Effet tunnel dépendant du spin : Des simples aux doubles ... - LPM

Introduction, généralités
direction de détection unique (perpendiculaire à l'axe de facile aimantation) 1 . La réponse en
champ s'effectue alors par rotation de l'aimantation autour de la direction facile et est donc
dépourvue d'hystérésis. Pour assurer une sensibilité maximale et linéaire, il est nécessaire
d'avoir un angle de 90° entre la direction facile et la direction dans laquelle est bloquée la
couche dure.
Le blocage de la couche dure est souvent assuré par couplage d'échange avec un
antiferromagnétique (cf. II.2.2). Il est également possible d'amplifier artificiellement la
coercitivité de la couche avec un système antiferromagnétique artificiel [NOG 99] ou par une
anisotropie de forme importante [ENC 99] . L'anisotropie de la couche sensible est la plupart du
temps fixée par un champ pendant le dépôt. Mais il est également possible de la fixer par une
anisotropie de forme ou magnétocristalline dans les structures épitaxiées [SCH 95] . Nous
mettrons également en oeuvre une méthode plus originale utilisant des substrats à topologie
modulée au chapitre III.
Pour la détection basse fréquence (détection magnétique et capteurs mécaniques), le
facteur limitant la résolution n'est pas le bruit électrique ou magnétique mais la dérive
thermique. En effet, dans les dispositifs métalliques, la variation thermique de la résistance est
typiquement de 0,3 %/K alors que la sensibilité est de l'ordre du %/G (10 -5 %/nT). Avec les
jonctions tunnel, la dépendance en température est atténuée mais toujours trop importante
pour des résolutions de l'ordre du nT. Des ponts de résistances permettent de limiter cette
dérive thermique. Le pont doit contenir deux éléments sensibles et deux éléments à réponse
opposée [SPO 96] ou nulle [DAU 94] . Pour les têtes de lecture, la fréquence du signal est bien plus
importante que les variations thermiques, si bien qu'un simple filtrage passe-haut permet de
s'en affranchir. Par contre, le capteur est un système bien plus complexe puisqu'il intègre des
dispositifs de couplage magnétique entre le médium et la couche sensible [COE 96, TSA 94, GRO 96] .
I.3.2 Mémoires
Depuis les années 70, les matériaux magnétiques sont un support privilégié de
l'information. Des mémoires de ferrite des premiers ordinateurs aux disquettes, disques durs et
bandes magnétiques, les capacités de stockage n'ont cessé d'augmenter 2 . L'utilisation de têtes
de lecture magnétorésistives a contribué à cette augmentation. L'utilisation du même élément
magnétique pour le stockage et la lecture de l'information au sein de dispositifs tout solide
permettrait de diminuer considérablement les temps d'accès. On concilie ainsi la non-volatilité
du stockage magnétique à la vitesse et à la souplesse des mémoires semi-conductrices dans
des mémoires magnétiques ou MRAM. Par rapport aux autres mémoires non volatiles
existantes (essentiellement Flash et ferroélectrique), les MRAM laissent espérer une plus
grande robustesse. Rien ne semble limiter le nombre de cycles d'écriture. La résistance aux
radiations des éléments magnétiques en fait un élément de stockage de choix pour l'aérospatial.
Des MRAM basées sur des éléments GMR sont d'ores et déjà commercialisées (par
Honeywell notamment).
L'utilisation de jonctions tunnel magnétorésistives devrait permettre d'améliorer encore
les performances. Les plus grandes valeurs de magnétorésistance obtenues vont permettre de
diminuer les temps d'accès. Mais c'est surtout au niveau de la densité d'intégration que les
progrès sont attendus. En effet, la géométrie de mesure perpendiculaire au plan des couches
1 Pour certains capteurs de position angulaire, le champ créé par l'objet à détecter est suffisamment important
pour saturer la couche sensible. Sans anisotropie magnétique, la résistance est alors directement reliée à la
position de l'objet. Pour ce type de capteurs, la difficulté consiste à assurer une rigidité suffisante à la couche
fixe.
2 Sans oublier la révolution technique et culturelle de l'enregistrement magnétique analogique audio et vidéo.
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