는, 전자빔을 기판 표면에 래스터 주사하는 것이 바람직하다. 전자빔은 일반적으로, 약 1kHz 내지 약 10kHz 사이의 주파수로 기판 위에 래스터 주사한다. 래스터 주사(scanning) 주파수는 일반적으로, 기판 표면 전체에서 온도가 균일하도록 선택된다.
바람직하게는, 전자빔의 에너지는 약 20keV이다.
기판을 약 1℃/s 내지 약 1000℃/s의 온도 기울기(gradient)로 가열할 수 있다. 일부 구현형태에서, 온도 기울기는 약 1℃/s 내지 약 100℃/s 사이이며, 바람직하게는 약 1℃/s 내지 약 50℃/s 사이이며, 더 바람직하게는 약 5℃/s 내지 약 20℃/s 사이이다.
일부 바람직한 구현형태에서, 첨두온도는 약 600℃ 내지 약 1200℃ 사이이다. 다른 바람직한 구현형태에서, 첨두온도는 약 600℃ 내지 약 1180℃ 사이이다. 다른 바람직한 구현형태에서, 첨두온도는 약 600℃, 약 800℃, 약 1000℃, 또는 약 1180℃이다. 다른 바람직한 구현형태에서, 첨두온도는 약 600℃, 약 800℃, 약 940℃, 약 1000℃, 또는 약 1180℃이다. 다른 바람직한 구현형태에서, 첨두온도는 약 600℃, 약 800℃, 약 940℃, 또는 약 1000℃이다. 다른 바람직한 구현형태에서, 첨두온도는 약 600℃, 약 800℃, 또는 약 1000℃이다.
SmCo5 나노클러스터가 형성되는 일부 바람직한 구현형태에서 첨두온도는 약 1180℃이다.
철, 니켈, 코발트, 철/코발트, 또는 사마륨/코발트 나노클러스터가 형성되는 다른 바람직한 구현형태에서 첨두온도는 약 600℃, 약 800℃, 약 940℃, 또는 약 1000℃이다.
철, 니켈, 코발트, 또는 철/코발트 나노클러스터가 형성되는 다른 바람직한 구현형태에서 첨두온도는 약 600℃, 약 800℃, 또는 약 1000℃이다.
일부 구현형태에서는 첨두온도를 약 0초 내지 약 3시간 사이 동안 유지시키지만, 첨두온도를 이보다 더 길게 유지시킬 수도 있다. 일부 바람직한 구현형태에서는, 첨두온도를 약 5초 내지 약 2시간 사이 동안 유지시킨다.
기판의 온도는 약 -1℃/s 내지 약 -200℃/s 사이의 온도 기울기로 감소시킬 수 있다. 일부 구현형태에서, 온도 기울기는 약 -1℃/s 내지 약 -100℃/s 사이, 바람직하게는 약 -1℃/s 내지 약 -50℃/s 사이, 더 바람직하게는 -5℃/s 내지 약 -20℃/s 사이이다.
본 발명의 일부 구현형태에서, 이온주입과 어닐링(단계(b) 및 (c))은 동시에 수행된다. 이 구현형태에서, 이온 빔과 대전입자빔의 입사 각도는, 둘 다 모두 기판에 동시에 부딪히도록 선택된다.
어닐링을 수행한 후에, 기판을 어닐링 챔버에서 꺼내어 주위 대기 환경에 둘 수 있다.
대전입자빔에 의한 어닐링 동안에, 주입된 이온이 집성되어(aggregate) 기판에 자기 나노클러스터가 형성된다.
대전입자빔에 의한 어닐링에 의해서, 주입된 이온의 이동성(mobility)이 증강되고, 따라서 나노클러스터가 성장하게 된다. 또한 대전입자빔 어닐링에 의해 기판 표면이 절제(ablation)되어서, 기판 표면에서 나노클러스터가 나타나게 된다. 예를 들어, 러더퍼드의 후방산란 분광법(RBS:rutherford back scattering spectrometry) 에 의한 분석에 따르면, 1×1017ions/cm2의 침투량에서 15keV의 56Fe+ 이온이 주입된 실리콘 이산화물 기판의 두께가, 2×10-7mbar의 압력에서 1000℃로 2시간 동안 전자빔 어닐링을 한 후에 40nm 만큼 감소하였다.
대전입자빔 어닐링시의 기판의 절제율은, 예를 들어, 대전입자빔 및 기판의 성질에 의존한다. 예를 들어, 가열/어닐링 단계에서 양성자 빔을 사용하는 경우의 절제율과 전자빔을 사용하는 경우의 절제율이 서로 다를 수 있다. 마찬가지로, 전자빔에 의한 어닐링 시의 절제율은, 기판이 실리콘 질화물인 경우보다 실리콘 이산화물인 경우에 더 크게 될 것이다.
