KR102554771B1 - 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법은, 스트라이프 패턴이 형성된 수직자성박막에 수평방향의 자기장을 인가하여 스트라이프 패턴의 주기를 감소시키는 자구 폭 감소 단계를 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 스트라이프 패턴의 주기에 비해 이미징 영역이 좁은 경우에도 수직자성박막의 자화의 크기를 측정할 수 있다.

Description

수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING ABSOLUTE VALUE OF MAGNETIZATION IN PERPENDICULAR THIN FILM}
본 발명은 자화의 크기를 측정하는 것에 관한 것으로, 특히 수직자성박막에 스트라이프(stripe) 패턴을 형성함으로써 자화의 크기를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
자화(magnetization)는 자성체의 기본적인 물성으로, 크기와 방향을 가지는 벡터값이다. 그러나 종래 자성 이미징 기술은 자화의 상대적인 방향만을 측정하는 것에 관한 것이 많다.
이와 관련하여 미국 물리학 협회(American Institute of Physics)에서 발간된 Appl. Phys. Lett. 104, 122404 (2014)에 게재된 논문 "Measurement of magnetization using domain compressibility in CoFeB films with perpendicular anisotropy"에서는 자화의 크기를 측정하는 것을 기술하고 있다.
그러나, 상기 논문은 한 개의 스트라이프, 즉 한 개의 자구(magnetic domain)가 형성된 경우 자화의 크기를 측정하는 것만을 기술한다.
"Measurement of magnetization using domain compressibility in CoFeB films with perpendicular anisotropy", Appl. Phys. Lett. 104, 122404 (2014) published by American Institute of Physics
본 발명은 수직자성박막에 복수의 자구가 배열된 스트라이프 패턴을 형성함으로써, 수직자성박막의 자화의 크기를 측정 가능한 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법은, xy 평면상에서 연장되는 수직자성박막에, y 방향으로 연장되고 상기 평면에 수직인 z 방향으로 자화되는 제1 자구(magnetic domain)와, y 방향으로 연장되고 상기 제1 자구와 반대 방향으로 자화되는 제2 자구가, x 방향을 따라 교대로 배열되는 스트라이프 패턴을 형성하는 단계; 상기 수직자성박막에 상기 평면에 수평 방향인 제1 자기장을 인가함으로써 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합을 감소시키는 자구 폭 감소 단계; 상기 제1 자기장이 인가되어 있는 수직자성박막에 z 방향의 수직자기장을 인가함으로써, 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합이 일정하게 유지된 상태에서 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭 중 어느 하나를 증가시키고 나머지를 감소시키는 자구 폭 변화 단계; 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 비율에 기초하여 상기 수직자성박막의 자화의 절대값을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 자구 폭 감소 단계에서, 상기 제1 자구 및 상기 제2 자구는 상기 제1 자기장의 방향을 따라 교대로 배열될 수 있다.
상기 산출 단계에서, 상기 수직자성박막의 자화의 절대값은 상기 제1 자기장에 의해 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도에 기초할 수 있다.
상기 제1 자구의 폭 및 상기 제2 자구의 폭의 합(λ), 상기 제2 자구의 상기 폭(W), 상기 수직자성박막의 z 방향의 두께(d), 상기 z 방향으로 인가되는 수직자기장의 크기(Hz), 상기 수직자성박막의 자화의 크기(M) 및 상기 제1 자기장에 의해 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도(θ)는 하기의 식을 만족할 수 있다.
Figure 112021063088541-pat00001
단, 상기 식에서, μ0는 4π10-7 H/m의 투자율을 나타내고, M은 단위가 A/m이고, λ, W 및 d의 단위는 m이고, Hz는 단위가 T이고,
Figure 112021063088541-pat00002
이다.
상기 산출 단계는, 상기 제1 자구 및 상기 제2 자구의 폭이 변화된 수직자성박막의 이미지를 생성하는 단계; 상기 이미지로부터 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합(λ)을 산출하는 단계; 상기 이미지로부터 상기 R을 산출하는 단계; 및 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합(λ), 상기 R 및 상기 기울어진 정도(θ)에 기초하여 상기 수직자성박막의 자화의 크기를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기울어진 정도는, 상기 제1 자기장을 인가했을 때 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 신호의 크기를 이용하여 산출될 수 있다.
상기 기울어진 정도(θ)는, 상기 스트라이프 패턴 형성 단계와 상기 자구 폭 감소 단계의 사이에, 상기 제1 자기장과 동일한 방향의 제2 자기장을 0을 포함하는 범위에서 변화시키면서 상기 수직자성박막에 인가하고, 상기 제2 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 상기 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 크기와 상기 제2 자구에 대해 측정된 신호의 크기를 정규화하고, 상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기에 대해 평균값을 산출하고, 상기 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)가 산출될 수 있다.
상기 기울어진 정도(θ)는, 상기 스트라이프 패턴 형성 단계와 상기 자구 폭 감소 단계의 사이에, 상기 제1 자기장과 동일한 방향의 제2 자기장을 음의 값에서 양의 값에 걸쳐 상기 수직자성박막에 인가하고, 상기 제2 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 상기 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 크기와 제2 자구에 대해 측정된 신호의 크기를 정규화하고, 상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기의 절대값의 평균을 산출하고, 산출된 평균에 대해 상기 제2 자기장이 음의 값일 때와 양의 값일 때의 평균값을 산출하고, 상기 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)가 산출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치는, xy 평면에서 연장되는 수직자성박막에, y 방향으로 연장되고 +z 방향으로 자화되는 제1 자구와, 상기 y 방향으로 연장되고 -z 방향으로 자화되는 제2 자구가, x 방향으로 교대로 배열되는 스트라이프 패턴을 형성하는 패턴 형성부; 상기 수직자성박막에 상기 평면에 수평 방향인 제1 자기장을 인가함으로써 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합을 감소시키는 수평자기장 공급부; 상기 제1 자기장이 인가되어 있는 수직자성박막에 z 방향의 수직자기장을 인가함으로써, 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합이 일정하게 유지된 상태에서 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭 중 어느 하나를 증가시키고 나머지를 감소시키는 수직자기장 공급부; 및 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 비율에 기초하여 상기 수직자성박막의 자화의 절대값을 산출하는 이미지 분석부를 포함한다.
