Tunnelmagnetowiderstandselemente mit Schottky-Kontakten auf Halbleitern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In magnetischen Tunnelelementen tritt eine starke Abhängigkeit des Tunnelwiderstandes von der relativen Orientierung der Magnetisierungen der beiden ferromagnetischen Elektroden auf. Bringt man solche Tunnelelemente auf einen Halbleiter, dann können Elektronen, die über die Tunnelbarriere durch die Elektrode ballistisch bis zum Kollektor kommen, wenn ihre Energie (d.h. die angelegte Tunnelspannung) groß genug ist. Im Kollektorstrom tritt ein „Magnetowiderstand“ auf, d.h. die Zahl der Elektronen, die ohne Energieverlust zum Kollektor gelangen hängt drastisch von der relativen Orientierung der Magnetisierungen der ferromagnetischen Elektroden ab. In diesem Vorhaben wurden mikrostrukturierte Bauelemente hergestellt und die Abhängigkeit des Kollektorstromes von der Dicke der Basiselektrode des Tunnelelemente und von zusätzlich hergestellten Spin Valves untersucht. Zusätzlich wurde der Einfluss der am Tunnelelement anliegenden Biasspannung charakterisiert. Als wesentliche Ergebnisse dieser Untersuchungen kann festgehalten werden: - Die Größe des am Halbleitersubstrat gemessenen Kollektorstromes in diesen Elementen ist nur ein kleiner Bruchteil des „Emitterstromes“ im magnetischen Tunnelelement. Eine Stromverstärkung kann daher nicht erreicht werden. - Es treten im Kollektorstrom Magnetowiderstandswerte von deutlich mehr als 100% auf. - Eine Auswertung dieser Messungen liefert die spinabhängigen freien Weglängen der Leitungselektronen in der Basisschicht des Emitters (d.h. des Tunnelelementes oder des Spin Valves). Diese betragen typischerweise etwa 6nm für Majoritäts- und weniger als 2nm für die Minritätsladungsträger. - In einem modifizierten Rastertunnelmikroskop ist es möglich, diesen Effekt ortsaufgelöst zu vermessen und magnetische Domänen zu charakterisieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Ballistic electron emission microscopy on spin valve structures Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 4388
Heer R, Smoliner J, Bornemeier J, Brückl H
- Magnetic tunnel junctions with compensated magnetic moment by directly exchange-coupled NiFe/CoGd/NiFe trilayers, Appl. Phys. Lett., 88 (2006) 182503
A. Niemeyer, G. Reiss, H. Brückl
