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

Elaboration de jonctions tunnel
notre connaissance, les seules jonctions tunnel métal-isolant epitaxiées sont des jonctions
CoSi2/CaF2/CoSi2 [WAT 93] . Ce système a même permis la réalisation de diodes tunnel résonnantes
(cf. chapitre IV). Les hétérostructures à base d'oxydes peuvent également s'épitaxier.
L'épitaxie par jet moléculaire n'a pas jusqu'à présent donné de bons résultats (le système
Fe3O4/MgO/ Fe3O4 a été étudié [HEI 97] ). Par contre, le dépôt par ablation laser a déjà fait ses
preuves, notamment dans le domaine des jonctions Josephson à base d'YBaCuO [BOU 96] . Cette
méthode a été utilisée avec succès pour l'élaboration de jonctions à base de LaSrMnO3, avec
principalement des barrières de SrTiO3 [LU 96, VIR 97] . Il est également possible de réaliser par
cette méthode des jonctions de Fe3O4 [LI 98] . L'utilisation de ces matériaux demi-métalliques
permet d'obtenir des magnétorésistances supérieures à 100%.
Les barrières amorphes, elles, sont beaucoup moins sensibles aux défauts de structure
et peuvent être déposées par évaporation ou par pulvérisation cathodique.
De nombreuses jonctions, notamment supraconductrices (structures S/I/S), ont ainsi
été réalisées par oxydation de l'électrode inférieure. Un simple passage à l'air permet de
réaliser une fine couche oxydée servant de barrière [FIS 61] . Pour des jonctions ferromagnétiques,
la barrière réalisée est alors magnétique. De tels oxydes magnétiques ne sont pas en
général de très bons isolants. De plus, ils peuvent perturber le comportement magnétique des
électrodes et leur polarisation de surface. Les résultats publiés pour des oxydes de nickel [MAE
82] [MOO 97]
et de cobalt rapportent de faibles magnétorésistances à basse température et aucune
magnétorésistance à température ambiante.
Dans notre cas, il faut donc utiliser un oxyde qui ne soit pas celui de l'électrode
inférieure. Pour ce faire, une couche métallique supplémentaire est déposée puis oxydée (on
parle alors de barrière artificielle). Comme nous le verrons par la suite, cela nécessite une
parfaite adéquation des conditions d'oxydation avec l'épaisseur de métal déposée.
Les barrières semi-conductrices amorphes ont également été envisagées. En effet, en
réduisant la hauteur de la bande interdite, on réduit considérablement la résistance des
jonctions et on peut alors manipuler des barrières plus épaisses, donc moins sensibles à la
rugosité et aux "pinholes". Le succès obtenu avec les jonctions supraconductrices a été mitigé
(cf. [GIB 85] et les références incluses). Meservey et Tedrow ont montré que les résultats
étaient meilleurs avec une barrière déposée à basse température (pour le silicium [MES 82] et le
germanium [GIB 85] amorphes). Les caractéristiques ne correspondent toutefois pas à celles
attendues pour l'effet tunnel élastique, particulièrement à température ambiante. Même à basse
température, l'effet de polarisation lorsque une électrode est ferromagnétique et l'autre
supraconductrice (cf. chapite I) ne s'observe que rarement dans les barrières de silicium et
jamais pour le germanium (le résultat "historique" de Jullière a été obtenu avec du Ge oxydé 1 ).
Les premiers résultats ainsi que les expériences de mesure de polarisation de Meservey
et Tedrow font de l'alumine le meilleur candidat pour la réalisation de jonctions tunnel
magnétorésistives. Si les premiers résultats ont été obtenus par oxydation d'une couche
d'aluminium métallique [MOO 95] , il était toutefois tentant de déposer directement une barrière
d'alumine. En effet, l'oxydation d'une couche métallique doit être ajustée exactement à
l'épaisseur de barrière pour ne pas oxyder l'électrode inférieure ni laisser une couche d'aluminium
métallique. Malheureusement, les essais effectués dans différents groupes (au laboratoire
par J. Nassar [NAS 99] , à l'INESC [PLA 97] ou à Nancy [FER 98] ) ont montré que la pulvérisation
1
Dans sa thèse, Jullière considère que l'oxydation ne fait qu'oxyder les pinholes métalliques, mais pas le
germanium.
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