An x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of Nb/Al wedge bilayers, oxidized by both plasma and natural oxidation, is reported. The main goal is to show that the oxidation state—i.e., O:(oxidize)Al ratio—, structure and thickness of the surface oxide layer, as well as the thickness of the metallic Al leftover, as functions of the oxidation procedure, can be quantitatively evaluated from the XPS spectra. This is relevant to the detailed characterization of the insulating barriers in (magnetic) tunnel junctions.

1.
T.
Miyazaki
and
N.
Tezuka
,
J. Magn. Magn. Mater.
139
,
L231
(
1995
).
2.
J. S.
Moodera
,
L. R.
Kinder
,
T. M.
Wong
, and
R.
Meservey
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
3273
(
1995
).
3.
J. M.
Daughton
,
J. Appl. Phys.
81
,
3758
(
1997
).
4.
W. J.
Gallagher
,
S. S. P.
Parkin
,
Y.
Lu
,
X. P.
Bian
,
A.
Marley
,
K. P.
Roche
,
R. A.
Altman
,
S. A.
Rishton
,
C.
Jahnes
, and
T. M.
Shaw
,
J. Appl. Phys.
81
,
3741
(
1997
).
5.
S.
Tehrani
,
J. M.
Slaughter
,
E.
Chen
,
M.
Durlam
,
J.
Shi
, and
M.
DeHerrera
,
IEEE Trans. Magn.
35
,
2814
(
1999
).
6.
S.
Tehrani
,
B.
Engel
,
J. M.
Slaughter
,
E.
Chen
,
M.
DeHerrera
,
M.
Durlam
,
P.
Naji
,
R.
Whig
,
J.
Janesky
, and
J.
Calder
,
IEEE Trans. Magn.
36
,
2752
(
2000
).
7.
J.
Zhang
,
Data Storage
5
(
12
),
31
(
1998
).
8.
S. A.
Wolf
and
D.
Treger
,
IEEE Trans. Magn.
36
,
2748
(
2000
).
9.
S.
Cardoso
,
V.
Gehanno
,
R.
Ferreira
, and
P. P.
Freitas
,
IEEE Trans. Magn.
35
,
2952
(
1999
).
10.
S.
Cardoso
,
P. P.
Freitas
,
C.
de Jesus
,
P.
Wei
, and
J. C.
Soares
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
610
(
2000
).
11.
S.
Cardoso
,
R.
Ferreira
,
P. P.
Freitas
,
P.
Wei
, and
J. C.
Soares
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3792
(
2000
).
12.
B. F. P.
Roos
,
P. A.
Beck
,
S. O.
Demokritov
,
B.
Hillebrands
, and
D.
Ozkaya
,
J. Appl. Phys.
89
,
6656
(
2001
).
13.
M.
Weiler
,
K.
Lang
,
E.
Li
, and
J.
Robertson
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
1314
(
1998
).
14.
P.
LeClair
,
J. T.
Kohlhepp
,
A. A.
Smits
,
H. J. M.
Swagten
,
B.
Koopmans
, and
W. J. M.
de Jonge
,
J. Appl. Phys.
87
,
6070
(
2000
).
15.
P.
Rottländer
,
H.
Kohlstedt
,
H. A. M.
de Gronkel
,
E.
Girgis
,
J.
Schelten
, and
P.
Grünberg
,
J. Magn. Magn. Mater.
210
,
251
(
2000
).
16.
P.
Rottländer
,
H.
Kohlstedt
,
P.
Grünberg
, and
E.
Girgis
,
J. Appl. Phys.
87
,
6067
(
2000
).
17.
J. J.
Sun
,
V.
Soares
, and
P. P.
Freitas
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
448
(
1999
).
18.
S. S. P.
Parkin
,
K. P.
Roche
,
M. G.
Samant
,
P. M.
Rice
,
R. B.
Beyers
,
R. E.
Scheuerlein
,
E. J.
O’Sulivan
,
S. L.
Brown
,
J.
Bucchigano
,
D. W.
Abraham
,
Y.
Lu
,
M.
Rooks
,
P. L.
Trouilloud
,
R. A.
Wanner
, and
W. J.
Gallagher
,
J. Appl. Phys.
85
,
5828
(
1999
).
19.
Z.
Zhang
,
S.
Cardoso
,
P. P.
Freitas
,
P.
Wei
,
N.
Barradas
, and
J. C.
Soares
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
2911
(
2001
).
20.
Z.
Zhang
,
S.
Cardoso
,
P. P.
Freitas
,
X.
