ES2245498T3 - Dispositivo magnetoelectrico. - Google Patents

Abstract

Dispositivo magnetoeléctrico sensible a un campo magnético aplicado, que comprende unas primera y segunda regiones (3, 4) ferromagnéticas con una región (5) de canal entre ellas, estando las regiones (3, 4) ferromagnéticas configuradas para que unos portadores de carga con una polarización de espín particular, que pueden atravesar la primera (3) región ferromagnética, puedan atravesar la segunda región (4) ferromagnética como función de las orientaciones relativas de magnetización de las regiones ferromagnéticas producidas por el campo magnético aplicado, según lo cual el dispositivo exhibe una conductividad como función de la intensidad del campo aplicado, caracterizado porque la región (5) de canal está configurada para proporcionar un canal cuasi unidimensional para hacer que los portadores de carga que atraviesan la primera región ferromagnética mantengan su polarización de espín al pasar hacia la segunda región ferromagnética.

Description

Dispositivo magnetoeléctrico.

Esta invención se refiere a un dispositivo magnetoeléctrico sensible a un campo magnético aplicado, que es de aplicación particular, aunque no exclusiva, a una cabeza lectora magnética para leer datos de un soporte magnético de almacenamiento.

En ciertas estructuras, que incluyen regiones de material ferromagnético que están separadas por regiones de material no magnético, puede observarse una gran magnetorresistencia. En estas estructuras, la resistencia se reduce acusadamente al aplicarse un campo magnético, siendo el cambio mucho mayor que para una sola película ferromagnética. Se cree que el efecto se debe a una alineación relativa de las direcciones de magnetización de las diferentes capas de la estructura. Por ejemplo, considerando una estructura que comprende unas primera y segunda capas ferromagnéticas, cuando las direcciones de magnetización de las dos capas ferromagnéticas están alineadas de manera antiparalela, los electrones con un espín particular pueden atravesar una de las capas, pero son bloqueados por la otra capa y no pueden atravesarla. Sin embargo, en respuesta a un campo magnético aplicado, puede conseguirse que la dirección de magnetización de una de las capas se coloque en paralelo con la de la otra capa. Entonces, los electrones, con una orientación del espín, que pueden atravesar la primera capa ferromagnética, también atravesarán sin problemas la segunda capa ferromagnética, lo que da como resultado una resistencia relativamente baja. Por tanto, los efectos pueden usarse para detectar la presencia de un campo magnético apli-
cado.

Se ha observado un colosal efecto túnel magnético en cobalto que contiene capas ferromagnéticas espaciadas por una barrera aislante por efecto túnel de óxido de aluminio, tal como describen T. Miyazaka y N. Tekuza en "Giant Magnetic Tunnelling Effect in Fe/Al_{2}O_{3}/Fe junction", J. Magn. Magn. Mater. 139, 1231-1234. Se ha propuesto usar un dispositivo magnetoeléctrico de esta configuración general en una cabeza lectora magnética, tal como se describe en "TMR as a promising device for third generation hard disk drive heads", Nikkei Electronics 1997, 47, Nº 686, p. 125-129. El dispositivo magnetoeléctrico utilizado en la cabeza lectora comprende unas primera y segunda capas ferromagnéticas superpuestas, hechas de cobalto, con un espesor de 3,3 nm, que confinan una capa aislante del efecto túnel de Al_{2}O_{3} de 1,3 nm de espesor, para actuar como una delgada barrera por efecto túnel para conducir electrones entre las capas ferromagnéticas. Las varias capas se depositan secuencialmente sobre un sustrato aislante. La barrera por efecto túnel de Al_{2}O_{3} se forma oxidando una capa delgada de aluminio depositada sobre una de las capas de cobalto. El proceso de oxidación lleva 10 horas o más, lo que frena el proceso de fabricación. Además, la película de óxido de aluminio necesita tener una gran calidad y uniformidad a fin de hacer que el dispositivo sea sensible a un campo magnético aplicado. Los cortocircuitos debidos a picaduras a través de la barrera por efecto túnel constituyen un serio problema. Además, el dispositivo magnetoeléctrico necesita hacerse suficientemente pequeño para detectar zonas individuales de almacenamiento en soportes magnéticos, con el resultado de que la resistencia a través del dispositivo es relativamente alta y sensible al ruido externo.

