Les empilements ferromagnétique/alumine/ferromagnétique à base de cobalt et de permalloy : élaboration par pulvérisation ionique et étude de leurs propriétés

par Cécile Maunoury

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Christian Schwebel.

Soutenue en 2003

à Paris 11 .


  • Résumé

    Depuis quelques d'années, l'étude des multicouches métalliques a suscité un vif intérêt dans la communauté scientifique. En effet, elles possèdent des propriétés magnétiques liées à leur caractère bidimensionnel n'existant pas dans un matériau à l'état massif. Les multicouches magnétiques ou Jonctions Tunnel Magnétiques (JTM) peuvent être utilisées dans la réalisation de nouvelles mémoires magnétiques MRAM (Mémoire Magnétique à Accès Aléatoire) en tant qu'élément de stockage de l'information. Les JTM présentent des propriétés de magnétorésistance et sont typiquement composées de deux couches ferromagnétiques séparées par une barrière isolante. La magnétorésistance est la variation de résistance électrique de la jonction lors du changement d'orientation relative des aimantations des deux couches ferromagnétiques. Nous avons élaboré des empilements Co/Al2O3/Co et Co/Al2O3/Co/NiFe par pulvérisation ionique. Cette technique permet le dépôt de tout type de matériaux qu'il s'agisse de métaux, d'alliages ou d'isolants avec de faibles vitesses de dépôt et conduit à une bonne adhésion des films. De plus, l'environnement ultra-vide minimise la pollution des couches. Après l'étude de l'élaboration d'alumine stœchiométrique, les propriétés magnétiques de chaque électrode et des empilements ont été étudiées par effet magnéto-optique Kerr polaire (MOKE) en champ perpendiculaire et AGFM (magnétométrie à gradient de champ alternatif) en champ parallèle, à température ambiante. Sur les jonctions Co/Al2O3/Co, nous n'avons pas observé d'effet des interfaces Co/Al2O3 et Al2O3/Co lors des mesures P-MOKE en champ perpendiculaire, il semble donc que le cobalt ne s'oxyde pas aux interfaces avec l'alumine. Sur la jonction Co/Al2O3/Co/NiFe, nous observons le retournement de l'aimantation de chacune des électrodes. Ce résultat prometteur met en évidence la possibilité d'utiliser la pulvérisation ionique dans l'élaboration de JTM.


  • Résumé

    In the last few years, the study of metallic multilayers has aroused great interest in the scientific community mainly because of their 2D magnetic properties, which do not exist in bulk material. The magnetic multilayers or Magnetic Tunnel Junctions (MTJ) are a major progress for applications such as magnetic sensors and non-volatile memory devices like Magnetic Random Access Memory (MRAM). MTJs (with magnetoresistance properties) consist of two ferromagnetic layers separated by an insulating layer and are used as storage elements in MRAM. The magnetoresistance is the relative difference in the resistance between parallel and anti-parallel magnetizations of the two electrodes. This property can be used for magnetization binary coding of each MTJ. In this study, Co/Al2O3/Co and Co/Al2O3/Co/NiFe stacks have been deposited by ion beam sputtering. This technique allows both metal and oxide deposition with low deposition rates. Therefore, thicknesses are accurately controlled and films show a good uniformity. Moreover, the high vacuum environment reduces film contamination. The magnetic behavior of the two electrodes and the Co/Al2O3/Co and Co/Al2O3/Co/NiFe stacks is investigated using Polar Magneto-optical Kerr Effect (P-MOKE) and Alternating Gradient Field Magnetometry (AGFM), at room temperature. On the Co/Al2O3/Co stack, we show that the Co/Al2O3 and Al2O3/Co interfaces have negligible effect on magnetization. It seems that no cobalt oxidation occurs at the bottom and upper interfaces with the alumina. On the Co/Al2O3/Co/NiFe multilayer, we observe the magnetization switching of each electrode. This result shows that it is possible to use ion beam sputtering for MTJs elaboration.

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Informations

  • Détails : 180 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2003)310
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