Nanocharacterization of magnetoresistant oxide tunnel barrier structures

Abstract

Oxidische Tunnelbarrieren (TMR = Tunnelmagnetowiderstand) sind derzeit von großem Interesse bei der Anwendung in Speichermedien und Sensoreinheiten. Verglichen mit den derzeit üblichen Riesen Magneto Widerstands Einheiten (GMR) liefern Tunnelbarrieren eine weitaus größere Effektamplitude als auch eine höheren Basiswiderstand, so daß sie in CIP (Current In Plane) Anordnungen verwendet werden können.In dieser Arbeit wurde die Nanostruktur von TMR Einheiten im unausgelagerten als auch im ausgelagerten Zustand bei Auslagerungstemperaturen zwischen 150°C und 500°C mittels Feldionenmikroskopie in Kombination mit einer 2D Detektoranordnung untersucht. Spin-Valve TMR Einheiten besehend aus Ni(79) Fe(21) und Co Elektroden welche durch eine Barriere aus Aluminiumoxid getrennt sind, wurden mittels Ionenstrahl-Sputterdeposition auf spitzenförmige Proben mit einem Krümmungsradius von 30 bis 50nm deponiert, welche mit feldionenmikroskopischen Methoden analysiert werden können. Trotz der isolierenden Eigenschaften der Barriere kann die chemische Struktur mittels analytischer Feldionenmikroskopie untersucht werden. Die dreidimensionale Verteilung der Atome sowie die beobachteten Diffusionsvorgänge werden in Abhängigkeit unterschiedlicher Auslagerungstemperaturen diskutiert.Zusätzlich wurden TMR Einheiten auf planaren Proben unter den gleichen Bedingungen hergestellt wie die spitzenförmigen Proben. Diese wurden mittels Sekundärionen Massenspektrometrie (SIMS) und Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Außerdem wurden an elektrische Eigenschaften der deponierten Schichtanordnungen charakterisiert und TMR Messungen durchgeführt.