-
ISSN 0216 3128
100
Tri Mardji Atmono, dkk. ~
EXCHANGE COUPLING ANTARA LAPIS AN TIPIS Fe203 DENGAN NiFe DALAM APLIKASINY A PADA SISTEM GIANT -MAGNETO RESISTANCE Tri Mardji Atmono P3TM- BATAN Klaus Roll Kassel
- University,
Germany
ABSTRAK EXCHANGE COUPLING ANTARA LAPlSAN TIPlS Fe]OJ DENGAN NiFe DALAM APLIKASINYA PADA SISTEM GIANT- MAGNETORESISTANCE. Interaksi tukar antara lapisan tipisferromagnetik NiFe dengan lapisan antiferromagnetik Fe]OJ telah diteliti dengan membentuk system Giantmagnetoresistance (GMR). Lapisan NiFe berasal dari target Permalloy sedangkan Fe]OJ merupakan hasil reaktif sputtering menggunakan target Fe dun gas reaktif 0]. Laju aliran gas oksigen ini sangat menentukan dalam pembentukan sifat antiferromagnetik dun juga sifat coupling Karakterisasi dari sifat magnetik menunjukkan adanya pergeseran kurva magnetisasi sebesar medan bias Hp dari lapisan pinning NiFe. Hal ini merupakan indikasi timbulnya interaksi tukar antara kedua lapisan yang membentuk semacam sistem Top-Spin-Valve ataupun Bottom-Spin-Valve. Pada substrat kaca terjadi medan bias maksimum 1 kAlm pada aliran gas oksigen 0,4 sccm. Untuk substrat single kristal Si(100) besarnya medan bias menjadi separonya pada lulu aliran 0] yang sarna. Dengan menggunakan Tantalum sebagai penyangga (buffer) diperoleh hasil yang sangat berbeda, yaitu Hp sebesar 2 kAlni, sedangkan gaya koersitif adalah sebesar 2 sampai 10 kAlm pada aliran 0] antara 0,35 sampai dengan 0,38 sccm. Pengamatan dengan XRD menunjukkan puncak-puncak tenaga yang sesuai dengan sinar X karakteristikyang dipancarkan oleh Fe]OJ'
ABSTRACT EXCHANGE COUPLING OF Fe]OrTHIN FILM TO NiFe, IN THE APPLICATION OF GMR (GIANT MAGNETORESISTANCE) SYSTEM. The research on the interaction of ferromagnetic thin film NiFe to Fe]Orantiferromagnetic has been done by forming of GMR-system. NiFe layer was prepared by using Permalloy target, while the Fe203 was the result of the reactive sputtering between target Fe and reactive gas 0]. The properties of of the coupling was defined by the flowrate of the oxygen during the sputtering process. The characterization of the magnetic parameter has showed the shifting of magnetization curve Hp of the pinning layer Fe]OJ. It was the indication of the exchange-coupling of the two thinfilms, resulted the difference in coercitiv force between single- and double layers which perform the system like Top- or Bottom-spin-valve. With the glas substrat. the maximum of the biasfield wasI kAlm at the oxygen flow rate of 0,4 sccm. For the single crystal substrat Si(lOO)..the bias field was only the half ( i.e. 0.5 kAlm) at the same O]-flow rate.The very different result was showed by using the Tan/alum as buffer. Hp was 2-10 kAlm at the flowrate of 0.35-0.38. XRD-measurements has showed the peaks of energy. coming from the x-ray characteristic of Fe]OJ'
PENDAHULUAN
L
aPisan tipis (thin film) yang dibuat dengan teknik deposisi atom/partikel pada permukaan substrat dengan ketebalan sampai dengan orde mikro sernakin banyak diteliti karena aplikasinya yang sangat menarik untuk mengganti piranti konvensional. Sifat umum lapisan tipis pada dasamya sangat berlainan dengan material massivnya ("bulk"-material) disebabkan proses preparasinya (evaporasi, Sputtering, RF-Glow discharge dll.) maupun geometrinya (panjang clan lebar » tebal) serta komposisi clan struktumya. Permalloy sifatnya sangat berlainan dengan thin films NiFe, misalnya sifat konduktivitas clan kelistrikan
Prosiding
Pertemuan
serta kemagnetannya, demikian pula bahan lain seperti Silicon yang sangat berlainan sifat optisnya dengan silicon thin film. Bahan-bahan tersebut sifatsifatnya bisa dimodifikasi dengan membentuk lapisan tipis yang merupakan bahan unggul, sehingga bisa diaplikasikan pada berbagai bidang .Karena sifat yang sangat ekonomis dalam preparasinya, bahan lapisan tipis telah digunakan secara komersial dalam berbagai bidang. Pembuatan lapisan di atas , substrat mempunyai bemacam-macam tujuan pada aplikasinya, antara lain: Lapisan tipis dan logam (pelapisan plastik dan logam, pelapisan kertas clan plastikfoil), lapisan tipis bahan keras untuk peralatan rumah tangga, pertanian, lapisan tipis dengan efek optik (cermin, filter jendela dll), thin films untuk
dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
Tri Mardji Atmono, dkk.
