CMOS 공정을 이용한 이차원 자기배열 나노구조 제작 및 물성 연구

Abstract

최근 진보된 제작기술들을 이용하여 다양한 종류의 배열구조를 제작하고, 이렇게 제작된 마이크로/나노 크기의 자기 배열구조에 대한 자기 물성이 매우 흥미롭게 연구되고 있다. 이러한 자기 배열구조의 연구들을 보면 자성 박막의 특성과는 다른 특성을 보인다. 본 연구는 CMOS 공정을 이용하여 이차원 코발트 자기배열 나노구조를 제작하고 여러 물리적 성질을 연구하였다. 40 nm 두께의 코발트 박막을 6인치 실리콘 기판에 스퍼터로 증착하고, KrF 스테퍼를 이용한 광 노광기술을 사용하여 패턴화 하였다. 원형이나 사각형의 패턴들을 사각, 육방, 체스판의 격자구조로 배열하였는데, 그 패턴의 크기는 200 부터 800 nm 까지 다양하게 구성하였다. 식각공정은 건식식각과 습식식각 두 가지 방법을 시도하였다. 습식식각의 경우 식각액의 농도, 식각 온도 요인들에 의한 영향을 실험적으로 규명하고 최적화 하였다. 제작한 이차원 자기배열 나노구조의 물성을 알기위해 주사전자현미경, X-선 회절장치, 원자현미경, 자기력현미경, 물리적 물성 측정장치 등을 사용하였다. X-선 회절장치를 이용하여 증착한 코발트가 다 결정질구조를 이루고 있음을 보았다. 또한 표면에 코발트 산화막이 형성되었음을 확인하였다. 제작한 패턴의 입체적 표면 형상을 분석하기 위해 주사전자현미경과 원자현미경을 사용하였다. 사각형 닷과 안티 닷 패턴이 이루는 자기 도메인구조의 연구를 위해 자기력현미경을 사용하였고 이 구조를 설명하였다. 그리고 전자 수송특성을 연구하고 이에 대하여 세부적으로 설명하였다. 즉, 원형 안티 닷 패턴과 패턴이 없는 코발트 박막의 온도 의존 전자 수송특성을 비교 분석하였다.