CYRILLE, Marie-Claire (Le Collet, Sinard, F-38650, FR)
DIENY, Bernard (180 Allée des Erables, Lans En Vercors, F-38250, FR)
GARELLO, Kévin (26 Rue Keraveloc, Locmaria-plouzane, F-29280, FR)
REDON, Olivier (14 Boulevard des Frères Desaires, Seyssinet Pariset, F-38170, FR)
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (3 Rue Michel Ange, Paris, F-75016, FR)
VIALA, Bernard (76 Rivoire de la Dame, Sassenage, F-38360, FR)
CYRILLE, Marie-Claire (Le Collet, Sinard, F-38650, FR)
DIENY, Bernard (180 Allée des Erables, Lans En Vercors, F-38250, FR)
GARELLO, Kévin (26 Rue Keraveloc, Locmaria-plouzane, F-29280, FR)
REDON, Olivier (14 Boulevard des Frères Desaires, Seyssinet Pariset, F-38170, FR)
| REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique, dans lequel on dépose entre deux couches magnétiques nanocristallines ou amorphes (1, 3) une couche (4) en un matériau diélectrique apte à faire fonction de barrière tunnel, caractérisé : en ce que les deux couches magnétiques (1, 3) sont conductrices ; en ce que le matériau diélectrique constitutif de la barrière tunnel est constitué de perovskite au moins partiellement cristallisé, - et en ce que le dépôt dudit matériau est réalisé par pulvérisation par faisceau d'ions dans une enceinte sous vide. 2. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches magnétiques sont métalliques. 3. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux couches magnétiques sont réalisées à base d'alliage de CoFeB ou de CoFe. 4. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le perovskite est poly cristallin. 5. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau diélectrique est choisi dans le groupe comprenant le titanate de strontium (SrTiOs), le BaTiO3, le SBT (SrBi2Ta2O9) et le SBN (SrBi2Nb2O9). 6. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dépôt du matériau diélectrique est réalisé à température ambiante. 7. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon la revendication 1 à 6, caractérisé en ce que postérieurement au dépôt de la seconde couche magnétique sur la barrière tunnel, la jonction subit un traitement de recuit à une température au plus égale à 400 0C. 8. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux couches magnétiques (1, 3) situées de part et d'autre de la barrière tunnel, sont également déposées par pulvérisation par faisceau d'ions sans rupture du vide. 9. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première couche magnétique est déposée sur une couche de croissance, elle-même déposée sur un substrat. 10. Jonction tunnel magnétique constituée d'une couche réalisée en un matériau diélectrique apte à constituer une barrière tunnel (4), interposée entre deux couches magnétiques conductrices, respectivement : une couche magnétique de référence, dite « couche piégée » (1), dont l'aimantation est de direction fixe et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique constituée à base d'un alliage de CoFe ou de CoFeB à aimantation dans le plan de la couche, couplée magnétiquement avec une couche de piégeage réalisée en un matériau antiferromagnétique ; une couche magnétique de stockage, dite « couche libre » (3), dont la direction de l'aimantation est variable, et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique constituée à base d'un alliage de CoFe ou de CoFeB à aimantation dans le plan de la couche ; caractérisée en ce que le matériau constitutif de la barrière tunnel est constitué par un perovskite au moins partiellement cristallisé. 11. Jonction tunnel magnétique constituée d'une couche réalisée en un matériau diélectrique apte à constituer une barrière tunnel (4), interposée entre deux couches magnétiques conductrices, respectivement : une couche magnétique de référence, dite « couche piégée » (1), dont l'aimantation est de direction fixe et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique constituée à base d'un alliage de CoFe ou de CoFeB à aimantation hors du plan de la couche, couplée magnétiquement avec une couche de piégeage réalisée en un matériau antiferromagnétique ; une couche magnétique de stockage, dite « couche libre » (3), dont la direction de l'aimantation est variable, et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique constituée à base d'un alliage de CoFe ou de CoFeB à aimantation hors du plan de la couche ; caractérisée en ce que le matériau constitutif de la barrière tunnel est constitué par un perovskite au moins partiellement cristallisé. 12. Jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisée en le perovskite est polycristallin. 13. Jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le perovskite est choisi dans le groupe comprenant les composés de formule [Bai_xSrx]Tiθ3 avec x compris entre 0 et 1, le titanate de strontium (SrTiOs), le BaTiO3, le SBT (SrBi2Ta2O9) et le SBN (SrBi2Nb2O9). 14. Jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le produit résistance par surface R A de la barrière tunnel est inférieur à 1 Ω.μm2 et en ce que la TMR est supérieure à 200 %. 15. Mémoire magnétique à accès aléatoire constituée de points mémoire ou cellules mémoire, dont chacun est constitué d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 14. 16. Oscillateur radiofréquence intégrant une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 14. 17. Capteur magnétorésistif intégrant une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 14. 18. Tête de lecture de disques durs d'ordinateur intégrant une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 14. |
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rattache au domaine des éléments magnétiques à jonction tunnel magnétique à réponse dite « magnétorésistance tunnel ».