El documento US 5 747 859 A da a conocer un detector magnético que tiene un dispositivo magnético de tres terminales que consta de un emisor, una base y un colector. Una capa semiconductora sirve como colector, y una película multicapa magnética presenta dos películas magnéticas, las cuales se oponen entre sí, con una película no magnética entre ellas. El emisor, que está construido de una película metálica, y la base están conectados a través de una película aislante por efecto túnel. La relación entre los sentidos de magnetización en las películas magnéticas cambia de acuerdo con un campo magnético externo, y esto cambia el valor de una corriente que circule a través del dispositivo magnético. El campo magnético externo se detecta sobre la base de este cambio en el valor de la corriente.

El documento WO 98/25263 da a conocer otro dispositivo magnetoeléctrico en el que las dos regiones ferromagnéticas están espaciadas lateralmente en un sustrato con una capa semiconductora entre ellas que contiene un gas electrónico cuasi bidimensional (2DEG-quasi two-dimensional electron gas). El 2DEG tiene un camino libre de media electrónica relativamente grande y una movilidad electrónica relativamente alta que permiten una mayor distancia entre las regiones ferromagnéticas.

La presente invención intenta proporcionar un dispositivo mejorado.

Según la invención, se proporciona un dispositivo magnetoeléctrico sensible a un campo magnético aplicado, que comprende unas primera y segunda regiones ferromagnéticas con una región de canal entre ellas, estando las regiones ferromagnéticas configuradas para que unos portadores de carga con una polarización de espín particular, que pueden atravesar la primera región, puedan atravesar la segunda región como función de las orientaciones relativas de magnetización de las regiones ferromagnéticas producidas por el campo magnético aplicado, según lo cual el dispositivo exhibe una conductividad como función de la intensidad del campo aplicado, en el que la región de canal está configurada para proporcionar un canal cuasi unidimensional para hacer que los portadores de carga que atraviesan la primera región ferromagnética mantengan su polarización de espín al pasar hacia la segunda región ferromagnética.

El canal cuasi unidimensional puede comprender un nanotubo, el cual puede formarse de carbono. La región de canal puede comprender un haz de tales nanotubos.

En otro aspecto de la invención, la región de canal puede comprender una capa de grafito o una capa de diamante.

A fin de que la invención pueda comprenderse mejor, a continuación se describirá a título de ejemplo una realización de la misma, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista esquemática en corte transversal del primer ejemplo de dispositivo magnetoeléctrico según la invención;

la figura 2 es una vista esquemática en planta del dispositivo mostrado en la figura 1;

la figura 3 es una micrografía de haz electrónico de la región de canal del dispositivo mostrado en las figuras 1 y 2;

la figura 4 es un gráfico de la resistencia del dispositivo como función de un campo magnético aplicado;

la figura 5 es una tabla que ilustra la relación entre la resistencia, la orientación del espín y la intensidad de campo;

las figuras 6a-h ilustran etapas de proceso de un primer método de fabricación para fabricar un dispositivo según la invención, que muestran las varias etapas en planta y corte transversal, respectivamente;

las figuras 7a-n ilustran, de la misma manera, un segundo método de fabricación para un dispositivo según la invención;

la figura 8 es una vista esquemática en planta de una realización adicional de un dispositivo magnetoeléctrico según la invención en el que el nanotubo de carbono está configurado como un puente;

la figura 9 es una vista esquemática en planta de otro dispositivo según la invención en el que el nanotubo de carbono está dispuesto en unos bordes laterales de las regiones ferromagnéticas;

la figura 10 es una vista esquemática en planta de un dispositivo magnetoeléctrico que utiliza una pluralidad de nanotubos de carbono;

la figura 11 es una vista esquemática de un dispositivo en el que la pluralidad de nanotubos está dispuesta en una configuración de puente;

la figura 12 ilustra en vista en perspectiva otro dispositivo según la invención que utiliza un haz de nanotubos de pie con respecto al sustrato;

la figura 13 ilustra en vista en planta otro dispositivo según la invención que utiliza un haz de nanotubos dispuesto transversalmente sobre el sustrato;

la figura 14 ilustra otro dispositivo en vista en planta en el que el haz de nanotubos está dispuesto como un puente entre las regiones ferromagnéticas;

