spinvalves fabrication with microfabrication thecniques

SPIN VALVES FABRICATION

Ana Sabino e Paula AntunesMestrado Integrado em Engenharia BiomdicaMicro e Nanofabricao2 semestre2009/20102009/2010

1Sabino, A.; Antunes, P.

Orientadora: Vernica

Estrutura, em camadas, constituda pormateriais magnticos e no magnticos(espaador) cuja resistncia elctrica dependedo estado de spin dos electres, que pode sercontrolado por um campos magnticoexterno.

O que uma spin valve?

medida que o campo magntico atravessaa amostra, dois estados distintos podemexistir:

Sabino, A.; Antunes, P. 2

Os materiais usados possuem diferentes coercividadesmagnticas, dando origem a curvas de histere. Devido adiferentes caoercividades uma das camadas (soft) altera asua polaridade sob campos magnticos fracos enquanto quea outra (hard) altera a sua polaridade sob camposmagnticos fortes.

existir:- Magnetizaes da camada paralela- Magnetizaes da camada anti-paralela

Aplicaes


Mscara

Estrutura optimizada desenhada em Autocad (medidas em um)

8 spin valves por coluna


4 colunaspor die

30 dies naamostra

TiW (150)))) Antioxidante

Ta (20))))

MnIr (60)))) Camada antiferromagntica

CoFe @90 (22)))) Camada presa pelo MnIr

Amostra

Espessura total da spin valve

CoFe @90 (22))))

Cu (20)))) Espaador

CoFe (20)))) Camada livre

NiFe (25))))

Ta (20))))

Al2O3 (500)Camada de passivao (evitar curto-circuito visto que a bolacha de silcio um dielctrico)

Silcio Suporte


Info: SV 146MR = 4.9%

Hf = 5 OeHc = 4 Oe

He > 300 Oe

spin valve

337

1 Exposio Definio da spin valve

11 de Maio

Como colar a amostra na bolacha

pinnedfree4 passos4 passos

1 -

2 -

Curvas de velocidades de rotao

3 -

Sabino, A.; Antunes, P. 7Sabino, A.; Antunes, P. 7

PR +LuzStackSilcio

Nominal laser power is 120 mW The minimum step of this system is 0.2 m, and the minimum feature is 0.8 m

Alinhamento

Marca de alinhamento

Aps este passo Verificar a revelao ao microscpio com o filtro! No expor a amostra luz para o caso de necessitarmos revelar mais.

4 -

Ion MillingEtching

Rdio frequncia

Gs

Grelha positiva

Alvo rotativo

Tcnica utilizada para arrancaros tomos de metal depositadospreviamente na amostra (stack)por transferncia de momentoquando os ies de Ar colidem


Gs rgon

Plasma (Ar, e- e Arn+) Grelha

negativa

Arn+

ngulo da amostra: 70Rotao : 40%

quando os ies de Ar colidemcom este.

O PR protege as reas de filme que queremos.

O PR que no foi exposto ao laser removido pelo resist strip.

PR strip

Se for muito intenso ou durante muito tempo podemos danificar a estrutura

65 C Ultrassons


20x 50x 100x

Definio dos contactos

Os contactos de alumnio estaroconectados a cada uma das spinvalves. So eles que transportam ainformao da spin valve at aolocal de leitura (quadrados sem


local de leitura (quadrados semxido)

2 layer da mscara pistas de alumnio.

Alinhamento die a die para evitar deslocamentos pois com uma amostra togrande um ligeiro desvio o suficiente para que os contactos no ficquem bemposicionados.

2 Exposio Definio dos contactos


Realizamos 3 mdulos

Mdulo 2: 1min de soft sputter etch

Mdulo 4: 1min e 20seg de deposio )

Deposio de Al e TiW

Mdulo 4: 1min e 20seg de deposio de alumnio (3000 )

Mdulo 3: 27seg de deposio de titnio tungstnio


Aluminum Lift-off

Incompleto

Completo


10x 50x 100x

Completo

Caracterizao

z /

Perfilmetro Resistividade

d

t

l


x /

m m

m

m mm

Amostra l/m d/m t/mA/m2

V/V I/A R//m

Al (3000)+TiW(150)

1.00E-

02

4.00E-

03

3.00E-

10

1.2E-

12

3.00E-

03

1.00E-

02

3.00E-

01

3.60E-

11

Camada de passivao

A camada de passivao (xido) cobretoda a die menos nos locais de leitura.Se ficar danificada na zona dos pads deouro, tal provocar curto-circuito entreo ouro e o alumnio e ficar inutilizvel.


