Korrelationen zwischen struktureller Ordnung und elektrischen Transporteigenschaften in CoFeB|MgO|CoFeB Tunnelmagnetowiderstandselementen

Abstract

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.