상기 수평자기장 공급부에 의해 상기 제1 자기장이 인가됨으로써, 상기 제1 자구 및 제2 자구는 상기 제1 자기장의 방향을 따라 교대로 배열될 수 있다.
상기 장치는, 상기 수직자기장이 및 상기 제1 자기장이 인가된 수직자성박막의 밝기를 측정하는 자성 이미징부를 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 분석부는, 상기 수직자성박막의 밝기에 기초하여 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 비율을 산출할 수 있다.
상기 이미지 분석부는, 상기 제1 자기장에 의해 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도에 기초하여 상기 수직자성박막의 자화의 절대값을 산출할 수 있다.
상기 제1 자구의 폭 및 상기 제2 자구의 폭의 합(λ), 상기 제2 자구의 상기 폭(W), 상기 수직자성박막의 z 방향의 두께(d), 상기 z 방향으로 인가되는 수직자기장의 크기(Hz), 상기 수직자성박막의 자화의 크기(M) 및 상기 제1 자기장에 의해 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도(θ)는 하기의 식을 만족할 수 있다.
Figure 112021063088541-pat00003
단, 상기 식에서, μ0는 4π10-7 H/m의 투자율을 나타내고, M은 단위가 A/m이고, λ, W 및 d의 단위는 m이고, Hz는 단위가 T이고,
Figure 112021063088541-pat00004
이다.
상기 기울어진 정도는, 상기 제1 자기장을 인가했을 때 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 신호의 크기를 이용하여 산출될 수 있다.
상기 이미지 분석부는, 상기 패턴형성부에 의해 스트라이프 패턴이 형성된 수직자성박막에 상기 수평자기장 공급부에 의해 상기 제1 자기장과 동일한 방향의 제2 자기장이 0을 포함하는 범위에서 변화하면서 상기 수직자성박막에 인가되었을 때, 상기 제2 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 상기 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 크기와 제2 자구에 대해 측정된 신호의 크기를 정규화하고, 상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기의 절대값에 대해 평균값을 산출하고, 상기 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)를 산출할 수 있다.
상기 이미지 분석부는, 상기 패턴형성부에 의해 스트라이프 패턴이 형성된 수직자성박막에 상기 수평자기장 공급부에 의해 상기 제1 자기장과 동일한 방향의 제2 자기장이 음의 값에서 양의 값에 걸쳐 변화하면서 상기 수직자성박막에 인가되었을 때, 상기 제2 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 상기 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 크기와 제2 자구에 대해 측정된 신호의 크기를 정규화하고, 상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기의 절대값의 평균을 산출하고, 산출된 평균에 대해 상기 x 방향의 제2 자기장이 음의 값일 때와 양의 값일 때의 평균값을 산출하고, 상기 x 방향의 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 스트라이프 패턴의 폭의 비율에 기초하여 수직자성박막의 자화의 크기를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 스트라이프 패턴의 주기에 비해 이미징 영역이 좁은 경우에도 수직자성박막의 자화의 크기를 측정할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 스트라이프 패턴을 갖는 수직자성박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 스트라이프 패턴의 주기가 상이한 3가지의 수직자성박막을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b은 수직자기장에 따른 R의 값을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자화 측정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 수평자기장에 따른 제1 자구 및 제2 자구 폭의 합을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 A, B, C, D 지점에서의 수직자성박막의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 A, B, C, D 지점에서의 수직자기장에 따른 R을 측정한 그래프를 나타낸다.
도 8a~도 8d는 도 4의 패턴 형성부의 예이다.
도 9는 수직자성박막에 수직자기장이 인가된 상태에서 수평자기장이 추가적으로 인가된 때의 자구 방향의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 수평자기장이 인가된 때 자구 방향의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 도 4의 자성 이미징부에 의해 촬영된 수직자성박막의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 4의 이미지 분석부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 밝기 히스토그램 생성부에 의해 생성된, 수직자성박막의 이미지의 밝기 히스토그램의 일 예이다.
도 14는 도 12의 분포 추정부에 의해 도 13의 히스토그램의 분포를 추정한 것을 나타내는 도면이다.
도 15a~도 15c는 도 12의 θ 산출부(430)에 의해 기울어진 정도(θ)를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 스트라이프 패턴을 갖는 수직자성박막(1)을 설명하기 위한 도면이다. 수직자성박막(1)은 xy 평면에서 연장되고 z방향으로 두께 d를 갖는다고 가정한다. 본 명세서에서 x 방향, y 방향 및 z 방향은 임의의 서로 수직인 세 방향을 나타내며, 특정의 절대적인 방향을 나타내는 것은 아니다.