la figura 15 es una vista esquemática en planta de un dispositivo que utiliza una región de túnel de grafito o diamante de carbono;

la figura 16 corresponde a la figura 15, en la que la región de carbono está dispuesta como un puente entre las regiones ferromagnéticas;

la figura 17 es otro ejemplo de un dispositivo según la invención que utiliza una película de grafito de carbono sobre el sustrato;

la figura 18 ilustra un dispositivo con un sustrato dopado para recibir una tensión de puerta;

la figura 19 es una vista en planta de un dispositivo según la invención con una puerta lateral;

las figuras 20a-h ilustran etapas de proceso para fabricar otro ejemplo de dispositivo de espín según la invención;

la figura 21 ilustra un primer ejemplo de una cabeza lectora magnética que incorpora un dispositivo magnetoeléctrico según la invención; y

la figura 22 ilustra otro ejemplo de cabeza lectora magnética que incorpora el dispositivo magnetoeléctrico inventivo.

En las figuras 1 a 3 se muestra una primera realización de un dispositivo magnetoeléctrico según la invención. Con referencia a la vista en corte de la figura 1, el dispositivo comprende un soporte 1 generalmente plano, que puede comprender una oblea semiconductora o podría comprender una placa metálica. Sobre la oblea 1 está formado un sustrato 2 aislante, por ejemplo, de SiO_{2} o SiN. Sobre el sustrato 2 están formadas unas primera y segunda regiones 3, 4 ferromagnéticas, con una región 5 de canal entre ellas. En esta realización, la región 5 de canal tiene una anchura L_{hueco} entre las primera y segunda regiones 3, 4 ferromagnéticas que pueden ser del orden de 250 nm. Las regiones 3, 4 ferromagnéticas pueden estar hechas de cobalto depositado hasta un espesor de 50-100 nm. Las dimensiones típicas para la región 3 son 2 por 2 micrómetros, aunque la invención no se restringe a estas dimensiones. Tal como se explicará con más detalle posteriormente, las regiones 3, 4 tienen áreas superficiales ligeramente distintas para conferirlas características de magnetización asimétricas.

En este ejemplo de la invención, un nanotubo 6 de carbono se extiende a través de la región 5 de canal entre las regiones 3, 4 ferromagnéticas á fin de conducir electrones entre ellas. El sentido de la circulación de la corriente se muestra en la figura 2 mediante unas flechas 7. Tal como se conoce en la técnica, los nanotubos de carbono comprenden elementos huecos, generalmente cilíndricos, con un diámetro normalmente en el intervalo de 1,4-20 nm y una longitud del orden de 65 micrómetros. Pueden emplearse nanotubos de pared sencilla o múltiple. La compañía japonesa Shinku Yakin K.K. comercializa nanotubos de carbono. En la publicación "Physical Properties of Carbon Nanotubes", de R. Saito, G. Dresselhaus y M.S. Dresselhaus, Imperial College Press, Londres, 1998, se describen los nanotubos con más detalle.

La figura 4 ilustra las características resistivas del dispositivo en presencia de un campo magnético. Cuando se aplica al dispositivo magnetoeléctrico un campo magnético relativamente alto (región A), el alto campo provoca la alineación de las direcciones de magnetización de las regiones 3, 4 ferromagnéticas con el campo. Una característica de un material ferromagnético es que la mayor parte de los electrones de conducción tienen una orientación del espín correspondiente a la dirección de magnetización del material ferromagnético. Por ejemplo, en la condición A de campo muy positivo, la mayor parte de los electrones en la capa 4 tendrán una orientación del espín correspondiente a la flecha vertical mostrada en la figura 5 (fila 1). Los electrones pasan desde la capa 4, a través del nanotubo 6 de carbono, hasta la capa 3 ferromagnética, con poca dispersión del espín, debido a que el nanotubo de carbono tiene una gran longitud de dispersión del espín. El alto campo, tal como se ha explicado anteriormente, alinea en paralelo las direcciones de magnetización para las capas 3 y 4. Puesto que la mayor parte de los estados de espín también están alineados, el dispositivo exhibe una resistencia relativamente baja.