본 발명의 일부 구현형태는 전기 절연 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 전기적으로 절연된 기판을 제공하는 단계;
(b) 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 및 크롬 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제1종의 낮은 에너지 이온을, 약 5nm 내지 약 100nm 사이의 깊이로 기판에 주입하고,
선택적 단계로서, 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 크롬, 산소, 및 붕소 이온으로 이루어진 제2그룹으로부터 선택된 한 종 이상의 낮은 에너지 이온(단, 이 제2그룹에서 선택되는 이온은 상기 제1종 이온과 다름)을, 약 5nm 내지 약 100nm 사이의 깊이로 기판에 주입하는 단계,
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 약 500℃ 내지 약 1400℃ 사이의 첨두온도까지 전자빔으로 가열하고, 선택적 단계로서, 미리 정해진 시간 동안 이 첨두온도를 유지시킴으로써, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하도록 하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 전기 절연 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 전기적으로 절연된 기판을 제공하는 단계;
(b) 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 및 크롬 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제1종의 낮은 에너지 이온을 약 5nm 내지 약 100nm 사이의 깊이로 기판에 주입하고,
선택적 단계로서, 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 크롬, 산소, 및 붕소 이온으로 이루어진 제2그룹으로부터 선택된 한 종 이상의 낮은 에너지 이온(단, 이 제2그룹에서 선택되는 이온은 상기 제1종 이온과 다름)을 약 5nm 내지 약 100nm 사이의 깊이로 기판에 주입하는 단계,
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 전자빔으로 첨두온도까지 가열하되, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하는 데 유효한 시간 동안 가열하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 전기 절연 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 전기적으로 절연된 기판을 제공하는 단계;
(b) 철, 코발트, 니켈, 및 사마륨 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 한 종의 자성 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하는 단계;
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 약 600℃ 내지 약 1200℃ 사이의 첨두온도까지 전자빔으로 가열하고, 선택적 단계로서, 미리 정해진 시간 동안 이 첨두온도를 유지시킴으로써, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하도록 하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 전기 절연 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 전기적으로 절연된 기판을 제공하는 단계;
(b) 철, 코발트, 니켈, 및 사마륨 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 한 종의 자성 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하는 단계;
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 첨두온도까지 전자빔으로 가열하되, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하는 데 유효한 시간 동안 가열하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 절연성 산화물 또는 질화물 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 절연성 산화물 또는 질화물 기판을 제공하는 단계;
(b) 철, 코발트, 니켈, 및 사마륨 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 한 종의 자성 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하는 단계;
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 약 600℃ 내지 약 1200℃ 사이의 첨두온도까지 전자빔으로 가열하고, 선택적 단계로서, 미리 정해진 시간 동안 이 첨두온도를 유지시킴으로써, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하도록 하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 절연성 산화물 또는 질화물 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 절연성 산화물 또는 질화물 기판을 제공하는 단계;
(b) 철, 코발트, 니켈 및 사마륨 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 한 종의 자성 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하는 단계;
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 첨두온도까지 전자빔으로 가열하되, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하는 데 유효한 시간 동안 가열하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 절연성 산화물 또는 질화물 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 절연성 산화물 또는 질화물 기판을 제공하는 단계;
(b) 철, 코발트 또는 니켈 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하는 단계;
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 약 600℃ 내지 약 1200℃ 사이의 첨두온도까지 전자빔으로 가열하고, 선택적 단계로서, 미리 정해진 시간 동안 이 첨두온도를 유지시킴으로써, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하도록 하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 절연성 산화물 또는 질화물 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 절연성 산화물 또는 질화물 기판을 제공하는 단계;
(b) 철, 코발트 또는 니켈 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하는 단계;
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 첨두온도까지 전자빔으로 가열하되, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하는 데 유효한 시간 동안 가열하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 절연성 산화물 또는 질화물 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 절연성 산화물 또는 질화물 기판을 제공하는 단계;
(b) 철 이온 또는 사마륨 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량을 주입하고 나서 코발트 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하는 단계;
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 약 600℃ 내지 약 1200℃ 사이의 첨두온도까지 전자빔으로 가열하고, 선택적 단계로서, 미리 정해진 시간 동안 이 첨두온도를 유지시킴으로써, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하도록 하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
본 발명의 일부 구현형태는 절연성 산화물 또는 질화물 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 절연성 산화물 또는 질화물 기판을 제공하는 단계;
(b) 철 이온 또는 사마륨 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하고 나서, 코발트 이온을 약 5keV 내지 약 50keV 사이의 빔 에너지 및 약 1.0×1015ions/cm2 내지 약 1.0×1017ions/cm2 사이의 침투량으로 기판에 주입하는 단계;
(c) 이온주입된 기판을 약 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 첨두온도까지 전자빔으로 가열하되, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하는 데 유효한 시간 동안 가열하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계.
구조적 특성
다른 관점에서, 본 발명은 실질적으로 본 발명의 방법에 따라 제조된 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 기판에 자기 나노클러스터 층을 포함하는 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 대전입자빔으로 어닐링 처리된 자기 나노클러스터 층을 포함하는 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 기판에, 대전입자빔으로 어닐링 처리된 자기 나노클러스터가 포함된 층을 포함하는 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 기판에 대전입자빔으로 어닐링 처리된 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 기판에 자기 나노클러스터를 포함하는 근표면 밴드를 포함하는 자기재료를 제공한다.
일부 구현형태에서, 자기 나노클러스터가 포함된 층 또는 밴드는 약 5nm, 약 10nm, 약 15nm, 약 20nm, 약 25nm, 약 30nm, 약 35nm, 약 40nm, 약 45nm, 약 50nm, 약 55nm, 약 60nm, 약 65nm, 약 70nm, 약 75nm, 약 80nm, 약 85nm, 약 90nm, 약 95nm, 또는 약 100nm의 기판내 최대 깊이를 갖는다.
다른 바람직한 구현형태에서, 자기 나노클러스터가 포함된 층 또는 밴드는, 약 0nm 내지 약 100nm, 약 0nm 내지 약 90nm, 약 0nm 내지 약 80nm, 약 0nm 내지 약 70nm, 약 0nm 내지 약 60nm, 약 0nm 내지 약 50nm, 약 0nm 내지 약 40nm, 약 0nm 내지 약 30nm, 약 0nm 내지 약 20nm, 약 0nm 내지 약 15nm, 또는 약 0nm 내지 약 10nm 사이의 기판내 깊이를 갖는다.
일부 구현형태에서, 자기재료는 자기 나노클러스터가 기판에서 균질적으로 분산되어 있는 층으로 구성된다.
일부 구현형태에서, 자기 나노클러스터는 기판 내에 약 100nm의 최대 깊이로 매립된다. 다른 구현형태에서, 자기 나노클러스터는 기판 내에 약 50nm의 최대 깊이로 매립된다. 다른 구현형태에서, 자기 나노클러스터는 기판 내에 약 5nm, 약 10nm, 약 15nm, 약 20nm, 약 25nm, 약 30nm, 약 35nm, 약 40nm, 약 45nm, 약 50nm, 약 55nm, 약 60nm, 약 65nm, 약 70nm, 약 75nm, 약 80nm, 약 85nm, 약 90nm, 약 95nm, 또는 약 100nm의 최대 깊이로 매립된다.
일부 바람직한 구현형태에서, 자기재료는 기판 내에 약 0nm 내지 약 5nm 깊이의 자기 나노클러스터가 포함된 층을 포함한다. 다른 바람직한 구현형태에서, 자기 나노클러스터는 기판 내에 약 0nm 내지 약 100nm 사이의 깊이에 있다. 다른 바람직한 구현형태에서, 자기 나노클러스터는 약 0nm 내지 약 50nm 사이의 깊이에 있다. 다른 바람직한 구현형태에서, 자기 나노클러스터는 약 0nm 내지 약 100nm, 약 0nm 내지 약 90nm, 약 0nm 내지 약 80nm, 약 0nm 내지 약 70nm, 약 0nm 내지 약 60nm, 약 0nm 내지 약 50nm, 약 0nm 내지 약 40nm, 약 0nm 내지 약 30nm, 약 0nm 내지 약 20nm, 약 0nm 내지 약 15nm, 또는 약 0nm 내지 약 10nm 사이의 깊이에 있다.
일부 구현형태에서, 나노클러스터는 준 구형이다. 일부 바람직한 구현형태에서, 나노클러스터는 실질적으로 구형이다.
일부 바람직한 구현형태에서, 나노클러스터는 거의 단분산(monodisperse)되어 있다.
