Efeitos da baixa altura do potencial da barreira em jun es t nel magn ticas
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EFEITOS DA BAIXA ALTURA DO POTENCIAL DA BARREIRA EM JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS. E. S. Cruz de Gracia, 1 L. S. Dorneles, 2 L. F. Schelp, 2 S. R. Teixeira 1 e M. N. Baibich, 1. 1 Instituto de Físca – UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil 2 Departamento de Física- UFSM, Santa Maria, RS, Brasil.

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Efeitos da baixa altura do potencial da barreira em jun es t nel magn ticas

EFEITOS DA BAIXA ALTURA DO POTENCIAL DA BARREIRA EM JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

E. S. Cruz de Gracia,1 L. S. Dorneles,2 L. F. Schelp,2 S. R. Teixeira1 e M. N. Baibich,1

1 Instituto de Físca – UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil2 Departamento de Física- UFSM, Santa Maria, RS, Brasil

Trabalho parcialmente financiado pelo Conselho Nacional para o Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Centro Latino-Americano de Física (CLAF) e pela Fundação Cruz


MTJ (Junção túnel magnética) JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

TMR (Magnetorresistência túnel)

DOS (Densidade de estados)

SDT (Tunelamento dependente de spin)

ACRÔNIMOS


magneto-resistência túnel JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

isolante

F2

F1

TUNELAMENTO FAVORECIDO QUANDO F1 E F2 ESTÃO PARALELOS

MRT (TMR)


Proceedings of the IEEE V.91 N. 05 p. 661. May (2003) JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

HOJE: Esquema simplificado de uma MTJ


HOJE: JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASMTJs no mercado de tecnologia MRAM

IBM J. RES. & DEV. V. 50 N. Jan (2006)

Matriz de MTJs utilizadas em arquitetura de MRAM


Sharma et al. PRL V. 82 N. 3 p. 616 (1999) JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Barreira TaOx (φ = 0,4 eV)

T = 297 K

Barreira Al2O3 (φ≥ 2,0 eV)

Motivação: A contribuição da barreira


φ JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASC< φB< φA Altura relativa da barreira

VC< VB< VATensão crítica (TMR=0)

TMRC< TMRB< TMRAMagnetorresistência túnel

Li et al. PRB V.69 .0544108p. (2004) e Ren et al. J. Phys.: Condens. Matt. 17 p. 4121 (2005)

Motivação: A contribuição da barreira


Metodologia experimental JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS: Técnica de deposição

Câmara para desbastamento iônico


Ta(98 JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASÅ)/Py(474)/Al(4)/TM/Al(16) + O2(X)/TAM//Co(420)/ Cu(100)

Metodologia experimental: Formatação das MTJs


Metodologia experimental JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS: Formatação das MTJs


Ângelo Morrone LAM-IF UFRGS JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Metodologia experimental: Transporte eletrônico


Densidade da Corrente de Tunelamento (direção reversa): JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Resultados e discussão: Curva I-V experimental e calculada


Resultados e discussão JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS: Os valores

Para uma distância de 50 mm entre o canhão e o substrato,

as MTJs mostraram:

1. Barreiras com baixa assimetria (≈ 0,2 eV)

2. Baixa altura da barreira (≈ 1,0 eV)

3. Área efetiva (10-8 até 10-9 cm2) menor que a área geométrica (4x10-4 cm2)

4. Espessura efetiva da barreira de 9 Å até 12 Å


Binnig e Rohrer Rev. Mod. Phys. V. 59 p. 615 (1987) JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Perfil da corrente de tunelamento para uma junção túnel

Resultados e discussão: Tunelamento quântico através de Hot Spots


Ta(98 JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASÅ)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(16) + O2 (30 s) /TAM/Co(420)/Cu(100)

Resultados e discussão:Duas regiões magnéticas diferentes


R JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASAP > RP

T = 300 K

Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(16) + O2 (45 s) /TAM/Co(420)/Cu(100)

Resultados e discussão:Válvula magnética


Ta(98 JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASÅ)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(16) + O2 (30 s) /TAM/Co(420)/Cu(100).

Resultados e discussão: Inversão da magnetorresistência túnel


Resultados e discussão JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS: Inversão da magnetorresistência túnel


R JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASAP< RP

Resultados e discussão: Inversão da magnetorresistência túnel


Resultados e discussão JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS: A DOS massiva

500 mV


Coeficiente de Transmissão JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Vetor de Onda da Barreira

Resultados e discussão: A contribuição da baixa altura da barreira à baixa temperatura

Li et al. (2004) e Ren et al. (2005): A forte dependência da altura da barreira de potencial com

a tensão aplicada, é responsável pela forte dependência da

TMR com a tensão. Desta forma, é possível observar o efeito da altura sobre a TMR em função da tensão.


