บทที 5 การสรุปผลวิจัย ข้ อจํากัดงานวิจัย และแนวทางพัฒนา ในบทนีไ ด้ นําเสนอสรุ ปผลการวิจัย และข้ อจํากัดงานวิจัยเรื องการศึกษา และการ จําลองข้ อบกพร่องในหัวอ่านแบบ TMR โดยใช้ ทฤษฎีความหนาแน่นเชิงฟั งก์ชนั ในการคํานวณ โครงสร้ างแผ่นฟิ ล์มบาง TMR อุดมคติ โครงสร้ างแผ่นฟิ ล์มบาง TMR ทีเกิดความเสียหายจาก พลังงานเชิงไฟฟ้า และโครงสร้ างแผ่นฟิ ล์มบาง TMR ทีเกิดความเสียหายจากพลังงานเชิงกล และ แนวทางพัฒนาในอนาคต ซึงมีรายละเอียดดังนี 5.1 สรุปผลการวิจัย การศึกษาและการจําลองข้ อบกพร่ องในหัวอ่านแบบ TMR โดยใช้ ทฤษฎี ความ หนาแน่นเชิงฟั งก์ ชนั ในวิทยานิพนธ์ ฉบับนีไ ด้ เริ มต้ นจากปั ญหาทีเกิดขึ นในโรงงานอุตสาหกรรม ฮาร์ ดดิสก์ไดร์ ฟแห่งหนึง โดยพบว่าหัวอ่านฮาร์ ดดิสก์ไดร์ ฟแบบ TMR เมือวัดค่า MRR ด้ วยเครื อง ทดสอบหัวอ่านควอไซ สเตติก (Quasi-Static Tester) (Model QST2002) ตามแบบจําลองแบบ มนุษย์ (HBM) [51] พบว่าค่า MRR มีคา่ ลดลง ทําให้ ไม่สามารถนําไปใช้ งานในการอ่านข้ อมูลได้ และเมือนําไปวิเคราะห์ลกั ษณะทางกายภาพด้ วยการถ่ายภาพจากกล้ องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบ ส่องกราด และกล้ องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง พบว่าสาเหตุทีทําให้ ค่า MRR ลดลงนันจํ าแนกได้ เป็ น 2 ลักษณะคือ เกิดจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต ลักษณะทีพบคือ เกิดข้ อบกพร่องแบบรูเข็ม และเกิดจากอนุภาคหรื อวัตถุใดๆ มากระทําอันตรกริ ยา ลักษณะทีพบคือ เกิ ด ร่ อ งรอยแยกออกของเนื อ สาร จากผลดัง กล่า วสามารถคัด แยกได้ ด้ ว ยการวิ เ คราะห์ ท าง กายภาพ แต่มีข้อจํากัดคือใช้ ระยะเวลานาน และไม่สามารถอธิบายสาเหตุทีทําให้ เกิดค่า MRR ได้ อย่างชัดเจน แนวคิดทีใช้ ความรู้ทฤษฎีกลศาสตร์ ควอนตัมมาอธิบายปรากฏการณ์ทีทําให้ คา่ MRR ลดลงดังกล่าว จึงได้ ถกู คิดค้ นและเรี ยบเรี ยงขึ นมานําเสนอในวิทยานิพนธ์ฉบับนี เมือพิจารณาประสิทธิภาพของหัวอ่านฮาร์ ดดิสก์ไดร์ ฟแบบ TMR พบว่าขึ นอยู่กบั ประสิทธิภาพของแผ่นฟิ ล์มบาง TMR เป็ นสําคัญ ฉะนันในการศึ กษา และการจําลองข้ อบกพร่อง ในหัวอ่านแบบ TMR ได้ มงุ่ เน้ นพิจารณาสมบัติของอะตอมแต่ละตัวในสภาวะตรงข้ าม ทีมีแนวโน้ ม ให้ อิเล็กตรอนสามารถเคลือนทีผ่านไป โดยพิจารณาจากค่าความหนาแน่นสถานะของอิเล็กตรอน