-
ISSN 0216 3128
datastorage, lapisan tipis sel surya dll. Pacta pelapisan di atas pennukaan plastik diinginkan efek optik. yang sesuai dengan gnat-gnat logam yang melapisi. Juga irnitasi dari logam atau pembuatan manipulasi dari berbagai corak warDa. Pembuatan irnitasi dengan pennukaan emas merupakanhal yang istimewa dan telah umum dilakukan. Hal ini bisa direalisasi dengan metode sputtering menggunakan target kuningan dengan komposisi yang sesuai. Metode ini jauh lebih murah dan lebih efisien disbanding dengan carn coating. Tujuan dari carn ini adalah untuk memperoleh emas timan pacta keseluruhan pennukaan. Oleh karena tidak acta batasan material target (isolatorlkonduktor) maka bermacam-macam lapisan dekoratif memungkinkan untuk dibuat dengan metode sputtering pacta frekuensiradio. Perkembangan terakhir dari penelitian lapisan tipis adalah susunan/system dalam bentuk Giant Magnetoresistance (GMR), yang memungkinkan apalikasi sebagai sensor. Giant Magneto-Resistance (GMR) adalah efek perubahan besamya tahanan listrik suatu sampel/cuplikan, pacta umumnya konduktor magnetik/non magnetk oleh adanya pengaruh medan magnit luar. GMR merupakan akibat langsung dari polarisasi spin (spin up clan spin down) daTi aIDS elektron yang dipengaruhi oleh perubahan keadaan magnetik sampel dengan memasang suatu medan magnet luar. Ditinjau suatu thin film dengan Magnetisasi M terorientasi vertikal ke atas, maka elektron-elektron berspin antiparalel (berlawanan arab) terhadap magnetissai (spin down) merniliki kebolehjadian hamburan yang lebih besar daTi pacta elektron-elektron berspin paralel (searah) terhadap magnetisasi (spin up). Resistansi e1ektron-elektron spin up lebih rendah dibandingkan dengan resistansi elektron-elektron spin down, yang berakibat pacta rendahnya resistansi total. Jadi apabila magnetisasi antiparalel terhadap spin, maka elektron-elektron di dalam "sa luran" spin memiliki tampang lintang hamburan yang tinggi pacta thin film clan akan mengakibatkan naiknya resistansi. Pacta lapisan tipis dengan ketebalan beberapa nm yang bersifat ferromagnetik, umpamanya Fe,Co, Ni atau gabungannya seperti pennalloy NiFe, magnetisasi bisa terletak di bidang (Easy Axis II M) karena bidang thin film merupakan preferred direction, membentuk inplane anisotropy. Orientasi M dengan demikian terdefinisikan tanpa adanya pengaruh medan luar. Bila thin film ini dialiri arus listrik i yang membcntuk sudut 0 terhadap Magnetisasi , maka tahanan tcrukur mcrupakan fungsi sudut (i,M). Gcjala ini discbut Anisotropic Magnetoresistance Prosiding
Pertemuan
101
(AMR). Menurut publikasi, ditemukan perubahan tahanan terbesar 4% pacta permalloy Ni8sFelS11/, tetapi belum ditemukan gejala ini pacta lapisan dengan sifat perpendicular anisotropy. Aplikasi efek ini adalah s~bagai sensor/head pacta harddisc (IBM mulai tahun1990). Sensor yang lebih sensitive dengan daerah linearitas yang lebar adalah lapisan permalloy yang diikat oleh lapisan "pinning" yang harus bersifat antiferromagnetik 11/, seperti FeMn atau NiO. Dalam makalah ini diuraikan basil eksperimen daTi lapisan pinning FeZO3 yang mengikat NiFe, dimaksudkan sebagai kontribusi dalam penelitian apliksai efek GMR sebagai sensor magnit.