도 1a는 수직 방향(z 방향)의 자기장이 인가되지 않은 상태의 수직자성박막(1)을 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 수직자성박막(1)은 +z 방향으로 자화된 제1 자구(10)와 -z 방향으로 자화된 제2 자구(20)가 교대로 배열된 스트라이프 패턴을 가질 수 있다. 제1 자구(10) 및 제2 자구(20)는 y방향으로 연장되며, x 방향으로 연장된다. 수직자성박막(1)는 자기 쌍극자 에너지를 최소화하기 위해, 제1 자구(10)와 제2 자구(20)의 폭이 동일한 상태(half-up and half-down magnetization)가 선호된다. 즉, 수직자성박막(1)의 스트라이프 패턴의 주기를 λ라고 했을 때, 제1 자구(10)의 폭(w1) 및 제2 자구(20)의 폭(w)은 모두 λ/2가 된다.
도 1b는 수직 방향(+z 방향)의 자기장이 인가된 상태의 수직자성박막(1)을 나타낸다.
도 1a의 스트라이프 패턴을 갖는 수직자성박막(1)에 +z 방향으로 자기장을 인가하면, 자기장의 방향과 동일한 방향으로 자화된 제1 자구(10)의 폭(w1)은 증가하고 자기장의 방향과 반대 방향으로 자화된 제2 자구(20)의 폭(w)은 감소한다. 즉, 도 1b에서, w1>λ/2 이고, w<λ/2 이다.
본 출원의 발명자는 제1 자구(10)와 제2 자구(20)가 반복되는 주기를 λ라 하고, R을 하기의 식 (1)과 같이 정의했을 때,
R=(λ-2w)/λ …(1)
하기의 식 (2)가 성립함을 밝혀냈다.
Figure 112021063088541-pat00005
…(2)
여기에서 M은 단위가 A/m인 수직자성박막의 자화의 크기를 나타내고,
μ0는 4π10-7 H/m의 투자율을 나타내고,
Hz는 단위가 T인 자기장의 크기를 나타내고,
λ, w, d의 단위는 m이다.
상기 식 (2)를 살펴보면, μ0는 상수이고, λ와 d는 수직자성박막을 측정함으로써 알 수 있는 값이고, Hz는 인가한 자기장의 크기이므로 역시 알 수 있는 값이다. 따라서, 수직자성박막의 자화의 크기는 R을 측정함으로써 알 수 있다.
이때, λ=w1+w 임을 이용하여 상기 식 (1)을 다음과 같이 변형할 수 있다.
R=(λ-2w)/λ=(w1+w-2w)/(w1+w)=(w1-w)/(w1+w)=(1-w/w1)/(1+w/w1) …(3)
상기 식 (3)으로부터 R은 w/w1에 의해 결정됨을 알 수 있다. 결과적으로 수직자성박막의 자화의 크기 역시 w/w1, 즉 제1 자구(10)와 제2 자구(20)의 폭의 비율에 의해 결정됨을 알 수 있다.
도 2는 스트라이프 패턴의 주기가 상이한 3가지의 수직자성박막을 나타내는 도면이다. 도 2의 (b)의 수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기는 도 2의 (a)보다 크고, 도 2의 (c)의 수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기는 도 2의 (b)보다 크다. 도 2의 (a), (b), (c)의 수직자성박막 내의 점선으로 나타낸 사각형 영역은 자성 이미징 장치에 의해 측정되는 이미징 영역을 나타낸다.
상기 식 (2)를 이용하여 수직자성박막의 자화의 크기의 측정시, 수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기 λ는 수직자성박막의 물성에 의해 결정되는 값으로 외부 조건에 따라 임의로 조절하는 것이 어렵다. 따라서, 수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기 λ는 스트라이프 패턴 구조가 안정적으로 형성되는 물질로 이루어진 수직자성박막에 대해서만 측정이 가능하다.
도 2의 (a)에서 도시된 바와 같이, 이미징 영역 내에 스트라이프 패턴 구조가 1 주기 이상 포함되는 경우에는 λ와 R의 값을 측정가능하지만, 도 2의 (b)와 같이 이미징 영역 내에 스트라이프 패턴 구조가 1 주기보다 적게 포함되는 경우에는 λ와 R의 값을 측정하기 어려워진다.
도 3a 및 도 3b는 수직자기장에 따른 R의 값을 나타내는 그래프이다. 도 3b의 수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기는 도 3a보다 작다.
도 3a를 참조하면, 수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기가 작은 경우, 수직 자기장과 R은 선형 관계인 것을 알 수 있다. 이에 따라 식(2)에서
Figure 112021063088541-pat00006
의 값을 용이하게 얻을 수 있다.
수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기가 작은 경우, 즉 얇은 스트라이프 구조를 갖는 수직자성박막의 경우 +z 방향으로 자화된 자구의 폭과 -z 방향으로 자화된 자구의 폭이 모두 좁아 쉽게 안정되기 때문에, 원점에서의 수직자성박막을 나타내는 도면에 나타내는 바와 같이 그래프가 원점을 지나가기가 용이하다. 자기장을 증가시키거나 감소시킬 때 모두 원점을 지나가는 것으로부터 원점의 상태는 전체(global) 최소 에너지 상태인 것으로 추정된다.
이에 반해, 도 3b를 참조하면, 수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기가 큰 경우, 즉 두꺼운 스트라이프 구조를 갖는 수직자성박막의 경우, 수직 자기장과 R은 선형 관계가 성립하지 않는 것을 알 수 있다. 이에 따라 식(2)에서
Figure 112021063088541-pat00007
의 값을 얻기 어렵다.
두꺼운 스트라이프 구조를 갖는 수직자성박막은 핵 형성(nucleation)이 힘들고 큰 폭의 스트라이프 구조를 만드는데 시간이 많이 걸리기 때문에 그래프가 원점을 지나지 않는다.
이와 같이, 수직자성박막의 스트라이프 패턴의 주기가 큰 경우에는 수직자성박막의 측정이 어렵기 대문에, 스트라이프 패턴의 주기를 감소시킬 필요가 있다.
