Barri`eres tunnel de CoFe 2 O 4 (111)

L’´etude du comportement ´electrique des barri`eres de CoFe2O4 par CT-AFM a aussi

´et´e r´ealis´ee. Cette ´etude qui n’avait pas ´et´e faite lors de la th`ese d’A. Ramos [13, 80] s’av`erera tr`es utile pour interpr´eter les nouveaux r´esultats de filtrage de spin (chapitre6). Nous avons r´ealis´e des cartographies ´electriques sur des films minces de CoFe2O4

de plusieurs ´epaisseurs (2 `a 5 nm) en appliquant une tension de 1 V. CoFe2O4 a un

bon comportement isolant en films ultra-minces qui rend possible son utilisation comme barri`ere tunnel [83, 158]. On obtient par exemple des valeurs de logRavg de l’ordre de 7

(fig. 4.15(a)) pour des films de 4 nm d’´epaisseur ´elabor´es dans les conditions maximales d’oxydation (Poxygene = 0.44 Torr). N´eanmoins, les valeurs des r´esistances d´ependent

RESISTANCE (Ohms) 102 ₁₀4 ₁₀6 ₁₀8 ₁₀10 ₁₀12 log Ravg= 6.1 ± 0.4 Poxygène=0.34 Torr 0 3 µm 0 3 µm log Ravg= 7.0 ± 0.2 Poxygène=0.44 Torr

Figure _{4.15 – Cartographies ´electriques (3µm×3µm) r´ealis´ees sur des films de 4 nm d’´epaisseur de}

CoFe2O4´elabor´es sous une pression d’oxyg`ene de 0.44 Torr (a) et 0.34 Torr (b).

pression d’oxyg`ene de 0.34 Torr, un film de CoFe2O4de 4 nm d’´epaisseur pr´esente ainsi une

r´esistance plus faible d’un ordre de grandeur par rapport `a un film d´epos´e sous 0.44 Torr d’oxyg`ene (fig. 4.15). Cela met donc en ´evidence l’effet important de l’oxydation sur les propri´et´es de transport de nos films minces, alors que nous avions observ´e peu d’effet sur leurs propri´et´es structurales et magn´etiques. Ainsi, on comprend que deux films minces de CoFe2O4 ´elabor´es sous 0.34 Torr et 0.44 Torr d’oxyg`ene peuvent donner des r´esultats

tr`es diff´erents de filtrage de spin, puisque que le transport tunnel est la technique la plus sensible `a la pr´esence de d´efauts ind´etectables par toutes les autres m´ethodes d’analyse. En augmentant la pression d’oxyg`ene de 0.26 `a 0.3 Torr, A. Ramos et al. avaient ainsi pu augmenter la polarisation en spin de 6 % `a 26 % `a basse temp´erature dans des barri`eres de CoFe2O4 [80]. Les mesures de CT-AFM sont tr`es sensibles `a la pr´esence de lacunes

d’oxyg`ene et permettent donc de donner une premi`ere indication sur la qualit´e de nos barri`eres. Ces informations se sont av´er´ees tr`es pr´ecieuses pour optimiser nos diff´erentes barri`eres tunnel de ferrites et par cons´equent leurs efficacit´es de filtrage de spin.

Comme pour les films de MnFe2O4, nous avons mesur´e les caract´eristiques locales

courant-tension sur des films de CoFe2O4 de diff´erentes ´epaisseurs (fig. 4.16(a)). Ces ca-

ract´eristiques, non lin´eaires, prouvent l’existence d’un r´egime de conduction par effet tun- nel `a travers CoFe2O4. Des mesures de CT-AFM ont aussi ´et´e faites `a basse temp´erature

(fig. 4.16(b)) et r´ev`elent que les r´esistances des films de CoFe2O4 augmentent de 2 `a

3 ordres de grandeur entre 290 K et 4 K. Une augmentation similaire des valeurs de r´esistances `a basse temp´erature avait aussi ´et´e observ´ee dans des jonctions `a base de CoFe2O4 ´elabor´ees au laboratoire [13, 80] et ce comportement avait ´et´e attribu´e `a la

pr´esence de d´efauts dans les barri`eres. Sur la figure4.16(b), on observe une augmentation lin´eaire de logR avec l’´epaisseur des films `a temp´erature ambiante et `a basse temp´erature.

a) b) 2 3 4 5 6 6 7 8 9 10 11 épaisseur (nm) lo g R Pt / CoFe₂O₄ à 290 K à 4 K -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 -3 -2 -1 0 1 2 3 I (µ A ) V (V) Pt / CoFe₂O₄ 6 nm 4 nm 2 nm T = 290 K

Figure _{4.16 – (a) Caract´eristiques courant-tension r´ealis´ees localement sur des films de 2, 4 et 6 nm}

d’´epaisseur de CoFe2O4 d´epos´es sur α-Al2O3(0001)/Pt. (b) Bilan des valeurs de logR obtenues sur des

films de CoFe2O4 de diff´erentes ´epaisseurs `a temp´erature ambiante et basse temp´erature.

Cela semble donc sugg´erer que nos films de CoFe2O4 ont une hauteur de barri`ere plus

grande que celle de MnFe2O4, en particulier `a 4 K, ce qui est en accord avec les pr´edictions

th´eoriques (barri`ere de 0.8 eV pour CoFe2O4 par rapport `a 0.08 eV pour MnFe2O4 [75]).

Comme nous l’avons dit pr´ec´edemment, les mesures de magn´eto-transport n´ecessitent l’ajout d’une barri`ere ultramince de Al2O3 dont la croissance a ´et´e pr´esent´ee au chapitre3.

Nous avons v´erifi´e que l’ajout de cette barri`ere ne modifie pas les propri´et´es magn´etiques de nos films (partie 4.1.4). Il est ´egalement indispensable de mesurer son effet sur leurs propri´et´es ´electriques. Du fait de la forte r´esistivit´e de Al2O3, la r´esistance des films

ultraminces de ferrites augmente de pr`es de deux ordres de grandeur apr`es le d´epˆot de la barri`ere de Al2O3 (fig.4.17), ce qui montre `a nouveau que l’on est capable de d´eposer une

couche isolante ultramince de Al2O3 continue de 1.5 nm d’´epaisseur.

Sur les cartographies ´electriques des films minces de CoFe2O4, on note toujours la

pr´esence d’au moins un point chaud sur une surface de 15µm×15µm (fig. 4.17(a)). Cela peut donc empˆecher le passage des ´electrons par effet tunnel `a travers des jonctions de taille microm´etrique. C’est d’ailleurs probablement pour cette raison qu’un grand nombre de jonctions microm´etriques mesur´ees pendant cette th`ese ´etaient court-circuit´ees (chapitre 6). En raison de ce fort taux d’´echec, nous verrons qu’il est utile de r´eduire la taille des jonctions `a des ´echelles de quelques nanom`etres.