pdf, 2.2 Mb - Walther Meißner Institut - Bayerische Akademie der ...

2 Kapitel 1 Motivation und Überblickbesserung der magnetischen Datenspeicherung legte und in passiven Bauelementenrealisirt ist (Festplatten-Lesekopf). Im Jahre 1990 präsentierten Datta und Das [3] einKonzept für einen Spintransistor (Spin-FET), in welchem durch Anlegen einer Steuer-Spannung die Spinorientierung der Elektronen, z.B. durch den Rashba-Effekt, gezieltmanipuliert werden sollte. Diese Art der aktiven Spin-Bauelemente konnte jedoch bisjetzt nicht realisiert werden und setzte sich auch bisher nicht in wirtschaftlich bedeutendenAnwendungen durch. Zur Umsetzung und weiteren Erforschung der aktivenBauelemente ist die gezielte Spinmanipulation im Rahmen der Halbleiter-Spintronikvon größter Bedeutung, was allerdings eine erfolgreiche Spininjektion in einen Halbleitererfordert. Das Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaftenbeteiligt sich im Rahmen des Teilprojekts ”Spin injection, spin transportand controllable ferromagnetism in transition metal doped ZnO“ an einem vonder Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Schwerpunktprogramm zurHalbleiter-Spintronik“. In diesem Zusammenhang entstand die vorliegende Arbeit zur”Herstellung und Charakterisierung von Zinkoxid-Ferromagnet-Heterostrukturen zurSpininjektion.Die erfolgreiche Spininjektion benötigt Materialien mit langer Spinlebensdauer undkleiner Spin-Bahn-Kopplung, weshalb gerade der II-VI-Halbleiter ZnO im Fokus steht.Anfang der 60er Jahren wurde ZnO, das in hexagonaler (Wurzit-Struktur) Form vorliegt,bereits sehr eingehend erforscht. Besonders durch die Fortschritte in der Möglichkeit,dünnste ZnO-Schichten zu wachsen, und aufgrund der kontrovers diskutiertenFragen zur möglichen ferromagnetischen Dotierung oder p-Typ Leitfähigkeit stieg dasForschungsinteresse in den letzten Jahren wieder kontinuierlich an.An der RWTH Aachen wurde bereits viel versprechend die Spinlebensdauer in ZnO-Schichten, welche am Walther-Meißner-Institut hergestellt wurden, durch elektrischeSpininjektion und optische Detektion mit T ∗ 2 11 ns in der Diplomarbeit von C.Weier [4] gemessen. Deshalb steht im Schwerpunkt dieser Arbeit die elektrische Spininjektionsowie die anschließende elektrische Detektion. Hierzu wurden Vielschichtsystemeaus zwei unterschiedlichen Ferromagneten getrennt durch den zu untersuchendenHalbleiter ZnO mit gepulster Laserdepostition und Elektronenstrahlverdampfunghergestellt. In einem aufwendigen Strukturierungsprozess, durch optische Lithographie,Ätz- und Sputterprozesse sowie Lift-off-Technik wurden daraus vertikale Mesa-Strukturen mit unterschiedlichen Kontaktgrößen gefertigt und anschließend elektrischvermessen. Aus den Messdaten lassen sich dann erste quantitative Werte für die Spin-