Korrelationen zwischen struktureller Ordnung und elektrischen Transporteigenschaften in CoFeB|MgO|CoFeB Tunnelmagnetowiderstandselementen
Correlations between structural order and electric transport properties in CoFeB|MgO|CoFeB magnetic tunnel junctions
Gerrit Eilers
Doctoral thesis
Date of Examination:
2010-01-15
Date of issue:
2010-10-19
Advisor:
Münzenberg, Markus Prof. Dr.
Referee:
Münzenberg, Markus Prof. Dr.
Referee:
Kirchheim, Reiner Prof. Dr.
Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B4D9-2
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Name:
g_eilers.pdf
Size:
18,6 MB
Format:
PDF
Description:
Dissertation
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Abstract
English
Magnetic tunnel junctions with amorphous ferromagnetic CoFeB electrodes and a crystalline MgO Barrier show a very high tunnel magnetoresistance (TMR). In epitaxial systems of Fe/MgO/Fe(001) these high TMR values can be explained by an effective coupling of electronic states of the electrodes to evanescent states of the barrier and a spin-filter effect of the MgO barrier. It is known from theoretical calculations that for high TMR values only a few monolayers of crystalline iron at the interface to the barrier are sufficient. The quantitative correlation between electric transport and crystalline order of the ferromagnetic electrodes near the interface to the MgO barrier was investigated in this thesis experimentally. For this purpose structured tunnel junctions were characterized by transport measurements and then prepared for high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) by a focussed ion beam. In order to quantify the structural order with HRTEM the intensity distribution of averaged experimental images was compared to simulated images. To generate the simulated images a three-dimensional distribution function was used to describe the amorphous electrode near the interface.
Keywords: tunnel magnetoresistance; CoFeB; MgO; interface; amorphous; crystalline; transmission electron microscopy
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Tunnelmagnetowiderstandselemente mit amorphen ferromagnetischen CoFeB-Elektroden und einer kristallinen MgO-Barriere weisen besonders hohe Tunnelmagnetowiderstände (TMR) auf. In epitaktischen Fe/MgO/Fe(001)-Systemen können hohe TMR-Werte mit der effektiven Kopplung elektronischer Zustände der Elektroden an die abklingenden Zustände in der Barriere und einer Spinfilterwirkung der MgO-Barriere erklärt werden. Aus theoretischen Berechnungen ist bekannt, dass für hohe TMR-Werte bereits wenige Monolagen kristallinen Eisens an der Grenzfläche zur MgO-Barriere ausreichen. Der quantitative Zusammenhang zwischen elektrischen Transporteigenschaften und der kristallinen Ordnung der ferromagnetischen Elektroden an der Grenzfläche zur MgO-Barriere wurden in dieser Arbeit experimentell untersucht. Hierzu wurden aus strukturierten Tunnelelementen, deren elektrische Transporteigenschaften so vermessen werden konnten, Querschnitte gefertigt und diese mit hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) untersucht. Dabei basiert die Strukturbestimmung mittels HRTEM auf dem quantitativen Vergleich von Intensitätsverläufen experimenteller gemittelter und simulierter Abbildungen. Für die simulierten Abbildungen wurde dabei ein Verfahren verwendet, das die amorphen Elektroden in Grenzflächennähe statistisch mittels einer dreidimensionalen Verteilungsfunktion beschreibt.
Schlagwörter: Tunnelmagnetowiderstand; CoFeB; MgO; Grenzfläche; amorph; kristallin; Transmissionselektronenmikroskopie