Batlle
,
P.
Wei
,
N.
Barradas
, and
J. C.
Soares
,
J. Appl. Phys.
89
,
6665
(
2001
).
21.
X. Batlle, P. J. Cuadra, Z. Zhang, S. Cardoso, and P. P. Freitas, paper DB-09; 41st Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference, Seattle, November, 2001.
22.
J. J.
Sun
,
N.
Kasahara
,
K.
Sato
,
K.
Shimazawa
,
S.
Araki
, and
M.
Matsuzaki
,
J. Appl. Phys.
89
,
6653
(
2001
).
23.
J. Wang, P. P. Freitas, E. Snoeck, X. Batlle, and J. Cuadra, J. Appl. Phys. (in press);
Paper DB-02; 41st Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference, Seattle, November (2001).
24.
C.
Prados
,
B. J.
Hattink
,
E.
Pina
,
X.
Batlle
,
A.
Labarta
,
J. M.
González
, and
A.
Hernando
,
IEEE Trans. Magn.
36
,
2957
(
2000
).
25.
X. Batlle, B. J. Hattink, A. Labarta, J. J. Åkerman, R. Escudero, and I. K. Schuller (unpublished).
26.
N.
Garcı́a
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
1351
(
2000
).
27.
N.
Garcı́a
,
M.
Muñoz
, and
Y.-W.
Zhao
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
2923
(
1999
).
28.
G.
Tatara
,
Y.-W.
Zhao
,
M.
Muñoz
, and
N.
Garcı́a
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
2030
(
1999
).
29.
N.
Garcı́a
,
M.
Muñoz
, and
Y.-W.
Zhao
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2586
(
2000
).
30.
See, for example, Tunneling Phenomena in Solids, edited by E. Burnstein and S. Lundqvist (Plenum, New York, 1969).
31.
D. A.
Rabson
,
J. J.
Åkerman
,
A. H.
Romero
,
R.
Escudero
,
C.
Leigthon
,
S.
Kim
, and
I. K.
Schuller
,
J. Appl. Phys.
89
,
2786
(
2001
).
32.
B. J.
Jönsson-Åkerman
,
R.
Escudero
,
C.
Leighton
,
S.
Kim
, and
I. K.
Schuller
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
1870
(
2000
).
33.
U.
Rüdiger
,
R.
Calarco
,
U.
May
,
K.
Samm
,
J.
Hauch
,
H.
Kittur
,
M.
Sperlich
, and
G.
Güntherodt
,
J. Appl. Phys.
89
,
7573
(
2001
).
34.
J. J.
Åkerman
,
J. M.
Slaughter
,
R. W.
Dave
, and
I. K.
Schuller
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
3104
(
2001
).
35.
Practical Surface Analysis, D. Briggs and M. P. Seah, eds. (Wiley, Chichester, 1983).
36.
Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy, J. Chastain, ed. (Perkin-Elmer Corporation, Eden Prairie, 1992).
37.
See, for example,
H. A. M.
de Gronckel
,
H.
Kohlstedt
, and
C.
Daniels
,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process.
70
,
435
(
2000
), and references therein.
38.
S. R.
Qiu
,
H.-F.
Lai
, and
J. A.
Yarmoff
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
1492
(
2000
).
39.
J.
Kwo
,
G. K.
Wertheim
,
M.
Gurvitch
, and
D. N. E.
Buchanan
,
Appl. Phys. Lett.
40
,
675
(
1982
).
40.
Z. G. Zhang, P. P. Freitas, P. J. Cuadra, and X. Batlle (unpublished).
41.
D.
Ozkaya
,
R. E.
Dunin-Borkowski
,
A. K.
Petford-Long
,
P. K.
Wong
, and
M. G.
Blamire
,
J. Appl. Phys.
87
,
5200
(
2000
).
42.
Electron Spectroscopy for Chemical Analysis Unit, Scientific and Technical Facilities, University of Barcelona (private communication).
43.
J.
Halbritter
,
J. Appl. Phys.
58
,
1320
(
1985
).
44.
A. F.
Andreev
,
Sov. Phys. JETP
19
,
1228
(
1964
).
45.
G. E.
Blonder
,
M.
Tinkham
, and
T. M.
Klapwijk
,
Phys. Rev. B
25
,
4515
(
1982
).
46.
W. F.
Brinkman
,
R. C.
Dynes
, and
J. M.
Rowell
,
J. Appl. Phys.
41
,
1915
(
1970
).
47.
J. G.
Simmons
,
J. Appl. Phys.
34
,
1793
(
1963
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.