센서용 거대자기저항 스핀밸브소자의 열처리 효과

Abstract

셀(cell) 단위의 생체분자의 자성특성 검출을 위한 거대자기저항-스핀밸브(giant magnetoresistance-spin valves; GMR-SV) 바이오센서로서 미세 패턴된 모양에 따라 길이 방향과 폭 방향 용이축에 의존하는 자기저항 특성을 연구하였다. 바이오센서(biosensor)로서 사용할 스핀밸브 다층구조는 glass/NiO/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/NiFe 이었다. 자성 다층박막의 일축이방성을 만들기 위해 증착시와 소자 패턴닝 후 진공 열처리를 <TEX>$200^{\circ}C$</TEX>에서 300 Oe 정도 외부자기장을 인가하였다. 형상자기이방성 효과를 고려하여 광 리소그래피 과정으로 얻은 미세 활성영역 패턴 사이즈는 <TEX>$2{\times}5{\mu}m^2$</TEX>로 정하였다. 2단자법으로 길이방향의 센싱전류와 폭 방향의 고정층의 용이축 방향 각도에 의존하는 자장민감도의 변화는 바이오센서 소자로서 활용에 중요한 요인임을 확인하였다. In order to detect of the magnetic property in the cell unit, we studied the GMR-SV (giant magnetoresistance-spin valves) biosensor, which was depended on the micro patterned features according to two easy directions of longitudinal and transversal axes. Here, the multi layer structure was glass/NiO/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/NiFe. The uniaxial anisotropy direction was applied to the patterned biosensor during the deposition and vacuum post-annealing at <TEX>$200^{\circ}C$</TEX> under the magnitude of 300 Oe, respectively. Considering the magnetic shape anisotropy effect, the size of micro patterned biosensor was a <TEX>$2{\times}5{\mu}m^2$</TEX> after the photo lithography process. By our experimental results, we confirmed that the best condition of GMR-SV biosensor should be the same direction of the axis sensing current and the easy axis of pinned NiO/NiFe/CoFe triple layer oriented to the width direction of device, and the direction of the easy axis of free CoFe/NiFe bilayer was according to the longitudinal direction of device.