The growth and characterization of Fe/tTaOx/Co multilayers for spintronics applications

Abstract

Bu tezde, mıknatıssal sıçratma yöntemiyle büyütülen Fe/TaOx/Co çoklu katmanlarının Ta alt katmanı ve yalıtkan oksit katmanının kalınlığına bağlı olarak yapısal ve manyetik özellikleri incelenmiştir. Yapısal incelemelerde XRD ve AFM teknikleri, manyetik incelemelerde VSM ve kırılma indisinin ölçümünde de elipsometri teknikleri kullanılmıştır.Yapısal incelemeler, Ta alt katmanının, Fe' in kristal özelliğini arttırdığını ve manyetik özelliklerinin değişmesine yolaçtığını göstermiştir. Yapılan AFM ölçümlerinde katmanların yüzey prüzlülüklerinin 1.7 Å ile 6.3 Å arasında değiştiği gözlenmiştir. Tabakaların yüzeyi, ferromanyetik katmanlar arasındaki yüzey prüzlülüğüne bağlı manyetik etkileşimi azaltacak kadar düzgündür. Oksit tabakasının kalınlığı 4 nm olduğunda manyetik etkileşimsizlik gözlenmeye başlanmıştır. Oksit tabakasının kalınlığı artırılmaya devam ettirildiğinde, ferromanyetik tabakaların coersivite alanları arasındaki fark açıkça gözlenmeye başlanmıştır. Tavlamanın çoklu katman üzerindeki etkisi araştırılmış ve Fe/TaOx/Co çoklu katmanının 250°C'ye kadar tavlanması, sadece Fe katmanının coersivite alanının arttığını göstermiştir. 400°C de tavlama, coercivite alanında keskin bir düşüşe neden olmuştur. Bu, Fe/TaOx ara yüzeyinde bir oksijen karışımın olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada ayrıca fotolitografi tekniği kullanılarak manyetik tünel eklemleri üretilmiş, elektriksel ve manyetikdirenç ölçümleri yapılmıştır. Oksit tabakasının kalitesi araştırılmıştır. Oksit tabakasının iyi bir dielektrik özelliğine sahip olarak büyümediği gözlenmiştir.

In this thesis, structural and magnetic properties of Fe/TaOx/Co multilayers were investigated by depending on the Ta under layer and barrier thickness. The XRD and AFM thecniques were used for structural investigations and the VSM was used for investigation of magnetic properties as well as the ellipsometry thecnique was used for measuring the refractive indexes.The structural investigations showed that Ta under layer increases the crystalline quality of Fe layer and causes a change on magnetic parameters of Fe films. The AFM results showed that the range of the roughnesses for all layers is between 1.7 Å and 6.3 Å. The films are quite smoot for reducing the roughness dependent magnetostatic coupling between the magnetic layers. When the thickness of the oxide layer was 4 nm, the magnetic decoupling starts to appear. Clear differences between the coercivity field of the ferromagnetic layers was observed in the further increase of the barrier layer thickness. The effect of annealing on the Fe/TaOx/Co multilayer was studied and it was found that only the coercivity of Fe increases with increasing temperature up to the 250°C. Then, annealing at 400°C showed a sharp decrease in the coercivity of Fe indicating an intermixing at the interface of Fe/TaOx. In this study, magnetic tunnel junctions have also been fabricated by using photolithograpy technique, electrical and magnetoresistance measurements were done. It was also investigated the quality of oxide layer. The results showed that the barrier layer did not grow as a perfect amorphous structure.