Universidad de Carabobo Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología Departamento de Física

Transcripción

1 Universidad de Carabobo Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología Departamento de Física Caracterización de películas delgadas magnéticas y nano estructuras magnéticas Autor: Alexander Fernández Tutor Académico: Prof. Alfredo Macias Tutor Empresarial: Dr. Hans Werner Schumacher Valencia 2014

2 Descripción de la Empresa Esta pasantía fue realizada en el tiempo comprendido del 10 Agosto hasta el 12 Octubre del 2012 en el Instituto Físico Técnico Alemán (Physikalisch Technische Bundesanstalt PTB), ubicado en la Ciudad de Braunschweig Alemania. El Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB, fue fundado en el año 1887 sobre las bases de las ideas de Werner von Siemens y Hermann von Helmhotz y es el instituto nacional de Metrología de Alemania. El PTB está estructurado en 10 divisiones científico técnicas, subdivididas en más de 100 secciones y proyectos con un personal de aproximadamente 1800 miembros. El PTB realiza un trabajo de investigación y desarrollo fundamental en el campo de la metrología como base para todas las tareas que tiene asignadas en las áreas relativas a la determinación de las constantes fundamentales y naturales, la realización, el mantenimiento y la difusión de las unidades legales de la SI. También se encarga de aspectos elaciones con la ingeniería de seguridad, los servicios y la metrología legal, así como la transferencia de tecnología. Como resultado de su estrecha colaboración con universidades, otros institutos de investigación y la industria, el PTB se ha convertido en un miembro de la comunidad de todos los que persiguen la investigación en Alemania, y hace uso de estos links para el beneficio de todos los involucrados. La comparación con los institutos nacionales de metrología de otros países asegura una evaluación crítica constante al más alto nivel de la metrología. El trabajo conjunto del PTB en proyectos con muchos países, garantiza la comparabilidad y la fiabilidad de los resultados de la medición en todas partes del mundo sobre una base a largo plazo.

3 Descripción general de las tareas a realizar por el alumno Las tareas estuvieron centradas en la caracterización de magnetotransporte de películas delgadas magnéticas y nano estructuras magnéticas. Para fabricar estas estructuras se trabajo en una sala de fabricación de dispositivos, en la cual se uso la técnica de litografía ( Lift off ) para moldear las nano estructuras en nano hilos magnéticos. Para caracterizar las estructuras se realizaron mediciones a temperatura ambiente de la magnetoresistencia de las estructuras usando la técnica de medición a cuatro puntas, también se utilizo un aparato de medición llamado Lock in Amplifier para la medición igualmente de la magneto resistencia. No solamente se realizaron mediciones de las estructuras fabricadas en la sala de fabricación de dispositivos, sino que también, se midió un micro sensor de una magnetoresistencia anisotropica de una industria amiga al PTB. Para finalizar se realizo un estudio de cómo era la respuesta en frecuencia en el rango de los GHz de una película delgada magnética, para las mediciones se utilizo un aparato llamado Vector Network Analyzer, el fenómeno está basado en la resonancia ferromagnetica. Para el control de los aparatos y la adquisición de data se utilizo un software llamado Lab wiev y para el análisis de data se utilizo un software llamado Origin.

4 Descripción técnica de la tarea más relevante El proceso de fabricación de los nano hilos fue el siguiente: Al Sustrato de SiO y se le aplico una película de un material fotoresistivo. Litografía con un Haz de electrones para remover el material no deseado. Se evaporo una película de NiFe sobre el sustrato. Por último se reveló la película usando la técnica de Lift off.

5 La estructura que quedo al finalizar el proceso de fabricación tenía una forma de L como se muestra en la figura siguiente: Las dimensiones son las siguientes: Tramo Largo= 6 µm. Tramo Corto= 2 µm. Radio del Codo= 250 nm. Ancho = nm, este ancho iba variando ya que se fabricaron varias muestras. Hueco = 50% del Ancho. Para poder medir la resistencia a la muestra se le colocaron unos contactos de Ti/Au, el procedimiento fue el siguiente:

6 Se le aplico una película de un material fotoresistivo. Litografía con un haz de electrones. Evaporación de Ti/Au sobre la muestra. Se reveló la película usando la técnica de Lift off. Una imagen de los contactos ya en la muestra se puede apreciar en la figura siguiente: Usando un microscopio electrónico de barrido (SEM), se le tomo una foto de cómo se veían las estructuras fabricadas, se puede apreciar en la siguiente figura:

7 Para caracterizar las estructuras, se media como variaba su resistencia en función de un campo magnético externo aplicado. Esto se hizo para varias muestras cambiando la magnitud del campo externo aplicado, y midiendo en diferentes contactos a lo largo de la muestra. En la siguiente figura se presenta una de las mediciones obtenidas, en donde se puede ver como es la variación de la resistencia en función del campo magnético aplicado.

8 Conclusión La realización de esta pasantía ha permitido el desarrollo de un tema de investigación para un trabajo especial de grado como lo es: El estudio de las propiedades magnéticas y termo magnéticas de estructuras de NiFe y de uniones túneles magnéticas de CoFeB/MgO/CoFeB.