Estudo de junções túnel magnéticas com barreiras isolantes piezoelétricas de AlN
Date
2015-01-20Metadata
Show full item recordAbstract
Nesta tese analizamos a possibilidade do uso de nitreto de alumínio (AlN) como barreira
túnel piezoelétrica em junções túnel magnéticas ou não magnéticas. Amostras na forma de
monocamadas, bicamadas, multicamadas e junções túnel foram produzidas pela técnica de
"magnetron sputtering"a partir de um alvo metálico de alumínio. A barreira isolante de AlN
foi crescida em uma atmosfera reativa de argônio e nitrogênio. Através das monocamadas e
das bicamadas investigamos as condições de crescimento do AlN sobre diferentes substratos,
e camadas "buffer"e camadas "cap". Utilizando difração de raio-x e microscopia eletrônica de
transmissão foi possível verificar o excelente grau de texturização dos filmes de AlN com a direção
<002> perpendicular ao plano do substrato. As multicamadas mostraram que a utilização
do AlN como barreira túnel piezoelétrica é viável, pois a estrutura cristalográfica se mantém
quando a espessura do AlN é drasticamente reduzida até uma espessura que ocorra o fenômeno
de tunelamento quântico. Também foram realizadas medidas de magnetização e de magnetorresistência
túnel em junções túnel magnéticas. Nestas, é importante que os campos coercivos dos
eletrodos sejam diferentes, para que a partir da aplicação de um campo externo seja possível obter
uma situação onde os momentos magnéticos dos eletrodos apontem em sentidos contrários.
A espessura média da barreira túnel nas multicamadas e junções túnel foram obtidas através de
difração de raio-x e de microscopia eletrônica de transmissão. As curvas IxV não lineares das
junções túnel foram medidas a temperatura ambiente e a baixa temperatura, e apresentaram um
comportamento linear a baixas tensões e uma relação não linear para tensões mais elevadas.
Para a realização de simulações foi utilizado modelo de Simmons para barreira simétrica. Os
parâmetros obtidos através deste modelo são, a área efetiva de tunelamento Se f , a espessura
efetiva da barreria te f e a altura da barreira f0. Através da observação dos resultados da área
efetiva que são algumas ordens de grandeza menores que a área real da junção, e das imagens
de microscopia eletrônica de transmissão podemos afirmar que o transporte túnel se dá por "hot
spots". Nas medidas das curvas IxV observamos uma espessura mínima de 6nm para a barreira
isolante piezoelétrica onde o efeito de polarização foi detectado. As curvas sofrem um deslocamento
para tensões negativas, isto ocorre tanto nas junções túnel magnéticas como nas não magnéticas. Utilizando os resultados dos ajustes foi possível verificar o caráter exponencial da
resistência, normalizada pela área efetiva de tunelamento, em função da espessura do isolante.
Para espessura efetiva da barreira, a partir de 1nm, a altura da barreira aumenta com a espessura
do isolante. Resultado este esperado, mostrando uma tendência do crescimento da altura da
barreia com a espessura. Para espessura de barreia entre 0;8 e 1nm, há presença de um declínio
na altura da barreira. Não encontramos registro na literatura deste tipo de comportamento para
sistemas isolantes normais nem para materiais piezoelétricos. Medidas de magnetorresistência
túnel nas junções mostraram que o tunelamento é dependente de spin.