IrMn tabanlı spin-vana yapılarında şönt akımının azaltılması
Reduction of shunt current in IrMn based spin-valve structures
Yazar: BAYRAM KOCAMAN
Danışman: PROF. DR. NUMAN AKDOĞAN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Son yirmi yıldır spin-vana yapıları genellikle yüksek hassasiyetli manyetik alan sensörlerinde kullanılmaktadır. Öte yandan, manyetik alan sensörlerinde, kalın metal tampon tabakalar şönt akımının artmasına ve sensör hassasiyetinin azalmasına neden olmaktadır. Bu amaçla bu tez kapsamında, tampon tabakasız IrMn-tabanlı spin-vana yapıları üretildi. Aynı zamanda, tavlama sıcaklığı ve IrMn tabaka kalınlığının, sistemin exchange bias alanı ve engelleme sıcaklığı üzerindeki etkisi çalışıldı. Mıknatıslanma ölçümleri, IrMn tavlama sıcaklığının artırılmasıyla exchange bias alanı (HEB) ve engelleme sıcaklığı (TB) değerlerinin önemli ölçüde arttığını göstermiştir. HEB ve TB'deki bu artma, tavlama sıcaklığının artmasıyla IrMn'da (111) ve (002) yapılarının oluşmasına atfedildi. Manyetik ve yapısal özellikler açısından en uygun tavlama sıcaklığı 500 C olarak belirlendi.
Ayrıca, tavlama sıcaklığı 500 C'de sabit tutularak IrMn kalınlığına bağlı olarak spin-vana sisteminin yapısal, manyetik ve elektriksel özellikleri çalışıldı. Sistemin IrMn kalınlığının, spin-vana yapıların manyetik ve transport özelliklerini güçlü bir şekilde etkilediği gözlendi. Ayrıca, oda sıcaklığının üzerinde yüksek exchange bias elde etmek için gerekli olan en düşük IrMn kalınlığı 6 nm olarak bulundu. Hem IrMn kalınlığının az olmasının, hem de tampon tabakanın olmamasının örneklerin direncini önemli ölçüde etkilediği elektriksel ölçümlerden anlaşılmaktadır. Bu da, IrMn tabanlı sensör uygulamalarında Şönt akımını azaltmak için çok büyük öneme sahiptir.

Abstract:
Spin-valve structures have been generally used as high sensitive magnetic field sensors for the last twenty years. However, thick metal buffer layers tend to increase shunt current in real devices and decrease the sensor sensitivity. With this motivation, we produced IrMn-based spin-valve multilayers without using buffer layer. We also studied the effects of post-annealing and IrMn thickness on exchange bias field (HEB) and blocking temperature (TB) of the system. Magnetization measurements indicate that both HEB and TB values are significantly enhanced with post-annealing of IrMn layer. This improvement of both HEB and TB was attributed to the formation of (111) and (002) textures with increasing annealing temperature. The optimum annealing temperature in terms of magnetic and structural properties was defined to be 500 C.
Furthermore, we have studied the structural, magnetic and electrical properties of the spin-valve system as a function of IrMn thickness for a fixed post-annealing temperature of 500 C. We observed that IrMn thickness of the system strongly influences the magnetization and transport characteristics of the spin-valve structures. The minimum thickness of IrMn is found to be 6 nm to obtain a reasonable exchange bias above room temperature. Transport measurements reveal that both the reduced IrMn thickness and the lack of buffer layer play a critical role in the resistance of the samples, which have a great importance for the reduction of shunt current in IrMn based sensor applications.