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

Elaboration de jonctions tunnel
Même si les résistances obtenues par oxydation thermique sont tentantes pour les
applications, les magnétorésistances n'atteignent jamais celle obtenues par oxydation plasma 1 .
• Oxydation plasma
La réactivité des plasmas permet d'activer les processus d'oxydation. On peut ainsi
obtenir des vitesses d'oxydation importantes sans chauffer l'échantillon. Les plasmas sont
toutefois des milieux complexes et les mécanismes exacts de l'oxydation plasma ne sont pas
encore parfaitement établis. On peut décomposer l'action du plasma en effets de surface et de
champ électrique :
- En présence d'un plasma, les champs électriques à travers l'oxyde peuvent être plus
importants que ceux créés par l'équilibrage des potentiels chimiques. De plus, ces
champs ne sont plus limités par l'épaisseur (du fait de la décroissance des courants
tunnel et thermoionique) puisque l'apport d'espèces chargées se fait par le plasma et
non plus par l'isolant. Cela permet d'oxyder des épaisseurs importantes sans devoir
compter sur la diffusion (et donc élever la température). La tension présente à la
surface de l'oxyde peut provenir soit de l'autopolarisation négative due à l'importante
mobilité des électrons soit d'un potentiel appliqué au substrat.
- Les processus de surface et particulièrement l'incorporation d'oxygène dans l'oxyde
sont également influencés par le plasma. Les ions négatifs ou l'oxygène atomique
peuvent ainsi directement s'incorporer. Les électrons incidents vont activer la dissociation
de l'oxygène moléculaire. De manière plus générale, la présence d'espèces
énergétiques (ions, espèces excitées, photons...) vont permettre d'activer les réactions
de surface.
Les conditions de l'oxydation plasma sont très diverses et varient aussi bien dans les
conditions du plasma (DC, RF, micro-ondess, puissance, pression d'oxygène et éventuellement
d'argon) que dans la géométrie et la polarisation du substrat. Nous n'évoquerons ici que
les deux principaux types d'oxydation utilisés pour la réalisation de barrières tunnel.
Le premier appelé communément "glow discharge" est une simple décharge continue.
Une différence de tension de l'ordre du kV entre deux électrodes va permettre de créer un
plasma oxygène. Les résultats obtenus dépendent bien sûr de la nature du plasma mais aussi
de la géométrie et de la polarisation éventuelle de l'échantillon. La contamination (ou le
dépôt!) due à la pulvérisation de la cathode est susceptible d'influencer les résultats. Les ions
oxygène négatifs semblent avoir un rôle important dans ce type d'oxydation (pour plus de
détails, voir [MIL 63] et [HAN 70]). La cathode est généralement un anneau d'aluminium
(figure 3). Un écran sépare la cathode de l'échantillon pour éviter le bombardement direct de
la surface par des ions énergétiques ou des atomes pulvérisés.
1 Des magnétorésistances supérieures à 20% ont été récemment obtenues par oxydation thermique dans le groupe
d'IBM [PAR 99] avec des résistances très faibles de 60 Ω.µm². Mais là encore les magnétorésistances sont inférieures
à celles de plus de 40% obtenues par le même groupe avec une oxydation plasma.
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