Transmission dépendant du spin dans des jonctions Fe / GaAs

Dans ce troisième chapitre, nous décrivons et discutons les résultats des expériences de transmission que nous avons menées sur différentes jonctions Schottky Fe / GaAs.1 Dans une première partie, nous nous intéressons exclusivement à la structure Pd / Fe / GaAs dont l’analyse à très basse énergie est rapportée dans le Chapitre I, et nous présentons une étude détaillée de la transmission et de sa dépendance en spin pour des énergies d’injection comprises entre le niveau du vide de la couche de palladium et 1 keV. Les variations de ces deux quantités avec EP sont alors interprétées phénoménologiquement. Puis, dans la deuxième partie de ce chapitre, nous proposons une approche semi-quantitative du transport. Le modèle que nous avons développé traduit de manière simple la propagation et la thermalisation de la distribution électronique injectée dans la jonction. Il prend notamment en compte les différents mécanismes de relaxation de l’énergie et intègre la variation du libre parcours moyen inélastique des électrons avec leur énergie dans la couche métallique. Enfin, nous présentons dans une troisième partie des mesures complémentaires effectuées sur d’autres jonctions du même type. Ces mesures confirment les résultats obtenus sur la première structure et mettent en évidence l’intérêt à poursuivre ces expériences de transmission en faisant varier les caractéristiques des jonctions (épaisseurs des couches, nature des matériaux, …).

L’échantillon

L’échantillon étudié est composé d’une couche métallique de quelques nanomètres d’épaisseur déposée sur un semi-conducteur. Le substrat est en arséniure de gallium et est fortement dopé n (1019 cm-3) de manière à réaliser en face arrière de l’échantillon un contact  ohmique pour la mesure du courant transmis. Une couche d’un micron de GaAs de type n, moins dopé (1016 cm-3), est alors épitaxiée sur ce substrat. Ce dopage modéré est nécessaire à  l’obtention d’un bon contact redresseur après dépôt du métal. Préalablement au dépôt de fer, l’arséniure de gallium est oxydé par ozonation sous rayonnement ultra-violet. Le rôle de l’oxyde formé est de limiter l’interdiffusion entre le Fe et le GaAs. On évite ainsi la formation d’une couche magnétiquement morte à l’interface avec le GaAs, et on améliore la caractéristique électrique de la jonction. Cette couche d’oxyde est suffisamment mince (2 nm) pour que le transport des électrons se fasse par effet tunnel. L’influence de cette couche d’oxyde sera négligée par la suite. La couche de fer de 3,5 nm d’épaisseur est déposée sur la surface d’oxyde puis est recouverte de 5 nm de palladium pour prémunir le fer d’une oxydation durant le transport entre l’enceinte d’évaporation et la chambre d’étude. La structure

Cette jonction peut être décrite par un circuit équivalent constitué d’une diode Schottky idéale caractérisée par un courant de saturation I0 (voir Eq. II. 3) connectée en parallèle à une capacité C et une résistance RP, l’ensemble étant en série avec une résistance RS (Figure III. 1).2 La capacité permet d’inclure, dans la description de l’échantillon, l’influence de la zone de charge d’espace sur la réponse du système à une excitation électrique alternative. La résistance parallèle RP rend compte du comportement non idéal de la jonction sous polarisation inverse (existence de courants de fuite), et RS inclut la résistance de contact et la  résistance série RS et la caractéristique devient linéaire. Pour V < 0,1 Volt, le régime d’avalanche apparaît. La jonction garde donc un comportement quasi-idéal (seuls RP et la diode interviennent) dans une gamme de tension très étroite. En pratique, pour mieux décrire le courant autour de V = 0 (-0,1 < V < 0,1 Volt), on introduit un coefficient d’idéalité (noté n) de sorte que la relation qui relie le courant dans la jonction à la tension de polarisation s’écrit : estimer la hauteur de la barrière ΦB à 0,7 eV en prenant A** = 8,6 A.cm-2.K-2.3 D’autre part, la pente de la tangente à la courbe I / V pour V = 0 donne Z(ω = 0) ≈ 800 kΩ, et on en déduit que RP ≈ 4 MΩ.