일부 구현형태에서, 자기 나노클러스터의 직경은 약 80nm 이하이다. 다른 구현형태에서, 자기 나노클러스터 직경은 약 50nm 미만이다. 다른 구현형태에서, 자기 나노클러스터의 직경은 약 5nm 내지 약 30nm 사이에 있다. 다른 구현형태에서, 자기 나노클러스터의 직경은 약 5nm 내지 약 10nm 사이에 있다.
일부 구현형태에서, 나노클러스터간의 이격 거리는 최대 약 50nm이다.
일부 구현형태에서, 자기 나노클러스터는 철, 철 산화물, 코발트, 철/코발트(바람직하게는 FeCo), 사마륨/코발트(바람직하게는 SmCo5 또는 Sm2Co17), 니켈, 네오디뮴/철/붕소(바람직하게는 Nd2Fe14B), 철/니켈(바람직하게는 FeNi), 또는 크롬 산화물(바람직하게는 CrO2)을 포함한다.
일부 구현형태에서, 자기 나노클러스터는 철, 코발트, 철/코발트, 사마륨/코발트, 또는 니켈을 포함한다.
본 발명의 일부 구현형태는, 전기적으로 절연된 기판 내에 약 0nm 내지 약 100nm 사이의 깊이에 있으며 약 80nm 이하의 직경을 갖는 자기 나노클러스터가 포함된 층을 포함하는 자기재료를 제공한다.
본 발명의 일부 구현형태는, 전기적으로 절연된 기판 내에 약 0nm 내지 약 100nm 사이의 깊이에 있으며 철, 코발트, 철/코발트, 사마륨, 사마륨/코발트, 또는 니켈을 포함하고 약 80nm 이하의 직경을 갖는 자기 나노클러스터가 포함된 층을 포함하는 자기재료를 제공한다.
본 발명의 일부 구현형태는, 전기적으로 절연된 기판 내에 약 0nm 내지 약 100nm 사이의 깊이에 있으며 철, 코발트, 철/코발트, 사마륨/코발트, 또는 니켈을 포함하고 약 80nm 이하의 직경을 갖는 자기 나노클러스터가 포함된 층을 포함하는 자기재료를 제공한다.
본 발명의 일부 구현형태는, 전기적으로 절연된 기판 내에 약 0nm 내지 약 100nm 사이의 깊이에 있으며 약 80nm 이하의 직경을 갖는 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제공한다.
본 발명의 일부 구현형태는, 전기적으로 절연된 기판 내에 약 0nm 내지 약 100nm 사이의 깊이에 있으며 철, 코발트, 철/코발트, 사마륨, 사마륨/코발트, 또는 니켈을 포함하고 약 80nm 이하의 직경을 갖는 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제공한다.
본 발명의 일부 구현형태는, 전기적으로 절연된 기판 내에 약 0nm 내지 약 100nm 사이의 깊이에 있으며 철, 코발트, 철/코발트, 사마륨/코발트, 또는 니켈을 포함하고 약 80nm 이하의 직경을 갖는 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제공한다.
자기적 특성
자기재료의 보자력 장(coercive field)은 해당 재료의 입자 크기에 의존한다. 입자 크기가 증가함에 따라 보자력 장도 증가한다. 따라서, 강자성(ferromagnetic), 반자성(antiferromagnetic), 또는 준강자성(ferrimagnetic) 재료의 자기적 거동은, 이들 재료의 입자 크기가 작아짐에 따라 초상자성(superparamagnetism)으로 변경된다. 강자성, 반자성, 또는 준강자성 재료의 매우 작은 나노클러스터는 초상자성으로 되는 경향을 띠게 될 것이다.
초상자성 재료들은 일단 인가된 자기장을 제거하면 자기 모멘트를 유지하지 않는데, 이는 영(0)의 보자력(coercivity)을 갖는다는 의미이다. 이러한 거동은 상자성 재료에서도 나타나지만, 초상자성 재료의 경우에는 훨씬 더 큰 포화 자화성을 가지며(강자성 재료에서 나타나는 것에 비해), 인가된 자기장에 대해서 상자성 재료보다도 훨씬 더 효과적으로 응답한다.
강자성 재료는 영(0)이 아닌 보자력을 갖는다. 강자성 재료는 인가 자기장을 제거해도 특정 자화성을 유지하며, 영(0)으로 자화를 되돌리기 위해서는 반대 방향의 자기장이 필요하다. 재료가 더 큰 보자력을 갖는다면, 더 큰 자기장 강도가 필요하다.
보자력 및 포화 자화성 모두는, 재료, 나노 구조의 크기, 및 온도에 의존한다. 열에너지가 전체 나노클러스터의 자화를 압도할 수 있는 경우에, 강자성 재료는, 충분히 작은 나노클러스터 크기에서, 초상자성을 띨 수 있다. 한편, 초상자성 재료는, 그것의 차단 온도(자화를 압도하기에 충분한 열에너지에 필요한 최소 온도) 이하의 온도에서 강자성이 될 수 있다.
예를 들어, 실온에서 철 나노클러스터는 직경이 약 15nm보다 작을 경우에는 초상자성이 되고, 약 15nm보다 클 경우에는 강자성이 된다. Fe3O4 등의 재료는 약 50nm 이하의 직경에서 초상자성이다.
기판 내의 나노클러스터의 크기 뿐만 아니라, 본 발명의 자기재료의 자기 특성(예를 들어, 보자력)은 기판 내 자기 나노클러스터의 구성 및 분포 모두에 의존한다.
일부 구현형태에서, 나노클러스터 및 자기재료는 실온에서 연성(soft) 강자성이다. 다른 구현형태에서, 나노클러스터 및 자기재료는 실온에서 초상자성이다.
본 발명의 자기재료를 평가하면, 이온주입된 종의 원자 당 자화는 일반적으로, 덩어리(bulk) 재료의 자화와 같거나 더 크게 나온다.
일부 구현형태에서 자기재료는 5K의 온도에서 약 1500 Oe보다 작은 자기 보자력을 갖는다. 다른 구현형태에서 자기재료는 5K에서 약 1000 Oe보다 작은 자기 보자력을 갖는다. 다른 구현형태에서 자기재료는 5K에서 약 500 Oe보다 작은 자기 보자력을 갖는다.
자기 나노클러스터가 실리콘 이산화물 내에 철, 니켈, 또는 코발트를 포함하는 몇몇 바람직한 구현 형태에서 자기재료는 5K에서 약 50 Oe보다 작은 자기 보자력을 갖는다.
