MgO temelli metal oksit nano-filmlerin püskürtme tekniği ile geliştirilmesi ve manyetik spin vanası sistemlerine entegrasyonu
Development of MgO based metal oxide nano-films with sputter technique and integration into magnetic spin valve systems
Yazar: HAKAN ÇINAR
Danışman: DOÇ. DR. RAMİS MUSTAFA ÖKSÜZOĞLU
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Bu tezde, Ta (x nm)/NiFe (y nm)/IrMn (10 nm)/CoFe (2 nm)/Ta (5 nm) (x=y=2, 4, 6, 8, 10) çoklu tabaka sisteminde, antiferromanyetik ve ferromanyetik tabakaların etkileşmesi sonucu ortaya çıkan değiş-tokuş etkisinin ve kristal yapısının çekirdeklenme ve tampon tabakaları kalınlığına bağlı olarak nasıl değiştiği ve spin vanalarında bariyer tabaka olarak kullanılan MgO bariyerinin tek tabaka olarak güç, gaz basıncı ve DC besleme voltajına bağlı olarak geliştirilip spin vanasına entegresi sağlandı. X-Işını Kırınımı (XRD), X-Işını Reflektometresi (XRR) ve Salınım Eğrisi (RC) ölçümleri sonucunda en iyi kristal yapının Ta (8 nm)/NiFe (8 nm) için elde edildiği tespit edildi. Ayrıca, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ölçümlerinden elde edilen minimum pürüzlülük değerleri ve dört nokta iğne (FPP) tekniği ile elde edilen minimum direnç değerleri ile XRD, XRR ve RC sonuçları arasında doğru orantılı bir ilişki bulundu. Ancak, çoklu tabaka sistemine ısıl işlem uygulandıktan sonra, süperiletken kuantum girişim cihazı (SQUID) ile yapılan manyetik ölçümler sonucunda en iyi değiş-tokuş alanının; NiFe kalınlığı değişiminde Ta (5 nm)/NiFe (6 nm), Ta kalınlığı değişiminde Ta (6 nm)/NiFe (8 nm) sistemleri ile elde edildiği görüldü. Çünkü bu kalınlık değerlerinde en yüksek Hex ve Jk değerleri elde edildi. MgO için yapılan çalışmalarda Cu destek plakasız ve Cu destek plakalı iki tip MgO hedef malzeme ile çalışıldı ve artan proses gücü, proses gaz basıncı ve DC besleme voltajı ile yapının bozulduğu tespit edildi ve en ideal filmin Cu destek plakalı MgO hedef malzemede 120 Watt, 2 sccm ve 120 Volt'da elde edildiği görüldü. Bu değerlerde hedef malzemeden koparılan atomların ideal enerjiye sahip olmasıyla pürüzlülük oranının minimum seviyede olduğu, AFM ve XRR analizleri ile belirlendi. Sıyırma Işıması X-Işını Kırınımı (GIXD) ölçümleri ile büyütülen tek tabaka MgO filmlerin amorf olduğu tespit edildi.

Abstract:
In this thesis, how the exchange bias effect and crystal structure which results by the interaction between the antiferromagnetic and ferromagnetic layer is changed dependent on seed and buffer layers thicknesses is investigated in Ta(x nm)/NiFe(y nm)/IrMn(10 nm)/CoFe(2 nm)/Ta(5 nm) (x=y=2, 4, 6, 8, 10) multilayer system. In addition to that MgO is utilized as a barrier layer in spin valve systems and improved with varying process power, process gas pressure and DC bias as a single layer and finally integrated into spin valve systems. As a result of X-ray Diffraction (XRD), X-ray Reflectometry (XRR) and Rocking Curve (RC) measurements, Ta(8 nm)/NiFe(8 nm) is found as the best combination. Also, it has been observed that there is a linear correlation between the minimum roughness values obtained from Atomic Force Microscopy (AFM) and the minimum sheet resistance values obtained from Four Point Probe (FPP) technique tohether with XRD, XRR and RC results. However, after the annealing of the multilayer systems, the best exchange bias field is found for systems of Ta (5 nm)/NiFe (6 nm) at varying NiFe thickness and Ta (6 nm)/NiFe (8 nm) at varying Ta thickness according to results of Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) measurements. Because, the highest Hex and Jk values are obtained from these thickness values. Among the studies for MgO, two types of target material which are Cu-bonded and not-Cu bonded are used and with increasing process power, process gas pressure and DC bias. It has been observed that the structure is distorted and the desired film can be grown for 120 Watt, 2 sccm and 120 Volt with MgO (Cu-bonded) target material. AFM and XRR analysis have proven that, the MgO layer which are sputtered from target material possess ideal with these parameters resulting in minimum roughness level. Grazing Incidence X-ray Diffraction (GIXD) measurements reveals that MgO single layer films are amorphous.