Elle s'applique particulièrement aux oscillateurs radiofréquences ainsi qu'aux têtes de lecture de disques durs. Elle concerne également les mémoires magnétiques à accès aléatoire non volatile, permettant de manière connue, le stockage, la lecture et l'écriture de données dans les systèmes électroniques.
ETAT ANTÉRIEURDE LA TECHNIQUE
Dans le domaine de l'enregistrement magnétique ultra-haute densité, les capteurs de champ magnétique utilisés depuis 1992 dans les têtes de lecture de disques durs d'ordinateurs sont basés sur des matériaux magnétorésistifs qui permettent de convertir les variations de champ magnétique à la surface du média magnétique en variation de tension aux bornes du capteur magnétorésistif. Pour qu'il y ait une bonne adaptation d'impédance avec le pré-amplificateur qui préamplifie le signal du capteur avant la chaine de traitement du signal, on cherche à réaliser des capteurs dont l'impédance est de l'ordre de quelques dizaines d'Ohms (typiquement 30Ω). Compte tenu de la taille décroissante du capteur liée à l'augmentation de la densité de stockage, cela suppose de travailler avec des matériaux dont les produits résistance*surface (RA pour Resistance*Area) sont typiquement entre O.lΩ.μm 2 et quelques Ω.μm 2 .
Plusieurs types de matériaux magnétorésistifs ont été envisagés :
1) les multicouches à magnétorésistance géante entièrement métalliques (voir par exemple : J.Bass et W.Pratt, Journ.Magn.Magn.Mater. 200 (1999) 274). Celles-ci offrent des niveaux de résistance trop faible pour l'instant, typiquement de l'ordre de 1 à quelques dizaines de mΩ.μm 2 ; 2) Pour augmenter le produit RA, il a été proposé d'introduire dans la couche séparatrice une couche d'oxyde discontinue qui a pour effet de localement confiner les lignes de courant (approche dite « current confined path », CCP) (Nagasaka, K et al, Journ. Appl. Phys., . 89, 6943 (2001)). Toutefois, cette approche pose des problèmes de fiabilité du capteur magnétorésistif. En effet, les densités de courant à travers les trous (pinholes) de la couche d'oxyde discontinue sont considérables (typiquement 10 9 à 10 11 A/cm 2 ). Ceci conduit à des phénomènes d' électromigration excessifs qui peuvent affecter la durée de vie des capteurs (supposée être >10ans).
3) D'énormes progrès ont été réalisés au cours des dernières années sur les jonctions tunnels magnétorésistives permettant aujourd'hui d'obtenir des produits R.A suffisamment faibles avec simultanément une amplitude de magnétorésistance suffisante. Ces jonctions sont réalisées soit à base d'alumine (typiquement RA-I à 5Ω.μm 2 avec TMR de 10 à 30%), soit à base de MgO (typiquement RA~7 à 50Ω.μm 2 , TMR -50 à 150%), ou de TiOx (typiquement RA-0.3 à 2 Ω.μm 2 , TMR
~10 à 20%). Toutefois, la dimension latérale du capteur ne cesse de diminuer et on a besoin de diminuer encore ce produit caractéristique RA pour pouvoir conserver une résistance du capteur dans la bonne gamme. Or les matériaux usuels AlOx, MgO ne permettent pas de baisser suffisamment le produit RA (hauteur de barrière tunnel trop haute comme expliqué plus loin). On a donc besoin de nouveaux matériaux pour la barrière tunnel avec de plus faible hauteur de barrière.
