Magnetische Tunnelelemente mit MgO Barrieren

• Applicant: Professor Dr. Günter Reiss
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2005 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 19453372

Magnetische Tunnelelemente werden seit einigen Jahren intensiv und weltweit erforscht bzw. entwickelt. Hintergründe sind das grundlegende Interesse an spinabhängigen Tunneln und die Anwendungen in Sensoren, Speichern und Logikschaltungen. Jüngste Veröffentlichungen zeigen nun einen Durchbruch zu sehr hohen Werten des magnetfeldabhängigen Tunnelstroms, wenn MgO statt AI2O3 für die Tunnelbarrieren eingesetzt wird. In diesem Vorhaben wollen wir die physikalischen Ursachen des hohen Tunnelmagnetowiderstandes (derzeit ca. 250% bei RT) untersuchen, welcher mit diesem Material bei sonst gleichen Voraussetzungen wie für z.B. AI2O3-Barrieren (derzeit ca. 75% bei RT) erreicht werden kann. Zunächst müssen das Know-how zur erfolgreichen Präparation dieser neuen Tunnelbarrieren ausgeweitet und gegebenenfalls die technischen Voraussetzungen angepasst werden. Nach den heute verfügbaren Informationen scheint eine ¿Zweischritt-Präparation Erfolg versprechend, bei der zunächst eine 0.5-1 nm dicke Mg Schicht unter Ar Sputtergas aufgetragen wird. Die weitere Barriere wird dann entweder ebenfalls von dem Mg-Target aber in einer Ar-O2 Gasmischung reaktiv im Gleichspannungsmodus oder durch Hochfrequenz-Sputtern von einem MgO-Target mit einer ebenfalls angepassten Ar-O2 Atmosphäre abgeschieden. Für die Realisierung hoher TMR Werte muss unter Umständen auch der restliche Schichtaufbau modifiziert beziehungsweise Veränderungen an der Anlage vorgenommen werden (z.B. Stickstoffkühlfalle). Im Anschluss daran sind systematische, vergleichende Messungen der Textur- und der Temperaturabhängigkeit der Tunnel Charakteristik und des Tunnelmagnetowiderstands (TMR) für zwei Elektroden- und zwei Barrierenmaterialien geplant: Kristallines Fe und amorphes CoFeB als Elektroden sowie Al2O3 und MgO als Barrieren. Zielsetzung ist die Aufklärung des Einflusses der Mikrostruktur und der elektronischen Zustände von Elektroden und Barriere (und deren Grenzflächen) auf den Tunnelmagnetowiderstand.

• DFG Programme: Research Grants