자기 나노클러스터가 실리콘 이산화물 내에 철/코발트를 포함하는 일부 바람직한 구현형태에서 자기재료는 5K에서 약 200 Oe의 자기 보자력을 갖는다.
자기 나노클러스터가 실리콘 이산화물 내에 사마륨/코발트를 포함하는 일부 바람직한 구현형태에서 자기재료는 5K에서 약 500 Oe의 자기 보자력을 갖는다.
기판의 표면에 그리고/또는 그 근방에 위치하는 자기 나노클러스터는 그 위치상, 이보다 더 깊게 매립되어 있는 나노클러스터보다도 기판에 자기적으로 덜 구속되어 있다. 이 때문에 외부의 자기장에 대한 응답이 더 빨라지게 된다. 또한, 두 인접한 나노클러스터들 사이의 절연 간극이 작다. 이에, 두 인접한 나노클러스터 간에는 터널링 접합(tunnelling junction)이 가능해진다. 또한, 많이 사용되는 기판의 높은 저항률에 의해 전기적 손실이 줄어든다.
따라서, 본 발명의 자기재료는, 예를 들어, 자기 센서와 같은 응용 및 나노플럭스게이트(nanofluxgate) 또는 나노솔레노이드(nanosolenoid)용 코어에 유용하다.
자기 센서로서 그리고 나노플럭스게이트용 코어로서 사용하기 위한 바람직한 자기재료는 상대적으로 낮은 보자력 장을 갖는다. 일부 바람직한 구현형태에서, 자기재료는 5K에서 약 100보다 낮은, 보다 바람직하게는 약 50 Oe보다 낮은, 보다 바람직하게는 약 20 Oe보다 낮은, 보다 바람직하게는 약 10 Oe보다 낮은, 보다 바람직하게는 약 5 Oe보다 낮은, 보다 바람직하게는 약 1 Oe보다 낮은, 보다 바람직하게는 약 0.1 Oe보다 낮은 자기 보자력을 갖는다.
상대적으로 높은 보자력 장을 갖는 본 발명의 이러한 자기재료는, 나노 전기기계 시스템용 경질(hard) 자석으로서의 응용에 유용하다. 이 자기재료는 5K에서 약 200 Oe보다 높은 자기 보자력을 갖는 것이 바람직하다. 다른 바람직한 구현형태에서 이 자기재료는 5K에서 최소한 약 200 Oe의 자기 보자력을 갖는다.
따라서, 본 발명은 또한, 본 발명의 자기재료를 포함하는 장치에 대해서 고려하고 있다.
보다 구체적으로, 다른 관점에서 볼 때, 본 발명은 본 발명의 자기재료를 포함하는 자기전기(magneto-electric) 장치를 제공한다. 일부 구현형태에서 이 자기전기 장치는 자기 작동기(actuator)이다. 다른 구현형태에서 이 자기전기 장치는 자기저항기이다. 다른 구현형태에서 이 자기전기 장치는 자기 센서이다.
일부 바람직한 구현형태에서 이 자기전기 장치는 자기저항 센서의 구성요소이다. 다른 바람직한 구현형태에서 이 자기전기 장치는 나노플럭스게이트이다.
일부 구현형태에서, 이 자기전기 장치는 마이크로 또는 나노 전기기계 시스템에 통합된다.
본 발명의 방법은, 절연 기판을 사용하여 상대적으로 낮은 어닐링 온도 및/또는 짧은 어닐링 시간으로의 자기재료 및 자기전기 장치의 제조를 허용한다. 이러한 특징은, 자기재료와 자기전기 장치의, 전자 회로와의 결합 및 본 방법의, 전자 집적회로 제조와의 결합에 있어서 특히 장점이 된다.
따라서, 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 자기재료를 제조하는 것을 포함하는 전자 집적회로를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명의 자기재료를 포함하는 전자 회로를 제공한다. 또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명의 자기전기 장치를 포함하는 전자 회로를 제공한다. 일부 바람직한 구현형태에서, 이 자기전기 장치는 자기 센서이다.
일부 구현형태에서, 자기전기 장치는 마이크로 또는 나노 전자 집적회로에 통합된다. 일부 바람직한 구현형태에서, 이 자기전기 장치는 자기 센서이다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 자기전자 장치에 사용하기 위한 본 발명의 자기재료를 제공한다. 일부 바람직한 구현형태에서, 자기재료는 실질적으로 본 발명의 방법에 따라 제작된다.
자기 감지
본 발명의 자기재료는 자기저항성을 띤다. 일부 구현형태에서, 본 발명의 자기재료는 큰 값의 양(+)의 자기저항률을 갖는다.
일반적으로, 어떤 자기재료라도, 재료 내에서의 전자의 경로를 증가시키고 이에 따라 저항을 "사실상" 증가시키는 자기장을 발생시키는 홀 효과(hall effect)로 인한 자기저항성을 띤다. 대부분의 자기재료는 또한, 자기장 내에서의 재료의 제약으로 인해 자기저항성을 띠지만, 일반적으로 이 저항의 변화는 적다. 일부 재료는, 소위, 거대자기저항, 극대자기저항(CMR:colossal magnetoresistance), 터널링 자기저항, 자기저항 스위치(MRS:magnetoresistive switch)효과로 부르는 큰 값 내지 매우 큰 값의 자기저항을 갖는다.
자기저항기가 자기장 내에 들어가게 되면, 그 저항률은 자기장의 크기에 따라 변동된다. 따라서, 자기저항기를 자기 감지 장치로서 사용할 수 있다. 자기저항기를 이용한 자기 감지 장치는 쉽게 구현할 수 있지만, 일반적으로 그 감도가 그리 높지는 않다.
휘트스톤 브릿지(wheatstone bridge)형식을 이용한 저항 브릿지에 가변 저항을 넣어서 저항의 작은 변동을 감지하는 것이 가능하다. 가변 저항 및 이와 직렬 연결된 다른 저항기를, 다른 저항기 쌍에 병렬로 위치시켜서, 각 분기점을 흐르는 전류가 동일하도록 한다. 두 분기점의 중간점에서의 전위차는 가변 저항의 저항의 변화에 정비례한다. 그 다음에 이 신호를 증폭하고 표시할 수 있다.
실시예 2는 본 발명의 자기재료를 가변 저항으로서 사용하는 본 원리의 응용에 대하여 설명하기 위한 것이다.
따라서, 자기 센서는, 본 발명의 자기재료에 접속기, 전원 공급 장치 등과 같은 다른 기존 구성요소를 추가함으로써 제조할 수 있다
플럭스게이트 자력계(fluxgate magnetometer)에 의해 일정한 또는 낮은 주파수의 자기장의 크기와 방향을 측정한다. 플럭스게이트 자력계를 사용함으로서 10-2 nT 까지의 매우 작은 자기장을 측정할 수 있다.