Cuando el campo se reduce a un valor bajo (región B de la figura 4), una de las dos capas 3, 4 cambia su sentido de magnetización pasando a una configuración antiparalela, tal como se muestra en la fila 2 de la figura 5. En esta situación, la mayor parte de los estados de espín están desalineados. Por consiguiente, el dispositivo exhibe una resistencia elevada.

El paso de una de las capas a la configuración antiparalela de magnetización en el campo de baja intensidad es resultado de que las capas 3, 4 exhiban coercividades aparentes ligeramente distintas debido a sus áreas superficiales diferentes, de manera que una de las capas invierte su sentido de orientación antes que la otra en respuesta al campo decreciente.

Si se invierte el sentido del campo y se aplica un campo muy negativo, la magnetización de la segunda capa cambia también finalmente al sentido del campo aplicado. En esta situación, la mayoría de los estados de espín se encuentran de nuevo alineados, de manera que el dispositivo exhibe una resistencia eléctrica relativamente baja, tal como se muestra en la fila 3 de la figura 5.

Las capas 3, 4 ferromagnéticas exhiben histéresis, de manera que cuando se invierte el campo magnético, se produce la característica mostrada en contorno discontinuo en la figura 4.

De acuerdo con la invención, se ha descubierto que el uso del nanotubo 6 de carbono da lugar a una resistencia \DeltaR diferencial mejorada entre los estados de alto y bajo campo en comparación con los dispositivos de la técnica anterior que utilizan una capa de barrera por efecto túnel Al_{2}O_{3}. El motivo de la mejora no se entiende del todo, pero una característica del nanotubo de carbono es que proporciona un canal cuasi unidimensional que se extiende entre las regiones 3, 4 ferromagnéticas, y se postula que éste permite que los electrones de spin polarizado que salen de la capa 4 ferromagnética conserven su polarización de spin mientras se introducen en la segunda capa 3 ferromagnética, con una dispersión mínima, incrementando así el valor de \DeltaR.

A continuación, con referencia a la figura 6, se describirá un método de fabricación del dispositivo mostrado en las figuras 1 a 3. Tal como se muestra en la figura 6a y la correspondiente figura 6b en corte, el sustrato 1 semiconductor se forma con una capa 2 de óxido hasta un espesor de 200 nm. A continuación, se coloca un nanotubo 6 de carbono sobre la superficie. Esto se lleva a cabo formando una suspensión de nanotubos en dicloroetano y utilizando ultrasonidos para homogeneizar la suspensión. La suspensión líquida resultante se extiende entonces sobre la capa 2 de óxido y se seca para depositar los nanotubos. A continuación, uno de los nanotubos se sitúa sobre la superficie empleando un microscopio (no mostrado).

Tal como se muestra en la figura 6e y en la correspondiente vista 6d en corte, se aplica una capa 8 protectora a los haces electrónicos. Un ejemplo adecuado es el material protector NANO PMMA producido por Microlithography Corporation. La capa 8 protectora se somete a un proceso litográfico por haz electrónico que define unas zonas 9 para las regiones 3, 4 ferromagnéticas finales en los extremos opuestos del nanotubo 6. Alternativamente, puede emplearse una técnica litográfica óptica de alta resolución con un material protector adecuado a fin de formar las zonas 9.

A continuación, con referencia a las figuras 6e, f, se deposita una capa 10 de material ferromagnético de cobalto por evaporación térmica hasta un espesor de 50-100 nm a una presión de 4 x 10^{-7} torr a temperatura ambiente. Alternativamente, podría utilizarse una evaporación por haz electrónico. A continuación, tal como se muestra en las figuras 6g, h, el material 8 protector se elimina disolviéndolo con acetona para dejar las primera y segunda regiones 3, 4 ferromagnéticas sobre el sustrato conectadas a los extremos opuestos del nanotubo 6. Cabe indicarse que la región 3 ferromagnética es de mayor área superficial que la correspondiente región 4 para garantizar la inversión asimétrica de los estados asociados de espín electrónico, tal como se ha descrito anteriormente.

Sobre las regiones 3, 4 ferromagnéticas se proporcionan unas capas metálicas de contacto adicionales de Au (no mostradas) para permitir la conexión de una fuente externa de tensión de manera que pueda medirse la resistencia del dispositivo para detectar un campo magnético aplicado.