TEORI Akibat daTi "exchange coupling" daTi "spinorbit", maka pacta logam yang bersifat antiferromagnetik terjadi pergeseran state tenaga yang bergantung daTi spin. Pita d saling bergeser dengan arab berlawanan untuk spin clan spin (kira-kira 1 eV untuk Ni). Banyaknya "state" dibawah Fermi niveau EF untuk spin up akan lebih besar (dibanding spin down) . Sehingga terjadi perpindahan elektron dengan "spin down" ke pita tenaga dengan "spin up", magnetisasi terukur dengan dernikian akan terorientasi ke bawah ( ). Di dalam logam, transport muatan penghantar adalah elektron-elektron dekat Fermi level clan besamya konduktivitas ditentukan oleh panjang lintasan (mean free path k) daTi elektron. Masingmasing elektron dengan "spin up" clan "spin down" akan memberikan kontribusi yang berbeda terhadap konduktivitas, yaitu 0"1 clan O"z,biasanya disebut saluran 2 kana 1. Oleh sebab adanya pergeseran pita tenaga maka banyaknya "state" yang kosong pacta pita d dekat Fermi level akan berbeda untuk keadaan elektron dengan spin clan spin , dimana "state" yang kosong untuk "spin down" menjadi lebih banyak. Artinya keboleh jadian hamburan untuk spin down akan lebih besar. Oleh karenanya terjadi perbedaan mean free path, maka konduktivitas, 0"1lebih kecil daripada 0"2.sehingga mengakibatkan timbulnya perubahan tahanan listrik terukur, yang teramati pacta efek Anisotropie Magnetoresistance (AMR) clan Giant magneto resistance (GMR). Gokemeijer, Ambrose 11/ telah mengemukakan teori tentang efek GMR pacta suatu sistem lapisan magnetik yang menunjukkan sifat Anisotropy yang terdiri daTi FM- clan AFM-Iayer, yaitu lapisan tipis '"fein" Co yang teroksidasi pacta permukaannya. Telah ditemukan pergeseran kurva hysterisis pacta arab sumbu ringan ("easy axis EA")
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
ISSN 0216- 3128
Tri Mardji Almono, dkk.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tarnpak adanya pergeseran kurva daTi lapisan AFM sebesar kurang lebih 65 G. Hal ini membuktukan adanya exchange coupling antarakedua lapisan AMlAFM. Sedangkan lapisan ferromagnetic NiFe memiliki gaya koersitif Hc yang kecil, tepat diaplikasikan sebagai sensor medan rendah.
Pacta gambar 2 ditampilkan contoh basil pengukuran dari system lapisan tipis dan substratnya, Substrat/NiFe/Fe203. Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan Vibrating Sample Magnetometer untuk mernperoleh kurva hysterisis. , ,
-
--'
--
" r-
... ",..4 "Ll
r
.
o"
-1
-1-,
y; :" r
Untuk menentukan besamya exchange bias Hp akibat interaksi tukar (exchange coupling) antara lapisan ferromagnetic dengan lapisan antiferromagnetik, dilakukan variasi parameter laju oksigen (Hp diukur sebagai fungsi aliran O2) daD juga variasi jenis material substrat. Pengukuran dikerjakan dengan Kerrmagnetometer yang mernpiliki ketelitian tinggi. Pada gambar 3 ditarnpilkan basil pengarnatan daTilapiasn substrat kaca/NiFe/Fe203 yang membentuk semacam susunan top-spill-valves.
I
:r::..
-
r-.
-I
..
t
---. -I --, -; --
-I
II I
-i .4.
..\..
..J.
...L ...L
103
Gambar 2: Contoh hasil pengukuran lapisan Fe20iNiFe dengan menggunakan VSM
, 6l
1,4. 1,2.
