Trasporte eléctrico y magnetismo en sistemas electrodo - aislante - electrodo: hacia el desarrollo de dispositivos del tipo juntura tunel.

La presente tesis es un estudio dedicado a la optimizacion y desarrollo de sistemas del tipo juntura tunel. La metodologia utilizada para la realizacion de la tesis consistio, en primer lugar, en la optimizacion de las componentes independientes de la juntura tunel: electrodo y barrera aislante. Posteriormente se optimizaron los procesos de fabricacion para el desarrollo y caracterizacion de dispositivos del tipo juntura tunel en su forma final. En la primera parte de la tesis se analizan detalladamente los resultados obtenidos de la caracterizacion electrica y topografica de barreras aislantes en sistemas electrodo - barrera. Los sistemas bicapas estudiados, GdBa_2Cu_3_7/SrTiO_3, Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 y YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3, fueron caracterizados utilizando un microscopio de fuerza atomica en modo conductor. Se propuso un modelo fenomenologico basado en los resultados experimentales, que permitio la obtencion de parametros criticos para el desarrollo de dispositivos del tipo juntura tunel con nuevas funcionalidades. La informacion obtenida de la caracterizacion de los sistemas bicapas (homogeneidad de crecimiento, baja densidad de defectos y de pinholes) indican un muy buen control de los parametros de crecimiento de las barreras. Por otro lado, se obtuvo un buen comportamiento aislante para espesores mayores a 2 nm sin la presencia de pinholes en la barrera. La similitud en la estequiometria de las barreras (SrTiO_3) permitio comparar los distintos sistemas estudiados en terminos de conductividad electrica. Se verifico que el modelo fenomenologico permite comparar la conductividad electrica de los sistemas mediante uno de los parametros definidos en el modelo fenomenologico (obtenido de los ajustes lineales de las curvas I(V)). De los 3 sistemas estudiados, las bicapas GdBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 presentaron un mayor valor de longitud de atenuacion de los portadores de carga a traves de la barrera y una muy baja densidad de defectos superficiales. Las bicapas YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 y Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 permitieron validar el modelo fenomenologico propuesto para el analisis de la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atomica en modo conductor. La segunda parte de la tesis abarca conceptos de magnetismo y microfabricacion para el desarrollo de junturas tunel magneticas. Durante la caracterizacion de las peliculas ferromagneticas individuales de Co_90Fe_10 (CoFe) se logro aumentar valor del campo coercitivo de films de 10 nm de espesor al incrementar la temperatura de deposito. Esto se debe a un aumento del tamano de grano de los films. El aumento de la temperatura del sustrato durante el crecimiento influye en la morfologia y las propiedades magneticas de los films de CoFe favoreciendo la formacion de granos y la perdida del eje preferencial de magnetizacion. Estos resultados permitieron la fabricacion de sistemas Co_90Fe_10/M_gO/Co_90Fe_10 con distintas orientaciones relativas accesibles con campo magnetico para el estudio del acople magnetico entre los films de CoFe. La caracterizacion electrica de estos sistemas, particularmente la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atomica en modo conductor, indico que las propiedades de transporte electrico de las junturas presentan un alto grado de reproducibilidad. Se analizo ademas la inuencia del sustrato utilizado en la corriente tunel que atraviesa la barrera aislante. Por otro lado, se discuten los fenomenos relacionados a la optimizacion de las propiedades magneticas de electrodos ferromagneticos para la fabricacion de junturas tunel Co_90Fe_10/MgO/Co_90Fe_10 y Co_90Fe_10/MgO /Fe_20Ni_80. En particular, se estudio el acople magnetico entre capas ferromagneticas y la inuencia del sustrato utilizado para el crecimiento de las tricapas. La optimizacion de los electrodos magneticos involucro el analisis de la inuencia de la presencia de un aislante entre dos capas magneticas en el acople de los electrodos. Se logro el desacople de films de 10 nm de Co_90Fe_10 y Fe_20Ni_80 separados por un espaciador de MgO de 2 nm. Finalmente se detallan los pasos para la fabricacion de una red de junturas tunel magneticas y su caracterizacion electrica a bajas temperaturas. El sistema estudiado fue la tricapa Co_90Fe_10 (10 nm)/M_gO (8 nm)/ Fe_20Ni_80 (10 nm) crecido sobre un sustrato de M_gO. La caracterizacion electrica confirmo la buena calidad de la junturas fabricadas. Las junturas obtenidas presentaron un comportamiento altamente resistivo (~ MΩ). Las mediciones de la corriente tunel en funcion de la temperatura permitieron descartar la presencia de pinholes en la barrera. El transporte de los portadores de carga es por efecto tunel a traves de la barrera aislante. Las curvas de conductancia diferencial permitieron calcular el valor medio de la altura de la barrera de potencial (φ = 3.1 eV) a partir del modelo de Brinkman. Los resultados obtenidos en cada uno de los capitulos se complementan y son relevantes para la optimizacion de junturas tunel, debido a que brindan informacion critica para su correcto funcionamiento. En la presente tesis se lograron obtener los primeros avances para la fabricacion de arreglos de junturas tunel que permitan el desarrollo de dispositivos.