Étude des propriétés de transport de structures MgO/GaAs (001) pour l'électronique de spin

Transport properties study of MgO/GaAs (001) contacts for spintronic

• Auteur / Autrice : Sylvain Le Gall
• Direction : Philippe Schieffer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures électriques

Semiconducteurs -- Défauts

MOS (électronique)

Contacts métal-semiconducteur

Spintronique

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de recherche ayant trait au développement de dispositifs basés sur l’injection et la détection de courant polarisé en spin associant métaux ferromagnétiques (FM), semi-conducteurs (SC) et oxydes. La jonction FM/MgO/GaAs apparait comme un candidat prometteur dans ce domaine. Nos travaux ont porté sur l’étude des mécanismes de transport et des propriétés électriques et électroniques (par des mesures I(V) et C(V)) d’hétérostructures métal/MgO/GaAs_n pour différentes concentrations de dopage du semi-conducteur et d’épaisseurs d’oxyde. Les mécanismes qui gouvernent le transport électronique ont été identifiés et le mode de fonctionnement des différentes structures compris. Nos résultats montrent qu’aucune de nos structures métal/MgO/GaAs ne permet d’accéder au critère théorique énoncé par Fert et Jaffrès pour une structure latérale FM/barrière tunnel/SC/barrière tunnel/FM : d’après notre étude, il n’est pas possible, par notre méthode de préparation, de réaliser des dispositifs basés sur le contact MgO/GaAs permettant d’injecter et de détecter efficacement un courant polarisé en spin à température ambiante. Ceci s’explique par le fait que pendant la phase de dépôt du MgO, des défauts sont induits dans la bande interdite du semi-conducteur sur des profondeurs de plusieurs dizaines de nanomètres.

The background of this thesis work is the growing development of spintronic devices based on injection and detection of spin polarized current from a ferromagnetic metal (FM) into a semiconductor (SC) through a thin oxide tunnel barrier. The FM/MgO/GaAs contact appears as very promising candidate. In this framework, we have studied the transport mechanisms and electrical properties methods of Au/MgO/GaAs heterojunctions using I(V) and C(V) for various doping concentration and oxide thickness. We have determined the transport mechanisms which control the current injection and understood the mode of operation of this kind of structures. Our results show that the Fert and Jaffrès’s theoretical criterion for lateral FM/tunnel barrier/SC/tunnel barrier/FM structure is not fulfilled for none metal/MgO/GaAs junctions: this study demonstrate that it is not possible to inject and detect spin-polarized current efficiently through MgO/GaAs contact at room temperature with our growth method. The main fundamental reason for this failure is that deposition of MgO induces defects which extend on a depth of several tens of nanometer in semiconductor band gap.