!
i-
1.0.
u
:c O,IS,
il
vi
0,4 O, 1:0 0,0
H '3.2
a,4
0,0
0,8
1,0 Aliran
1,2
~L
Oksigen
1.G
u
2,0
2.2
2.4
[seem]
Gambar 3: Exchange bias Hp clan gaya koersitifH sebagai fungsi dari aliran oksigen
Teramati adanya "exchange coupling" yang bersifat antiferromagnetik mulai pacta aliran 0,4 sccm yang menghasilkan medan bias sebesar 0,98 kA/m, hal ini adalah sesuai dengan perbatasan modus metalik sputtering ke modus reaktif 13/. Kemudian, dengan naiknya aliran oksigen teramati penurunan medan bias menyerupai eksponen, kemudian tampaknya mencapai Hp jenuh 0,44 kA/m mulai pacta aliran 1,5 sccm. Pacta aliran yang kecil, yaitu 0,3 sccm tidak teramati adanya "exchange-coupling", kemungkinan disebabkan tidak terbentuknya system antiferromagnetik karena kandungan oksigen yang terbentuk dalam lapisan kurang besar, artinya belum menghasilkan ikatan Prosiding
Pertemuan
stoikiometri Fe203' Kelakuan gaya koersitiv justru sebaliknya, dimana pacta 0,4 sccm adalah sangat rendah clan bahkan kemudian konstan 0,18 kA/m dengan naiknya aliran gas oksigen, Akan tetapi hal ini sangat berrnanfaat untuk aplikasi Spin-valves sebagai sensor magnet, karena diperlukan Hc yang kecil agar diperoleh sensor yang sensitive terhadap medan kecil. Pacta umumnya perbandingan Hp/Hc sekitar 5-10 akan menghasilkan sensor magnet yang sensitive 14/, Dengan tenaga dinding sebesar 2 erg/cm2 clan ketebalan 10 nm serta momen magnetic 5xlO,3 T, maka menurut rumus/persamaan di atas akan diperoleh Hp sebesar 0,4 kA/m pacta saat aliran gas reaktif konstan (diatas 0,4 sccm),
daD Presentasi IImiah Penelitian Dasar lImo Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
daD Teknologi Nuklir
-
102
ISSN 0216 3128
yang secara skematis dilukiskan pacta Gambarl. Sumbu ringan adalah suatu arab virtual yang mempakan orientasi M pada saat medan luar = O. Penyebab dari efek tersebut adalah adanya medan magnet "tambahan" yang disebut medan bias atau medan "exchange" akibat interaksi kedua lapisan. Bila medan magnet luar dipasang pada system lapisan ganda tersebut maka diperlukan suatu kuat medan tertentu agar terjadi proses parallel dan juga pembalikan (agar terjadi orientasi antiparallel) dari roomeD magnetik kedua lapisan FM dan AFM.
M
i 'H. Hto
-.
H
Gambar 1. Kurva ideal daTilapisan ferromagnet yang terikat "pinned" pactaarab EA H (absis) adalah medan luar terpasang, M (ordinat) adalah magnetisasi, Hp medan bias ("shifting field") sedangkan Hs merupakan gaya koersitif. Pacta dinding pembatas antara lapisan ferrodaD antiferromagnetik terjadi efek exchangecoupling, yaitu interaksi yang tergantung dari orientasi spin. Syarat daTi munculnya phenomena ini adalah keberadaan sifat anisotropic, artinya terdapat suatu "preferential direction", biasanya seperti telah dijelaskan di atas, orientasi ini disebut EA (sumbu ringan, easy axis). Pergeseran medan bias dirumuskan oleh persamaan /21 :
tersebut diatas
Hp = ~cr 1 (Mfl11° tfiu)
Dimana ~(J adalah besamya tenaga dinding, dengan samaIl erg/cm2, Mfiu daD tfm rnasingmasing adalah magnetisasi daD ketebalan lapisan Permalloy NiFe. kedua antara lapisan lapisan sensor dengan
Besamya tenaga dinding yang mernisahkan lapisan merupakan selisih gaya koersitif lapisan permalloy tunggal (Hc) dengan yang sarna dalam keadaan terikat (Hs) oleh antiferromagnetik. Pacta aplikasinya sebagai medan magnet, diperlukan suatu system Hs yang kecil tetapi Hp yang besar agar
Tri Mardji Atmono, dkk.
