Engineering MnNi bilayers for optimal MTJ sensors temperature resilience

As aplicações para sensores magnetoresistivos, como junções de efeito túnel (JET), têm crescido constantemente, com necessidade de maior resiliência térmica e maior alcance de condições para aplicações na faixa de pico a militesla. O presente trabalho mostrou MnNi ser um candidato viável para um AFM em bicamadas exchange coupled de sensores JET, com a tecnologia IBAD superando os resultados da IBD, maximizando o campo de exchange bias e a temperatura de blocking.

O trabalho realizado no INESC MN permitiu a deposição, medição e fabricação de sensores JET. Estudos de espessura de bicamada foram realizados, com melhores resultados alcançados para camadas espessas de MnNi (>40nm), e IBAD permitiu uma melhoria de 160Oe para 1046Oe de exchange bias. Estudos de temperatura de annealing mostraram melhores condições para 2h a 300°C. A análise de AFM e XRD mostrou que IBAD reduz a rugosidade superficial do AFM, facilitando o correto crescimento cristalino das camadas superiores, com uma diminuição simultânea de 16\% no tamanho do grão. Tb de 300°C~310°C foi encontrado para bicamadas MnNi-IBAD, e Tb de 424°C para IBD. Fenómenos incomuns como um aumento inicial em Hex com a temperatura e uma diminuição acentuada de Hex perto de Tb foram observados.

Sensores JET microfabricados foram caracterizados com equipamentos VSM e R(H). Uma diminuição efetiva do exchange bias foi observada para amostras IBAD, e em ambas as amostras nenhuma anisotropia de forma cruzada foi alcançada, com a camada de referência não definida. Foi observado um deslocamento da curva R(H), sensores funcionais foram mapeados e valores baixos de MR de 0.76% foram alcançados, com melhores resultados para pilares retangulares do que elípticos.