이하에서는, 스트라이프 패턴의 주기를 감소시킴으로써 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자화 측정 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 자화 측정 장치(1)는 패턴 형성부(100), 수평자기장 공급부(210), 수직자기장 공급부(220), 자성 이미징부(300) 및 이미지 분석부(400)를 포함한다.
패턴 형성부(100)는 수직자성박막(1)에 도 1a에 도시한 바와 같은 스트라이프 패턴의 자성을 형성한다. 즉, 패턴 형성부(100)는 xy 평면에서 연장되는 수직자성박막(1)에, y 방향으로 연장되고 +z 방향으로 자화되는 제1 자구(10)와, 상기 y 방향으로 연장되고 -z 방향으로 자화되는 제2 자구(20)가, x 방향으로 교대로 배열되도록 스트라이프 패턴의 자성을 형성한다. 패턴 형성부(100)는 물리적으로 접촉할 수도 있고 비접촉할 수도 있다.
수평자기장 공급부(210)는 수직자성박막(1)에 수평 방향으로 소정의 크기의 자기장을 인가한다. 이에 따라, 수직자성박막(10)의 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합이 감소한다. 수평자기장 공급부(210)에 의해 공급되는 수평자기장은 수직자성박막(1)에 수평인 임의의 방향일 수 있다. 패턴 형성부(100)에 의해 x 방향으로 교대로 배열되어 있던 제1 자구(10) 및 제2 자구(20)는, 수평자기장 공급부(210)에 의해 공급된 수평자기장의 방향으로 교대로 배열될 수 있다.
수직자기장 공급부(220)는 수직자성박막(1)에 z 방향으로 소정의 크기의 자기장을 인가한다. 이에 따라, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 바와 같이 수직자성박막(1)의 제1 자구(10)의 x 방향의 폭과 상기 제2 자구(20)의 x 방향의 폭의 합이 일정하게 유지된 상태에서 상기 제1 자구(10)의 x 방향의 폭과 상기 제2 자구(20)의 x 방향의 폭 중 어느 하나가 증가하고 나머지가 감소한다. 예를 들어, 수직자기장 공급부(210)에서 +z 방향으로 자기장을 인가하면, +z 방향으로 자화된 제1 자구(10)의 폭은 증가하고 -z 방향으로 자화된 제2 자구(20)의 폭은 감소한다. 수직자기장 공급부(210)에서 -z 방향으로 자기장을 인가하면, +z 방향으로 자화된 제1 자구(10)의 폭은 감소하고 -z 방향으로 자화된 제2 자구(20)의 폭은 감소한다. 다만, 수직자기장 공급부(210)에 의해 수직자기장이 인가되는 경우, 제1 자구(10)와 제2 자구(20)의 폭이 합은 대략 일정하게 유지된다.
수평자기장 공급부(210) 및 수직자기장 공급부(220)는 자석 또는 전자석일 수 있다. 인가하는 자기장의 세기를 조절할 수 있다는 점에서 전자석이 바람직할 수 있다.
자성 이미징부(300)는 수직자기장 및 수평자기장이 인가된 수직자성박막의 밝기를 측정한다. 예를 들어, 수직자성박막의 밝기는 +z 방향으로 자화된 부분, 즉 제1 자구(10)는 밝게 나타나고, -z 방향으로 자화된 부분, 즉 제2 자구(20)는 어둡게 나타날 수 있다. 자성 이미징부(300)로서는 자성 이미징을 위해 이용되는 MOKE 현미경, Faraday 현미경, SEMPA, SPLEEM, MFM 등의 장치가 이용될 수 있다.
이미지 분석부(400)는 제1 자구와 제2 자구의 x 방향의 폭의 비율(w/w1)에 기초하여 수직자성박막의 자화의 절대값을 산출한다. 이미지 분석부(400)는 프로세서일 수 있다.
다음으로, 도 5~도 7을 참조하여 수평자기장 공급부(210)에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 수평자기장에 따른 제1 자구 및 제2 자구 폭의 합을 나타내는 도면이다. 도 6의 A~D는 도 5의 A, B, C, D 지점에서의 수직자성박막의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6의 A~D에 도시된 바와 같이, 수평자기장의 세기가 증가함에 따라 제1 자구 및 제2 자구의 폭의 합이 점차적으로 감소함을 알 수 있다. 이에 따라, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 이미징 영역 내에 스트라이프 패턴 구조가 1 주기 이상 포함되도록 함으로써, 제1 자구 및 제2 자구의 폭의 합(λ)의 측정을 용이하게 할 수 있다.
도 7의 A~D는 도 5의 A, B, C, D 지점에서의 수직자기장에 따른 R을 측정한 그래프를 나타낸다. 도 7의 A, B, C에서 원점을 지나는 직선은
Figure 112021063088541-pat00008
의 측정값이 원점을 지나도록 근사한 그래프이다.
도 7의 A~D에서 알 수 있듯이, A 지점에서 수직자기장에 따른 R, 즉
Figure 112021063088541-pat00009
은 원점을 지나지 않으며 측정값과 근사값의 차이가 매우 크다. 그러나 수평자기장의 크기를 증가시킴에 따라, 즉 A 지점에서 D 지점으로 감에 따라
Figure 112021063088541-pat00010
는 원점을 지나는 직선에 가까워진다. 따라서,
Figure 112021063088541-pat00011
의 값을 용이하게 얻을 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시예는 수평자기장 공급부(210)에 의해 수평자기장을 인가하여 식(2)에서 λ와
Figure 112021063088541-pat00012
의 측정이 용이해지기 때문에 정확도가 높은 수직방향의 자화의 크기(M)를 얻을 수 있다.