Ce même besoin de matériaux à faible hauteur de barrière existe dans le contexte des oscillateurs radio fréquence à base de transfert de spin. Ces oscillateurs comprennent des jonctions tunnels magnétiques dans lesquels on génère des excitations de l'aimantation entretenues en utilisant le phénomène dit de « transfert de spin ». Ces excitations apparaissent typiquement à des densités de courant (J) supérieures à quelques 10 7 A/cm 2 . Comme les jonctions tunnels sont limitées en tension en raison des phénomènes de claquage électrique (typiquement à ~ 0.5volt), on comprend que cela impose une limitation sur la valeur maximale du produit RA à quelques Ω.μm 2 puisque V=RAJ (Loi d'Ohm). Ces valeurs sont difficiles à atteindre de façon fiable, reproductible et sans perte significative d'amplitude de magnétorésistance tunnel avec les matériaux comme AlOx ou MgO. Ici aussi, le besoin se fait donc sentir de pouvoir disposer de matériaux pour les barrières tunnels présentant une hauteur de barrière inférieure, donc une meilleure transparence pour les électrons tunnels. En ce qui concerne les mémoires magnétiques MRAM (acronyme de l'expression anglo- saxonne « Magnetic Random Access Memory »), c'est-à-dire les mémoires magnétiques à accès aléatoire, elles connaissent un regain d'intérêt de par la mise au point des jonctions tunnel magnétiques présentant une forte magnétorésistance à température ambiante. Ces jonctions tunnel magnétiques sont constituées d'un empilement de plusieurs couches alternativement magnétiques et non magnétiques.
De manière préférentielle, les deux couches magnétiques situées de part et d'autre de la couche non magnétique faisant fonction de barrière tunnel, sont réalisées à base de métaux 3d (Fe, Co, Ni) et leurs alliages. Ces couches sont également susceptibles d'être dopées par du bore ou du zirconium, afin de rendre amorphe la structure desdites couches et d'aplanir leur interface.
La barrière tunnel est une couche isolante ou semi-conductrice, et sépare donc les deux couches magnétiques précitées. Elle est le plus souvent constituée d'alumine amorphe (AlO x ) ou d'oxyde de magnésium cristallin (MgO).
Dans le cadre des mémoires magnétiques, les deux couches magnétiques situées de part et d'autre de la barrière tunnel se trouvent respectivement à l'état piégé et à l'état libre.
Par « piégé », on entend que l'orientation de l'aimantation de ladite couche est fixée alors même que l'orientation de l'aimantation de la couche dite « libre » est susceptible de varier sous l'effet par exemple d'un champ magnétique extérieur, l'orientation respective des aimantations des couches libre et piégée définissant l'état de la mémoire en résultant.
Afin de piéger la couche magnétique dite « piégée », il est connu de coupler celle-ci à une couche magnétique additionnelle réalisée en un matériau antiferromagnétique, tel que par exemple réalisée à base d'alliage de manganèse, plus particulièrement de PtMn, PdPtMn, NiMn, d'IrMn ou de FeMn.
