Magnetron sputtering yöntemiyle büyütülen manyetik tünel eklemleri' nin yapısal, elektronik ve manyetik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Elektronun spin özelliğini kullanarak yeni elektronik aygıtların yapılması son zamanlarda çok yoğun araştırma konusu olmuştur. Bu aygıtlara spinin kontrol edilmesinden dolayı spintronik aygıtlar denmektedir. İki ferromanyetik katman arasına konulan bir yalıtkan bariyerden oluşan yapıya manyetik tünel eklemi denir. Elektronun bu katmanlardan yüzeye dik olarak geçisi quantum mekaniksel tünelleme olayı sayesindedir. Manyetik alan altında göstereceği direnç ferromanyetik katmanların birbirlerine göre manyetik yönelimlerine bağlıdır. Bu dirence tünel manyetik direnç (TMR) denir ve yüksek TMR değeri elde edilmesi spintronik aygıtların daha küçük ve yoğun yapılabilmesine yol açar. Bununla birlikte hızlı bilgi iletimi için FM/Y ara yüzeyinde direnç-alan çarpımının (RA) küçültülerek (~1Ω(μm)2 ) yüksek sinyal-gürültü oranı elde eldilmesi gerekmektedir. Bunun için iki yöntem kullanılmaktadır: yalıtkan filmin kalınlığını inceltmek (~1nm) veya arayüzeyde oluşan bariyer yüksekliğini küçültmek. İkinci yöntemde, küçük bant aralığına sahip yalıtkanların kullanılması gerekir. Yalıtkan olarak Ta2O5 kullanılması yenidir. Ta2O5 bant aralığı ~3.5eV’ tur ve FM/Ta2O5 arayüzeyinde ~ 0.4 eV bariyer yüksekliği verir. Bu projede Farklı FM katmanlar ve bariyerler kullanılarak MTJ’ ler büyütülmüşlerdir. Öncelikle Ta2O5 olmak üzere Al2O3, MgO bariyer olarak kulanılmıştır. MTJ’ ler iki farklı yöntem ile elde edilmiş ve manyetik direnç ölçümleri yapılmıştır. Spin kutuplanmış elektronların geçişini kontrol eden ve FM katmanlarının yönelimlerinin değiştirilmesi için gerekli olan farklı Hc değerlerine sahip FM filmler kullanılmıştır. Sürekli olarak büyütülen filmlerin yapısal, ve manyetik özellikleri çalışılmıştır. Elektriksel ölçümlerden oluşturulan bazı MTJ yapılarda, %3.5 dolayında TMR değeri bulunmuştur. Fotoelektron spektroskopisi analizlerinden ferromanyetik katmanların oksitlendiği görülmüş, ayrıca manyetik analizlerden ferromanyetik/(yalıtkan, metal) arayüzeylerde manyetik ölü katmanların varlığı tespit edilmiştir.