높은 투자율 및 낮은 보자력의 강자성 재료 - 코어 - 를, 교류 전류가 흐르는 코일 - 여자 코일(excitation coil) - 에 의해 음(-)의 자화 포화상태로부터 양(+)의 자화 포화상태까지 여자시킨다. 코어의 여자 및 자화의 합인 자기장은 다른 코일 - 픽업 코일(pick-up coil) - 에 의해 검출된다. 만일 외부 자기장이 코일의 축에 인가된다면, 코어는 어느 한 포화상태로는 보다 쉽게 구동될 것이고, 다른 포화상태로는 덜 쉽게 구동될 것이다. 이로써 여자 신호에 비동기화(de-synchronisation)가 발생하고, 이 신호는 픽업 코일에 의해 측정된다. 이 신호의 위상 차이는 외부 자기장의 진폭 및 방향에 의존한다. 이들 센서의 성능을 향상시키기 위해서 다양한 구성형태 - 예컨대, 다른 코어 모양 및 소재 그리고 다른 신호 분석 회로 - 를 사용할 수 있다.
플럭스게이트의 개발은 주로, 소형화 및 응답 주파수의 증대에 주안점을 두고 있다. 플럭스게이트 자력계는, 센서의 길이가 작아질수록 자기 잡음(noise)이 크게 증가하기 때문에, 일반적으로는 소형화하기 어렵다. 응답 주파수는 코어의 저항률, 그리고 코어의 자화가 역전(reverse)될 수 있는 속도에 의해 제한된다. 본 발명의 특정 자기재료는, 높은 주파수에서의 감도 손실의 원인이 되는 와전류(eddy current)를 감소시키는 높은 저항률을 제공하며, 빠른 포화로 하여금 포화 진동하도록 하는 낮은 자화 피닝(pinning) - 각 나노클러스터가 독립적인 자기 영역으로서 거동함 - 을 제공한다.
도 1은 실리콘 지지부(30) 상의 실리콘 이산화물 기판(10)에 형성된, 강자성 나노클러스터를 포함하는 본 발명의 자기재료의 두 영역으로 형성된 두 개의 평행한 코어(45)를 사용하는 플럭스게이트 자력계(40)의 일 구현형태를 보여준다. 플럭스게이트 자력계(40)에는, 코어 위에 감겨 있고 AC 전원(50)에 연결되며, 역평행(anti-parallel) 동기 신호를 갖는 두 개의 여자 코일과, 두 여자 코일 위에 감겨 있으며, 2f 신호를 검출하는 검출기(55)에 연결되는 하나의 픽업 코일이 포함된다.
본 발명의 자기재료는 경질 자석일 수 있다. 예를 들어, 철/코발트 또는 사마륨/코발트 나노클러스터를 포함하는 자기재료는 상대적으로 높은 보자력을 띤다. 이러한 재료는 마이크로 또는 나노 기계 장치용 경질 자석으로 사용할 수 있다. 본 발명은 매우 작은 크기의 경질 자기재료의 제조를 가능케 하는 장점이 있다. 따라서 본 발명의 자기재료는, 예컨대 교류 구동 모터용의 마이크로 또는 나노 크기의 자기 작동기로서 사용할 수 있다.
또한, 솔레노이드로서 동작할 수 있는 마이크로 또는 나노 크기 구성품의 제조에 있어서는 전류를 이용한 경질 자기재료의 자화가 유용할 수 있다. 이러한 나노솔레노이드의 자화는 자기재료에 인가되는 전압을 반전시킴으로서 뒤집을 수 있다.
도 2는 나노구조 모터(60)인 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS: microelectrical mechanical system)의 일 구현형태를 도시하는데, 이 모터의 회전자(65)는 동일한 자기 방향을 갖는 본 발명의 경질 자기재료의 다수의 영역(70)과, 반대의 자기 방향을 갖는 본 발명의 경질 자기재료의 다수의 영역(80)을 포함한다. 교류 전류로써 나노솔레노이드의 자화(75)를 뒤집어서 회전자 주위에 교번 자기장을 인가하면 회전자(65)에 토크(torque)가 인가되어, 움직임이 일어난다. 도 2에 도시한 장치는 발전기(generator) 또는 교류발전기(alternator)로서의 사용에 즉각 적용될 수 있다.
아래의 비한정적인 실시예들은 본 발명을 설명하기 위해 제공한 것이며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.
실시예
실시예 1 - 실리콘 이산화물에 자기 나노클러스터를 형성하기
다양한 나노클러스터 크기 및 분포를 갖는 자기재료를 아래에 열거한 구성을 이용하여 수득하였다.
ㆍ 기판은 실리콘 상에 실리콘 이산화물 층이 400nm 및 500nm인 것 사용.
ㆍ 실온에서 초고진공 조건 하에서 10㎂/cm2 보다 작은 전류밀도로, 5×1015, 1×1016, 5×1016, 및 1×1017ions/cm2의 침투량으로 7.5keV 및 15keV의 56Fe+ 이온을 주입.
ㆍ 이온주입된 시료를 600℃, 800℃, 또는 1000℃에서 초고진공(10-7mbar) 조건 하에서 전자빔으로 어닐링 처리.
ㆍ 전자빔 어닐링 시의 첨두온도를 0, 15, 30, 60, 300, 900, 1800, 3600, 7200, 또는 10800초 동안 유지.
전자빔 어닐링에 의한 가열시의 온도 기울기는 +5℃/s 내지 +20℃/s이었다.
전자빔 어닐링에 뒤이어 실행한 냉각시의 온도 기울기는 -5℃/s 내지 -20℃/s이었다.
자기재료의 특성은, 이들 온도 범위 내에서의 가열 및 냉각시의 온도 기울기에는 무관한 것으로 나타났다.
자기재료의 특성은, 주입 이온의 침투량 5×1015, 1×1016, 또는 5×1016ions/cm2에 대해서 큰 차이를 보이지 않았다. 1×1017ions/cm2의 침투량은, 육각형 형상의 대략 80nm의 직경을 갖는 대형 나노클러스터를 형성하는 결과를 가져왔다. 이 침투량으로 주입된 철의 상대적으로 높은 농도는 나노클러스터의 보다 더 빠른 집성을 일으키며 또한 철 규소화합물(iron silicide)의 형성을 가능케 한다.
