For the development of high performance spintronics devices, the fabrication of tunnel barrier with high quality is a critical issue. Currently, MgO barrier is known to be the best candidate for high tunnel spin polarization. So far, MgO barrier of high quality re-quired MBE system, which provides high quality MgO film, but is very high in cost and slow in process. Thus to succeed in chip integration of spintronics devices with CMOS technology and other electronic system, study on fabricating MgO barrier with industrial friendly method is necessary. In this study, MgO tunnel barrier is deposited on germanium (Ge) substrate by sputtering method. A little twist in fabrication method has been intro-duced in this study in order to successfully sputter MgO thin film on Ge substrate. Another candidate for tunnel barrier is graphene. Graphene is a single atomic layer of carbon with honeycomb lattice structure. This ultra-thin film of carbon can provide very uniform and thin layer of tunnel barrier for tunnel junctions. In this study, graphene is used as the tun-nel barrier between ferromagnetic metal and Ge substrate to find out the feasibility of gra-phene as the tunnel barrier for spin injection.
고성능 스핀트로닉스 소자 개발을 위해서는 고품질의 터널막을 형성하는 것이 굉장히 중요하고 소자 성능에 중대한 영향을 미친다. 현재 MgO 터널막이 가장 우수한 터널막 후보자로 대두 되고 있다. 이는 MgO가 가지고 있는 높은 특성 중 스핀 터널링 효과 때문이다. 지금까지는 고품질의 MgO 터널막 형성을 위해 MBE 장비를 사용하여 MgO 터널막을 형성해 왔다. 하지만 이 공정 방법은 너무 비싸고 느리기 때문에 산업에 적용 할 수 없다는 큰 단점을 가지고 있다. 따라서 기존 CMOS 및 다른 전자회로와 집적이 가능케 하기 위해서는 MgO 터널막을 산업화가 가능한 방법으로 형성이 가능해야 한다. 본 논문에서는 Ge 기판 위에 스퍼터 방식을 사용하여 MgO 터널막을 형성했다. 공정을 최적화 하기 위해 여러 공정 변수를 두어 실험을 진행하였고 이를 통해 성공적으로 스퍼터를 이용하여 MgO 터널막을 Ge 기판 위에 형성 할 수 있게 되었다. 이와 별개로 그래핀이 새로운 터널막 후보로 떠오르고 있다. 그래핀은 단일층을 갖는 탄소 원자로서 매우 얇으면서 일정한 두께를 갖는 막이다. 본 논문에서는 그래핀을 자성물질과 Ge 기판 사이에 형성 함으로서 그래핀의 터널막 가능성에 대해 연구해 보았다.
