초상자성을 띄는 Fe 다층박막을 이용한 자성센서로의 응용 및 특성 연구

Abstract

나노기술은 분자 또는 원자 단위의 수준(1nm∼100nm)에서 물질을 제어하여, 유용한 재료, 소자 및 시스템을 창출하고, 나노 크기에서의 새로운 특성이나 현상을 탐구하는 기술을 의미한다. 이러한 나노기술은 IT(Informaition), BT(Biotechnology), ET(Environmental Technology)와 함께 21세기의 신(新)산업혁명을 주도할 핵심 기술로 등장하고 있으며 IT, BT 등에 혁신을 일으켜 지속적으로 경제성장을 견인하고 기존 기술의 한계를 극복할 돌파구로서 그 필요성이 증대되고 있다. 나노기술은 크게 극미세화적 가공 기술인 Top-down 기술과 화학적 또는 물리적 상호작용에 의해 구조를 제어하는 Bottom-up 기술로 나눌 수 있다. Top-down방식은 이미 존재하는 큰 물질을 깍아서 원하는 작은 크기로 만드는 것이고, Bottom-up 방식은 원자나 분자를 벽돌처럼 쌓듯이 조합해서 완전히 새로운 나노물질을 제조하는 방식이다. 하지만 기존 Top-down방식은 50nm 이하의 물질은 제조 불가능하기 때문에 소형화 한계를 극복하기 위한 대안으로 Bottom-up이 발전하고 있다. Giant magnetoresistance(GMR)의 발견이후로 magnetic 과 non-magnetic layer로 구성된 multi-layer films에 많은 관심을 가지기 시작하였다. magnetic layer가 얇을수록 volume당 magnetic energy가 작게 되면서 multilayer에서 superparamagnetic 특성을 보인다. 일반적으로 superparamagnetism은 magnetic layer의 volume 감소 때문에 hysteresis loop에서 낮은 low-field susceptibility와 zero coercivity를 보인다. 본 논문은 폴리아믹산과 금속과의 반응을 이용하여 폴리아믹산을 폴리이미드로 큐어링할 때 폴리이미드 절연층 내에 금속나노 입자를 형성하고, 이 과정을 계속적으로 반복하여 다층박막을 만든 후 Micro-straingage를 이용하여 Field당 strain의 변화를 관찰 함으로써 자성센서로서의 적용을 이끌어내는 실험이다.; Nanotechnology is the technique that develops useful new materials, devices and systems, controlling materials of the level of molecular or atom unit (1nm∼100nm) and studies new properties of materials at the size of nano-scale. This nanotechnology is the key technique to lead new industrial revolution of 21th century with IT (Information), BT( Biotechnology), and ET (Environmental Technology). Also, that is increasingly necessary as the breakthrough to support the continuous economic growth by promoting IT and BT and to overcome the limit of present technique. Nanotechnology can be divided into Top-down and Bottom up technique. Top-down technique is to make large bulk, which already exist, into extreme small size and Bottom-up technique is to make new nano-materials by accumulating atom and molecular like laying bricks. However, Bottom-up technique is the alternative to overcome limit of miniaturizing since Top-down way is impossible to make materials below 50nm size. Multilayer films consisting of alternating magnetic and nonmagnetic layers have attracted much attention since the discovery of giant magnetoresistance (GMR) effect. When the magnetic layers become thinner, the volumetric magnetic energy may become small such that a superparamagnetic behavior may appear in the multilayers. In general, superparamagnetism is indicated by a hysteresis loop with reduced low-field susceptibility and virtually zero coercivity due to volumetric reduction of the magnetic layers. We demonstrated that a superparamagnetic multilayer can be fabricated by inserting regularly spaced continuous Ni80Fe20, Fe films into a PI thin film. Such magnetic polymer membrane can potentially utilized in remotely activated magnetic pump operating and sensor at micrometer scale.