Si sur le plan du principe physique, le fonctionnement de ces jonctions tunnel magnétiques a été démontré, on se heurte en revanche à une difficulté d'industrialisation. En effet, on cherche aujourd'hui à combiner pour les jonctions tunnel magnétiques mises en œuvre, quelle que soit leur application (mémoire magnétique, oscillateur ou tête de lecture), une haute valeur de la magnétorésistance, définie par la grandeur TMR (ratio de la magnétorésistance tunnel entre les configurations parallèles et antiparallèles des aimantations des dites couches libres et piégées), que l'on souhaite donc obtenir supérieure à 200 %, et une faible valeur du produit RA , typiquement inférieure à 1 Ω.μm 2 . Il existe plusieurs raisons pour lesquelles cette combinaison est importante : dans le domaine du stockage de masse sur disque dur, l'augmentation de la densité de stockage nécessite une diminution de la taille de la tête de lecture pour lire les informations de plus en plus fines inscrites sur le disque. Au niveau des jonctions tunnel, cela se traduit par une augmentation de leur résistance si on n'adapte pas leur produit RA. Pour maintenir une impédance de la tête constante autour de 50Ω, il est donc nécessaire de réduire progressivement le produit RA. Pour les densités du Tb/in 2 et au-delà, les produits RA nécessaires doivent être «lΩ.μm 2 . En parallèle, il est souhaitable que le signal de lecture ne se dégrade pas, donc que la TMR reste élevée. Or il est connu de l'homme du métier que si on réduit l'épaisseur de la barrière tunnel au dessous de 0,8nanomètre, l'uniformité voire la continuité de la barrière n'est plus assurée, ce qui entraîne une baisse rapide de la TMR. dans le domaine des mémoires, c'est le mode d'écriture qui nécessite d'abaisser le produit RA à des valeurs extrêmement faibles. En effet les MRAM de type STT- RAM (« Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory » ou mémoires magnétiques à écriture par courant polarisé en spin) sont écrites simplement en faisant circuler un courant polarisé en spin de forte densité à travers la jonction tunnel. Lorsque la densité de courant est supérieure à une valeur seuil (~10 7 A/cm2), on peut observer le renversement de l'aimantation de la couche libre, et ce sans assistance d'un champ magnétique. Pour éviter un claquage de la barrière tunnel, il est souhaitable de réduire fortement son produit RA, généralement au dessous de 5Ω.μm 2 . Plus on désire écrire rapidement, plus la densité de courant augmente. On estime donc qu'il faut descendre au dessous de lΩ.μm2. Comme pour les têtes de lecture, le signal de sortie de la mémoire est directement proportionnel à sa TMR. Il convient donc de la maintenir à un haut niveau tout en réduisant le produit RA.
Les jonctions tunnel magnétiques de l'art antérieur présentent en effet de nombreuses limitations. Tout d'abord, pour les jonctions tunnel magnétiques à barrière MgO de faible produit RA, c'est-à-dire voisins de 0,5 Ω.μm 2 , la valeur de la TMR est relativement faible, typiquement proche de 50 % à cause des effets d'inhomogénéité de l'épaisseur de barrière, ce qui réduit le signal (tension) de lecture et crée des points chauds dans la barrière tunnel (zone de plus forte densité de courant), augmentant les risques de claquage électrique de la jonction tunnel.
Par ailleurs, la hauteur de telles barrières tunnel est importante, typiquement voisine de 7,5 eV, ne permettant pas, ce faisant, d'accéder à des très faibles produits RA, tout en garantissant une bonne fiabilité (risque de claquage du fait de la très faible épaisseur de barrière nécessaire).
Qui plus est, on se heurte à des procédés d'oxydation complexes pour réaliser la barrière tunnel puisqu'on part le plus souvent d'une cible de magnésium pur.
Afin de surmonter ces difficultés, il a été proposé de remplacer la barrière tunnel, le plus souvent réalisée en MgO cristallisé, par du titanate de strontium (SrTiOs) polycristallin.
Sur le plan théorique, la mise en œuvre d'un tel matériau comme barrière tunnel permet d'aboutir aux avantages suivants : - TMR élevé (supérieur à 300 %) ;
• faible produit RA « 1 Ω.μm 2 ;
" hauteur de barrière réduite (< 4,5 eV) ;
" procédé d'élaboration simplifié (on part d'oxyde de SrTi et non du métal).
Cependant, en raison de la température de cristallisation du titanate de strontium, le développement de telles jonctions tunnel magnétiques n'a pas été rendu possible à ce jour. En effet, cette température de cristallisation reste très élevée, supérieure à 500 0 C, et donc non compatible avec les matériaux mis en œuvre pour les électrodes magnétiques situées de part et d'autre de la barrière tunnel.
