Towards low noise, biaxial magnetic field imaging of electrical currents with magnetic tunnel junctions

Resumo

Nesta dissertação, Junções de Efeito de Túnel (JETs) são exploradas no contexto de aplicações de Análise Não-Destrutiva por meio de inspeção do campo magnético produzidos por correntes eléctricas em dispositivos microeletrónicos. Um novo protótipo de sensores JET é proposto e testado, combinando deteção biaxial a baixo ruído do campo magnético.

Um solução que combine deteção simultânea de duas componentes a baixo ruído do campo magnético é favorecida em detrimento da melhoria da resolução espacial, o que é sustentado pelos padrões de integração microelectrónica de estado-da-arte e por simulações das assinaturas magnéticas produzidas por configurações de correntes elétricas simples encontradas no contexto de falhas em microelectrónica. Os sensores baseados em JETs incorporam barreiras cristalinas de MgO, tendo sido depositados por pulverização catódica em magnetrão, ao que se seguiu a sua padronização em pilares com diferentes fatores de forma de modo a linearizar a sua resposta magnética.

Estes pilares foram dispostos em série, em diferentes geometrias. Seguiu-se um único passo de recozimento na presença de um campo magnético aplicado a 45º, de forma a definir uma direção de referência comum entre os sensores. Simetria nas propriedades de magnetotransporte entre sensores de eixos diferentes, assim como robustez contra campos cruzados e sensitividades na zona linear oscilando entre 10-20 % / mT foram obtidos após fabricação.

Um elevado acoplamento foi medido ao longo das direções sensíveis, para o qual diversas hipóteses de origem são avançadas e confrontadas com um modelo de Stoner-Wohlfahrt para o sistema em questão. Finalmente, medições de ruído foram efetuadas na ausência de campo, a partir das quais os parâmetros de qualidade foram calculados, tendo sido inferiores aos necessários na gama de aplicações a médio e longo alcance.

Um reduzido produto resistência-área e anisotropia uniaxial induzida na camada livre das JETs são elencados como parâmetros fulcrais para uma abordagem bem sucedida ao complexo desafio de deteção biaxial a baixo ruído do campo magnético com JETs, cujo recozimento é feito num só passo, de modo a definir as duas direções sensíveis ortogonais.