Contribution à la réalisation d'une Mémoire Magnétique Intégrée sur Silicium
Magnetic Memory Integrated Into Silicon
Résumé
This work is focused on the study of the injection and the collection of spin-polarized electrons into silicon. Different studies were conducted whose principal results will be presented. In all these studies, a simple diode-like ferromagnetic metal/insulator/semiconductor (FM/I/S) structure is used. The first study aimed to investigate whether a magnetic “dead” layer is obtained at the ferromagnet/oxide barrier that could lead to spin depolarization of the injected electrons. In the second study, magnetic characterization of diodes that may be used for spin injection and collection were performed. The third study focused on the contamination of the insulator barrier and the silicon by the ferromagnetic metal. The results underline the importance of controlling the contamination in obtaining defect-free insulator barrier, a prerequisite to spin conservative direct tunnel transport process. In the last study, capacitance-voltage as well as current-voltage characteristics have been measured. The electrical results show that the mechanisms of transport through the insulator barrier are assisted by defects whose the origin is probably linked to the diffusion of the 3d metal through the insulator barrier. Finally, a silicon-based device was made and studied to attempt to detect a magnetoresistance signal.
Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'injection et de la collection d'électrons polarisés en spin dans le silicium. Différentes études ont été menées dont les principaux résultats sont présentés. Dans toutes ces études, une structure Métal ferromagnétique/ Isolant/Si (FM/I/S) a été utilisée. La première de ces études porte sur l'existence éventuelle d'une couche “magnétiquement morte” à l'interface Métal ferromagnétique/Isolant qui pourrait aboutir à la dépolarisation des électrons injectés. Dans la seconde étude, les propriétés magnétiques des électrodes ferromagnétiques qui sont utilisées pour l'injection et la collection des électrons polarisés sont analysées. La troisième étude est focalisée sur la contamination de la barrière isolante et du silicium par les métaux 3d du métal ferromagnétique. Ces résultats soulignent l'importance du contrôle de la contamination pour l'obtention de structures Métal ferromagnétique/Isolant/ Si de bonne qualité, un prérequis pour avoir un mécanisme de transport de tunnel direct qui conserve le spin. Dans la dernière étude, des caractérisations capacité-tension et courant-tension sont effectuées sur les structures Métal ferromagnétique/ Isolant/Si. Les résultats électriques montrent que la conduction est assistée par des pièges dans l'oxyde dont l'origine est probablement liée à la présence des métaux 3d dans la barrière isolante. Finalement, un dispositif test a été fabriqué et testé dans le but de mettre en évidence un signal de magnétorésistance.
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