En effet, la réalisation d'une barrière cristalline en SrTiO 3 s'effectue traditionnellement par voie de dépôt de vapeur physique (PVD) comme par exemple la pulvérisation cathodique ou par ablation laser et requiert en général des températures d'élaboration (dépôt ou recuit) typiquement comprises entre 550 et 800 0 C, dès lors incompatibles avec les couches magnétiques constitutives de l'empilement. EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention vise un procédé de réalisation de jonctions tunnel magnétiques permettant de surmonter ces inconvénients.
Elle repose sur la réalisation desdites jonctions tunnel magnétiques mettant en œuvre une barrière tunnel en matériau pérovskite au moins partiellement cristalline (par exemple po Iy cristalline) et des électrodes magnétiques conductrices conventionnelles par une technique de dépôt physique, en l'espèce constituée par la pulvérisation par faisceaux d'ions dite IBS (pour l'expression anglo-saxonne « Ion Beam Sputtering »). Cette technologie appartenant aux méthodes dites de pulvérisation, consiste à produire des ions issus d'une source et accélérés vers le matériau à pulvériser. Le bombardement produit par ces ions sur le matériau cible crée une vapeur métallique qui vient alors se déposer et se condenser sur le substrat ou sur une couche déjà déposée afin de former un film mince, typiquement d'épaisseur nanométrique afin d'aboutir aux effets physiques recherchés.
Ce faisant, cette méthode de réalisation, notamment de la barrière tunnel réalisée en titanate de strontium, conduit au dépôt d'une telle barrière amorphe, dont la température de cristallisation est réduite par rapport à celle utilisée dans l'état antérieur de la technique, typiquement inférieure à 400 0 C, et donc permettant d'aboutir, après recuit éventuel à une température inférieure ou égale à 400 0 C, à un degré de cristallinité important sans pour autant endommager les électrodes ou couches magnétiques situées de part et d'autre de ladite barrière tunnel, notamment au niveau des interfaces, ou par électromigration, ou par la formation de ponts métalliques (pinholes) à travers la barrière.
Ce faisant, cette méthode s'avère particulièrement compatible lorsque l'on met en œuvre des électrodes métalliques, avantageusement réalisées en alliage de CoFeB ou de CoFe, dont les propriétés structurelles et de transport électronique s'améliorent lorsqu'on les recristallise à des températures comprises entre 260 et 360 0 C selon la teneur en Bore.
En outre, dans le cadre de la mise en œuvre d'une couche antiferromagnétique à base d'un alliage de manganèse, destinée à piéger l'aimantation d'une des couches magnétiques en question, il devient très avantageux de pouvoir limiter à moins de 350 0 C la température du recuit destiné, à assurer la cristallisation la couche de titanate de strontium constitutive de la barrière tunnel. En effet, on limite ainsi la migration du manganèse dans la barrière tunnel qui aurait pour conséquence de dégrader considérablement les propriétés de transport tunnel.
Au surplus, lorsque les électrodes magnétiques situées de part et d'autre de la barrière tunnel, typiquement réalisées en CoFeB, sont réalisées également par dépôt par faisceaux d'ions IBS, celles-ci se présentent sous la forme amorphe. Lors de la phase de recuit, lesdites couches magnétiques en CoFeB sont recristallisées, aboutissant à une ségrégation du bore issu de dopage permettant d'augmenter signifîcativement le taux TMR, constituant l'un des buts recherchés par la présente invention.
Selon l'invention, les deux couches magnétiques situées de part et d'autre de la barrière tunnel, peuvent également être déposées par pulvérisation par faisceau d'ions sans rupture du vide. Dans cette configuration, la première couche magnétique est déposée sur une couche de croissance, elle-même déposée sur un substrat.
L'invention vise également une jonction tunnel magnétique constituée d'une couche réalisée en un matériau diélectrique apte à constituer une barrière tunnel, interposée entre deux couches magnétiques conductrices, respectivement : une couche magnétique de référence, dite « couche piégée », dont l'aimantation est de direction fixe et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique à aimantation dans le plan de la couche, couplée magnétiquement avec une couche de piégeage réalisée en un matériau antiferromagnétique ; - une couche magnétique de stockage, dite « couche libre », dont la direction de l'aimantation est variable, et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique à aimantation dans le plan de la couche.
