1. CMSELCMSEL Hanyang Univ. 자성재료 박막의 증착 거동에 대한 분자동역학연구 김상필, 이승철 *, 이광렬 *, 정용재 한양대학교 세라믹공학과, *KIST 미래기술연구본부 제 23 회 한국진공학회 학술발표회

2. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Spintronics Metallic Thin Films Revisited: Fe, Co, Ni Multilayers Spintronics: To Control a Spin of Electrons, not a Charge Magnetic Nanostructures for Spintronics Magnetic Multilayers Magnetic Wires Magnetic Quantum Dots Applications of Magnetic Nanostructures Reading Heads, Magnetic Field Sensors, MRAM Field Effect Transistor, Spin-Valve Transistor Quantum Computer

3. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Magnetic Random Access Memory (MRAM) Low Resistance High Resistance Reversible 1 – 2 nm 이하의 절연층 두께를 균일하게 유지해야 소자로서의 특성을 발휘한다.

4. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Basic Structure of MRAM Insulator : TMR, MRAM (Co or CoFe/Al 2 O 3 /Co ) *Spintronics 에 관한 가장 최근의 review 는 S.A. Wolf et al., Science 294(2001) 1491, Nov. 16 Multilayer 의 수 Spacer Materials FM Materials 에 따라 응용범위가 달라질 수 있음 FM Spacer

5. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Issues in Magnetic Multilayers Fabrication of Ordered Nanostructures on a Surface A detailed understanding of the various atomic processes that occur during the formation of nanosized islands on surfaces Surfaces are not simply a static media onto which the deposited atoms and diffuse Deposition and nucleation on a surface is important

6. CMSELCMSEL Hanyang Univ. 연구 목적 기존의 실험 결과 * 를 바탕으로 분자동역학을 이용한 Co on Al(100) 박막공정을 전산모사 증착 위치에 따른 Co 원자의 거동 분석 Co 의 증착 속도에 따른 증착 메커니즘 분석 * “ N.R. Shivaparan, Surf. Sci. 476 152 (2001) 에 의하면 Al(100) substrate 에 Co 를 증착 할 경우 약 4ML 에 걸쳐 CoAl (B2) 가 나타남을 실험적으로 증명 ! ”

7. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Molecular Dynamics O Interatomic Potential Lennard-Jones: Inert Gas Embedded Atom Method: Trasition Metals Stillinger-Weber Potential: Si, C Time Evolution of Each Atom Extract Thermodynamic And Kinetic Properties of The System

8. CMSELCMSEL Hanyang Univ. EAM for Co, Al FCC - Al HCP - Co R. Pasianot and E. J. Savino PRB, Vol.45, 12704 (1992) A. Voter and S. Chen Mater. Res. Soc. Symp. Proc. (1987) PropertyAlCo Expt.*Calc.Expt.**Calc. A 0 (Å)4.054.0492.5072.512 E coh (eV)3.363.394.394.29 B (GPa)7979.4180185 * A. Voter et al. MRS Symp.Proc., 175 (1987) ** R. Pasianot et al., PRB 45 12704 (1992)

9. CMSELCMSEL Hanyang Univ. EAM for Co–Al System * Intermetallic Compound, Vol 1, 885 (1994) ** C. Vailhe et al. J. Mater. Res., 12 No. 10 2559 (1997) *** R.A. Johnson, PRB 39 12554 (1989) PropertyCoAl(B2) Expt.*Calc. **Calc. *** A 0 (Å) 2.862.8672.994 E coh (eV) 4.454.4684.083 B (GPa) 162178169 Co Al CoAl(JMR) CoAl(PRB)

10. CMSELCMSEL Hanyang Univ. 실험 방법 300K Initial Temperature 300K Clamp Temperature Al z x y x,y-axis : Periodic Boundary Condition z-axis : Open Surface Deposition energy : 0.1eV Fix Position (4 x a 0 ) (6 x a 0 )

11. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Deposition Co Hollow site Hollow site Co Slab Slab mode (2) (3) (4) (1) 1 2 3 4 3.5eV

12. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Deposition Co OnTop (1) (2) (3) (4) On Top Slab mode Slab 1 2 3 4 1.9eV

13. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Conventional Concepts of Epitaxy Deposition, Diffusion, Nucleation, and Growth Homoepitaxy and Heteroepitaxy

14. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Local Acceleration (each Energy)  약 3.5 ev 의 가속 에너지가 전범위에 걸쳐 나타난다 ! *Accel E = Max E – Depo E 다양한 증착 에너지의 Co adatom 을 Al(100) Hollow site 에 증착

15. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Local Acceleration (each Position) 100 가지 임의의 위치에서 Al(100) 으로 증착 평균적으로 약 2.7eV 의 가속이 발생한다 Hollow site On Top

16. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Conclusion #1 Layer-by-layer Film Growth Modes 3D-Island Stranski-Krastanov Chemical affinity 의 영향으로 인한 성장

17. CMSELCMSEL Hanyang Univ. Conclusion #2 가속 전압과는 상관 없는 Local Acceleration 이 발생 증착 공정 실험시 고려해야함 *Accel E = Max E – Depo E