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EFEITOS DA BAIXA ALTURA DO POTENCIAL DA BARREIRA EM JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

EFEITOS DA BAIXA ALTURA DO POTENCIAL DA BARREIRA EM JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS. E. S. Cruz de Gracia, 1 L. S. Dorneles, 2 L. F. Schelp, 2 S. R. Teixeira 1 e M. N. Baibich, 1. 1 Instituto de Físca – UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil 2 Departamento de Física- UFSM, Santa Maria, RS, Brasil.

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EFEITOS DA BAIXA ALTURA DO POTENCIAL DA BARREIRA EM JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

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Presentation Transcript

  1. EFEITOS DA BAIXA ALTURA DO POTENCIAL DA BARREIRA EM JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS E. S. Cruz de Gracia,1 L. S. Dorneles,2 L. F. Schelp,2 S. R. Teixeira1 e M. N. Baibich,1 1 Instituto de Físca – UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil2 Departamento de Física- UFSM, Santa Maria, RS, Brasil Trabalho parcialmente financiado pelo Conselho Nacional para o Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Centro Latino-Americano de Física (CLAF) e pela Fundação Cruz

  2. MTJ (Junção túnel magnética) TMR (Magnetorresistência túnel) DOS (Densidade de estados) SDT (Tunelamento dependente de spin) ACRÔNIMOS

  3. magneto-resistência túnel isolante F2 F1 TUNELAMENTO FAVORECIDO QUANDO F1 E F2 ESTÃO PARALELOS MRT (TMR)

  4. Proceedings of the IEEE V.91 N. 05 p. 661. May (2003) HOJE: Esquema simplificado de uma MTJ

  5. HOJE: MTJs no mercado de tecnologia MRAM IBM J. RES. & DEV. V. 50 N. Jan (2006) Matriz de MTJs utilizadas em arquitetura de MRAM

  6. Sharma et al. PRL V. 82 N. 3 p. 616 (1999) Barreira TaOx (φ = 0,4 eV) T = 297 K Barreira Al2O3 (φ≥ 2,0 eV) Motivação: A contribuição da barreira

  7. φC< φB< φA Altura relativa da barreira VC< VB< VATensão crítica (TMR=0) TMRC< TMRB< TMRAMagnetorresistência túnel Li et al. PRB V.69 .0544108p. (2004) e Ren et al. J. Phys.: Condens. Matt. 17 p. 4121 (2005) Motivação: A contribuição da barreira

  8. Metodologia experimental: Técnica de deposição Câmara para desbastamento iônico

  9. Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/Al(16) + O2(X)/TAM//Co(420)/ Cu(100) Metodologia experimental: Formatação das MTJs

  10. Metodologia experimental: Formatação das MTJs

  11. Ângelo Morrone LAM-IF UFRGS Metodologia experimental: Transporte eletrônico

  12. Densidade da Corrente de Tunelamento (direção reversa): Resultados e discussão: Curva I-V experimental e calculada

  13. Resultados e discussão: Os valores Para uma distância de 50 mm entre o canhão e o substrato, as MTJs mostraram: 1. Barreiras com baixa assimetria (≈ 0,2 eV) 2. Baixa altura da barreira (≈ 1,0 eV) 3. Área efetiva (10-8 até 10-9 cm2) menor que a área geométrica (4x10-4 cm2) 4. Espessura efetiva da barreira de 9 Å até 12 Å

  14. Binnig e Rohrer Rev. Mod. Phys. V. 59 p. 615 (1987) Perfil da corrente de tunelamento para uma junção túnel Resultados e discussão: Tunelamento quântico através de Hot Spots

  15. Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(16) + O2 (30 s) /TAM/Co(420)/Cu(100) Resultados e discussão:Duas regiões magnéticas diferentes

  16. RAP > RP T = 300 K Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(16) + O2 (45 s) /TAM/Co(420)/Cu(100) Resultados e discussão:Válvula magnética

  17. Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(16) + O2 (30 s) /TAM/Co(420)/Cu(100). Resultados e discussão: Inversão da magnetorresistência túnel

  18. Resultados e discussão: Inversão da magnetorresistência túnel

  19. RAP< RP Resultados e discussão: Inversão da magnetorresistência túnel

  20. Resultados e discussão: A DOS massiva 500 mV

  21. Coeficiente de Transmissão Vetor de Onda da Barreira Resultados e discussão: A contribuição da baixa altura da barreira à baixa temperatura Li et al. (2004) e Ren et al. (2005): A forte dependência da altura da barreira de potencial com a tensão aplicada, é responsável pela forte dependência da TMR com a tensão. Desta forma, é possível observar o efeito da altura sobre a TMR em função da tensão.