Este proceso de fabricación deposita el mismo material ferromagnético para ambas regiones 3, 4 ferromagnéticas. Sin embargo, puede utilizarse un proceso alternativo para permitir el uso de materiales ferromagnéticos diferentes para las regiones individuales. De esta manera, pueden proporcionarse distintas regiones ferromagnéticas con coercividades diferentes para proporcionar una inversión asimétrica de sus estados de espín en respuesta al campo aplicado. A continuación, se describirán el proceso con referencia a la figura 7. Tal como se muestra en las figuras 7a y b, el sustrato 1, la capa 2 de óxido y el nanotubo 6 se preparan tal como se ha descrito anteriormente. A continuación, tal como se muestra en las figuras 7c, d, se aplica una capa 11 fotoprotectora y se abre una ventana 12 en élla, tal como se ha descrito anteriormente para la capa 8, para definir la región 3 ferromagnética que se superpone al extremo del nanotubo 6.

A continuación, tal como se muestra en las figuras 7e, f, se deposita una primera película ferromagnética hasta un espesor de 30-35 mm para formar la región 3 ferromagnética en la abertura 12 de un primer material ferromagnético en la abertura 12 de un primer material ferromagnético. El Co, el Ni y el Fe son ejemplos adecuados. Las condiciones adecuadas de deposición son a temperatura ambiente y una presión de 4 x 10^{-7} torr.

A continuación, el material fotoprotector y el material ferromagnético de recubrimiento se eliminan mediante un método de decapado convencional en el que el material protector se disuelve en acetona para proporcionar la configuración mostrada en las figuras 7g, h, entrando la región 3 ferromagnética en contacto con un extremo del nanotubo 6 de carbono.

A continuación, se repite un proceso similar en el otro extremo del nanotubo 6. Con referencia a las figuras 7i, j, se aplica otra capa 11' del material protector anteriormente descrito sobre la superficie del sustrato, cubriendo la primera región 3 ferromagnética, y se proporciona una ventana 13 en élla, mediante las técnicas litográficas convencionales anteriormente descritas, para formar una abertura para la segunda región 4 ferromagnética en el otro extremo del nanotubo 6 de carbono. A continuación, se aplica un segundo material ferromagnético, del mismo modo que la primera región 3, para formar la segunda región 4 ferromagnética hasta un espesor de 30-35 mm bajo las mismas condiciones de temperatura y presión que para la región 3. En este ejemplo, el material para la segunda región es diferente que el material empleado para la región 3. El Co, el Ni y el Fe son ejemplos. El material protector se elimina entonces para proporcionar la configuración mostrada en las figuras 7m, n. Se observará que las regiones 3, 4 pueden ser del mismo tamaño, pero debido a que son de materiales ferromagnéticos diferentes, los estados de espín de las regiones individuales. se invertirán bajo intensidades de campo diferentes para proporcionar las características mostradas en las figuras 4 y 5 en respuesta a un campo magnético aplicado. Tal como se ha explicado anteriormente, pueden proporcionarse regiones de contacto adicionales en las regiones 3, 4 ferromagnéticas individuales para proporcionar conexiones exteriores.

Varias otras modificaciones y variaciones caen dentro del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, con referencia a la figura 8, el proceso de fabricación puede modificarse para depositar las primera y segunda regiones 3, 4 ferromagnéticas en primer lugar y para colocar a continuación el nanotubo de carbono superponiéndose a las regiones ferromagnéticas como un puente. El nanotubo 6 puede colocarse empleando un microscopio de fuerza atómica o modificando químicamente la superficie de la capa 2 de óxido para atraer o repeler nanotubos.

Además, tal como se muestra en la figura 9, el nanotubo 6 puede colocarse en contacto con unos bordes laterales de las regiones 3, 4 en vez de puentearlas tal como se muestra en la figura 8.

Además, a fin de reducir la resistencia eléctrica, puede utilizarse una pluralidad de nanotubos 6, tal como se muestra en las figuras 10 y 11. En la figura 10, los nanotubos 6 están dispuestos en contacto con las regiones 3, 4 ferromagnéticas formadas mediante cualquiera de los procesos anteriormente descritos con referencia a las figuras 6 y 7. Alternativamente, los nanotubos pueden puentear las regiones 3, 4 ferromagnéticas, tal como se muestra en la figura 11. En otra modificación, mostrada en la figura 12, los nanotubos 6 están dispuestos de pie con respecto al sustrato 2, con las regiones 3, 4 ferromagnéticas encima y debajo de sus extremos.