1×1016ions/cm2의 주입 이온 침투량으로 생성된 자기재료의 러더퍼드 후방산란 분광법에 의한 분석은, 주입된 철 원자가 수 초 동안 어닐링 처리된 시료의 근표면 영역에 있으며 이 시간이 지난 후에 집성되기 시작함을 보여 준다(도 3 참조). 1000℃에서 어닐링 시간의 함수로서의 나노클러스터 크기의 변화를 도 4에 도시한다. 원자력 현미경 영상(도 5 참조)과 투과전자 현미경(TEM:transmission electron microscopy) 영상(도 6, 도 7 참조)은, 5~10nm 직경의 철(Fe) 주성분 구형 나노클러스터가 1000℃에서 15초 동안 어닐링한 후에 시료에 존재하고 있음을 나타내고 있다.
도 6의 고해상도 투과전자 현미경 영상은 실리콘 이산화물 박막의 표면에 있는 철 나노클러스터를 보여주고 있다. 도 6에 삽입되어 있는 그림은 나노클러스터의 결정 상태를 보여준다. 도 7의 투과전자 현미경 영상은 실리콘 이산화물 박막(10)에 있는 철 나노클러스터(5) 밴드를 나타낸다(파선 표시). 일점쇄선(dotted and dashed line)은 실리콘 이산화물 박막(10)과 에폭시 매트릭스(epoxy matrix)(15) 사이의 계면(interface)을 나타낸다.
실리콘 이산화물 내에 형성된 철 나노클러스터를 포함하는 자기재료의 자기적 특성 및 전자 수송 특성을, 초전도 양자 간섭 장치(SQUID:superconducting quantum interference device)에 의한 자력측정법 및 물리적 특성 측정 시스템(PPMS:physical properties measurement system)에 의한 4점 저항 측정법을 이용해서 고찰하였다. 600℃, 800℃, 및 1000℃에서 1시간 동안 전자빔으로 어닐링한 재료에 대하여 실온(300K)에서 관찰한 원자당 자기 모멘트를 도 8에 도시하였다.
가변 자기장에서의 저항 측정 결과, 자기재료의 저항은 자기장이 증가함에 따라 크게 증가하는 것으로 나타났다. 자기저항(MR:magnetoresistance)의 비율을, 자기재료의 표면에 수직인 자기장에서 측정하였다. 그 변화량의 진폭은 4 테슬라(tesla)의 자기장 인가시에 300K에서 최대 20%, 100K에서 최대 90%이었고, 8 테슬라의 자기장 인가시에는 300K에서 최대 40%이었다. 특히 100K에서의 곡선의 비선형만이 홀 효과와 일치하지 않았다. 이론에 구속되지 않고 볼 때, 실온에서의 양(+)의 자기저항의 거동은 터널링 자기저항 및 그 밖의 기하학적으로 관련된 자기저항 현상과의 조합으로부터 연원하는 것 같다고 생각된다.
측정에 의해, 서로 다른 어닐링 조건의 결과로서 서로 다른 자기적 거동이 발생함을 알게 되었는바, 이는, 서로 다른 전자빔 어닐링 조건 하에서 형성된 자기 나노클러스터의 크기 차이에 기인한다. 예를 들어, 600℃ 또는 800℃에서 1시간 동안 전자빔으로 어닐링하여 얻은 자기재료는 초상자성이었고, 1000℃에서 1시간 동안 어닐링하여 얻은 재료는 보자력 장이 약 50 Oe 또는 0.005T(5K에서)보다 작은 강자성이었다.
위의 방법을 다른 주입 이온에 대해서 반복 시행하였다. 니켈 또는 코발트 이온을, 유사한 침투량과 에너지로 실리콘 이산화물에 주입하고 전자빔 어닐링을 함으로써 유사한 자기적 및 구조적 결과를 얻었다.
니켈 또는 코발트 이온을, 유사한 침투량과 에너지로 실리콘 상에 실리콘 질화물이 포함된 기판에 주입하고 전자빔 어닐링을 함으로써 유사한 자기적 및 구조적 결과가 또한 얻어진다.
철, 니켈, 또는 코발트 이온을, 유사한 침투량과 에너지로 알루미늄 산화물 기판에 주입하고 전자빔 어닐링을 함으로써 유사한 자기적 및 구조적 결과가 또한 얻어진다.
Fe/Co 나노클러스터(5K에서 200 Oe 또는 0.02T) 및 Sm/Co 나노클러스터(5K에서 500 Oe 또는 0.05T)를 포함하는 자기재료에 대해서 보다 더 높은 보자력 장을 얻었다. 이들 자기재료는, 철(15keV에서 8.5×1016ions/cm2) 및 코발트(15keV에서 1×1016ions/cm2) 또는 사마륨(20keV에서 1×1016ions/cm2) 및 코발트(15keV에서 5×1016ions/cm2)를, 유사한 침투량과 에너지로 실리콘 이산화물에 연속적으로 주입하고 전자빔 어닐링(Fe/Co의 경우 1000℃에서 3600초, Sm/Co의 경우 940℃에서 1800초)하여 제조되었다. 이온주입 및 어닐링 시의 압력은 2×10-7mbar보다 작았고, 시료를, 2회의 주입 단계 사이에 진공으로부터 꺼내었다.
철 및 코발트 이온 또는 사마륨 및 코발트 이온을, 유사한 침투량과 에너지로 실리콘 상에 실리콘 질화물이 포함된 기판에 연속적으로 주입하고 전자빔 어닐링을 함으로써 유사한 결과를 얻었다.
실시예 2 - 실리콘 이산화물에 철 나노클러스터가 포함되는 자기저항 센서
자기저항 센서는, 연산 증폭기(operational amplifier)를 갖는 하나의 휘트스톤 브릿지를 포함하도록 제조되며, 전체적으로 5V 안정화 전원 공급 장치로부터 전력을 공급받는다.
실리콘 기판 상의 10mm×4mm 실리콘 이산화물에 균일하게 분포하는 철 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 실시예 1의 방법을 사용하여 제조하였다. 철 원자를 15keV의 에너지 및 1×1016ions/cm2의 침투량으로 주입하였고, 이어서, 1000℃에서 1시간동안 전자빔 어닐링하였다.
전기 접속부는, 이온 빔 스퍼터링(sputtering)법을 이용하여 재료의 양단에 2nm 두께의 티타늄 층을 증착한 다음에 20nm 두께의 알루미늄 층을 증착하여 형성하였다. 티타늄 층은 자기재료와 알루미늄과의 부착력 및 전기 접촉성을 개선하기 위하여 사용되었다. 자기재료와 접속부 사이의 전기 전도성을 개선하기 위하여, 그것들을 약 300℃에서 30분간 어닐링 처리하였다.