  22. Fator de Coerência Quântica Resultados e discussão: A contribuição da baixa altura da barreira à baixa temperatura Vcri≈250 mV

  23. Resultados e discussão: A contribuição da baixa altura da barreira à baixa temperatura

  24. Produção das Amostras As MTJs foram depositadas sob condições de oxidação que garantem: - Baixa altura da barreira - Baixa assimetria da barreira - Forte dependência da TMR com a tensão aplicada -Tunelamento quântico como mecanismo de transporte eletrônico Conclusões: Isto possibilitou: - Inversão da TMR com a tensão aplicada à 77 K

  25. Inversão da TMR - A DOS massiva está em acordo com o fator A(Ex ,V) mostrando que não há inversão da população de spin - O fator de coerência quântica D(Ex ,V) é o único termo capaz de diminuir e inverter a TMR devido à tensão aplicada e à baixa altura da barreira Conclusões: Portanto, podemos concluir que a inversão da TMR está em acordo com o modelo de Li et al. (2004) e Ren et. (2005)

  26. Obrigado...!!!

  27. BAS 450PM Ta(98 Å)/Fe(433)/TM/SiO2(100)/TM/Co50Fe50(402)/Cu(100) BAK 600 Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/Al(16) + O2(X)/TAM//Co(420)/ Cu(100) Metodologia experimental: Controle do alinhamento magnético

  28. Perspectivas: - Depositar o sistema Py/TaOx/Co sob nossas condições de oxidação para estudar a inversão da TMR numa maior faixa de tensões aplicadas - Depositar os sistemas Py/TaOx/AlOx/Co e Py/AlOx/TaOx/Co para estudar os efeitos na TMR provocados pela posição da barreira. Segundo a teoria de Li et al. e Ren et al. ambas as curvas de TMR devem apresentar uma inversão de simetria

  29. Espessura Py Camadas de Fe Ta (1,24 Å/s) Metodologia experimental: Calibração da Taxa

  30. Metodologia experimental: Controle do alinhamento magnético BAS 450PM Ta(98 Å)/Fe(433)/TM/SiO2(100)/TM/Co50Fe50(402)/Cu(100) BAK 600 Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/Al(16) + O2(X)/TAM//Co(420)/ Cu(100)

  31. Canhão para Desbaste Para uma distância de 50 mm entre o canhão e o substrato, as MTJs mostraram: - Baixa altura da barreira - Baixa Assimetria - Forte dependência da TMR com a tensão aplicada Metodologia experimental: Definindo as propriedades

  32. CoFe/AlOx/Co T= 300 K Oxidação muito forte Fracamente Oxidada Du et al. Phy. Stat. Sol. A V.199 N.2 p.289 (2003) Metodologia experimental: Definindo as propriedades

  33. Faixa de temperatura: 1,5 K até 300 K Metodologia experimental: Temperatura

  34. Metodologia experimental: Campo magnético Hmax ≈ 4,0 kOe

  35. Parâmetros intrínsecos da barreira obtidos através de ajustes às curvas I-V usando o modelo de Simmons e Chow. Espessura efetiva da barreira (tAlOx ), altura do potencial da barreira (φ), área efetiva de tunelamento (Aeff) e tempo de oxidação (Tox). Curvas I-V medidas a 300 K e os eletrodos ferromagnéticos no estado de magnetização antiparalela. Resultados e discussão: Os valores tabelados Observa-se: 1. Barreiras com baixa assimetria 2. Baixa altura da barreira 3. Área efetiva (10-8 até 10-9 cm2) menor que a área geométrica (4x10-4 cm2) 4. Espessura efetiva da barreira de 9 Å até 12 Å

  36. Resultados e discussão:Duas regiões magnéticas diferentes

  37. Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(16) + O2 (30 s) /TAM/Co(420)/Cu(100)

  38. Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(31) + O2 (60 s) /TAM/Co(420)/Cu(100)

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