Couches minces de ZnCoO déposées par ablation laser pulsée : effet de dopage sur les propriétés structurales et magnétiques

ZnCoO thin films grown by pulsed laser deposition : influence of doping on the structural and magnetic properties

• Auteur / Autrice : Herrade Bieber
• Direction : Aziz Dinia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt par laser pulsé

Couches minces

Ferromagnétisme

Semiconducteurs

Résumé

Cette étude s'inscrit dans le domaine de l'électronique de spin, qui combine à la fois la charge et le spin de l'électron pour la réalisation de nouveaux dispositifs notamment ceux visant le stockage d'information. Jusqu’à présent, la réalisation de ces dispositifs pour l’électronique de spin a été freinée par la problématique de l’injection d’électrons avec une direction de spin contrôlée dans un semi-conducteur. En effet l'injection d'électrons polarisés en spin à partir d'un métal ferromagnétique vers un semi-conducteur est limitée par la différence de résistivité entre ces deux matériaux. Une solution a été de rendre le semi-conducteur ferromagnétique. Pour cela, une partie des ions de la matrice semi-conductrice non magnétique est remplacée par des ions magnétiques. L'oxyde de zinc dopé au cobalt est un candidat prometteur, car il lui est prédit dans le cas de la présence de porteurs de charge libres une température de Curie supérieure à la température ambiante. Néanmoins, l'origine de ce ferromagnétisme observée dans la littérature reste controversée. Nous avons donc étudié ZnCoO sous forme de couches minces déposées par ablation laser pulsée. L'étude s'est ensuite focalisée sur l'influence sur les propriétés structurales et magnétiques de la polarité des porteurs de charge par un dopage supplémentaire à l'aluminium et à l'argent. Nous avons pu mettre en évidence l'importance des défauts dans le mécanisme du ferromagnétisme observé à température ambiante dans les couches minces de ZnCoO.

The combination of the charge and the spin of the electron giving rise to the new field of spintronics, has led to the realization of new devices amongst others in the field of data storage. Till now, the major difficulty to realize such devices was to obtain spin injection of controlled spin direction into a semi-conductor. Indeed the spin injection from a ferromagnetic metal into a semi-conductor is restrained by the difference of resistivity in both materials. One solution consisted in making the semi-conductor ferromagnetic. Such diluted magnetic semi-conductors (DMS) are composed of a semi-conducting matrix, in which a part of the ions is replaced by magnetic ions. Co-doped zinc oxide is a promising DMS, as it is predicted a Curie temperature above room temperature for this material when doped with transition metals thus giving additional charge carriers. Nevertheless, the origin of the observed ferromagnetism in literature remains controversial. We have thus studied thin films of ZnCoO deposited by pulsed laser deposition. The study has then been focused on the influence of the polarity of charge carriers on the structural and magnetic properties of the thin films by additional doping with silver and aluminum. We have evidenced the importance of the presence of defects on the origin of the observed ferromagnetism in the thin films.