저항기 브릿지의 고정 저항은, 자기재료의 저항을 측정한 후에 정하였다. 그 다음에 자기재료를, 전기 접속을 위한 전도성 있는 은분 도료(silver paint)를 사용하여, 가변 저항으로서의 전기 보드(board)에 집적한다. 센서가 동작하지 않을 때에 2.5V에서 전압 균형이 이루어지도록 브릿지의 다른 분기점에는 전위차계(potentiometer)를 사용하였다.
자기재료에, 다양한 상업용의 교정용 자기 탐침(probe)을 사용하여, 다양한 자기장을 인가하였다. 자기재료는 외부 자기장의 넓은 범위(0.05T 내지 7T)에 걸쳐서 매우 효율적인 자기 센서가 되었다. 자기재료는 또한, -70℃ 내지 40℃의 온도 범위에서 적정하게 안정적이었다.
이론에 구속되지 않고 볼 때, 이 센서의 효율은 자기재료에 대해서 관찰되는 작은 보자력 장 및 큰 자기저항 비율 때문인 것으로 생각된다.
도 9는 본 발명의 자기재료의 다수의 영역(25)을 포함하는 자기저항 센서로서 사용할 수 있는 보다 더 정교한 장치(20)의 일 구현형태를 도시한다. 여기에는 금속화 기법에 의해 형성된 전기 접속부(35)를 갖고, 실리콘 지지부(30)에 있는 실리콘 이산화물 기판(10)에 풀브릿지(full bridge) 형식으로 형성되어 있는 비등방성 자기저항이 포함된다.
본 발명의 범위가 상술한 실시예들에만 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 숙련된 자는 이해할 것인바, 특허청구범위에 기술된 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (32)

  1. 자기재료를 제조하기 위한 방법으로서,
    (a) 기판을 제공하는 단계;
    (b) 기판에 낮은 에너지의 자성 이온을 주입하는 단계;
    (c) 대기압보다 낮은 압력의 챔버 내에서, 이온주입된 기판을 대전된 입자 빔으로 첨두온도까지 가열하고, 이온주입된 기판의 온도를 감소시킴으로써 자기재료를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b)단계 동안에, 두 가지 또는 그 이상의 이온들을 순차적으로 주입하고,
    상기 (c)단계 동안에, 주입된 이온이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하는, 자기재료 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (C)단계에서 상기 첨두온도를 미리 정해놓은 시간 동안 유지시키는 것을 더 포함하는, 자기재료 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 절연체인, 자기재료 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판은 절연 산화물 또는 질화물인, 자기재료 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 및 실리콘 질화물로 구성된 그룹에서 선택되는, 자기재료 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 자성 이온은 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 및 크롬으로 구성된 그룹에서 선택되는, 자기재료 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이온들은 철 및 코발트 또는 사마륨 및 코발트인, 자기재료 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계 동안에 자성 이온이 100nm 깊이까지 기판을 침투하는, 자기재료 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 자성 이온은 1.0×1015ions/cm2 내지 5.0×1016ions/cm2 사이의 침투량으로 주입되는, 자기재료 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 대전된 입자빔은 전자빔인, 자기재료 제조 방법.
  11. 전기 절연 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 전기적으로 절연된 기판을 제공하는 단계;
    (b) 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 및 크롬 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제1종의 낮은 에너지 이온을 5nm 내지 100nm 사이의 깊이로 기판에 주입하고, 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 크롬, 산소, 및 붕소 이온으로 이루어진 제2그룹으로부터 선택된 한 종 이상의 낮은 에너지 이온(단, 이 제2그룹에서 선택되는 이온은 상기 제1종의 낮은 에너지 이온과 다름)을 5nm 내지 100nm 사이의 깊이로 기판에 주입하는 단계;
    (c) 상기 이온주입된 기판을 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 500℃ 내지 1400℃ 사이의 첨두온도까지 전자빔으로 가열함으로써, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하도록 하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계;를 포함하는, 전기 절연 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 (c)단계에서 상기 첨두온도를 미리 정해놓은 시간 동안 유지시키는 것을 더 포함하는, 자기재료를 제조하는 방법.
  13. 전기 절연 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 전기적으로 절연된 기판을 제공하는 단계;
    (b) 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 및 크롬 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제1종의 낮은 에너지 이온을 5nm 내지 100nm 사이의 깊이로 기판에 주입하고, 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 크롬, 산소, 및 붕소 이온으로 이루어진 제2그룹으로부터 선택된 한 종 이상의 낮은 에너지 이온(단, 이 제2그룹에서 선택되는 이온은 상기 제1종의 낮은 에너지 이온과 다름)을 5nm 내지 100nm 사이의 깊이로 기판에 주입하는 단계;
    (c) 상기 이온주입된 기판을 1×10-6mbar 미만 압력의 챔버에서 첨두온도까지 전자빔으로 가열하되, 주입된 이온들이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하는 데 유효한 시간 동안 가열하고, 이온주입된 기판의 온도를 낮추어서 자기재료가 형성되도록 하는 단계;를 포함하는, 전기 절연 기판 내의 자기 나노클러스터를 포함하는 자기재료를 제조하는 방법.
