Université Louis Pasteur Strasbourg

Adrian Iovan

Description

Niveau: Supérieur

• mémoire

Université Louis Pasteur (Strasbourg) THESE présentée pour l'obtention du titre de DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR DE STRASBOURG Spécialité : Physique de la matière condensée par Adrian IOVAN ELABORATION ET CARACTERISATION DE JONCTIONS TUNNEL A PLUSIEURS BARRIERES POUR L'INTEGRATION DANS UNE NOUVELLE GENERATION DE MEMOIRES MAGNETIQUES Soutenue : le 10 septembre 2004 devant la commission d'examen : A. Dinia Rapporteur interne A. Schuhl Rapporteur externe J.F. Bobo Rapporteur externe K. Ounadjela Directeur de thèse D. Stoeffler Co-directeur de thèse Institut de Physique et Chimie de Matériaux de Strasbourg

• transport des électrons


• jonctions tunnel


• choix de la structure et des matériaux de la diode mimim


• années de thèse sur l'installation de dépôt


• technique de dépôt cathodique


• chimie de matériaux de strasbourg

Sujets

• Mémoire
• Acosta
• Siemens
• Louis Pasteur University
• Bangert
• Erlangen
• Bardou
• Wecker

Informations

• Publié par: profil-nechor-2012
• Publié le: 01 septembre 2004
• Nombre de lectures: 47
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 10 Mo

Extrait

Université Louis Pasteur (Strasbourg)


THESE

présentée pour l’obtention du titre de


DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR DE
STRASBOURG

Spécialité : Physique de la matière condensée

par

Adrian IOVAN


ELABORATION ET CARACTERISATION DE JONCTIONS TUNNEL A
PLUSIEURS BARRIERES POUR L’INTEGRATION DANS UNE NOUVELLE
GENERATION DE MEMOIRES MAGNETIQUES


Soutenue : le 10 septembre 2004


devant la commission d’examen :

A. Dinia Rapporteur interne
A. Schuhl Rapporteur externe
J.F. Bobo
K. Ounadjela Directeur de thèse
D. Stoeffler Co-directeur de thèse


Institut de Physique et Chimie de Matériaux de Strasbourg

Remerciements

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse a été réalisé à l'Institut de Physique et
Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), au sein du Groupe d'Etude des Matériaux
Métalliques (GEMM) ainsi que dans le laboratoire de recherche Siemens à Erlangen.

Un grand merci à Daniel Stoeffler, qui a suivi mon activité de recherche pendant ces
années passées à Strabourg, pour ses conseils scientifiques et pour l’agréable climat de travail.
Je n’oublierai pas le grand soutien moral que j’ai eu de sa part pendant toutes ces années et
particulièrement la dernière partie de la thèse. Il a eu la tranquillité (heureusement !) de lire ce
manuscrit et de faire un travail de correction impressionnant en ce qui concerne la langue.

Je remercie tout particulièrement Victor Da Costa pour son savoir faire expérimental et
les conseils scientifiques qu’il a partagé avec moi durant tout ce travail de thèse. Nous avons
échangé beaucoup d’idées en physique et nous avons toujours réussi à nous mettre d’accord. J’ai
aussi beaucoup apprécié son travail de correction du manuscrit. J’ai partagé vraiment de bons
moments avec lui comme collègue et comme un ami.

Je remercie également Yves Henry pour la rigueur des mesures que nous avons faites
ensemble et pour avoir partager son savoir faire avec moi. J’ai vraiment apprécié les conseils
scientifiques et les échanges d’idées que nous avons eu pendant ses années.

Je remercie également Mairbeck Chshiev (même si je n’ai pas compris tous ses calculs)
pour avoir su partager avec nous ses idées physiques et l’importance de ces formules.

Je remercie aussi Kamel Ounadjela pour m’avoir offert la possibilité de réaliser cette
thèse sur un sujet de thèse vraiment intéressant.

Je tiens à remercier Messieurs Aziz Dinia, Alain Schuhl et Jean Francois Bobo d’avoir
accepté de rapporter ce mémoire et de participer au jury de ma thèse.