Selon l'invention, le matériau constitutif de la barrière tunnel est constitué par un perovskite au moins partiellement cristallisé.
Avantageusement, le perovskite est polycristallin. L'invention vise en outre une jonction tunnel magnétique constituée d'une couche réalisée en un matériau diélectrique apte à constituer une barrière tunnel, interposée entre deux couches magnétiques conductrices, respectivement : une couche magnétique de référence, dite « couche piégée », dont l'aimantation est de direction fixe et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique à aimantation hors du plan de la couche, couplée magnétiquement avec une couche de piégeage réalisée en un matériau antiferromagnétique ; une couche magnétique de stockage, dite « couche libre », dont la direction de l'aimantation est variable, et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique à aimantation hors du plan de la couche ; et dans laquelle le matériau constitutif de la barrière tunnel est constitué par un perovskite au moins partiellement cristallisé.
Là encore, le perovskite est avantageusement polycristallin.
Selon l'invention, le perovskite est avantageusement choisi dans le groupe comprenant le titanate de strontium (SrTiOs), le BaTiO 3 , et plus généralement les composés de formule [Bai _ x Sr x ] TiO 3 avec x compris entre 0 et 1, le SBT (SrBi 2 Ta 2 Og) et le SBN (SrBi 2 Nb 2 O 9 ).
Avec la jonction tunnel magnétique ainsi obtenue, le produit résistance par surface R A de la barrière tunnel est inférieur à 1 Ω.μm 2 et en ce que la TMR est supérieure à 200 %.
L'invention vise enfin les mémoires magnétiques à accès aléatoire, les oscillateurs radiofréquences, les capteurs magnétorésistifs et les têtes de lecture de disques durs d'ordinateur intégrant une telle jonction tunnel magnétique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 est une illustration de la mise en œuvre de la jonction tunnel à barrière SrTiO 3 cristalline dans le cadre d'une mémoire magnétique conforme à l'invention, la figure 2 est une représentation schématique illustrant le principe de la pulvérisation par faisceaux d'ions. MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
A la figure 1, on a donc illustré un empilement magnétique obtenu conformément à l'invention, plus particulièrement destiné à constituer un point ou cellule mémoire d'une mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM).
Classiquement, celle-ci comporte une couche piégée 1, en l'espèce constituée d'une couche réalisée en un alliage CoFeB de 2 nanomètres d'épaisseur, et d'une couche de CoFe de 2 nanomètres d'épaisseur. Cette couche piégée est couplée magnétiquement avec une couche 2 à propriétés antiferromagnétiques, et en l'espèce réalisée en un alliage IrMn de 6-7nanomètres d'épaisseur.
Cette couche piégée est séparée d'une couche libre 3, également réalisée en alliage CoFeB, et en l'espèce de ~3nanomètres d'épaisseur, par la barrière tunnel 4 réalisée en pérovskite, par exemple en titanate de strontium SrTiCh, d'épaisseur inférieure à l,5nanomètre. Alternativement, le matériau peut être du titanate de baryum ou du titanate de Strontium et Baryum (SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 )), SBN (SrBi 2 Nb 2 O 9 )), ces différents matériaux possédant une structure simple ou double Pérovskites.
De part et d'autre de ces empilements, sont positionnées les couches traditionnelles, et notamment les électrodes supérieures et inférieures 5 et 6, d'amenée du courant électrique d'écriture ou de lecture du point mémoire considéré, et respectivement séparées de l'empilement précité par des espaceurs 7 par exemple en Ru ou Ta, qui servent de couches de croissance (au dessous) et de couche de protection (au dessus). Les amenées de courant peuvent être réalisées en Cu, Au, ou AlSi.
Selon l'invention, au moins la couche constitutive de la barrière tunnel 4 est réalisée par pulvérisation par faisceaux d'ions - IBS, dont le principe est illustré en figure 2.