bahan sensor merniliki sifat yang sensitive pacta daerah medan yang rendah. Sehingga dengan demikian diperlukan penelitian yang intensiv, karena tidak mudah untuk mendapatkan lapisan dengan sifat demikian. Dengan pengetahuan rumus di atas, tampaknya akan mudah diperoleh thin film dengan sifat sensor untuk medan rendah, karena "hanya" dengan mengubah Hp dengan cara variasi ketebalan ataupun roomeD magnetic maka akan didapat medan bias yang dikehendaki. Namun masalah teknis dalam preparasi temyata lebih mendorninasi suat thin film untuk aplikasi sensor. Masalah teknis ini antara lain kemumian bahan target, tingkat kevakuman sputter-chamber, kemumian sputter gas, komposisi thin film dll. Oleh karena itu dalam bab teori disini dimaksudkan sebagai referensi pacta bab hasil dan pembahasan untuk membandingkan antara rumusan/persamaan di atas dengan basil eksperimen.
TAT A KERJA DAN PERCOBAAN Lapisan tipis NiFe daD Fe203 dihaslkan melalui proses sputtering pacta frekuensi radio 13,56 dengan tegangan "self-bias" pacta RF rnasing-masing 1000 V. Sistem sputtering yang dipergunakan adalah peralatan komersial Hiittinger PFG650, buatan Jerman. Target selalu dipasang pacta katoda yang bertegangan negativ, sedangkan anoda adalah sebagai ground. Sebagai sputtergas digunakan Argon dengan tekanan 10-2 mbar. Dengan menggunakan pompa rotary daD turbo diperoleh tekanan hampa sebesar 10-6mbar. Waktu sputtering berkisar antara 20 sampai 60 menit., dengan daya 175-200 W. . Sebagai substrat adalah Si(100). Untuk karakterisasi sifat magnetic digunakan Vibrating Sample Magnetometer (VSM) dengan set-up horizontal (tidak seperti pacta umumnya vertical) untuk memperkecil nois. Dilakukan pula pengukuran dengan Kerrmagnetometer untuk menentukan Hc daD pemutaran bidang polarisasi. Pengukuran resistan dilakukan dengan metode four-point probe daD dengan menggunakan Lock-in-Amp untuk menekan nois, dirnana sumber arus berasal daTi osilator dengan frekuensi 1 kHz yang sekaligus berfungsi sebagai referensi untuk Lock-in. Kemudian dipasang medan magnit luar untuk menentukan perubahannya terhadap variasi medan. HasH pengujian ditampilkan dalam bentuk kurva Tahanan (R) dengan Medan Magnet luar (B).Untuk karakterisasi sistem spin-valves dilakukan pengamatan kurva hysterisis, yaitu ketergantungan magnetisasi daTimedan magnet luar, masing masing untuk lapisan tipis tunggal NiFe daD system NiFe/Fe203' Dilakukan pula pengukuran rnagnetoresistan pactasistem ini.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
-
ISSN 0216 3128
Tri Mardji Atmono, dkk.
105
yang lebih kuat, konstanta () yang menghasilkan medan "pinning" yang besar.
kali lipat. Medan bias terlihat hampir konstan pada daerah 0,35 sampai 0,6 sccm, yaitu sebesar 2 kA/m Sedangkan He turun seeara tajam pada range yang sempit 0,35 0,38 seem, kemudian juga hampir konstan untuk aliran oksigen 0,4 sampai 0,6 seem Kelakuan ini berhubungan erat dengan phenomena pertumbuhan lapisan tipis diatas substrat Tantalum /5/, sehingga mempengaruhi exchange coupling antara kedua lapisan diatasnya.
besar,
Untuk menyelidiki struktur thin film telah dilakukan pengamatan dengan menggunakan difraksi sinar X (XRD). Sebagai sumber sinar X digunakan material Cu clan merupakan sinar karakteristik dari Ka. Hasil pengamatan tersebut ditampilkan pada Gambar 6. Pada sudut sekitar 24° diperoleh peak dari substrat kaea. Dengan menggunakan tabel XRD, diperoleh basil puneakpuncak [104], [116], [018]yang merupakan peak dari Fe203. Hal ini megindikasikan terbentuknya system top-spin-valve, yang merupakan hasil sputtering reaktif dengan menggunakan target Fe clansputter gas Argon serta gas reaktif Oksigen.
