Випуски МФіНТ »  Том 45, випуск 2

Вплив товщини діелектрика та площі контакту на електричні властивості системи Fe/MgO/Fe

В. О. Бурлаков, О. Є. Погорелов, О. В. Філатов

Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 28.12.2022; остаточний варіант - 12.01.2023. Завантажити: PDF

За допомогою оригінальної методики в роботі досліджено електричні властивості тунельної тонкоплівкової системи Fe/MgO/Fe, у якої одним із металевих елементів виступав залізний зонд, що контрольовано заглиблювався в об’єм діелектрика. Це дозволило дослідити електричні властивості системи Fe/MgO/Fe за зміни фізичних параметрів, таких як площа контакту та товщина діелектрика. За отриманими результатами провідності для системи Fe/MgO/Fe визначено коефіцієнти та закономірності, що дали змогу аналітично розраховувати вольт-амперні характеристики в широкому діапазоні товщини діелектрика та площі контакту. Встановлено, що опір тунельної системи Fe/MgO/Fe має немонотонну залежність від товщини діелектрика та зростає приблизно в 3 рази при збільшенні товщини MgO на 0,21 нм. Збільшення площі контакту призводить до лінійного зменшення опору системи Fe/MgO/Fe зі збереженням величини густини струму та наближенню експериментальної вольт-амперної характеристики до лінійної залежності. Це пов’язували з впливом локальних областей провідності, що виникають за рахунок дефектів та домішок, на характер провідності системи. За допомогою електричного пробою діелектрика для отриманих вольт-амперних характеристик визначалась товщина діелектрика і гранична напруга, за якої зберігається тунельний характер провідності. Встановлено, що в діапазоні товщин MgO 1–4 нм діелектрична міцність зростає до 6,6 МВ/см, а в діапазоні 4–10 нм зменшується до 6,2 МВ/см.

Ключові слова: оксид магнію, тунельний струм, товщина діелектрика, площа контакту, діелектрична міцність, вольт-амперна характеристика.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i02/0157.html

PACS: 73.61.Ng, 77.22.Jp, 77.55.+f, 81.07.Lk, 81.70.Bt, 84.37.+q

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. C. J. Lin, S. H. Kang, Y. J. Wang, K. Lee, X. Zhu, W. C. Chen, X. Li, W. N. Hsu, Y. C. Kao, M. T. Liu, W. C. Chen, Yi Ching Lin, M. Nowak, N. Yu, and L. Tran, IEEE Int. Electron Devices, 1 (2009).
  2. S. W. Chung, T. Kishi, J. W. Park, M. Yoshikawa, K. S. Park, T. Nagase, K. Sunouchi, H. Kanaya, G. C. Kim, K. Noma, M. S. Lee, A. Yamamoto, K. M. Rho, K. Tsuchida, S. J. Chung, J. Y. Yi, H. S. Kim, Y. S. Chun, H. Oyamatsu, and S. J. Hong, IEEE Int. Electron Devices, 27.1.1 (2016).
  3. H. Noguchi, K. Ikegami, K. Kushida, K. Abe, S. Itai, S. Takaya, N. Shimomura, J. Ito, A. Kawasumi, H. Hara, and S. Fujita, IEEE Int. Solid-State Circuits Conf., 1 (2015).
  4. Y. D. Chih, Y. C. Shih, C. F. Lee, Y. A. Chang, P. H. Lee, H. J. Lin, Y. L. Chen, C. P. Lo, M. C. Shih, K. H. Shen, H. Chuang, and T. Y. J. Chang, IEEE Int. Sol-id-State Circuits Conf., 222 (2020).
  5. S. Yuasa, A. Fukushima, K. Yakushiji, T. Nozaki, M. Konoto, H. Maehara, H. Kubota, T. Taniguchi, H. Arai, H. Imamura, K. Ando, Y. Shiota, F. Bonell, Y. Suzuki, N. Shimomura, E. Kitagawa, J. Ito, S. Fujita, K. Abe, K. Nomura, H. Noguchi, and H. Yoda, IEEE Int. Electron Devices, 3.1.1 (2013).
  6. K. C. Chun, H. Zhao, J. D. Harms, T. H. Kim, J. P. Wang, and C. H. Kim, IEEE Int. Solid-State Circuits Conf., 48, No. 2: 598 (2013). Crossref
  7. W. Zhao, X. Zhao, B. Zhang, K. Cao, L. Wang, W. Kang, Q. Shi, M. Wang, Y. Zhang, Y. Wang, S. Peng, J. O. Klein, L. A. De Barros Naviner, and D. Ravelosona, Mater., 9, Iss. 1: 41 (2016). Crossref
  8. V. Burlakov, O. Filatov, and O. Pogorelov, phys. status solidi (b), 258, Iss. 4: 2000502 (2020). Crossref
  9. D. V. Dimitrov, Zh. Gao, X. Wang, W. Jung, X. Lou, and O. G. Heinonen, Appl. Phys. Lett., 94: 123110 (2009). Crossref
  10. J. G. Simmons, J. Appl. Phys., 34: 1793 (1963). Crossref
  11. B. Koslowski, C. Dietrich, A. Tschetschetkin, and P. Ziemann, Phys. Rev. B, 75: 035421 (2007). Crossref
  12. R. Lavrijsen, MgO Based Magnetic Tunnel Junctions (Eindhoven: Eindhoven University of Technology: 2006).
  13. S. D. Karpukhin, J. A. Bykov, M. K. Boychenko, and V. O. Cheptsov, Ska-niruyushchaya Tunnel’naya Mikroskopiya. Apparatura, Printsip Raboty, Primenenie [Scanning Tunnelling Microscopy. Equipment, Principle of Opera-tion, Application] (Moscow: MGTU imeni N.J. Baumana: 2001) (in Russian).
  14. A. A. Khan, J. Schmalhorst, A. Thomas, O. Schebaum, and G. Reiss, J. Appl. Phys., 103: 123705 (2008). Crossref
  15. I. Yanagi, K. Fujisaki, H. Hamamura, and K. Takeda, J. Appl. Phys., 121: 045301 (2017). Crossref

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 2000–2023 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»