L'empilement est réalisé sur un substrat (de silicium par exemple) par une séquence de dépôts de chaque matériau (1, 2, 3 et 4 + couche de croissance et couche de protection) à partir de cibles correspondantes dans l'ordre décrit sur la figure 1 en partant du bas. Il est avantageux d'effectuer la séquence complète dans le même équipement (IBS) sans rupture de vide. La pulvérisation par faisceau d'ions est un technique de dépôt physique en phase vapeur selon laquelle, dans une enceinte placée sous vide 20, des ions sont produits par une source 10 et sont accélérés vers le matériau à pulvériser 11. Selon cette technique, la source d'ions 10 génère un faisceau d'ions monoénergétiques positifs (d'énergie typiquement comprise entre 500 et 1500 eV), le faisceau étant défini spatialement. Le faisceau d'ions, usuellement des ions Ar + , bombarde une cible 11 constituée en l'espèce titanate de strontium pour obtenir une barrière en titanate de strontium. Les particules 12 ainsi pulvérisées par le faisceau d'ions sont émises dans le demi-espace 13 face à la cible et viennent se condenser sur une surface chauffée ou non 14 pour former une couche du matériau constitutif de la cible.
Les espèces pulvérisées résultant de ce bombardement sont alors émises dans le demi- espace 13 faisant face à la cible, et viennent se condenser sur la couche de CoFeB d'ores et déjà déposée sur le substrat, et ce pour former un film mince. L'absence de plasma dans l'environnement des couches permet une croissance avec peu de défauts et garantit des qualités d'interface très grandes, particulièrement appréciées dans le cadre du contrôle des propriétés des matériaux mis en œuvre dans les empilements de plusieurs couches d'épaisseurs nanométriques.
Le substrat est également soumis à un autre faisceau d'oxygène issu d'une source d'assistance, peu énergétique, typiquement comprise entre 50 et 100 eV, augmentant la compacité des couches de SrTiO 3 (ou BaTiO3 ou SBT), mais permettant également de contrôler sa stœchiométrie.
Le pompage de la chambre de pulvérisation est de type cryogénique. Le vide est de l'ordre de 2. 10 "8 torr.
Selon l'invention, les couches magnétiques respectivement 1 et 3 ainsi que la couche antiferromagnétique 2, peuvent également être obtenues par pulvérisation par faisceau d'ions (de même que les couches de croissance et de protection).
Les dépôts IBS sont avantageusement réalisés à température ambiante. La jonction tunnel résultant de cette méthode peut ensuite être soumise à une phase de recuit, s 'agissant notamment des couches magnétiques 1, 2 et 3, outre de la barrière tunnel 4, typiquement à une température inférieure à 400 0 C par exemple pendant 1 heure. Un champ magnétique peut être appliqué pendant le recuit pour induire l'orientation de l'aimantation de la couche piégée 1+2. En raison de cette phase de recuit, on confère à la barrière tunnel 4 un degré de cristallinité important sans pour autant endommager les couches magnétiques adjacentes, respectivement couche libre 3, couche piégée 1 et couche antiferromagnétique 2.
Au niveau des matériaux entrant dans la composition des couches libre et piégée, d'autres matériaux sont possibles. Le CoFe avec diverses compositions peut remplacer le CoFeB s'il n'est pas nécessaire d'avoir une électrode amorphe lors du dépôt. Le NiFe20 peut aussi être utilisé dans la couche libre en association avec le CoFeB ou le CoFe. Les couches libre et piégée peuvent être également constituées d'empilements antiferromagnétiques synthétiques du type Ferro/NM/Ferro où les matériaux ferro sont les matériaux précédemment cités et NM est généralement du Ru mais peut être aussi du Rh. Enfin des électrodes à aimantation perpendiculaire (type FePt, TbFeCo ou des multicouches (Co/Pt)) sont envisageables.
Bien évidemment, l'invention concerne également la jonction tunnel magnétique obtenue par ce procédé ainsi que les mémoires magnétiques à accès aléatoire, les oscillateurs radio fréquences, les capteurs, et les têtes de lecture.