spinvalves fabrication with microfabrication thecniques
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SPIN VALVES FABRICATION
Ana Sabino e Paula AntunesMestrado Integrado em Engenharia BiomdicaMicro e Nanofabricao2 semestre2009/20102009/2010
1Sabino, A.; Antunes, P.
Orientadora: Vernica
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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
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Aplicaes
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Mscara
Estrutura optimizada desenhada em Autocad (medidas em um)
8 spin valves por coluna
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4 colunaspor die
30 dies naamostra
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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
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Info: SV 146MR = 4.9%
Hf = 5 OeHc = 4 Oe
He > 300 Oe
spin valve
337
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1 Exposio Definio da spin valve
11 de Maio
Como colar a amostra na bolacha
pinnedfree4 passos4 passos
1 -
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Curvas de velocidades de rotao
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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 -
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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
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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.
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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
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20x 50x 100x
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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
Sabino, A.; Antunes, P. 10
local de leitura (quadrados semxido)
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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
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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
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Aluminum Lift-off
Incompleto
Completo
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10x 50x 100x
Completo
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Caracterizao
z /
Perfilmetro Resistividade
d
t
l
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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Lift-off do xidoLift-off incompleto
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Lift-off completo
50 x100x
Alumnioxido
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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
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1
5
3
2
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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
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Au lift-off
Alumnio
xido
Ouro
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Lift-off concluido
54321
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50x
100x
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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).
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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
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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.
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Resultados do spotting
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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
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Sample I / A R / Magnetic range /
OeMR % Check
1e-3 760 [-140:20:140] 5.8 no
pinnedfree
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Annealing
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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
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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).
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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)
Sabino, A.; Antunes, P. 28
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
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Problemas em algumas Dies
Sabino, A.; Antunes, P. 29
Aluminio corruido o reagente de revelao
etchante de aluminio