Tal como se conoce en la técnica, pueden agregarse nanotubos de carbono para formar un haz, y éste puede utilizarse en dispositivos según la invención para reducir la resistencia eléctrica. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 13, se emplea un haz de nanotubos 6' sobre el sustrato 2 en lugar de un tubo individual. Además, tal como se muestra en la figura 14, el haz 6' de nanotubos puede puentear los contactos 3, 4 en vez de configurarse debajo de éllos, tal como se muestra en la figura 13. Un haz 6' de nanotubos típico contiene entre dos y varios cientos de nanotubos, aunque la invención no se restringe a este intervalo.

Los expertos en la técnica apreciarán que los nanotubos pueden fabricarse de otros materiales tales como el nitruro de silicio o de boro, los cuales pueden utilizarse como alternativa al tubo 6, 6' de carbono.

A continuación, se describirán ejemplos adicionales de la invención que emplean una región de canal con un material que contiene carbono, el cual, en vez de estar configurado como un nanotubo, está dispuesto en una capa de carbono. Con referencia a la figura 15, una región 14 que comprende grafito de carbono se forma sobre el sustrato 2 mediante deposición química de vapor (CVD) hasta un espesor de 100 nm, y se modela en unas dimensiones de 100 por 100 micrómetros utilizando una técnica fotolitográfica o litográfica por haz electrónico cuando el sustrato se prepara inicialmente, en vez de usar el nanotubo 6. Las regiones 3, 4 ferromagnéticas se aplican a continuación, tal como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 6 ó 7. En una modificación, la región 14 de grafito puede sustituirse por diamante.

En una alternativa mostrada en la figura 16, la región 14 se dispone como puente entre las regiones 3, 4 ferromagnéticas empleando técnicas litográficas convencionales y evaporación térmica.

En una alternativa mostrada en la figura 17, la capa de grafito o de diamante se deposita inicialmente sobre una región del sustrato 2 que es más grande que las regiones 3, 4 ferromagnéticas, y las regiones 3, 4 ferromagnéticas se forman sobre la misma. Un ejemplo de las dimensiones para la región 14 es 100 por 100 micrómetros, y para las regiones 3, 4 es 2 por 2 micrómetros. El dispositivo magnetoeléctrico resultante que emplea la capa de grafito/diamante de carbono exhibe una característica mejorada de resistencia en comparación con las capas aislantes de Al_{2}O_{3} utilizadas en la técnica anterior.

El dispositivo magnetoeléctrico según la invención puede dotarse de una puerta para controlar sus características de conducción. Tal como se muestra en la figura 18, se dota a un ejemplo del dispositivo que utiliza un nanotubo 6 de carbono de una región 15 dopada en el sustrato 1 para permitir la aplicación de una tensión V_{puerta} de puerta para influir sobre la penetración por efecto túnel de la carga a través de la región 5 de canal. En una alternativa mostrada en la figura 19, se proporciona una puerta 15' lateral en la superficie del sustrato, mediante técnicas fotolitográficas convencionales, para aplicar un campo para controlar la conducción a través de la región 5 de canal por efecto túnel a lo largo del nanotubo 6.

A continuación, se describirá con referencia a la figura 20 otro proceso de fabricación para un dispositivo según la invención. Un sustrato 1 de silicio se prepara con una capa de recubrimiento de SiO_{2} de 200 nm, con un nanotubo 6 sobre la misma, tal como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 1. Esto se muestra en la figura 20a.

A continuación, tal como se muestra en la figura 20b, se cuela sucesivamente por fuerza centrífuga una serie de capas 16, 17, 18 protectoras sobre el sustrato. La capa 16 más baja comprende MMA o MAA y se deposita hasta un espesor de 300 nm. La capa 16 se recubre mediante la primera capa 17 de PMMA, de un material con peso molecular superior al de la capa 16, hasta un espesor de 50 nm. Ésta se recubre mediante una segunda capa 18 de material 18 protector de PMMA, de mayor peso molecular que la capa 17, hasta un espesor de 50 nm.