도 8a~도 8b는 도 4의 패턴 형성부의 예이다.
도 8a를 참조하면, 패턴 형성부는 도 8a에 도시된 전극(110a)과, 전극(110a)에 도전체(112)를 통해 연결되어 전극(110a)에 전류를 인가하는 전류공급부(114)를 포함할 수 있다.
전극(110a)은 도 8a에 도시된 바와 같이, +전극 및 -전극에 해당하는 2개의 전극이 포함될 수 있으며, 각 전극(110a)은 x 방향으로 일정 간격으로 형성된 톱니 형상의 단부를 가질 수 있다. 전극(110a)의 단부는 수직자성박막(1)과 접촉한다. 전극(110a)의 단부에는 전류가 집중되기 때문에 도 1a에 도시된 스트라이프 패턴을 형성하기가 용이하다.
도 8b는 도 4의 패턴 형성부의 일 예이다. 도 8b는 도 8a와 전극(110) 및 수직자성박막(1a)의 형상만이 상이하고, 나머지 구성은 동일하다.
본 실시예에서 전극(110)은 x축 방향을 따라 연장되는 직사각형이다. 수직자성박막(1a)에는 x 방향으로 복수의 구멍이 형성되어 있다. 이에 따라, 전류가 +전극에서 -전극으로 흐를 때, 구멍 주위의 점선으로 표시한 부분에 집중된다. 따라서, 도 8a에서와 마찬가지로 도 1a의 스트라이프 패턴을 형성할 수 있다.
도 8c는 도 4의 패턴 형성부의 일 예이다. 도 8c를 참조하면, 패턴 형성부는 레이저 공급부(120), 자기장 인가부(122) 및 이동부(124)를 포함할 수 있다.
레이저 공급부(120)는 도 8c의 좌측에 도시된 바와 같이 수직자성박막(1)의 어느 한 지점에 레이저를 조사함으로써 수직자성박막(1)을 가열한다. 자기장 인가부(122)는 수직자성박막(1) 전체에 자기장을 인가한다. 이에 따라, 수직자성박막(1)에서 가열된 부분은 인가된 자기장의 방향으로 자화 방향이 정렬된다. 이동부(124)는 레이저 공급부(120)를 y 방향으로 이동시킨다.
이에 따라, 도 8c의 우측에 도시된 바와 같이, y 방향으로 연장되는 제1 자구(10)를 형성할 수 있다. 마찬가지의 방식으로, 자기장 인가부(122)에 의해 -z 방향으로 자기장이 인가된 상태에서 레이저 공급부(120)가 레이저의 위치를 y방향으로 이동시킴으로써 y방향으로 연장되는 제2 자구(20)를 형성할 수 있다.
도 8d는 도 4의 패턴 형성부의 일 예이다. 도 8d를 참조하면, 패턴 형성부는 MFM(Magnetic Force Microscope) 팁(130) 및 이동부(132a)를 포함할 수 있다.
도 8d의 좌측을 참조하면, MFM 팁(130)은 끝부분에 자성을 가지고 있기 때문에, 끝부분에서 자기장이 발생한다. 이에 따라, MFM 팁(130)을 수직자성박막(1)에 근접시키면, MFM 팁(130) 부근의 수직자성박막(1)의 자화 상태가 변화된다. 도 8a의 우측에 도시된 바와 같이, MFM 팁(130)을 수직자성박막(1)에 근접시킨 상태에서, 이동부(132a)에 의해 MFM 팁(130)을 y방향으로 이동시킴으로써, 도 1의 제1 자구(10) 또는 제2 자구(20)를 형성할 수 있다.
다음으로, 이미지 분석부(400)에 대하여 설명한다.
이미지 분석부(400)는 제1 자구의 x 방향의 폭과 제2 자구의 x 방향의 폭의 비율에 기초하여 수직자성박막의 자화의 절대값을 산출한다.
도 9는 도 1b의 경우에 비해 수평자기장이 추가적으로 인가된 때의 자구 방향의 변화를 나타낸다. 수평자기장의 방향은 xy 평면상의 어느 방향이라도 무관하지만, 도 9에서는 +x 방향을 예로 들어 도시하였다. 도 9에 명확히 도시되지는 않았지만, 도 9의 제1 자구와 제2 자구의 폭의 합은 도 1b에 비해 작다.
도 9에 도시된 바와 같이, +x 방향의 수평자기장이 인가된 경우, 제1 자구 및 제2 자구는 +x 방향으로 θ만큼 기울어진다. 따라서, 수직자기장만이 인가된 경우의 자화의 크기를 산출하기 위한 식(2)를 보정할 필요가 있다.
식(2)를 변형하면 다음과 같다.
Figure 112021063088541-pat00013
...(4)
식(4)에서,
Figure 112021063088541-pat00014
는 제1 자구와 제2 자구의 경계선, 즉 자구벽에 작용하는 쌍극(dipole) 자기장을 나타내고
Figure 112021063088541-pat00015
는 외부에서 인가한 균일한 수직자기장을 나타낸다. 즉, 식(4)는, 자구벽에서 쌍극 자기장의 수직 방향의 성분의 크기와 외부에서 인가한 수직자기장의 크기가 동일함을 의미한다
도 10a는 제1 자구의 자화 방향이 수직인 경우 쌍극 자기장을 나타내고, 도 10b는 제1 자구의 자화 방향이 기울어진 상태의 쌍극 자기장을 나타낸다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 제1 자구의 자화 방향이 기울어진 경우 x축 상에서 쌍극 자기장의 수직 방향의 성분은 도 10a에 비해 감소함을 알 수 있다. 구체적으로, 도 9 및 도 10b에 도시된 바와 같이 제1 자구가 +x 방향으로 θ만큼 기울어졌을 때 도 10b의 x축 상에서 쌍극 자기장의 수직 방향의 성분은, 도 10a의 제1 자구가 수직 방향일 때 쌍극 자기장의 크기의 cosθ배이다. 따라서, 수직자기장만이 인가되는 경우 자구벽에서의 쌍극 자기장의 크기를 나타내는
Figure 112021063088541-pat00016
을
Figure 112021063088541-pat00017
으로 보정할 필요가 있다.