Duas camadas:Alumina (Al2O3): 1000 Silica (SiO2): 2000

Deposio Al2O3 e SiO2Definio da camada de passivao

Deposition time Thickness Gas flow Base pressure Power Source Machine


Deposition time Thickness Gas flow Base pressure Power Source Machine

Al2O3 1h30min 1000 45 sccm 10 -7 Torr 200 W UHV2

SiO2 90min 2000 20 sccm 10 -7 Torr 140 W Alcatel

Elipsometria

uma tcnica ptica verstil paraaveriguao das propriedades dielctricas (indice de refraco complexo e funodielctrica) de filmes finos. O filme tem queser transparente.

Comprimento de onda fixo a 632,8 nmngulo fixo a 70


Amostra Espessura esperada / Delta/ Psi/ Tu / Nu

Al2O3 1000 53,79 55,14 1015 1,645

SiO2 2000 255,16 19,08 2362 1,488

ngulo fixo a 70

Lift-off do xidoLift-off incompleto


Lift-off completo

50 x100x

Alumnioxido

PADS de ouro

A camada de ouro ser a camada de interface entre o que se pretende medir e osensor. Est poder ser funcionalizada para estudos qumicos/biolgicos.

Para uma optimizao da distribuio desta camada pela die foram experimentadas 5mscaras.

1

43


1

5

3

2

50 de Crmio e 200 de Ouro

Deposio de Au

Deposition time Thickness Gas flow Base pressureDeposition

Pressure

Cr 1 min 50 20 Sccm 10 -7 Torr 3.36 mT

Au 11 min 200 20 Sccm 10 -7 Torr 3.36 mT

Au lift-off


Au lift-off

Alumnio

xido

Ouro

Lift-off concluido

54321


50x

100x

Cortar as amostras em dies individuais (30). Para protegeras amostras primeiro fazemos coating com photoresist(recipe 6/2) e este s retirado quando a die em questofor utilizada. usada uma serra de diamante e todo oprocesso arrefecido com gua. A amostra foi construdacom 400 um de intervalo entre cada die (espessura daserra).

Dicing

serra).


Spotting

Spotting um processo em que so colocadas gotas de um liquido sobre uma superfcie.

No nosso caso foram colocadas uma ou duas gotas de quatro solues diferentes sob os pads de ouro das spin valves.

Como realizamos cinco geometrias diferentes para os pads de ouro, o spottingdestinava-se a comprovar qual a mais adequada para os estudos que esto a


destinava-se a comprovar qual a mais adequada para os estudos que esto a decorrer

Sample Drop volume Material spotted Check

For each die

60 plTris EDTA pH7.4 10

mM*ok

60 pl DNA negative control* ok

2 X 60 pl DNA positive control* ok

60 pl DNA positive control* ok

Result100X100 Bad150X150 GoodContinuo Good

13X40Need chemistry for check

2* 2.5X40

Colocamos as spin valves em ustrip edepois no UVO cleaner para aspreparar para o spotting. Para almde as deixar limpas o UVO cleanertorna a camada de passivaoligeiramente hidrofbica o quefacilita o spotting.

Resultados do spotting


Ao realizarmos a curva de transferncia chegamos concluso que a orientao das spinvalves no era a desejada e como tal procedemos a um processo denominado annealing pararodar a pinned layer 90 e assim j foi possvel obter a curva de transferncia.

Curva de transferncia


Sample I / A R / Magnetic range /

OeMR % Check

1e-3 760 [-140:20:140] 5.8 no

pinnedfree

Annealing


MaximumTemperature

TemperatureRate

Time ofmaximum

temperatureField

280C 5C/min 20 min 1T

I / A R / Magnetic range / Oe

MR % Check

1e-3 760[-

140:20:140]5.4 yes

Wire bonding um mtodo utilizado paraligar um circuito integrado a uma placa decircuito impresso (PCB), na fabricao de semicondutores.

Material Loop Force Time Power

Aluminium 3-4 3 3 3/35

Wire Bonding

condutores.

Utiliza-se fio de alumnio (susceptivel aultrassons)

Thermosonic Bonding: processo une doismateriais recorrendo ao aqueciimentoresultante da presso e ultrassons aplicados(solda).


Plataforma electrnica

MR%5.898 5.7369 5.6221 5.4321

5.6415 5.6652 5.4342 -5.7001 5.6889 5.5977 5.5525.6368 5.6718 5.5412 5.5089

5.7002 - 0 05.637 5.7167 0 0

5.6949 0.01 0 05.7432 5.8482 0 0

Resistance (Ohm)


Resistance (Ohm)743.93 767.08 736.25 742.23732.00 763.69 728.65 -739.48 748.70 740.62 772.20737.53 762.87 777.09 745.74

734.39 - 1605.07 1605.07750.74 782.14 1605.07 1605.07758.01 999.37 1605.07 1605.07781.81 771.41 1605.07 1605.07

Problemas em algumas Dies


Aluminio corruido o reagente de revelao

etchante de aluminio

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