EXCHANGE COUPLING ANTARA LAPIS AN TIPIS Fe203 DENGAN NiFe DALAM APLIKASINY A PADA SISTEM GIANT -MAGNETO RESISTANCE

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 thin films, 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 bias field 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'

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

serta kemagnetannya, demikian pula bahan lain seperti Silicon yang sangat berlainan sifat optisnya dengan silicon thin film. Bahan-bahan tersebut sifat-sifatnya 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

PENDAHULUAN

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Tri Mardji Atmono, dkk. ISSN 0216

-

3128 101 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 in-plane 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

(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 "spin-orbit", 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. Masing-masing 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")

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

HASIL DAN PEMBAHASAN

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.

Gambar 2: Contoh hasil pengukuran lapisan Fe20iNiFe dengan menggunakan VSM

Tarnpak adanya pergeseran kurva daTi

lapisan AFM sebesar kurang lebih 65 G. Hal ini membuktukan adanya exchange coupling

antara-kedua lapisan AMlAFM. Sedangkan lapisan

ferromagnetic NiFe memiliki gaya koersitif Hc yang kecil, tepat diaplikasikan sebagai sensor medan rendah.

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.

H

0,0 0,8 1,0 1,2 ~L 1.G

Aliran Oksigen [seem]

u 2,0 2.2 2.4 a,4

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

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),

Prosiding Pertemuan daD Presentasi IImiah Penelitian Dasar lImo Pengetahuan daD Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

---. -I_--, , , -; II -I

-r-

I I "

-",..4 ... "Ll

-r --' . y; :r::.. -o" -1 :" r r---1-, -i -I . .. .4. ..\.. ..J.

t

...L ...L , 6l 1,4. 1,2. !

i

1.0.

-

_u :c O,IS,

i

vi l 0,4 O, 1:0 0,0 '3.2

102 ISSN 0216

-

3128 _{Tri Mardji Atmono, dkk.}

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.

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

ferro-daD antiferromagnetik terjadi efek

exchang-ecoupling, 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 tersebut diatas

dirumuskan oleh persamaan /21 :

Hp = ~cr 1 (Mfl11° tfiu)

Dimana ~(J adalah besamya tenaga dinding, dengan samaIl erg/cm2, Mfiu daD tfm rnasing-masing adalah magnetisasi daD ketebalan lapisan Permalloy NiFe.

Besamya tenaga dinding yang mernisahkan kedua lapisan merupakan selisih gaya koersitif antara lapisan permalloy tunggal (Hc) dengan lapisan yang sarna dalam keadaan terikat (Hs) oleh lapisan antiferromagnetik. Pacta aplikasinya sebagai sensor medan magnet, diperlukan suatu system dengan Hs yang kecil tetapi Hp yang besar agar

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

M

'H.

i

-

.

1 1 6

I

2 10 018 208

/

.

\

128 21:4 ..

\

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.

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)

70 1 04 60 50 :;j cO 40

""-S

.~

30 S c

-

20 10

yang lebih kuat, konstanta () yang besar,

menghasilkan medan "pinning" yang 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 puneak-puncak [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.

2 1 1

0 -

-20 ~ 30 ~ ~ ~ 50 M 60 ~ ro ~ 60 ~ 00 ~ 100

28 I Grad

KESIMPULAN

Gambar 6: hasil pengamatan lapisan tipis Fe20iNiFe dengan menggunakan XRD

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 Kassel-University, 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.

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

-D.8 0.. 1.0 1.2 1.01

Aliron Oksigen [seem]

2:.2

0.4

sensor, material fondasi memberikan kontribusi pada sifat akhir dari GMR. Oleh karenanya dalam penelitian ini dicoba menggunakan substrat Si-single crystal.

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.

H.

u 1.8 2.0

'1

Gambar 4; Medan bias Hp clan gaya koersitifHc dari system Si(lOO)/NiFelFe203

~ E &, ::! He; 1! " j ~

.

0 3.3 .,. 0.' Oksigen [seem] H.. 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

o.a Q.7 0.6 E 0.5 ... -.l 0'"

J

0.3 :2 CL2 0.1 0.0 0.0 0.2

2. R. JUNGBLUT, R.CUEHOORN, M.T. JOHNSON, "Orientation dependence of the exchange biasing in molecular beam

epitaxy-grown 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.

.

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.

.

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

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta. 8 Juli 2003