Je remercie également Coriolan Tiusan, qui a eu un rôle déterminant durant la première
année de ma thèse pour m’avoir permis de bien comprendre le sujet de mon étude et pour avoir
su me transmettre ses compétences scientifiques acquises pendant sa thèse.

Je n’oublie pas de remercier Theodoros Dimopoulos pour son aide précieuse lors de mon
apprentissage de la lithographie.

J’adresse mes respectueux remerciements à François Bardou pour l’intérêt qu’il a porté
à mon travail.

Je tiens également à remercier Christian Mény et Manu Acosta, pour la bonne
collaboration que nous avons eu pendant ces années de thèse sur l’installation de dépôt
cathodique.

Les images MET ont été obtenues avec l’aide de Gaby Ehret et l’amincissement des
échantillons a été réalisé par Gérard Wurtz.

Je remercie Ludwig Bäer de Siemens à Erlangen qui m’a aidé à apprendre les techniques
de la lithographie et a partagé tout son savoir-faire dans ce domaine.

Je remercie Joachim Wecker et Joachim Bangert de Siemens à Erlangen pour m’avoir
donné la possibilité d’utiliser les techniques expérimentales de Siemens.

Ce travail de thèse a été soutenu financièrement par le Programme Européen NanoMEM
(IST-1999-13741).

Je tiens à remercier tous ceux qui m’ont aidé et que j’ai rencontré au sein de ce
laboratoire ; chacun avec un petit mot, un sourire ou un conseil ont contribué à une très bonne
ambiance durant ces années de thèse. Grand merci à tous!

Table de matière

Introduction générale...................................................................................................................1
Chapitre 1 : Transport tunnel dans les structures à deux barrières : généralités ...................7
1.1 Effet tunnel à travers une barrière isolante ...........................................................................7
1.2 Magnétorésistance "tunnel" .................................................................................................10
1.3 Transport dans les barrières tunnel asymétriques...............................................................13
1.4 Rapport de rectification avec des jonctions tunnel à une et à deux barrières.....................15
1.5 Modèles de transport dans une jonction à deux barrières tunnel........................................18
1.5.1 Modèle de calcul du courant polarisé en spin pour une jonction tunnel à deux barrières
soumise à un champ électrique...............................................................................................18
1.5.2 Transport par électrons "chauds" ..................................................................................23
1.5.3 Transport via les états discrets de la couche métallique intermédiaire .........................28
1.5.4 Transport avec blocage de Coulomb dans une structure à deux barrières ....................30
1.6 Transport dans les jonctions tunnel à deux barrières: état de l’art expérimental...............32
1.7 Applications des jonctions tunnel.........................................................................................36
1.7.1 Mémoires magnétiques MRAM à base de JTM............................................................36
1.7.2 Diode métal/isolant (MID) à base de barrières tunnel ..................................................38
1.7.3 Dispositif RAMMID .....................................................................................................39
Conclusions ................................................................................................................................42
Chapitre 2 : Techniques d’élaboration et de caractérisation des jonctions tunnel à deux
barrières ........................................................................................................................................45
2.1 Techniques d’élaboration.....................................................................................................45
2.1.1 La Technique de dépôt cathodique................................................................................45
2.1.2 Photolithographie : fabrication des jonctions tunnel.....................................................49
2.2 Techniques de caractérisation .............................................................................................52
2.2.1 Microscopie à force atomique (AFM)...........................................................................52
2.2.2 Mesures magnétiques: AGFM (Alternanting Gradient Field Magnetometry)..............54
2.2.3 Microscopie électronique en transmission ....................................................................55
2.2.4 Mesures de transport .....................................................................................................57
Chapitre 3 : Etude expérimentale de la diode MIMIM...........................................................61
3.1 Choix de la structure et des matériaux de la diode MIMIM ................................................61
3.2 Transport dans les systèmes à deux barrières avec une couche intermédiaire de Cu.........63
3.2.1 Etude statistique du transport dans un système à deux barrières avec une couche
intermédiaire de Cu ................................................................................................................65
3.2.2 Asymétrie en courant dans les structures à deux barrières avec une couche
intermédiaire de Cuivre..........................................................................................................70
3.2.3 Étude en température de structure à deux b