Elaboration et étude des propriétés physiques de jonctions tunnel magnétiques à barrières d'Al2O3, de MgO, ou hybrides

par Laurianne Gabillet

Thèse de doctorat en Nanophysique, nanocomposants, nanomesures

Sous la direction de Jean-François Bobo.

Soutenue en 2004

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    En électronique de spin, les jonctions tunnel magnétiques (JTM) présentant une forte magnétorésistance tunnel (MRT) à température ambiante, sont des structures très prometteuses pour la fabrication d'une nouvelle génération de mémoire vive (MRAM) ou pour la réalisation de capteurs magnétiques ultrasensibles (automobile, têtes de lecture de disque dur). Dans cette thèse, les JTM sont constituées d'un empilement NiO/Co/barrière/Co. La barrière est obtenue par oxydation naturelle d'une couche métallique d'épaisseur inférieure à 2 nm. Elle est soit simple, formée d'Al2O3 ou de MgO, soit hybride, formée de 2 ou 3 couches d'oxydes (Al2O3, MgO ou NiO) subnanométriques. L'élaboration se fait par pulvérisation cathodique au travers de masques, sur substrat de verre ou de MgO (110). Les propriétés physiques sont étudiées par diverses techniques : mesures magnéto-optiques, de magnéto-transport (de 4,2 à 300 K), effet tunnel polarisé vers un supraconducteur, PNR, diffraction X, AFM, HREM. La première étape a été d'étudier les propriétés magnétiques (anisotropie, mode de retournement de l'aimantation) de chaque électrode pour différentes méthodes de dépôt. Le couplage entre électrodes a ensuite été mesuré en fonction de la nature de la couche séparatrice. Puis, après optimisation de l'épaisseur des barrières, les propriétés de transport (résistance, MRT, dépendance en température, en tension) des JTM ont été étudiées pour chaque barrière. Ces études ont permis de contrôler la forme et l'amplitude des réponses magnétorésistives des JTM et de comparer la qualité des diverses barrières. Les barrières de meilleure qualité, celles d'Al2O3, donnent une MRT de 20% à l'ambiante.

  • Titre traduit

    Preparation and physical properties study of magnetic tunnel junctions with Al2O3, MgO, or hybrid barriers


  • Résumé

    In spintronics, magnetic tunnel junctions (MTJ) with high tunnel magnetoresistance (TMR) at room temperature are very promising structures for the development of a new generation of random access memory (MRAM) or for the realization of ultra-sensitive magnetic sensors (automobile industry, read heads for hard disks). In this thesis, MTJ have the following structure : NiO/Co/barrier/Co. The barrier is obtained by natural oxidation of a metal layer thinner than 2 nm. It is either simple, formed by Al2O3 or MgO, or hybrid, formed by 2 or 3 subnanometric oxide layers (Al2O3, MgO ou NiO). MTJ were fabricated by sputtering trough shadow masks, on glass or MgO (110) substrates. Physical properties were studied by magneto-optical measurements, magneto-transport investigations (from 4,2 to 300 K), spin polarized tunneling, PNR, X-ray diffraction, AFM, HREM. The first step was to investigate the magnetic properties (anisotropy, magnetization reversal mechanism) of each electrode for various deposition methods. Coupling between electrodes was then measured with different insulating layers. After optimizing barriers thickness, MTJ transport properties (resistance, TMR, temperature and voltage dependencies) were studied with each kind of barrier. This work allowed us to control the MTJ magnetoresistive responses shape and amplitude, and to compare the quality of various barriers. The best quality barriers - Al2O3 barriers - give 20% TMR at room temperature

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Informations

  • Détails : 239 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 233-239

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2004/737/GAB
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