Christian Pels, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2003 :

"Ferromagnetische Elektroden für Spinpolarisierten Transport - Technologie und Experimente"


"Ferromagnetic Electrodes for Spin-Polarized Transport - Technology and Experiments"



Schlagwörter: sputter deposition, design of experiments, ferromagnetic nanostructures, magnetic-force microscopy, magnetoresistance, spin-polarized transport, ferromagnet/superconductor hybrid structure
PACS : 72.25.-b. 73.23.-b, 74.40.-c, 74.50.+r, 75.60.-d, 81.15.Cd, 85.75.-d
Der Volltext wurde als Buch/Online-Dokument (ISBN 3-86537-072-1 ) im Cuvillier Verlag Göttingen veröffentlicht.

Summary

Kurzfassung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist eine Technologie zur Sputterdeposition ferromagnetischer dünner Schichten aufgebaut worden. Nanostrukturierte ferromagnetische Elektroden, die in Experimenten zum spinpolarisierten Transport eingesetzt werden, wurden präpariert und hinsichtlich ihrer elektrischen und magnetischen Eigenschaften charakterisiert. Im ersten Kapitel werden die Grundlagen der Sputterdeposition und des Sputterätzens erklärt sowie das während dieser Arbeit aufgebaute System beschrieben. Die verwendeten Prozesse wurden mit Hilfe statistischer Methoden charakterisiert. Dabei ist der Einfluss der Argon-Ionenenergie und des Prozessdrucks sowohl auf die Depositions- und Ätzraten als auch auf die Rauhigkeiten der Schichten und Substrate systematisch untersucht worden. Erste Ergebnisse bezüglich der Sputterdeposition der ternären Heusler-Legierung Ni2MnIn werden gezeigt. Dabei wird zusätzlich die Abhängigkeit der Filmstöchiometrie von den Prozessparametern untersucht. Das zweite Kapitel behandelt die Charakterisierung gesputterter ferromagnetischer dünner Schichten und Nanostrukturen. Mit Magnetkraftmikroskopie in äußeren Magnetfeldern und dem magnetooptischen Kerr-Effekt wurden die Formanisotropie und die Kristallanisotropie gesputterter Permalloy (Ni80Fe20)-Elektroden und homogener Schichten untersucht. Der anisotrope Magnetowiderstand wurde an Nanodrähten aus Permalloy und Nickel mit Hilfe von Transportmessungen in äußeren Magnetfeldern untersucht. Das dritte Kapitel behandelt Ferromagnet/Supraleiter-Hybridsysteme. Theoretische Konzepte werden vorgestellt, und die Ergebnisse für elektronenstrahllithografisch definierte Kontakte werden diskutiert. Für Punktkontakte ist während dieser Arbeit ein neues Mess- und Auswertesystem entwickelt worden. Aus den damit gemessenen Transportdaten wurde die Spinpolarisation für verschiedene Materialien bestimmt.

Titel

Kurzfassung

Summary

In the present work the technology for sputter deposition of ferromagnetic materials has been established. The preparation as well as the electrical and magnetic characterization of nanostructured ferromagnetic electrodes suitable for spin-polarized transport are presented. In the first chapter, the basics of sputter-deposition and -etch technology are introduced and the system developed within this work is described. The processes are characterized using design of experiments (DOE). The influences of the argon ion energy and the process pressure on deposition and etch rates as well as film and substrate roughnesses are investigated systematically. First results on the sputter deposition of the ternary Heusler compound Ni2MnIn are shown. In particular, the dependence of the film stoichiometry on the process parameters is investigated. The second chapter deals with the characterization of sputter deposited ferromagnetic thin films and nanostructures. Using magnetic-force microscopy (MFM) in external magnetic fields and the magneto-optical Kerr effect (MOKE) shape anisotropy and crystal anisotropy of sputter deposited permalloy (Ni80Fe20) electrodes and homogeneous films are investigated. The anisotropic magnetoresistance (AMR) of permalloy and nickel nanowires is measured by transport experiments in external magnetic fields. The third chapter focuses on ferromagnet/superconductor hybrid systems. Theoretical concepts are reviewed and results on contacts patterned by electron-beam lithography are discussed. A new experimental setup for point contacts is presented. The transport data measured with this setup are discussed and the spin polarization of various materials is determined.