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

Elaboration de jonctions tunnel
Epaisseur oxydation d'1 min oxydation de 3 min
d'Al (nm) Hc (G) MR (%) Hc (G) MR (%)
1,0 165 9 (2)
1,5 42 16 (6) >150
2,0 35 11 (4) 75 10 (1)
2,5 34 12 (4)
3,5 32 16 (0)
40 34 8 (0)
On observe qualitativement le même comportement décalé en épaisseur pour les deux
temps d'oxydation. L'épaisseur optimale se situe entre 1,5 et 2 nm pour 1 minute d'oxydation
et entre 2,5 et 3,5 nm pour 3 minutes. L'évolution des résistances avec le temps d'oxydation
[NAS 98] montre que l'épaisseur de barrière continue d'augmenter même après 3 minutes
d'oxydation. Le régime permanent observé par Greiner n'est donc pas atteint. De manière
générale, les jonctions obtenues avec 3 minutes d'oxydation sont moins bonnes; les résistances
sont plus dispersées et les magnétorésistances sont faibles à température ambiante. Cette
mauvaise influence du temps d'oxydation a déjà été observée dans des conditions analogues
pour des barrières de niobium [KAR 79] . Un bombardement prolongé peut augmenter la rugosité
ou favoriser la création de défauts ou l'incorporation d'impuretés. L'utilisation de temps
d'oxydation d'une minute a donc été choisie.
Les mesures d'aimantation des jonctions trop oxydées montrent bien que c'est l'électrode
inférieure de cobalt qui est oxydée. Cette oxydation n'est pas triviale et à ma connaissance
n'a pas été rapportée par d'autres groupes. Cela suppose un transport d'oxygène à travers
l'alumine, or l'oxydation thermique de l'aluminium s'effectue par transport des cations
métalliques. Comme on l'a vu précédemment, l'oxydation plasma est susceptible d'accélérer la
réaction en facilitant l'incorporation d'oxygène (auquel cas de l'oxygène traverserait la
barrière) ou en augmentant le champ électrique à travers l'oxyde (dans ce cas, le transport des
cations et des anions est favorisé dans la même proportion). L'oxydation de l'électrode de
cobalt semble privilégier la première hypothèse. Ce résultat est toutefois à modérer car les
processus de transport dépendent de la qualité de la barrière. Par exemple, il a été montré que
la diffusion de l'or à travers une barrière d'alumine, impossible avec une barrière de bonne
qualité, était rendue possible lorsque l'alumine était non stoechiométrique [OCA 85] . Le transport
d'oxygène peut donc être dû à une mauvaise qualité de la barrière. Grâce à un suivi électrique
in situ de l'oxydation, Wee et al. [WEE 99] concluent que l'oxydation est limitée par l'injection
des cations ; cette conclusion, ainsi que les conditions expérimentales, sont toutefois contestables
1 . Le mécanisme exact de l'oxydation reste donc encore à définir.
Ces jonctions seront comparées au paragraphe II.4 avec les jonctions structurées par
lithographie.
1 Les auteurs ne mentionnent aucune précaution pour éviter l'influence de la mesure électrique sur l'oxydation (de
telles mesures peuvent considérablement perturber le champ électrique dans l'oxyde). Le calcul de l'épaisseur
oxydée néglige toute pulvérisation alors que celle ci est prise en compte dans l'ajustement à la théorie. Enfin, la
dépendance exponentielle de la vitesse d'oxydation ne permet pas d'affirmer que c'est bien l'aluminium qui est
transporté et non l'oxygène.
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