IMAgER LE CHAMP MAgNÉTIqUE dE PLOTS MULTICOUCHES

spintronique
IMager le champ magnÉtique dE plots multicouches
Contact : Éric Gautier - SPINTEC - [email protected]
Au laboratoire Spintec, en collaboration avec le laboratoire des Microscopies Avancées du SP2M, nous avons mis au point une technique de
préparation d’échantillon pour une observation par holographie électronique. Grâce à cela, nous pouvons cartographier le champ magnétique au
sein d’un échantillon constitué de plots magnétiques bi-couches développés pour le stockage magnétique multiniveaux.
L’échantillon est un substrat prégravé, c’està-dire une matrice de plots préparés sur un
substrat silicium par les techniques classiques
de la microélectronique, et sur lesquels sont
déposés des matériaux magnétiques pour le
stockage de l’information. Dans notre approche, chaque plot contient deux informations :
la valeur moyenne du champ magnétique au
dessus du plot et le gradient de champ entre les
deux bords du plot. C’est ainsi qu’on obtient 4
configurations magnétiques distinctes (2 bits.)
Holographie électronique
L’holographie électronique est une méthode d’imagerie, dans un microscope électronique en transmission, qui utilise la différence de phase entre deux parties du faisceau d’électrons. L’une traverse l’échantillon
pour former l’onde image, tandis que l’autre
partie forme l’onde de référence. La figure
d’interférences entre ces deux ondes donne
l’hologramme, c’est à dire le déphasage spatial
induit par le champ magnétique du à l’échantillon. Il est alors possible de calculer par
intégration la répartition spatiale de ce champ
magnétique.
Le but ici est de mesurer par holographie
électronique (encart) la répartition spatiale du
champ magnétique autour de ces plots, tel que
le capte une tête de lecture. Pour cela, l’échantillon doit être très mince, de l’ordre de 100 nm
typiquement. Les plots ayant des dimensions de
180 × 80 nm espacés de 80 nm, il est donc nécessaire de réduire l’échantillon à une “lamelle”
constituée d’une simple rangée de plots.
Ces lamelles sont obtenues par FIB (encart).
L’échantillon est tout d’abord aminci par la face
arrière jusqu’à atteindre une épaisseur de 5 µm
environ. À cette épaisseur et avec une tension
de 30 kV, il est alors possible d’observer le
réseau de plots par transparence électronique.
Le substrat peut alors être usiné par le faisceau
de gallium par la face arrière. Ceci évite d’avoir
à utiliser des couches de protection qui pourraient affecter l’observation du champ magnétique aux abords des plots. Une fois l’échantillon
réduit à une simple rangée, celui-ci est collé sur
un porte échantillon et observé par holographie
électronique appliquée perpendiculairement au
plan de la lamelle (Figs. 1 et 2.)
FIB (Focused Ion Beam)
Le FIB est un instrument qui ressemble à un
microscope électronique à balayage, mais qui
utilise un faiseau d’ions focalisés (généralement
du gallium) au lieu d’un faisceau d’électrons.
Les ions pulvérisent les atomes de la cible; le
FIB est donc un outil de microfabrication et non
d’observation. Il est notamment utilisé pour la
préparation d’échantillons pour la microscopie
électronique par transmission qui nécessite des
échantillons très minces. Dans l’appareillage
acquis en commun par la PTA, la PFNC et le
CMTC, une colonne électronique permet également l’imagerie in situ.
calculer la répartition spatiale du champ magnétique au sein de l’échantillon. Les mesures
obtenues sont en parfaite adéquation avec les
prédictions théoriques (Fig. 3.)
L’hologramme obtenu permet ensuite de
Fig. 1 : Étapes de fabrication de l’échantillon et
observation par holographie.
Fig. 2 : Préparation de l’échantillon : lamelles de (a) une ligne de plots, (b) six lignes et (c) dix lignes.
(d) Lamelle collée sur porte-échantillon.
Fig. 3 : Images d’interférence (a) mesurées et (b)
obtenues par simulation, de plots dont la configuration magnétique est présentée en (c), qui montre
également la répartition du champ magnétique
autour des plots.
LA FEUILLE ROUGE - N° 572 Avril 2010
Comité de rédaction : E. Molva, J. Planès (DIR), P. Dalmas de Réotier (SPSMS), L. Dubois (SCIB), N. Luchier (SBT),
S. Lyonnard (SPRAM), G. Prenat (SPINTEC), P. Warin (SP2M) - Mise en page : M. Benini (DIR) tél. 04 38 78 36 33
Institut Nanosciences et Cryogénie
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