이에 따라, 수직자기장이 추가로 인가되는 경우 식(4)는 다음과 같이 변경된다.
Figure 112021063088541-pat00018
...(5)
즉, 이미지 산출부(400)는 수평자기장에 의해 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도(θ)에 기초하여 수직자성박막의 자화의 절대값(M)을 산출할 수 있다.
이와 관련하여 도 11a 및 도 11b는 도 4의 자성 이미징부(300)에 의해 촬영된 수직자성박막(1)의 이미지를 나타낸 것으로, 도 11a는 이상적인 경우를, 도 11b는 실제의 경우를 나타낸다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 제1 자구(10) 및 제2 자구(20) 각각이 균일한 밝기를 갖는 이상적인 경우에는 제1 자구(10)의 폭의 평균 및 제2 자구(20)의 평균을 각각 계산함으로써 제1 자구(10)의 폭(w1) 및 제2 자구(20)의 폭(w)을 용이하게 산출할 수 있다.
그러나, 실제로는 도 11b에 도시된 바와같이 제1 자구(10) 및 제2 자구(20)의 밝기가 불균일하기 때문에, 제1 자구(10)의 폭(w1) 및 제2 자구(20)의 폭(w)을 산출하기 위해 수직자성박막(1)의 이미지를 분석하는 과정이 필요하다.
도 12는 도 4의 이미지 분석부(400)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 이미지 분석부(400)는 주기 산출부(410), R 산출부(420), θ 산출부(430) 및 자화 크기 계산부(440)를 포함할 수 있다.
주기 산출부(410)는 수직자성박막(1)의 스트라이프 패턴의 주기(λ)를 산출한다. 주기(λ)는, 도 11b의 수직자성박막(1)의 이미지의 x 방향의 길이를, 밝은 색으로 나타난 제1 자구(10)와 어두운 색으로 나타난 제2 자구(20)로 이루어진 한 세트가 x 방향으로 나타난 횟수로 나눔으로써 계산될 수 있다. 주기 산출부(410)는 제1 자구(10)와 제2 자구(20)를 구분하기 위한 기준값을 설정하고, 제1 자구(10)에서 제2 자구(20)로 변경되거나 제2 자구(20)에서 제1 자구(10)로 변경되는 것을 카운트함으로써 제1 자구(10)의 개수 및 제2 자구(20)의 개수를 산출할 수 있다. 기준값은 제1 자구(10)의 밝기와 제2 자구(20)의 밝기의 중간값이 될 수 있다. 데이터의 신뢰성을 향상시키기 위해 수직자성박막(1)의 이미지를 평균하거나 미디안 필터를 사용한 후의 이미지를 이용할 수도 있다.
R 산출부(420)는 전술한 식 (1) 또는 식 (3)에 의해 정의되는 R을 산출하며, 밝기 히스토그램 생성부(421), 분포 추정부(422) 및 R 계산부(423)를 포함할 수 있다.
도 13은 밝기 히스토그램 생성부(421)에 의해 생성된, 수직자성박막(1)의 이미지의 밝기 히스토그램의 일 예이다.
밝기 히스토그램 생성부(421)는 도 11b의 수직자성박막(1)의 이미지의 각 픽셀의 밝기에 대한 히스토그램을 생성한다. 이때, 도 13의 히스토그램은 두개의 봉우리를 포함한다. 좌측의 봉우리의 밝기는 우측의 봉우리의 밝기보다 어두우므로, 좌측의 봉우리는 제2 자구(20)에 대한 것이고, 우측의 봉우리는 제1 자구(10)에 대한 것임을 추측할 수 있다.
도 14는 분포 추정부(422)에 의해 도 13의 히스토그램의 분포를 추정한 것을 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 도 13의 히스토그램은 두 개의 봉우리를 각각 중심으로 한 두 개의 분포의 합으로 나타낼 수 있다. 이때, 각 분포는 가우시안 분포(Gaussian distribution)이나 코시 분포(Cauchy distribution)와 같은 잘 정의된 분포일 수 있다. 다시 말해, 도 14(a)의 분포는 도 14(b)의 분포와 도 14(c)의 분포의 합으로 표현될 수 있다.
두 개의 분포 중 좌측, 즉 제2 자구(20)의 분포의 면적을 N-Z, 우측,즉 제1 자구(10)의 분포의 면적을 N+Z라고 하면, 상기 식 (3)으로부터 하기의 식 (6)이 성립할 수 있다.
R=(w1-w)/(w1+w)=(N+Z-N-Z)/(N+Z+N-Z)...(6)
R 계산부(423)는 분포 추정부(422)에 의해 추정된 제1 자구(10)의 분포 면 적 N+Z 및 제2 자구(20)의 분포 면적 N-Z을 계산하고, 상기 식 (6)을 이용하여 R을 계산한다.
θ 산출부(430)는 수평 자기장에 의해 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도(θ)를 산출한다. θ 산출부(430)는, 패턴 형성부(100)에 의해 수직자성박막에 스트라이프 패턴이 형성된 상태에서, 수직자기장 공급부(220)에 의해 수직자기장이 인가되기 이전에 미리 기울어진 정도(θ)를 산출할 수 있다.
