PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

The basic element for innovative sensors and memory devices is the magnetic tunnel junction. It consists of two ferromagnetic layers. These are separated by a thin insulating alumina layer. The resistance of the insulator (the tunneling barrier) depends on the relative orientation of the magnetization of the adjacent ferromagnetic layers. The change in resistance is called tunneling magnetoresistance (TMR) effect. In a simple approximation the TMR effect depends on the spin polarization of the ferromagnetic layers. Using half-metals - these are fully spin polarized - one can theoretically expect an infinite TMR effect. The preparation of junctions (this includes the deposition of the layers, oxidation of an aluminum layer to the insulating alumina barrier and tempering of the stack) with ideal layers and interfaces is often impossible. Thus, in actual tunnel junctions the TMR effect scales with the quality of the electrodes, the barrier and the interface between these layers. This thesis deals with the optimization of tunnel junctions with half-metallic electrodes, e.g. the ferromagnetic oxide magnetite (Fe3O4) and the Heusler alloys Co2MnSi and Co2FeSi. The main topic is a systematic characterization of the magnetic, chemical and electronic structure of the interface between electrode and insulator.

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Grundbaustein für neuartige Sensoren und Datenspeicher ist das magnetische Tunnelelement. Dieses besteht im Wesentlichen aus zwei ferromagnetischen Elektroden, die durch eine dünne Aluminiumoxid-Isolatorschicht voneinander getrennt sind. Der Widerstand des Isolators (der so genannten Tunnelbarriere) hängt dabei von der relativen Orientierung der Magnetisierung der beiden Ferromagnete ab. Die Widerstandsänderung wird Magnetowiderstandseffekt genannt. In erster Näherung hängt die Effektgröße von der Spinpolarisation der ferromagnetischen Elektroden ab. Werden Halbmetalle, d.h. vollständig spinpolarisierte Elektroden, verwendet, kann im Idealfall eine unendlich große Widerstandsänderung realisiert werden. Bei der Probenpräparation, die die Schichtabscheidung, die Oxidation einer Al-Schicht zur isolierenden Aluminiumoxid-Barriere sowie das Tempern der Probe umfasst, kann es zu Abweichungen vom idealen Schichtsystem mit scharfen Grenzflächen kommen. Im realen System hängt der Magnetowiderstandseffekt daher essentiell von der Qualität der Elektroden, der Barriere und deren Grenzflächen ab. Diese Arbeit befasst sich mit der Optimierung von Tunnelelementen mit halbmetallischen Elektroden, wie das ferromagnetische Eisenoxid Magnetit (Fe3O4) und die Heusler-Legierungen Co2MnSi und Co2FeSi. Der Fokus liegt dabei auf einer systematischen Charakterisierung der magnetischen, chemischen und elektronischen Eigenschaften der Barrieren/Elektroden-Grenzfläche.