Für Anwendungen sind magnetische Tunnelelemente mit hohen Schaltfeldern der hartmagnetischen Elektrode sowie geringer Néel- und Dipolkopplung der weichmagnetischen Elektrode erwünscht. Momentan wird dieses Verhalten durch den Einbau eines künstlichen Ferrimagneten (z.B. ein CoFeB / Ru / CoFeB Dreilager), innerhalb dessen sich die magnetischen Momente kompensieren, erreicht.

In dieser Arbeit wird gezeigt, wie dieses Verhalten der hartmagnetischen Elektrode auch durch ein Schichtsystem bestehend aus NiFe / Co-Gd / NiFe Dreilagern erreicht werden kann. Selten-Erd-Legierungen zeigen auf Übergangsmetallen und deren Legierungen eine negative Austauschkopplung, so dass bei geeigneter Wahl der Zusammensetzung und der Schichtdicke eine Kompensation des Gesamtmomentes beobachtet werden kann. Dafür wurden sowohl die Zusammensetzung als auch die Dicke der Co-Gd Schicht variiert. Das Schaltverhalten der Dreilager wurde einzeln und integriert in einem magnetischen Tunnelelement untersucht (Kapitel 4).

In den vergangenen Jahren hat ein Wechsel des Barrierenmaterials in magnetischen Tunnelelementen stattgefunden. Statt dem bis dahin hauptsächlich genutzten Aluminiumoxid hat sich mittlerweile MgO als das vielversprechendste Material durchgesetzt. Dieses zeigt im Vergleich einen höheren TMR bei gleichzeitig niedrigerem Flächenwiderstand. Beides ist für Anwendungen erwünscht.

In dieser Arbeit werden Al-Zr-O Barrieren verschiedener Zusammensetzungen untersucht, da für diese Barrieren sowohl ein geringer Widerstand als auch eine Steigerung des TMR gegenüber Aluminiumoxid-Barrieren berichtet wird. Oxidiertes Al-Zr formt eine sehr gleichmäßige amorphe Schicht, welche wichtig für eine Tunnelbarriere guter Qualität ist. Dies wird mit Elektroden aus Co-Fe-B kombiniert, die zusammen mit Aluminiumoxidbarrieren einen hohen TMR von über 70 Prozent bei Raumtemperatur ergeben. Die Kombination verspricht eine weitere Steigerung des Effektes. Der TMR wurde für verschiedene Al-Zr Zusammensetzungen in Abhängigkeit von der Dicke der Barriere untersucht. Dies wurde mit Elektroden aus Co62Fe26B12 (Kapitel 5) und Co40Fe40B20 (Kapitel 6) kombiniert.