Oleh karena Ta berstruktur kubik yang sarna dengan NiFe maka basil sputtering adalah berupa lapisan tipis yang sangat baik, permukaannya "datar", demikian pula lapisan-Iapisan yang diatasnya yang disputer kemudian (Fe203) sehingga mengakibatkan interaksi tukar (exchange coupling) 1 04
70 60 50 :;j cO 40 ""-
S
.~
30
-
20
S c
1 16
.
018
0 20
\I
21:4
10
~
30
~
~
~
50
M
2 10
208
60
128
\
..
~
ro
~
60
/ ~
2 1 1
00
~
100
28 I Grad
Gambar 6: hasil pengamatan lapisan tipis Fe20iNiFe dengan menggunakan XRD
KESIMPULAN
UCAP AN TERIMAKASIH
Dengan menyusun lapisan lapisan ganda ferromagnetic NiFe clan antiferromagnetik Fe203 telah terbentuk suatu system Top-spin-valves yang menunjukkan sifat interaksi tukar tukar (exchange eopling) diantara kedua thin film yang mengakibatkan terjadinya pergeseran medan bias sebagai fungsi laju aliran oksigen. Besamya laju ini menentukan sifat reaktif yang menghasilkan lapisan antiferromagnetik untuk laju diatas 0,3 seem. Dengan menggunakan Tantalum sebagai penyangga (buffer) diperoleh pergeseran medan bias yang besar, disbanding dengan lapisan tanpa buffer. Babkan diperoleh perbandingan Hp/Hc sebesar 5,6, sangat tepat dalam aplikasinya sebagai sensor medan magnet. Penelitian dengan difraksi sinar X memperlihatkan adanya puncak-puncak yang merupakan kandungan thin film ganda tersebut.
Penelitian ini merupakan sebagian daTi penelitian Program Postdoc di Jerman dengan sponsor AVH-Stiftung. Kepada Yayasan Alexander von Humboldt, penulis mengueapkan terimakasih. Demikian pula kepada Pimpinan BAT AN, penulis mengucapkan terimakasih atas izin yang diberikan untuk melaksanakan Program Post-doc di KasselUniversity, Germany.
DAFT AR PUST AKA 1. N.J. GOKEMEIJER, T.AMBROSE, C.L. CHIEN, N.WANG, K.K. FUNG, "Exchange Coupling between a ferromagnet and an antiferromagnet across a non magnetic spacer layer", J. Appl. Phys., 81(8), 4999-5001 (1997)
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar lImn Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta.
8 Juli 2003
-
104
ISSN 0216 3128
Tri Mardii Almono, dkk.
sensor, material fondasi memberikan kontribusi pada sifat akhir dari GMR. Oleh karenanya dalam penelitian ini dicoba menggunakan substrat Sisingle crystal.
Tetapi pada kenyataannya hanya diperoleh 0,18 kA/m Hal ini membuktikan bahwa masalah teknis pada proses sputtering memang mendorninasi sifat akhir dari lapisan tipis. Selain factor yang telah disebutkan di alas, yaitu kemurnian material target dan tingkat kevakuman ruang sputter, faktor substrat juga memegang pecan karena lapisan yang tumbuh diatas substrat ditentukan oleh jenis material substrat yang mendasari (fondasi) terbentuknya pertumbuhan thin film Epitaxy misalnya merupakan suatu teknik untuk membentuk single crystal. Dalam hal aplikasinya sebagai
Gambar 4 adalah hasil pengukuran system lapisan yang dideposisi diatas substrat Si(I00). Alasan penggunaan substrat single layer adalah munculnya efek GMR yang besar (3% 5%) karena terjadinya hamburan yang Iebih efektif (cross-section Iebih besar) pada batas-batas Si(100) dengan lapisan magnetik.
o.a Q.7 0.6 E
0.5 ... -.l 0'"
J
0.3
:2
-
CL2
H.
0.1 0.0 0.0
0.2
D.8
0.4
0..
1.0
Aliron Oksigen
1.2
1.01
u
1.8
2.0
2:.2
[seem]
Gambar 4; Medan bias Hp clan gaya koersitifHc dari system Si(lOO)/NiFelFe203 '1
~
E ::!
&,
He;
1! "
j ~
. H..
0 3.3
.,.
