초고속 레이저 열반사 기법을 이용한 Er<SUB>0.2</SUB>Y<SUB>2.8</SUB>Fe₅O₁₂ 박막의 열전도율 측정

김윤영

doi:10.7779/JKSNT.2017.37.6.393

주제분류

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저널정보

한국비파괴검사학회
비파괴검사학회지 학술저널
비파괴검사학회지 제37권 제6호
2017.12 393 - 399 (7page)
DOI : 10.7779/JKSNT.2017.37.6.393

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김윤영 (동의대학교)

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본 연구에서는 펨토초 레이저 시스템으로 구현된 열반사 측정법을 이용하여 어븀(erbium) 치환된 YIG (yttrium iron garnet) 박막의 열전도율을 측정하였다. 졸-겔(sol-gel) 공정을 이용하여 두께 400 nm의 Er_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂ 박막을 석영 웨이퍼 위에 스핀코팅(spin-coating) 하였으며, 원자간력 현미경과 X선 회절 분석기를 이용하여 박막의 마이크로 구조를 관찰하였다. 재료의 표면에 알루미늄 박막을 증착하여 펨토초 펄스의 입사에 따른 열반사율의 변화를 측정하였으며, 이를 1차원 열전도 방정식의 해와 비교함으로써 열전도율을 추정하였다. 본 실험으로부터 8.0 W/m·K의 열전도율을 얻었으며, Y₃Fe₅O₁₂와 비교하여 어븀 치환에 따른 상온에서의 열전도율 변화는 미미함을 확인하였다. 본 연구는 나노스케일 강자성 재료의 열물성을 비접촉/비파괴식으로 측정하는 방법을 제시한다.

The thermal conductivity (κ) of erbium-substituted yttrium iron garnet (YIG) thin-film was evaluated by the laser thermoreflectance technique using a femtosecond laser system in this study. A 400 nm thick Er_0.2Y_2.8Fe₅O₁₂ film was spin-coated on a quartz wafer using the sol-gel method, and its microstructure was characterized using atomic force microscopy and X-ray diffraction. The thermoreflectance change upon absorption of femtosecond laser pulses on an aluminum-coated surface of the material was measured and κ was estimated by curve fitting a numerical solution of the one-dimensional heat conduction equation. κ = 8.0 W/mK was obtained, showing that the effect of erbium substitution at room temperature was not significant compared to that of Y₃Fe₅O₁₂. This study proposes a non-contact and nondestructive evaluation technique that can effectively measure thermal properties of nanoscale ferromagnetic materials.

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