기울어진 정도(θ)는, 수평 자기장을 인가했을 때 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 신호의 크기를 이용하여 산출될 수 있다.
θ 산출부(430)는, 수평자기장 공급부(210)에 의해 x 방향의 테스트 자기장이 0을 포함하는 범위에서 변화하면서 수직자성박막에 인가되었을 때, 테스트 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 크기와 제2 자구에 대해 측정된 신호의 크기를 정규화하고, 상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기의 절대값에 대해 평균값을 산출하고, 상기 x 방향의 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)를 산출할 수 있다.
도 15 (a)는 테스트 자기장이 0을 포함하는 범위에서 변화하면서 수직자성박막에 인가되었을 때 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기를 나타내는 그래프이다. 신호의 크기는 예를 들어 MOKE 현미경에 의해 측정된 신호의 세기일 수 있다. MOKE 현미경은 제1 자구 및 제2 자구의 밝기를 측정하므로, MOKE 현미경에 의해 측정된 신호의 세기는 빛의 밝기일 수 있다. 도 15의 상단은 제1 자구에 의해 생성된 것이고, 하단은 제2 자구에 의해 생성된 것을 나타낸다. 도 15(a)에서 알 수 있듯이, 수평 방향의 테스트 자기장의 세기가 증가함에 따라 제1 자구 및 제2 자구가 기울어지기 때문에 신호의 세기가 감소함을 알 수 있다.
도 15(b)는 도 15(a)의 그래프를 테스트 자기장이 0일 때를 기준으로 정규화한 그래프이다. 도 15(b)에 도시된 바와 같이, θ 산출부(430)는, 테스트 자기장이 0을 포함하는 범위에서 변화하면서 수직자성박막에 인가되었을 때 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기를 정규화한다. 도 15(b)를 참조하면, 정규화된 그래프는 테스트 자기장이 0일 때, 제1 자구의 신호의 세기가 1이 되고 제2 자구의 신호의 세기가 -1이 된다.
도 15(c)는 도 15(b)의 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기의 절대값에 대해 평균을 산출하고, 산출된 평균에 대해 테스트 자기장이 음의 값일 때와 양의 값일 때의 평균값을 산출한 결과를 나타낸다. 이에 따라, θ 산출부(430)는, 도 15(c)의 그래프에서 수평자기장에 따른 자화의 기울어진 정도(θ)를 산출할 수 있다.
도 15(a)~도 15(c)에서 테스트 자기장의 범위는 음의 값에서 양의 값에 걸쳐 변화하는 것으로 예시하였으며, 이 경우 θ 산출부(430)는 테스트 자기장이 음의 값일 때와 양의 값일 때의 평균값을 산출한다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 한하지 않으며, 테스트 자기장의 범위를 0부터 양의 범위만 포함하도록 할 수 있다. 이 경우, 테스트 자기장이 음의 값일 때와 양의 값일 때의 평균값을 산출하는 과정이 생략될 수 있다.
자화 크기 산출부(440)는 주기 산출부(410)에서 산출된 주기(λ)와, R 산출부(420)에서 산출된 R과, θ 산출부(430)에서 산출된 θ와, 상기 식 (5)를 이용하여 자화의 크기를 산출한다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. xy 평면상에서 연장되는 수직자성박막에, y 방향으로 연장되고 상기 평면에 수직인 z 방향으로 자화되는 제1 자구(magnetic domain)와, y 방향으로 연장되고 상기 제1 자구와 반대 방향으로 자화되는 제2 자구가, x 방향을 따라 교대로 배열되는 스트라이프 패턴을 형성하는 단계;
    상기 수직자성박막에 상기 평면에 수평 방향인 제1 자기장을 인가함으로써 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합을 감소시키는 자구 폭 감소 단계;
    상기 제1 자기장이 인가되어 있는 수직자성박막에 z 방향의 수직 자기장을 인가함으로써, 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합이 일정하게 유지된 상태에서 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭 중 어느 하나를 증가시키고 나머지를 감소시키는 자구 폭 변화 단계; 및
    상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 비율에 기초하여 상기 수직자성박막의 자화의 절대값을 산출하는 단계
    를 포함하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자구 폭 감소 단계에서, 상기 제1 자구 및 상기 제2 자구는 상기 제1 자기장의 방향을 따라 교대로 배열되는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스트라이프 패턴 형성 단계에서 상기 제1 자구 및 상기 제2 자구가 배열되는 방향과, 상기 자구 폭 감소 단계에서 상기 제1 자구 및 상기 제2 자구가 배열되는 방향은 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산출 단계에서,
    상기 수직자성박막의 자화의 절대값은 상기 제1 자기장에 의해 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도에 기초하는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 자구의 폭 및 상기 제2 자구의 폭의 합(λ), 상기 제2 자구의 폭(W), 상기 수직자성박막의 z 방향의 두께(d), 상기 z 방향으로 인가되는 수직자기장의 크기(Hz), 상기 수직자성박막의 자화의 크기(M) 및 상기 제1 자기장에 의해 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도(θ)는 하기의 식을 만족하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
    Figure 112021063088541-pat00019

    단, 상기 식에서,
    μ0는 4π10-7 H/m의 투자율을 나타내고,
    M은 단위가 A/m이고,
    λ, W 및 d의 단위는 m이고,
    Hz는 단위가 T이고,
    Figure 112021063088541-pat00020
    이다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산출 단계는,
    상기 제1 자구 및 상기 제2 자구의 폭이 변화된 수직자성박막의 이미지를 생성하는 단계;
    상기 이미지로부터 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합(λ)을 산출하는 단계;
    상기 이미지로부터 상기 R을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합(λ), 상기 R 및 상기 기울어진 정도(θ)에 기초하여 상기 수직자성박막의 자화의 크기를 산출하는 단계
    를 포함하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기울어진 정도는, 상기 제1 자기장을 인가했을 때 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 신호의 크기를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기울어진 정도(θ)는,
    상기 스트라이프 패턴 형성 단계와 상기 자구 폭 감소 단계의 사이에,
    상기 제1 자기장과 동일한 방향의 제2 자기장을 0을 포함하는 범위에서 변화시키면서 상기 수직자성박막에 인가하고,
    상기 제2 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 상기 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 크기와 제2 자구에 대해 측정된 신호의 크기를 정규화하고,
    상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기에 대해 평균값을 산출하고,
    상기 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기울어진 정도(θ)는,
    상기 스트라이프 패턴 형성 단계와 상기 자구 폭 감소 단계의 사이에,
    상기 제1 자기장과 동일한 방향의 제2 자기장을 음의 값에서 양의 값에 걸쳐 상기 수직자성박막에 인가하고,
    상기 제2 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 상기 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 크기와 제2 자구에 대해 측정된 신호의 크기를 정규화하고,
    상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기의 절대값의 평균을 산출하고, 산출된 평균에 대해 상기 제2 자기장이 음의 값일 때와 양의 값일 때의 평균값을 산출하고,
    상기 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 방법.