0.' Oksigen [seem]
0.0
c,
Gambar 5:Kelakuan sistem lapisan yang tumbuh di alas buffer Ta Meskipun kelakuan Hp clan Hc agak rnirip dengan system diatas substrat gelas tetapi tidak untuk aliran oksigen yang kecil. Diatas substrat Si(lOO) lapisan ini tidak menunjukkan medan bias yang maksimal, tetapi kemudian muncul untuk daerah f02 >0,34 sccm. Medan bias terbesar adalah 0,72 kA/m, sedangkan Hc 0,72 kA/m. Hp kemudian turun tajam, tctapi Hc hampir konstan. Hasil ini nampaknya merupakan perbaikan dari lapisan yang tumbuh diatas slibstrat kaea. Diperoleh Hp yang lebih bcsar pacta daerah 0,3 sId 0,4 seem, meskipun gaya kocrsitif juga naik.
Pacta pengamatan berikutnya dicoba suatu metoda preparasi dengan menggunakan buffer (penyangga) berupa lapisan Tantalum. Hasil pengukuran system lapisan Sin-Valve diatas substrat Ta ditampilkan pacta Gambar 5. Tantalum sebagai penyangga (buffer) menurut teori akan menaikkan efek Anisotropie Magnetoresistance (AMR) yang pacta umumnya diaplikasikan sebagai sensor head, misalnya pacta harddisc dari PC. Tampak pada gambar 5 bahwa kelak'-llanHp sangat berbeda disbanding untuk system tanpa buffer. Baik He maupun Hp jauh lebih bcsar, 2 bahkan hampir 3
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
-
106
ISSN 0216 3128
2. R. JUNGBLUT, R.CUEHOORN, M.T. JOHNSON, "Orientation dependence of the exchange biasing in molecular beam epitaxygrown NisoFe2o1FesoMnso bilayers", J.Appl.Phys. 75, 6659 (1994). 3. T.LIN, C.TSANG, RE.FONTANA, J.KENT HOWARD, "Exchange coupled NiFe/NiMn and NiO/NiFe films for stabilization of magnetoresistive sensors, IEEE Trans Magn., 31(6),2585-2590 (1995). 4. N.C. KOON., "Calculation of exchange bias in thin films ferromagnetic/antiferromagnetic interfaces", Phys.Rev.Lett.78(25),4865-4868 (1997). 5. JX. SHEN, M.T.KIEF, Exchange coupling between NiO and NiFe thin films, J.Appl.Phys., 79(8),5008-5110(1997).
TANYAJAWAB Yunanto ~
Mengapa memakai penyangga ?
tantalum
sebagai
~ Apa actabahan lain untuk mengganti ? Tri Mardji A.
.
Tri Mardii Atmono, dkk.
.
Ada, misalnya NiFe dengan komposisi tertentu (bukan permalloy) dengan ketebalan max 4 mm akan menghasilkan sensitivitas yang tinggi pada medan magnet rendah.
Budi Santoso ~ Bagaimana hubungan antara karakteristik histeristik sehingga dapat digunakan sebagai indikasi timbulnya interaksi tukar antara kedua lapisan yang membentuk sistem Top Spin valve ataupun botton Spin valve.
Tri Mardji A.
.
Kurva hysteisis akan tergeser sebesar medan bias Hp, dalam penelitian. ini sekitar 65 G (gambar 2). Hal ini merupakan indikasi timbulnya exchange coupling (interaksi tukar) antara pinning layer Fe]OJ dengan lapisanferromagnetik NiFe. Bila tidak muncul "shifting" pada kurva hystensis tersebut, maka tidak terjadi interaksi tukar yang bersifat antiferromagnetik antara kedua lapisan. Bila lapisan Fe]OJ berada langsung diatas substrat maka multilayer tersebut membentuk sistem bottom-spill-valve, sedangkan untuk Fe]OJ yang dipreparasi paling akhir maka akan terbentuk sistem top-spill-valve
Gejala GMR akan muncul hila tingkat kemllmian thill film (atom multilags tinggi dun juga preparasi yang dilakukan pada kondisi high-vacuum serra diperoleh bahan penyangga "buffer ". Efek daTi buffer Ta adalah dihasilkannya lapisan tipis yang bersifat high-purity dengan surface-ranghness yang halus sehingga memberikan siunyal megneto resistance yang besar 4 . . . lO%, kira-kira 2 kali lipat hila tanpa menggunakan Ta.
Prosiding
Pertemuan
dan Presentasi IImiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta. 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