โดยใช้ ทฤษฎีแถบพลังงานเพือศึกษาสมบัติทางกายภาพของอะตอมในแต่ละชัน และสมบัติความ 145 146 เป็ นแม่เหล็ก ภายใต้ เงื อนไขการเกิดข้ อบกพร่ องแบบจุด และข้ อบกพร่ องแบบระนาบ ได้ ผลดัง ตารางที 5.1(ในสภาวะขนาน) และตารางที 5.2 (ในสภาวะตรงข้ าม) ตารางที 5.1 ผลการคํานวณค่าสปิ นโพลาไรเซชันของชันแต่ * ละชันในแผ่ * นฟิ ล์มบาง CoFe/MgO/CoFe ทีเกิดความเสียหายระดับแต่ละกรณี ในสภาวะขนาน Pinned Free Both-side Pinned Free Both-side 0.03fs x24step 0.3fsx24step 3fsx24step 10fsX10step 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 Scratch Ideal Free Insulator Pinned Layer Oxygen vacancy Spin Polarization (%) Boron Diffusion 20.70 36.93 20.71 39.49 -0.35 0.09 0.00 0.00 0.00 0.09 -0.35 39.49 20.71 36.93 20.70 36.91 20.69 39.19 -0.45 0.30 0.03 0.01 0.00 0.10 -0.35 39.45 20.71 36.88 20.70 36.88 20.71 39.44 -0.35 0.10 0.00 0.01 0.03 0.30 -0.45 39.17 20.69 36.90 20.72 36.87 20.70 39.22 -0.40 0.40 0.04 0.04 0.04 0.40 -0.40 39.22 20.70 36.87 20.86 37.01 20.84 40.00 -0.01 0.63 0.08 0.02 0.01 0.10 -0.24 39.95 20.76 37.06 20.86 37.07 20.76 39.96 -0.22 0.11 0.00 0.01 0.08 0.63 -0.01 40.01 20.85 37.03 20.88 36.89 20.80 39.83 -1.85 -12.52 -2.24 -0.16 -2.24 -12.52 -1.85 39.83 20.80 36.89 20.70 36.93 20.71 39.49 -0.35 0.10 0.00 0.00 0.00 0.10 -0.35 39.47 20.71 36.93 20.63 36.82 20.66 39.32 -0.40 0.11 0.01 0.00 0.00 0.10 -0.37 39.14 20.70 36.93 20.72 37.19 21.07 37.27 -0.40 0.12 0.01 0.00 0.00 0.10 -0.26 38.29 20.84 36.84 21.15 36.05 20.49 37.49 -0.21 0.10 0.01 0.01 0.00 -0.01 0.22 -0.97 21.51 35.87 147 ตารางที 5.2 ผลการคํานวณค่าสปิ นโพลาไรเซชันของชันแต่ * ละชันในแผ่ * นฟิ ล์มบาง CoFe/MgO/CoFe ทีเกิดความเสียหายระดับแต่ละกรณี ในสภาวะตรงข้ าม Free Insulator Pinned 1 14.45 14.60 14.56 14.76 15.04 14.21 2 36.19 36.18 36.20 36.18 36.20 36.14 3 20.31 20.34 20.33 20.35 20.49 20.29 4 38.65 38.47 38.62 38.50 39.53 38.69 1 -0.50 -0.56 -0.50 -0.54 -0.13 -0.47 2 0.06 0.20 0.06 0.15 0.59 0.05 3 0.00 0.03 0.00 0.03 0.09 0.00 4 0.00 0.01 -0.01 0.01 0.01 -0.02 5 0.00 