Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3748
Rottländer, Peter
Magnetic tunnel junctions with barriers fabricated by means of UV-light assisted oxidation
70 S., 2000
Die durch ultraviolettes Licht unterstützte Oxidation wurde erstmalig zur
Oxidation der Barrieren von ferromagnetischen Tunnelelementen benutzt. Diese
Elemente bestehen aus zwei ferromagnetischen Schichten, die durch eine dünne
isolierende Schicht getrennt sind. Die Proben wurden mit dem magnetooptischen
Kerreffekt magnetisch charakterisiert, wobei getrennte Schaltfelder der beiden
ferromagnetischen Schichten gefunden wurden. Die Strom-Spannungskennlinien
legen das Tunneln von Elektronen als Transportmechanismus nahe. Dies zeigt, daß
mit der neuen Oxidationsmethode verläßliche Tunnelbarrieren mit hoher Ausbeute
hergestellt werden können. Die Flächenwiderstandsdichten liegen im Bereich
von 1 k[Omega]µm2, was für die Anwendung als Herzstück von künftigen magnetischen
Speicherbausteinen attraktiv ist. Der Magnetowiderstandseffekt liegt gewöhnlich
zwischen 10% und 13%. Transportmessungen stützen die theoretisch gewonnene
Vermutung, daß die durch ultraviolettes Licht gestützte Oxidation selbstlimitierend
ist.
Wenn der Elektrodenwiderstand eines Tunnelelementes mit dem Widerstand
der Barriere vergleichbar wird, ist der Tunnelstrom nicht mehr homogen über die
Barriere verteilt. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, wurde eine Probengeometrie
gewählt, bei der sich die Kontakte für den Strom an gegenüberliegenden
Seiten des Tunnelkontaktes befinden. Einige Rechnungen und Simulationen
wurden durchgeführt, um diese Geometrie mit anderen zu vergleichen.
Ultraviolet light assisted oxidation has been applied for the first time to oxidize
the barriers in ferromagnetic tunnel junctions. These consist of two
ferromagnetic films separated by a thin insulating barrier layer. Samples were
magnetically characterized by Magnetooptical Kerr effect measurements, where separate
switching fields of the ferromagnetic layers were found. The measured Current-
Voltage characteristics suggest electron tunnelling as the predominant transport
mechanism. This shows that the new oxidation method produces reliable tunnel
junctions with a high yield. Area resistivities are on the order of 1 k[Omega]µm2 which
is very attractive as the key device for future magneto random access memories.
Magnetoresistance ratios of the tunnel elements usually ranged between 10% and
13%. Transport measurements support the theoretically supported assumption
that ultraviolet light supported oxidation is self-limiting.
If the electrode resistance of tunnel elements becomes comparable to the
barrier resistance, the tunnel current is no longer homogeneously distributed. To
account for this effect, a geometry has been used with the current contacts at
opposite edges of the tunnel junction. Some calculations and simulations were
performed in order to compare this geometry with some others.
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