Développement de jonctions tunnel magnétiques bas

Développement de jonctions tunnel magnétiques bas bruit pour les capteurs de
champ
Contact : Claire BARADUC DSM/INAC/SPINTEC [email protected] 0438784235
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Résumé :
Les capteurs de champ magnétique ne cessent de se développer, en particulier pour les dispositifs miniatures de basse consommation. Dans ce
domaine, les jonctions tunnel magnétiques pourraient devenir de sérieux compétiteurs face aux autres technologies, comme les capteurs à effet Hall,
par exemple. Les jonctions tunnel magnétiques sont composées de deux électrodes ferromagnétiques séparées par une barrière tunnel, dont la
résistance varie selon que les aimantations des électrodes sont parallèles ou antiparallèles. Ces dispositifs, déjà utilisés comme têtes de lecture dans
les disques durs, pourraient servir de capteurs de champ faible pour de nombreuses autres applications. Le point crucial pour les applications à basse
fréquence est de réduire le bruit de ces dispositifs, et en particulier le bruit en 1/f. Notre objectif, en collaboration avec la start-up Crocus-Technology,
est de comprendre l'origine physique du bruit des jonctions et de trouver des pistes d'amélioration. Pour cela, des mesures de bruit seront réalisées
pour différentes tensions et champ appliqués. Un grand soin sera apporté à la qualité des données et à l'interprétation physique des résultats obtenus.
Sujet détaillé :
Durant ces dernières décennies, les capteurs de champ magnétique ont trouvé sans cesse de nouvelles applications, en particulier en ce qui
concerne les dispositifs miniatures de basse consommation. Dans ce domaine, les jonctions tunnel magnétiques pourraient devenir de sérieux
compétiteurs face aux autres technologies, comme les capteurs à effet Hall, par exemple. Les jonctions tunnel magnétiques sont des dispositifs
composés de deux électrodes ferromagnétiques séparées par une barrière tunnel dont la résistance varie selon que les aimantations des électrodes
sont parallèles ou antiparallèles. Ces dispositifs, déjà utilisés comme têtes de lecture dans les disques durs, présentent un signal de
magnétorésistance important qui pourraient en faire des capteurs de champ faible pour de nombreuses autres applications. Le point crucial pour les
applications à basse fréquence est de réduire le bruit de ces dispositifs, et en particulier le bruit en 1/f. Notre objectif, en collaboration avec la start-up
Crocus-Technology, est de comprendre et d'estimer les différentes contributions au bruit des jonctions et de trouver des pistes d'amélioration.
Dans les jonctions tunnel magnétiques, le bruit a différentes origines physiques, c'est pourquoi on distingue typiquement les bruits suivants :
-le bruit Johnson dû à l'agitation thermique des électrons, dont la puissance spectrale est proportionnelle à la résistance électrique.
-Le bruit de grenaille ou shot-noise, qui est lié au passage statistique des électrons à travers la barrière tunnel et qui ne dépend pas de la température
; en fonction de la tension de polarisation appliquée sur la jonction, on observe un crossover entre bruit Johnson et bruit de grenaille.
-Le bruit en 1/f d'origine magnétique : toute fluctuation de l'aimantation (soit en rotation cohérente, soit par modification de la structure
micromagnétique) influe sur la résistance du dispositif et par conséquent induit un bruit de résistance.
-Le bruit en 1/f d'origine électrique : les mécanismes de charge/décharge de pièges au niveau de la barrière tunnel contribuent également au bruit de
résistance.
Au laboratoire Spintec, nous avons montré de plus que ce mécanisme de charge/décharge fatigue la barrière tunnel et finit par induire le claquage de
l'oxyde [1]. En particulier, nous avons pu mettre en évidence que les jonctions les plus fiables sont aussi celles qui ont le bruit en 1/f le plus faible [2].
Néanmoins, nous n'avons à l'heure actuelle aucun moyen de prévoir quel sera le niveau de bruit d'une jonction donnée. L'influence des matériaux
choisis, des épaisseurs, des méthodes de microfabrication et des recuits est pour l'essentiel encore inconnue. Notre objectif est de répondre à

certaines de ces questions grâce à des mesures systématiques et une analyse physique poussée.
Compétences requises :
Goût pour l'instrumentation et la mesure, notions de physique statistique