0.00 -0.05 -0.04 0.00 -0.10 6 -0.12 -0.12 -0.45 -0.40 -0.11 -0.79 7 0.22 0.22 0.34 0.35 0.19 -0.06 1 -40.11 -40.08 -39.73 -39.74 -40.27 -40.51 2 -21.04 -21.03 -21.01 -21.00 -21.03 -21.11 3 -39.05 -39.05 -38.98 -38.97 -39.00 -39.10 10fsX10step 3fsx24step 0.3fsx24step Scratch 0.03fsx24step Both-side Free Pinned Both-side Free Pinned Ideal Layer Oxygen vacancy Spin Polarization (%) Boron Diffusion 15.38 14.45 14.46 15.23 17.55 36.14 36.18 35.97 35.59 35.69 20.47 20.31 20.25 20.71 20.34 39.33 38.62 38.50 36.59 37.00 -1.90 -0.50 -0.55 -0.47 -0.34 -12.23 0.07 0.09 0.09 0.06 -2.18 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 2.29 0.00 -0.01 -0.01 0.00 12.62 -0.12 -0.11 -0.10 0.16 1.90 0.22 0.24 0.24 -0.07 -40.11 -40.10 -39.85 -38.96 42.67 -20.96 -21.04 -21.06 -21.20 -8.75 -38.74 -39.07 -39.11 -39.41 -38.00 จากตารางที 5.1 และตารางที 5.2 แสดงผลการคํานวณค่าสปิ นโพลาไรเซชันของชัน* แต่ละชันในแผ่ * นฟิ ล์มบาง CoFe/MgO/CoFe ทีเกิดความเสียหายแต่ละกรณี ในสภาวะขนาน และ สภาวะตรงข้ าม ตามลํ าดับ เพื อใช้ ประกอบการพิจ ารณาสมบัติทางกายภาพของชัน* แต่ล ะชัน* พบว่าสมบัติทางกายภาพของแผ่นฟิ ล์มบางแม่เหล็กเปลียนแปลงไปเมือเกิดข้ อบกพร่ องแบบจุด และข้ อบกพร่ องแบบระนาบ โดยพบว่าในการเกิ ดข้ อบกพร่ องแบบจุดทัง* การเกิ ดช่องว่างของ ออกซิเจน และการทีโบรอนเข้ าไปแทนทีชอ่ งว่าง ส่งผลโดยตรงต่อความเป็ นฉนวนในแผ่นฟิ ล์มบาง MgO ของแผ่นฟิ ล์มบาง CoFe/MgO/CoFe ในขณะทีส่งผลต่อชันถู * กบังคับและชันอิ * สระ เพียง เล็กน้ อยเท่านันเมื * อพิจารณาจากค่าสปิ นโพลาไรเซชัน จากผลดังกล่าวทําให้ ความสามารถในการ เคลือนทีของอิเล็กตรอนเพิมสูงขึ *น ความต้ านทานมีค่าลดตําลง สอดคล้ องกับผลทีได้ จากการวัด ด้ วยเครื องทดสอบหัวอ่านควอไซ สเตติก คือทํ าให้ ไ ด้ ค่า MRR ลดลง และพบว่าในการเกิ ด 148 ข้ อบกพร่ องแบบระนาบส่งผลโดยตรงต่อชัน* อิสระซึงเป็ นชัน* สารแม่เหล็ก ทีความเสียหายระดับ ++++ ในสภาวะตรงข้ ามพบว่า สมบัตคิ วามเป็ นแม่เหล็กเปลียนแปลงไป คือ ความสามารถในการ เคลือนทีของอิเล็กตรอนสปิ นขึ *นเพิมขึ *น ทําให้ ในสภาวะตรงข้ ามมีคา่ ความต้ านทานไฟฟ้าลดตําลง