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

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L'ambiance chaleureuse et conviviale du laboratoire a toujours permis de travailler dans d'agréables conditions. Je tiens donc a en remercier tous les membres du laboratoire et les collègues "supra". Cette même ambiance s'est bien souvent prolongée au delà du laboratoire et de la plongée au roller, de la Méditerranée au Pacifique, de Fontainebleau aux prouesses culinaires diverses, nous avons passé ensemble de merveilleux moments. Je salue particulièrement Armando Encinas, el amigo y el cómplice de estos tres años, Joaquim Nassar et Pierre Seneor, les joyeux compagnons de traversée, Jean-Marie George avec qui j'ai essuyé pas mal de plâtres, Julian Carrey, toujours partant pour des soirées épiques, Thibault Wirth pour les discussions pas très professionnelles et puis David Baboneau, Agnès Barthélémy, Javier Briatico, Vincent Cros, Farid Fettar, Antoine Filipe, Michel Hehn, Henri Jaffres, Lisa Kinder, Rose Lyonnet, Richard Mattana, Franck Parent, Vincent Rosetto, Fernando Schelp, Magali Sussiau, Jose-Maria de Teresa, Carole Vouille... Les couloirs du bâtiment B2 étaient assez bien fréquentés et le voisinage des autres laboratoires et particulièrement celui d'analyse du LCR fut très agréable. Je tiens donc à saluer entre autres Renato Bisaro, Chantal Chenu, Olivier Durand, Patrick Etienne, Arnaud Fily, Pierre Galtier, Jean Charles Garcia, Guy Garry, Claude Grattepain, Jean-Loup Guyaux, Julien Nagle, Jean Olivier... Sans oublier l'indispensable et irremplaçable Nelly Duverne toujours prête à tout arranger! Les longues heures loin du laboratoire ont été supportables grâce à tous les potes avec qui j'ai partagé tant de bons moments. Je tiens donc à remercier tous les complices des fermetures de bar, des sorties plus ou moins culturelles, de Bures, des festivals et concerts variés, de la MJC d'Orsay, des vacances et week-end loin de Paris, de belote, des dimanches après-midi... Parmi eux, mes colocs, Frédéric et Michaël, ont en plus eu le mérite de me supporter, voire porter... La contribution de Michaël a par ailleurs été décisive dans ce manuscrit puisque sa relecture a permis de corriger bon nombre de fautes d'orthographe. Enfin, bien sûr, je remercie mes parents et ma soeur Hélène qui chacun à leur façon ont contribué à tout ca... 6
Table des matières Notations, unités ......................................................................................................................... 9 I. Introduction, généralités ........................................................................................................ 11 I.1 La magnétorésistance tunnel ........................................................................................... 12 I.2 Le courant tunnel............................................................................................................. 16 I.2.1 La polarisation.......................................................................................................... 16 I.2.2 Le modèle d'électrons libres ..................................................................................... 18 I.2.3 Expressions analytiques du courant tunnel............................................................... 21 I.2.4 Modes de conduction dans les barrières isolantes.................................................... 22 I.3 Les applications des jonctions tunnel magnétiques......................................................... 24 I.3.1 Les capteurs de champs magnétiques [SCH 98] ............................................................ 24 I.3.2 Mémoires..................................................................................................................25 II. Elaboration de jonctions tunnel............................................................................................ 29 II.1 Elaboration de barrières tunnel isolantes ....................................................................... 29 II.1.1 Choix d'une barrière ................................................................................................ 29 II.1.2 L'oxydation..............................................................................................................31 II.2 Développement des jonctions dans la géométrie croix .................................................. 38 II.2.1 Fabrication............................................................................................................... 38 II.2.2 Influence du temps d'oxydation............................................................................... 41 II.3 Le procédé technologique .............................................................................................. 45 II.3.1 La lithographie ........................................................................................................ 47 II.3.2 La source d'ions....................................................................................................... 50 II.3.3 Définition des jonctions .......................................................................................... 56 II.3.4 Structuration de l'électrode inférieure ..................................................................... 62 II.3.5 Isolation................................................................................................................... 64 II.3.6 Métallisation............................................................................................................66 II.3.7 Test et découpe........................................................................................................ 68 II.3.8 Conclusion .............................................................................................................. 69 II.4 Caractéristiques des jonctions........................................................................................ 70 II.4.1 Comportement magnétique ..................................................................................... 70 II.4.2 Résistances, magnétorésistance, dépendance en température ................................. 73 II.4.3 Comportement en tension ....................................................................................... 75 II.4.4 Comparaison avec les jonctions croix..................................................................... 79 II.4.5 Conclusions............................................................................................................. 80 III. Jonctions sur substrats à amas de marches ......................................................................... 83 III.1 Elaboration.................................................................................................................... 83 III.1.1 Le phénomène d'accumulation de marches............................................................ 83 III.1.2 Préparation des substrats à amas de marches......................................................... 84 III.1.3 Caractérisation des jonctions déposées sur substrats à amas de marche................ 86 III.2 Magnéto-transport.........................................................................................................89 III.2.1 Influence de l'épaisseur d'aluminium ..................................................................... 89 III.2.2 Dépendance en température................................................................................... 93 7
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