Fator de Coerência Quântica JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Resultados e discussão: A contribuição da baixa altura da barreira à baixa temperatura

Vcri≈250 mV


Resultados e discussão JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS: A contribuição da baixa altura da barreira à baixa temperatura


Produção das Amostras JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

As MTJs foram depositadas sob condições de oxidação que garantem:

- Baixa altura da barreira

- Baixa assimetria da barreira

- Forte dependência da TMR com a tensão aplicada

-Tunelamento quântico como mecanismo de transporte eletrônico

Conclusões:

Isto possibilitou:

- Inversão da TMR com a tensão aplicada à 77 K


Inversão da TMR JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

- A DOS massiva está em acordo com o fator A(Ex ,V) mostrando que não há inversão da população de spin

- O fator de coerência quântica D(Ex ,V) é o único termo capaz de

diminuir e inverter a TMR devido à tensão aplicada e à baixa altura da barreira

Conclusões:

Portanto, podemos concluir que a inversão da TMR está em acordo com o modelo de Li et al. (2004) e Ren et. (2005)


Obrigado...!!! JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS


BAS 450PM Ta(98 JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASÅ)/Fe(433)/TM/SiO2(100)/TM/Co50Fe50(402)/Cu(100)

BAK 600 Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/Al(16) + O2(X)/TAM//Co(420)/ Cu(100)

Metodologia experimental: Controle do alinhamento magnético


Perspectivas JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS:

- Depositar o sistema Py/TaOx/Co sob nossas condições de oxidação para estudar a inversão da TMR numa maior faixa de tensões aplicadas

- Depositar os sistemas Py/TaOx/AlOx/Co e Py/AlOx/TaOx/Co para estudar os efeitos na TMR provocados pela posição da barreira. Segundo a teoria de Li et al. e Ren et al. ambas as curvas de TMR devem apresentar uma inversão de simetria


Espessura Py JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Camadas de Fe

Ta (1,24 Å/s)

Metodologia experimental: Calibração da Taxa


Metodologia experimental JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS: Controle do alinhamento magnético

BAS 450PM Ta(98 Å)/Fe(433)/TM/SiO2(100)/TM/Co50Fe50(402)/Cu(100)

BAK 600 Ta(98 Å)/Py(474)/Al(4)/TM/Al(16) + O2(X)/TAM//Co(420)/ Cu(100)


Canhão para Desbaste JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Para uma distância de 50 mm entre o canhão e o substrato,

as MTJs mostraram:

- Baixa altura da barreira

- Baixa Assimetria

- Forte dependência da TMR com a tensão aplicada

Metodologia experimental: Definindo as propriedades


CoFe/AlO JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICASx/Co T= 300 K

Oxidação muito forte

Fracamente Oxidada

Du et al. Phy. Stat. Sol. A V.199 N.2 p.289 (2003)

Metodologia experimental: Definindo as propriedades


Faixa de temperatura: 1,5 K até 300 K JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS

Metodologia experimental: Temperatura


Metodologia experimental JUNÇÕES TÚNEL MAGNÉTICAS: Campo magnético

Hmax ≈ 4,0 kOe


Parâmetros intrínsecos da barreira obtidos através de ajustes às curvas I-V usando o modelo de

Simmons e Chow. Espessura efetiva da barreira (tAlOx ), altura do potencial da barreira (φ),

área efetiva de tunelamento (Aeff) e tempo de oxidação (Tox). Curvas I-V medidas a 300 K e os

eletrodos ferromagnéticos no estado de magnetização antiparalela.

Resultados e discussão: Os valores tabelados

Observa-se: 1. Barreiras com baixa assimetria

2. Baixa altura da barreira

3. Área efetiva (10-8 até 10-9 cm2) menor que a área geométrica (4x10-4 cm2)

4. Espessura efetiva da barreira de 9 Å até 12 Å


Resultados e discussão ajustes às curvas :Duas regiões magnéticas diferentes


Ta(98 ajustes às curvas Å)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(16) + O2 (30 s) /TAM/Co(420)/Cu(100)


Ta(98 ajustes às curvas Å)/Py(474)/Al(4)/TM/ Al(31) + O2 (60 s) /TAM/Co(420)/Cu(100)


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