Las capas protectoras se exponen luego a un haz 19 electrónico, el cual deja al descubierto, de una manera conocida en sí, unas regiones correspondientes a las primera y segunda regiones 3, 4 ferromagnéticas finales.

Las capas protectoras se desarrollan luego, tal como se muestra en la figura 20c, empleando un desarrollador convencional, tal como IPA o MIBK, para abrir unas ventanas 20, 20' en las capas protectoras, correspondientes a las regiones 3, 4 ferromagnéticas finales, en los extremos opuestos del nanotubo 6. El ritmo de disolución de la capa 16 es mayor que el de la capa 17, el cual es a su vez mayor que el de la capa 18, a consecuencia de sus pesos moleculares relativos. Esto da lugar a la configuración escalonada de las capas 16, 17, 18, tal como se muestra en la figura 20c.

A continuación, los materiales ferromagnéticos se depositan por evaporación en las ventanas 20, 20'. Con referencia a la figura 20d, el sustrato 1 se monta en una cámara de evacuación sobre un soporte montado giratoriamente para que pueda girarse en ángulos distintos en relación con una navecilla de inducción (no mostrada) que produce una corriente de material evaporado dirigida hacia el sustrato.

Con referencia a la figura 20d, el sustrato 1 se gira para que el material evaporado se dirija en un ángulo agudo, mostrado por unas flechas 21, 21', por las ventanas 20, 20'. Por consiguiente, se deposita un primer material ferromagnético, que puede ser Fe, Co o Ni, sobre el lado izquierdo de cada ventana 20, 20' como unas capas 22, 22', en contacto eléctrico con los extremos opuestos del nanotubo 6. El proceso de evaporación se lleva a cabo a temperatura ambiente y a una presión de 4 x 10^{-7} torr. La capa 22, 22' se deposita hasta un espesor de 30 nm.

A continuación, tal como se muestra en la figura 20e, el sustrato 1 se gira en su soporte en relación con la navecilla de inducción para que pueda tener lugar una segunda evaporación, en un ángulo obtuso en relación con la navecilla, para depositar material en el lado derecho de cada ventana 20, 20', tal como se ilustra mediante unas flechas 23, 23'. De esta manera, se deposita un material ferromagnético adicional como unas regiones 24, 24' de capa en el lado derecho de cada ventana 20, 20'. El segundo material 24, 24' ferromagnético puede ser o no de la misma composición en comparación con la capa 22, 22'. Se observará que, en general, la capa 24 hace contacto con el nanotubo en la ventana 20, mientras que, en general, la capa 24' hace contacto con el nanotubo en la ventana 20' opuesta. Por tanto, pueden proporcionarse materiales ferromagnéticos con características de coercividad diferentes en las ventanas 20, 20' individualmente.

Las condiciones de deposición para la capa 24 son sustancialmente iguales a las anteriormente descritas para la capa 22, la cual se deposita hasta un espesor de 30 nm.

A continuación, tal como se muestra en la figura 20f, el sustrato se gira hasta una posición central directamente debajo de la navecilla de inducción para que pueda llevarse a cabo un proceso de evaporación adicional en el sentido de unas flechas 25, 25'. De esta manera, se deposita una capa 26, 26' de recubrimiento en las ventanas 20, 20', normalmente hasta un espesor de 60 nm. Esta capa de remate, que puede estar formada por Au, protege la superficie del material ferromagnético.

A continuación, tal como se muestra en la figura 20g, las restantes capas protectoras se decapan empleando un desarrollador de acetona, tal como se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 6 y 7, para dejar las capas 22, 24 y 26 depositadas en los extremos opuestos del nanotubo 6, para proporcionar así las primera y segunda regiones 3, 4 ferro-
magnéticas con el hueco 5 entre ellas.

La figura 21 ilustra esquemáticamente un ejemplo de una cabeza lectora magnética para el uso con un soporte magnético de almacenamiento, tal como un disco Winchester, que incorpora un dispositivo magnetoeléctrico según la invención. Un sustrato 1, que incorpora el dispositivo magnetoeléctrico fabricado según cualquiera de los ejemplos anteriores, está montado entre dos electrodos 27, 28 de suministro de corriente que están conectados a las primera y segunda regiones 3, 4 ferromagnéticas, con la región 5 de canal por efecto túnel entre ellas. La cabeza se sitúa sobre un soporte magnético de almacenamiento, tal como la superficie de un disco Winchester, que contiene pistas de 1 y 0 binarios grabados magnéticamente. Se muestran tres bits b1, b2, b3 grabados esquemáticamente en una pista T1 en el soporte magnético de almacenamiento. Los bits pueden grabarse utilizando una bobina de inducción convencional (no mostrada) y una cabeza 29 escritora, mostrada esquemáticamente. Se proporcionan unas capas 30, 31 magnéticas de apantallamiento en lados opuestos de la cabeza.