  14. 자기 재료를 포함하는 자기전기 장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 자기재료는 양(+)의 자기저항률을 가지며, 상기 자기 재료는
    (a) 절연된 기판을 제공하는 단계;
    (b) 기판에 낮은 에너지의 자성 이온을 주입하는 단계;
    (c) 대기압보다 낮은 압력의 챔버 내에서, 이온주입된 기판을 전자빔, 양성자 빔, 또는 양전자빔으로 첨두온도까지 가열하고, 이온주입된 기판의 온도를 감소시킴으로써 자기재료를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 (c)단계 동안에, 주입된 이온이 집성하여 자기 나노클러스터를 형성하는 방법으로 제조되는, 자기 재료를 포함하는 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (c)단계에서 상기 첨두온도를 미리 정해놓은 시간 동안 유지시키는 것을 더 포함하는, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 자기전기 장치는 자기저항기이거나 자기 센서인, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 자기 전기장치는 마이크로 또는 나노 전기기계 시스템에 통합되는, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 양(+)의 자기저항률은, 자기재료의 표면에 수직인 자기장에서 측정하였을때, 4 테슬라(tesla)의 자기장 인가시에 300K에서 최대 20%, 100K에서 최대 90%이거나, 8 테슬라의 자기장 인가시에는 300K에서 최대 40%인, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 기판은 절연 산화물 또는 질화물인, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물 및 실리콘 질화물로 구성된 그룹에서 선택되는, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 자성 이온은 철, 코발트, 니켈, 사마륨, 네오디뮴, 및 크롬으로 구성된 그룹에서 선택되는, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  22. 제14항에 있어서, 상기 (b)단계 동안에 두 가지 또는 그 이상의 이온들을 순차적으로 주입하는, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  23. 제14항에 있어서, 상기 (b)단계 동안에 자성 이온이 100nm 깊이까지 기판을 침투하는, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  24. 제14항에 있어서, 상기 자성 이온은 1.0×1015ions/cm2 내지 5.0×1016ions/cm2 사이의 침투량으로 주입되는, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
  25. 제14항에 있어서, 상기 (c)단계에서, 이온주입된 기판은 전자빔으로 가열되는, 자기전기 장치를 제조하는 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9285349B2 (en) * 2012-11-07 2016-03-15 Empire Technology Development Llc Analyte detectors and methods for their preparation and use
FR3002690B1 (fr) * 2013-02-27 2016-07-29 Centre Nat De La Rech Scient - Cnrs - Procede de traitement d'une structure magnetique
WO2017035290A1 (en) * 2015-08-26 2017-03-02 American Superconductor Corporation Long length high temperature superconducting wires with uniform ion implanted pinning microstructures
US10162016B2 (en) * 2016-03-08 2018-12-25 Texas Instruments Incorporated Reduction of magnetic sensor component variation due to magnetic materials through the application of magnetic field

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000022238A (ja) * 1998-07-01 2000-01-21 Agency Of Ind Science & Technol 巨大磁気抵抗材料及びその製造方法
JP2002175772A (ja) * 2000-12-06 2002-06-21 Ulvac Japan Ltd イオン注入装置およびイオン注入方法
JP2005108353A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd マスター情報担体およびその製造方法
JP2009533549A (ja) * 2006-04-07 2009-09-17 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド 酸化亜鉛材料及びそれらの調製方法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4127762A (en) * 1974-09-24 1978-11-28 Paton Boris E Method for controlling and stabilizing fusion depth in electron-beam welding and device for effecting same
US4371774A (en) * 1980-11-26 1983-02-01 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy High power linear pulsed beam annealer
JPS601625A (ja) * 1983-06-20 1985-01-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気記録媒体およびその製造方法
JPH0754584B2 (ja) * 1984-03-27 1995-06-07 三菱化学株式会社 磁気記録媒体の製造方法
JPS60231924A (ja) 1984-04-28 1985-11-18 Taiyo Yuden Co Ltd 薄膜型磁気記録媒体の製造方法
KR940004986B1 (ko) 1984-08-27 1994-06-09 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 자성막의 제조방법 및 그것을 사용한 자기헤드
JPS6187871A (ja) 1984-09-13 1986-05-06 Seiko Epson Corp イオン・ビ−ム・デポジシヨン法
JPS63250461A (ja) 1987-04-06 1988-10-18 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 磁気記録媒体
DE69322717T2 (de) 1992-09-11 1999-05-06 Hitachi Ltd Hochkorrosionsbeständiges Metall, Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung und seine Verwendung
US5834709A (en) * 1994-01-26 1998-11-10 Lucent Technologies Inc. Position sensing systems including magnetoresistive elements
US5667924A (en) * 1996-02-14 1997-09-16 Xerox Corporation Superparamagnetic image character recognition compositions and processes of making and using
USRE38474E1 (en) 1998-10-14 2004-03-23 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. CoCrPtB alloys with increased boron content and method of producing same
US6610602B2 (en) 1999-06-29 2003-08-26 The Research Foundation Of State University Of New York Magnetic field sensor and method of manufacturing same using a self-organizing polymer mask
US6383574B1 (en) 1999-07-23 2002-05-07 Headway Technologies, Inc. Ion implantation method for fabricating magnetoresistive (MR) sensor element
SG88784A1 (en) 2000-07-17 2002-05-21 Inst Data Storage Method of producing a magnetic recording medium
US6864042B1 (en) 2000-07-25 2005-03-08 Seagate Technology Llc Patterning longitudinal magnetic recording media with ion implantation
NZ513637A (en) * 2001-08-20 2004-02-27 Canterprise Ltd Nanoscale electronic devices & fabrication methods
SG122746A1 (en) 2001-10-01 2006-06-29 Inst Data Storage Method of magnetically patterning a thin film by mask-controlled local phase transition
US6884328B2 (en) 2001-11-29 2005-04-26 Seagate Technology Llc Selective annealing of magnetic recording films
AU2004207125A1 (en) 2003-01-31 2004-08-12 Institute Of Geological & Nuclear Sciences Limited Formation of silicon nanostructures
US7128986B2 (en) * 2003-10-16 2006-10-31 Seagate Technology, Llc Nanoclustered magnetic materials for high moment write pole applications
WO2005076938A2 (en) * 2004-02-11 2005-08-25 Massachusetts Institute Of Technology Multi-polymer-coated magnetic nanoclusters
JP4359207B2 (ja) 2004-08-30 2009-11-04 シャープ株式会社 微粒子含有体の製造方法
JP4487710B2 (ja) * 2004-09-28 2010-06-23 ヤマハ株式会社 センサ及び同センサを用いた物理量の測定方法
WO2006118677A2 (en) * 2005-04-29 2006-11-09 The University Of Toledo HIGHLY ORDERED L10 FePT NANOMAGNETS FOR DATA STORAGE AND MAGNETIC SENSING AND METHOD OF MAKING
US8020216B2 (en) 2005-05-10 2011-09-13 The Regents Of The University Of California Tapered probe structures and fabrication
JP2008192634A (ja) * 2007-01-31 2008-08-21 Fujitsu Ltd トンネル磁気抵抗効果膜および磁気デバイス
RU2361320C1 (ru) * 2007-10-29 2009-07-10 Казанский физико-технический институт Казанского научного центра РАН им. Е.К. Завойского (КФТИ КНЦ РАН) Способ получения ферромагнитного полупроводникового материала
US8535766B2 (en) 2008-10-22 2013-09-17 Applied Materials, Inc. Patterning of magnetic thin film using energized ions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000022238A (ja) * 1998-07-01 2000-01-21 Agency Of Ind Science & Technol 巨大磁気抵抗材料及びその製造方法
JP2002175772A (ja) * 2000-12-06 2002-06-21 Ulvac Japan Ltd イオン注入装置およびイオン注入方法
JP2005108353A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd マスター情報担体およびその製造方法
JP2009533549A (ja) * 2006-04-07 2009-09-17 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド 酸化亜鉛材料及びそれらの調製方法

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Publication number Publication date
KR20130112723A (ko) 2013-10-14
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US8872615B2 (en) 2014-10-28
US20130147586A1 (en) 2013-06-13
JP5988967B2 (ja) 2016-09-07
EP2577686A4 (en) 2017-12-06
EP2577686A1 (en) 2013-04-10
WO2011149366A1 (en) 2011-12-01

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