Etude à l'échelle atomique de l'ordre local et de la structure électronique aux interfaces d'une jonction tunnel magnétique métal / oxyde : du dispositif fonctionnel à un système modèle
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The work detailed in this thesis represents an experimental contribution to the development of a new magnetic random access memory (MRAM) in which the main element is a magnetic tunnel junction (MTJ). Interfaces play a crucial role in determining the transport properties and magnetic coupling in these systems, which consist of layers having thicknesses on the order of nanometers. As such, investigation at the nanometer or even atomic scale is rnandatory. This is achieved here using spatially resolved electron energy loss spectroscopy (BELS), the dominant technique in this study. The purpose of the investigation on ALTIS Semiconductor functional industrial systems is to evaluate their stability over time as well as during the steps involved in their production. This work highlights effects restricting their industrial production and suggests solutions to counteract them. In parallel, in order to better understand the importance of the MTJ interfaces themselves, a monocrystalline Co₀,₆Fe₀,₄ / MgO / Co₀,₆Fe₀,₄ (001) system, deposited using molecular beam epitaxy, was also investigated. The Co₀,₆Fe₀,₄ alloy exhibits a half-metallic character with regards to the symmetries of the Bloch states which lead to strong spin polarization. The very high quality of the crystalline structure at the interfaces offers the possibility to consider the sample as an ideal system, allowing a detailed analysis of the fine structure of the transition metal L-edges and the oxygen K-edge. These experimental spectra can thus be simulated using multiple scattering calculations in order to test the influence of the local environment and to characterize the p-d hybridization effects at the interfaces.
Abstract FR:
Ce travail de thèse s'inscrit dans un projet de développement d'une nouvelle mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM) dont l'élément central est une jonction tunnel magnétique (JTM). Dans ces systèmes de couches d'épaisseur nana métrique, les interfaces jouent un rôle prépondérant pour les propriétés de transport et de couplage magnétique, nécessitant une analyse fine à l'échelle du nanomètre voire atomique. La spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS) résolue spatialement est l'outil privilégié de ce travail. L'étude de systèmes industriels fonctionnels d'ALTIS Semiconductor a pour but d'évaluer leur stabilité dans le temps et aux cours des étapes de fabrication. Elle conduit à la mise en évidence d'effets limitant leur mise en production industrielle ainsi qu'à la proposition de plusieurs solutions pour y remédier. En parallèle, afin de mieux comprendre l'importance des interfaces d'une JTM, un système monocristallin Co₀,₆Fe₀,₄ / MgO / Co₀,₆Fe₀,₄ (001) a été élaboré par épitaxie par jets moléculaires, l'alliage Co₀,₆Fe₀,₄ présentant un caractère demi-métallique en fonction des symétries des états de Bloch conduisant à d'importantes polarisations de spin. La structure cristalline aux interfaces se révélant de très haute qualité, l'échantillon peut être assimilé à un système modèle permettant une analyse détaillée des structures fines des seuils L des métaux de transition et du seuil K de l'oxygène. Ces spectres expérimentaux peuvent ainsi être simulés par des calculs de diffusion multiple afin de tester l'influence de l'environnement local et de caractériser les effets d'hybridation p-d aux interfaces.