A medida que se barre la cabeza a lo largo de la pista, el campo aplicado, producido por los bits grabados, cambia entre valores relativamente altos y bajos dependiendo de si el bit subyacente es 1 ó 0. Los cambios en el campo magnético producen cambios correspondientes en la corriente que circula entre los electrodos 27, 28, que puede ser detectada por unos circuitos externos (no mostrados) para detectar la información grabada de la pista T1.

En la figura 22, se muestra una cabeza similar, y las partes similares están marcadas con los mismos números de referencia. En este ejemplo, el sustrato 1 está dispuesto paralelo a la superficie de la pista T1, y los electrodos 27, 28 se extienden ortogonalmente desde el mismo en contacto con las regiones 3, 4 ferromagnéticas.

Los ejemplos descritos de la invención presentan la ventaja de que la resistencia de la cabeza lectora se ha reducido considerablemente en comparación con los dispositivos convencionales que emplean una capa aislante de Al_{2}O_{3} entre las capas ferromagnéticas. Por consiguiente, el dispositivo es menos sensible al ruido exterior y proporciona una relación señal-ruido mejorada en su salida.

Claims (14)

1. Dispositivo magnetoeléctrico sensible a un campo magnético aplicado, que comprende unas primera y segunda regiones (3, 4) ferromagnéticas con una región (5) de canal entre ellas, estando las regiones (3, 4) ferromagnéticas configuradas para que unos portadores de carga con una polarización de espín particular, que pueden atravesar la primera (3) región ferromagnética, puedan atravesar la segunda región (4) ferromagnética como función de las orientaciones relativas de magnetización de las regiones ferromagnéticas producidas por el campo magnético aplicado, según lo cual el dispositivo exhibe una conductividad como función de la intensidad del campo aplicado, caracterizado porque la región (5) de canal está configurada para proporcionar un canal cuasi unidimensional para hacer que los portadores de carga que atraviesan la primera región ferromagnética mantengan su polarización de espín al pasar hacia la segunda región ferromagnéti-
ca.

2. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 1, en el que la región (5) de canal comprende un nanotubo (6). 3. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 2, en el que la región (5) de canal comprende un haz de nanotubos (6').

4. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 2 ó 3, en el que el o cada nanotubo (6, 6') está hecho de carbono.

5. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 1, en el que la región (5) de canal incluye una capa (14) de material que contiene carbono.

6. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 3, en el que la región (5) de canal comprende una capa (14) de grafito.

7. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 3, en el que la región (5) de canal comprende una capa (14) de diamante.

8. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 2, en el que el nanotubo (6) está formado por nitruro de boro.

9. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 2, en el que el nanotubo (6) está formado por silicio.

10. Dispositivo magnetoeléctrico según cualquier reivindicación anterior, en el que las primera y segunda regiones (3, 4) ferromagnéticas comprende capas sobre una sustrato (1) común.

11. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 10, en el que el sustrato (1) está hecho de un metal, vidrio o silicio y cubierto con una capa (2) aislante sobre la que se forman las capas ferromagnéticas.

12. Dispositivo magnetoeléctrico según la reivindicación 11, en el que la capa (2) aislante comprende óxido o nitruro de silicio.

13. Dispositivo magnetoeléctrico según cualquier reivindicación anterior, en el que dichas primera capa (3) ferromagnética y segunda capa (4) ferromagnética están hechas de un material que contiene cobalto.

14. Dispositivo magnetoeléctrico según cualquier reivindicación anterior, que incluye una puerta (15, 15') para aplicar un campo a la región de canal.

15. Cabeza lectora magnética para leer datos de un soporte magnético de almacenamiento, incluyendo la cabeza un dispositivo magnetoeléctrico según cualquier reivindicación anterior.