  10. xy 평면에서 연장되는 수직자성박막에, y 방향으로 연장되고 +z 방향으로 자화되는 제1 자구와, 상기 y 방향으로 연장되고 -z 방향으로 자화되는 제2 자구가, x 방향으로 교대로 배열되는 스트라이프 패턴을 형성하는 패턴 형성부;
    상기 수직자성박막에 상기 평면에 수평 방향인 제1 자기장을 인가함으로써 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합을 감소시키는 수평자기장 공급부;
    상기 제1 자기장이 인가되어 있는 수직자성박막에 z 방향의 수직자기장을 인가함으로써, 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 합이 일정하게 유지된 상태에서 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭 중 어느 하나를 증가시키고 나머지를 감소시키는 수직자기장 공급부; 및
    상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 비율에 기초하여 상기 수직자성박막의 자화의 절대값을 산출하는 이미지 분석부
    를 포함하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수평자기장 공급부에 의해 상기 제1 자기장이 인가됨으로써, 상기 제1 자구 및 상기 제2 자구는 상기 제1 자기장의 방향을 따라 교대로 배열되는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수직자기장 및 상기 제1 자기장이 인가된 수직자성박막의 밝기를 측정하는 자성 이미징부
    를 더 포함하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이미지 분석부는, 상기 수직자성박막의 밝기에 기초하여 상기 제1 자구의 폭과 상기 제2 자구의 폭의 비율을 산출하는, 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 분석부는, 상기 제1 자기장에 의해 상기 제1 자구 또는 상기 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도에 기초하여 상기 수직자성박막의 자화의 절대값을 산출하는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 자구의 폭 및 상기 제2 자구의 폭의 합(λ), 상기 제2 자구의 폭(W), 상기 수직자성박막의 z 방향의 두께(d), 상기 z 방향으로 인가되는 수직자기장의 크기(Hz), 상기 수직자성박막의 자화의 크기(M) 및 상기 제1 자기장에 의해 상기 제1 자구 또는 상기 제2 자구의 z 방향의 자화가 기울어진 정도(θ)는 하기의 식을 만족하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.
    Figure 112021063088541-pat00021

    단, 상기 식에서,
    μ0는 4π10-7 H/m의 투자율을 나타내고,
    M은 단위가 A/m이고,
    λ, W 및 d의 단위는 m이고,
    Hz는 단위가 T이고,
    Figure 112021063088541-pat00022
    이다.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 기울어진 정도는, 상기 제1 자기장을 인가했을 때 상기 제1 자구 또는 제2 자구의 z 방향의 신호의 크기를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 이미지 분석부는,
    상기 패턴형성부에 의해 스트라이프 패턴이 형성된 수직자성박막에 상기 수평자기장 공급부에 의해 상기 제1 자기장과 동일한 방향의 제2 자기장이 0을 포함하는 범위에서 변화하면서 상기 수직자성박막에 인가되었을 때, 상기 제2 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 상기 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 크기와 제2 자구에 대해 측정된 신호의 크기를 정규화하고, 상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 크기의 절대값에 대해 평균값을 산출하고, 상기 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 이미지 분석부는,
    상기 패턴형성부에 의해 스트라이프 패턴이 형성된 수직자성박막에 상기 수평자기장 공급부에 의해 상기 제1 자기장과 동일한 방향의 제2 자기장이 음의 값에서 양의 값에 걸쳐 변화하면서 상기 수직자성박막에 인가되었을 때, 상기 제2 자기장의 값이 0일 때를 기준으로 상기 수직자성박막의 제1 자구에 대해 측정된 신호의 세기와 제2 자구에 대해 측정된 신호의 세기를 정규화하고, 상기 정규화된 제1 자구 및 제2 자구의 신호의 세기의 절대값의 평균을 산출하고, 산출된 평균에 대해 상기 제2 자기장이 음의 값일 때와 양의 값일 때의 평균값을 산출하고, 상기 제1 자기장에 대응하는 평균값에 기초하여 상기 기울어진 정도(θ)를 산출하는 수직자성박막의 자화의 크기를 측정하는 장치.


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