ในขณะเดียวกันส่งผลต่อความสามารถในการเคลือนทีของอิเล็กตรอนได้ เพิมขึ *น ดังนันเมื * อนําไป ทดสอบด้ วยเครื องทดสอบหัวอ่านควอไซ สเตติก ทําให้ ได้ คา่ MRR ลดลง เช่นกัน จากข้ อสรุปทีได้ นําเสนอ งานวิจยั ชิ นนี มีประโยชน์แก่ภาคอุตสาหกรรรม คือ สามารถ เข้ าใจถึงปรากฎการณ์ทีไม่สามารถอธิบายได้ ด้วยเครื องมือทดสอบหัวอ่านควอไซ สเตติก แต่เมือ นําผลการศึกษาในวิทยานิพนธ์ฉบับนี ทําให้ เกิดแนวทางในการคัดแยกความเสียหายแต่ละประเภท ได้ โดยการใช้ วิธีการทดสอบความเป็ นแม่เหล็กในชัน อิสระหรื อชัน ถูกบังคับควบคู่กับเครื องมื อ ทดสอบหัวอ่านควอไซ สเตติก ยกตัวอย่างเช่น ถ้ ามีชิ นงานทีวัดด้ วยเครื องทดสอบหัวอ่านควอไซ สเตติก แล้ วพบว่าค่า MRR ลดลง และนําไปทดสอบด้ วยเครื องมือทดสอบความเป็ นแม่เหล็ก หาก พบว่าค่าความแรงของแม่เหล็กมีการเปลียนแปลงมากสามารถบอกได้ ว่ามีโอกาสเกิดจากอนุภาค หรื อวัตถุใดๆไปเกิดอันตรกริ ยา แต่หากพบว่าค่าความเป็ นแม่เหล็กในชันถู กบังคับหรื อชันอิ สระมี การเปลียนแปลงเพียงเล็กน้ อยสามารถบอกได้ วา่ มีโอกาสเกิดจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต สําหรับ การศึกษาในวิทยานิพนธ์ ฉบับนีใ ช้ เป็ นแนวทางเบื องต้ นเท่านัน เนืองจากเมือวิเคราะห์ปัญหาที เกิดขึ นจริ งพบว่ามีปัจจัยภายนอกอืนเข้ ามาเกือ หนุนอีกมากมาย เช่น คลืนสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ความร้ อนทีเกิดขึ นในขณะนําไปใช้ งาน หรื อความร้ อนทีเกิดขึ นเนืองจากกระบวนการบางอย่าง ความไม่สมบูรณ์ของผลึกทีแฝงอยูภ่ ายในชิ นงาน ตลอดจนข้ อจํากัดของเครื องมือวัด เป็ นต้ น แนวทางในการพัฒ นาองค์ความรู้ ที ได้ จ ากงานวิจัยชิน นี เพื อให้ เ กิ ดประโยชน์ แ ก่ การศึกษา ได้ นําเสนอในหัวข้ อถัดไป 5.2 แนวทางพัฒนาในอนาคต แนวทางในการพัฒนาองค์ความรู้สามารถนําไปพัฒนาต่อยอดได้ หลายสาขาดังนี 1. ในการพัฒนาด้ านการปรับปรุงชิ นงานในอุตสาหกรรม จากผลการวิจยั ทีได้ นําเสนอไปนันเป็ นเพียงการบอกแนวโน้ มเบื องต้ น หากต้ องการ นําไปพัฒนาเกิดผลต่อภาคอุตสาหกรรมอย่างแท้ จริ ง ต้ องศึกษาทีระบบใหญ่ขึ น หมายถึงเพิมชัน ของแผ่นฟิ ล์มบางอืนๆเข้ ามา และควบคุมปั จจัยภายนอกให้ ได้ ตามทีคํานวณ ซึงการพัฒนาเพือ ไปสู่จุดดังกล่าวจําเป็ นต้ องอาศัยเทคโนโลยีทีทันสมัย คาดว่าในอนาคตหากมีเครื องมือทีทันสมัย จะสามารถนําการคํานวณด้ วยหลักการพื นฐาน (First Principle Calculation) ไปสู่การคํานวณ 149 แบบ Empirical Calculation ได้ และสามารถตอบปั ญหาทีเกิดขึ นในภาคอุตสาหกรรมได้ ถกู ต้ อง แม่นยํายิงขึ น 2. ในการพัฒนาด้ านการพัฒนาองค์ความรู้ ในปั จจุบนั ได้ มีการคิดค้ นหัวอ่านฮาร์ ดดิสก์ไดร์ ฟขึ นมาใหม่ ทีมีชือว่า CPP-GMR ซึง มีประสิทธิภาพดีกว่าหัวอ่านแบบ TMR ดังนันการนํ าพื นฐานทีใช้ ในวิทยานิพนธ์ ฉบับนี เพือไป ค้ นหา และปรับเปลียนโครงสร้ างแผ่นฟิ ล์มบางแม่เหล็กทีเหมาะสม เพือให้ คา่ MRR สูงยิงขึ นต่อไป ได้ หากผู้วิจยั มีความรู้ ความเข้ าใจ ในวัสดุเคมีมากขึ น ก็จะสามารถเลือกหาวัสดุทีเหมาะสมได้ ใน ที สุด ทํ าให้ เ กิ ดแนวทางการสร้ างแผ่นฟิ ล์ ม บางแม่เ หล็ ก แบบใหม่ นอกจากนี ค วามรู้ เกี ยวกับ โครงสร้ างอิเล็กทรอนิกส์ ทฤษฎีแถบพลังงาน และทฤษฎีกลศาสตร์ ควอนตัม สามารถนําไปอธิบาย โครงสร้ างภายในของอุป กรณ์ ทางด้ า นอิเ ล็ กทรอนิ ก ส์ อื นๆได้ อี ก ทัง นํ าไปสู่ก ารสร้ างอุปกรณ์ เหล่านันขึ นมา นอกเหนือจากทีได้ กล่าวไปแล้ วนันการใช้ ทฤษฎีความหนาแน่นเชิงฟั งก์ชนั ยังเป็ นที นิยมในการศึกษาสมบัติของสารทีเป็ นผลึก ซึงเป็ นประโยชน์แก่วิศวกรด้ านวัสดุเคมีเ พือใช้ เป็ น แนวทางในการค้ นหาโครงสร้ างใหม่ให้ มีสมบัตติ ามทีตนสนใจ และแนวทางในการสังเคราะห์ขึ นได้ 3. ในการพัฒนาจากชิ นงานเดิม เนืองจากการศึกษาในวิทยานิพนธ์ ฉบับนี ผู้วิจยั ได้ ใช้ ทฤษฎี พืน ฐานในการอธิ บาย เพือศึกษาแนวโน้ มเท่านัน หากนําปั ญหาดังกล่าวไปพัฒนาต่อไป สามารถเลือกใช้ การคํานวณใน ส่วนของขนาดของกํ าแพงพลัง งานศักย์ โดยการหาสัม ประสิทธิj ของการส่ง ผ่าน และพิจ ารณา ความสัมพันธ์ ของแรงดันกับกระแสทีเพิมขึ น โดยใช้ ทฤษฎี Non-Equilibrium Green Function และศึกษาโดยพิจารณาผลอันเนืองมาจากเวลาทีเปลียนแปลงไป ด้ วยทฤษฎี Time-Dependent Density Functional Theory ต่อไป การศึกษาว่าในกรณีของข้ อบกพร่องแบบไหน ส่งผลต่อการ ส่งผ่านของอิเล็กตรอนได้ มากกว่ากัน และมากกว่ากันอย่างไร จากทฤษฎี ทีกล่าวมานี * ผู้วิจัยขอ แนะนําโปรแกรม TranSIESTA Package และ SMEAGOL Package ซึงเป็ น Free License สําหรับเพือการศึกษา และโปรแกรม QuantumWise ซึงเป็ น Commercial License สําหรับภาค ธุรกิจ ทีนิยมใช้ กนั ในปั จจุบนั
© Copyright 2024 ExpyDoc
