Propriétés de magnéto-transport

La figure 4.19 présente les mesures de magnétorésistance effectuées sur la jonctionVerre //

Ta 5nm / Co 10nm / IrMn 7.5nm / CoFeB 6nm / MgO 3nm / CoFeB 2nm /(Co

Tb

) 40nm

/ Cu 3.5nm / Pt 5nm(échantillon 1594), après structuration et recuit. Le champ magnétique est

appliqué suivant l’axe d’anisotropie de la couche à aimantation planaire. Comme

précédem-ment, les mesures sont réalisées en configuration deux-points, à température ambiante, à une

tension de polarisationV

= + 10 mV.

FIG.4.19 – Cycles de magnétorésistance, mesurés à température ambiante sur la jonction 45a,

montrant l’évolution de la résistance R en fonction du champ magnétique appliqué. Le champ

est appliqué dans le plan, afin de limiter les effets de non- saturation de la couche dure.

Le cycle R(H) a l’allure de celui caractéristique d’une jonction tunnel à aimantation croisées

[55]. On mesure 60 % de TMR à température ambiante. On voit que l’aimantation de la couche

à anisotropie planaire se retourne avant que la couche à aimantation perpendiculaire ne soit

complètement saturée. Nous n’avons donc pas accès à l’amplitude totale de la TMR autrement

permise. La caractéristique courant-tension (figure 4.20) présente un aspect non-linéaire, et la

conductance dynamique est parabolique, comportement attendu pour du transport tunnel. On

notera la résistance surfacique élevée, qui vaut ici2,5MΩ.µm

.

Ces résultats sont un premier pas encourageant : ils valident la faisabilité de la jonction à

anisotropies croisées proposée. Nous arrivons déjà à obtenir, de manière reproductible, des JTM

qui présentent une TMR relativement élevée (60 %). Le problème de magnétisme de l’électrode

perpendiculaire de CoFeB/CoTb limite encore cette valeur. Une fois qu’il sera réglé, on peut

espérer obtenir des valeurs de TMR plus importantes. Nous disposerons alors de la dernière

brique de base nécessaire à l’élaboration de la double jonction tunnel. En dehors de leur intérêt

pour ce projet, ces structures à aimantations croisées peuvent trouver des applications en tant

que capteur de champ magnétique [124].

FIG. 4.20 – Caractéristique courant-tension [a] et conductance dynamique [b] mesurés sur

l’échantillon 1594-45a, à température ambiante. L’état P est obtenu après saturation de la

couche supérieure dans le plan, en appliquant un champ de + 4 kOe.

4.5 Conclusion

Le travail de ce chapitre a été motivé par la nécessité de disposer de jonctions tunnel

magné-tiques à anisotropies magnémagné-tiques croisées (avec une direction alignée dans le plan des couches,

l’autre étant perpendiculaire aux couches), en vue de réaliser les doubles jonctions tunnel

ma-gnétiques. Ces jonctions devaient utiliser des matériaux magnétiques qui permettent l’obtention

d’anisotropies perpendiculaires et de valeurs de TMR élevées, mais aussi qui soient compatibles

avec l’utilisation des barrières tunnel de MgO élaborées par pulvérisation cathodique

magné-tron.

Ce n’était pas le cas des empilements Co/Pt utilisés dans les doubles jonctions tunnel à

bar-rières d’alumine ; ceux-ci entraînent une texturation parasite de la barrière de MgO, problème

qui ne se posait pas dans le cas des barrières amorphes d’alumine. Il a donc fallu, là encore,

partir de zéro pour mettre en place un procédé d’élaboration de JTM qui répondent aux critères

demandés.

Le choix des matériaux magnétiques perpendiculaires s’est porté sur des couches minces

amorphes de CoTb, systèmes par ailleurs étudiés au laboratoire pour des travaux sur les vannes

de spin (thèse en cours de Matthias Gottwald). Une partie importante du travail a consisté à

obtenir des JTM incorporant ce matériau.

Pour ce faire, nous avons d’abord obtenu des jonctions CoTb / CoFeB / MgO / CoFeB /

CoTb. Elles présentent une TMR de 60 % à température ambiante, valeur proche de l’état de

l’art sur ce type de systèmes, mais qui reste inférieure à ce qui peut être espéré théoriquement.

Nous avons identifié un facteur susceptible d’expliquer cette limitation de TMR, à savoir la

non-continuité des électrodes de CoFeB en-deçà d’une certaine épaisseur. L’augmentation de

l’épaisseur de ces électrodes devrait permettre de bénéficier pleinement des effets de filtrage en

symétrie, et donc conduire à une TMR plus élevée. Ces effets n’ont toutefois pas pu être

confir-més avec certitude dans notre cas, puisque l’augmentation de l’épaisseur de CoFeB a conduit

à une dégradation des propriétés magnétiques (non saturation de la couche dure) qui a masqué

4.5. Conclusion

une éventuelle hausse de TMR. L’origine précise de ce problème n’est pas encore complètement

comprise, et un complément d’étude devra être mené afin de régler ce contretemps.

Sur la base de ces résultats, l’empilement ainsi obtenu a tout de même été repris pour

éla-borer des JTM Ta / Co / IrMn / CoFeB / MgO / CoFeB / CoTb à anisotropies croisées. Celles-ci

présentent 60 % de TMR à température ambiante. La levée du problème de magnétisme de la

couche dure identifié dans le cas précédent, permettra là aussi l’obtention de TMR plus élevée.

En dehors de son intérêt pour les études de précession, ce système peut avoir une utilité et

servir de base dans le cadre des études pour le spin-torque transfer dans des JTM

perpendicu-laires. Ses performances en termes de TMR sont tout à fait convenables, puisque, comme on

l’a vu, le record actuel de TMR (tous matériaux confondus) est actuellement à 200 %. Notre

approche est donc potentiellement intéressante, à condition d’arriver à lever le problème de

ma-gnétisme et de confirmer l’augmentation de TMR attendue. Cela dit, ce travail n’a pas été mené

avec la STT à l’esprit, et les JTM souffrent de quelques problèmes rédhibitoires (résistance

sur-facique très élevée, . . . ). Qui plus est, certains des systèmes concurrents ont récemment fait des

avancées très significatives, comme les travaux très récemment publiés par Yuasa et coauteurs

[120].

En tout état de cause, ces travaux ont permis de valider l’approche choisie. Ce chapitre s’est

conclu avec l’obtention de JTM fonctionnelles, quoique perfectibles. La brique de base

propo-sée permet d’obtenir des propriétés supérieures à celles obtenues avec les barrières d’alumine ;

elle sera très prochainement améliorée, puis intégrée dans la double jonction tunnel

magné-tique.

Chapitre 5

Élaboration de multicouches

ferromagnétiques sur une jonction métal /

oxyde / semi-conducteur

5.1 Introduction