Trasporte eléctrico y magnetismo en sistemas electrodo - aislante - electrodo: hacia el desarrollo de dispositivos del tipo juntura tunel.
La presente tesis es un estudio dedicado a la optimización y desarrollo de sistemas del tipo juntura túnel. La metodología utilizada para la realización de la tesis consistió, en primer lugar, en la optimización de las componentes independientes de la juntura túnel: electrodo y barrera aislante....
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2016
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/552/1/1Aviles_.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | La presente tesis es un estudio dedicado a la optimización y desarrollo de sistemas
del tipo juntura túnel. La metodología utilizada para la realización de la tesis consistió,
en primer lugar, en la optimización de las componentes independientes de la juntura
túnel: electrodo y barrera aislante. Posteriormente se optimizaron los procesos de fabricación para el desarrollo y caracterización de dispositivos del tipo juntura túnel en
su forma final.
En la primera parte de la tesis se analizan detalladamente los resultados obtenidos
de la caracterización eléctrica y topografica de barreras aislantes en sistemas electrodo -
barrera. Los sistemas bicapas estudiados, GdBa_2Cu_3_7/SrTiO_3, Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 y
YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3, fueron caracterizados utilizando un microscopio de fuerza atómica
en modo conductor. Se propuso un modelo fenomenológico basado en los resultados
experimentales, que permitió la obtención de parámetros críticos para el desarrollo de
dispositivos del tipo juntura túnel con nuevas funcionalidades. La información obtenida
de la caracterización de los sistemas bicapas (homogeneidad de crecimiento, baja
densidad de defectos y de pinholes) indican un muy buen control de los parámetros de
crecimiento de las barreras. Por otro lado, se obtuvo un buen comportamiento aislante
para espesores mayores a 2 nm sin la presencia de pinholes en la barrera. La similitud
en la estequiometría de las barreras (SrTiO_3) permitió comparar los distintos sistemas
estudiados en términos de conductividad eléctrica. Se verificó que el modelo fenomenológico permite comparar la conductividad eléctrica de los sistemas mediante uno de
los parámetros definidos en el modelo fenomenológico (obtenido de los ajustes lineales
de las curvas I(V)). De los 3 sistemas estudiados, las bicapas GdBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3
presentaron un mayor valor de longitud de atenuación de los portadores de carga
a través de la barrera y una muy baja densidad de defectos superficiales. Las bicapas
YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 y Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 permitieron validar el modelo fenomenológico propuesto para el análisis de la respuesta corriente - voltaje obtenida con el
microscopio de fuerza atómica en modo conductor.
La segunda parte de la tesis abarca conceptos de magnetismo y microfabricación
para el desarrollo de junturas túnel magnéticas. Durante la caracterización de las películas
ferromagnéticas individuales de Co_90Fe_10 (CoFe) se logró aumentar valor del campo
coercitivo de films de 10 nm de espesor al incrementar la temperatura de depósito.
Esto se debe a un aumento del tamaño de grano de los films. El aumento de la temperatura
del sustrato durante el crecimiento influye en la morfología y las propiedades
magnéticas de los films de CoFe favoreciendo la formación de granos y la pérdida
del eje preferencial de magnetización. Estos resultados permitieron la fabricación de
sistemas Co_90Fe_10/M_gO/Co_90Fe_10 con distintas orientaciones relativas accesibles con
campo magnético para el estudio del acople magnético entre los films de CoFe. La
caracterización eléctrica de estos sistemas, particularmente la respuesta corriente - voltaje
obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor, indicó que las
propiedades de transporte eléctrico de las junturas presentan un alto grado de reproducibilidad.
Se analizó además la inuencia del sustrato utilizado en la corriente túnel
que atraviesa la barrera aislante. Por otro lado, se discuten los fenómenos relacionados
a la optimización de las propiedades magnéticas de electrodos ferromagnéticos para la
fabricación de junturas túnel Co_90Fe_10/MgO/Co_90Fe_10 y Co_90Fe_10/MgO /Fe_20Ni_80. En
particular, se estudió el acople magnético entre capas ferromagnéticas y la inuencia
del sustrato utilizado para el crecimiento de las tricapas. La optimización de los electrodos
magnéticos involucró el análisis de la inuencia de la presencia de un aislante
entre dos capas magnéticas en el acople de los electrodos. Se logró el desacople de films
de 10 nm de Co_90Fe_10 y Fe_20Ni_80 separados por un espaciador de MgO de 2 nm.
Finalmente se detallan los pasos para la fabricación de una red de junturas túnel
magnéticas y su caracterización eléctrica a bajas temperaturas. El sistema estudiado fue
la tricapa Co_90Fe_10 (10 nm)/M_gO (8 nm)/ Fe_20Ni_80 (10 nm) crecido sobre un sustrato de
M_gO. La caracterización eléctrica confirmó la buena calidad de la junturas fabricadas.
Las junturas obtenidas presentaron un comportamiento altamente resistivo (~ MΩ).
Las mediciones de la corriente túnel en función de la temperatura permitieron descartar
la presencia de pinholes en la barrera. El transporte de los portadores de carga es por
efecto túnel a través de la barrera aislante. Las curvas de conductancia diferencial
permitieron calcular el valor medio de la altura de la barrera de potencial (φ = 3.1 eV)
a partir del modelo de Brinkman.
Los resultados obtenidos en cada uno de los capítulos se complementan y son relevantes
para la optimización de junturas túnel, debido a que brindan información crítica
para su correcto funcionamiento. En la presente tesis se lograron obtener los primeros
avances para la fabricación de arreglos de junturas túnel que permitan el desarrollo de
dispositivos.
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