Свойства осаждённых из лазерной плазмы разбавленных магнитных полупроводников на основе GaSb, Si и Ge, легированных Mn или Fe

• Автор: Левчук, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление
Введение

Актуальность темы исследования

Цель и основные задачи исследования

Научная новизна работы

Практическая значимость работы

Основные положения, выносимые на защиту

Личный вклад автора

Апробация работы

Публикации

Объем и структура диссертации

Глава 1. Разбавленные магнитные полупроводники на основе алмазоподобных
полупроводников, методы исследования, технология получения
1.1 Введение
1.2. Магнитные полупроводники
1.3. Механизмы ферромагнитного упорядочения в алмазоподобных магнитных
полупроводниках, выбор матричного материала и легирующей ЗсГ примеси
1.3.1. Механизмы ферромагнитного упорядочения в алмазоподобных
магнитных полупроводниках
1.3.2. 3с1 металлы как легирующая примесь. Выбор матричного материала и
легирующей примеси
1.4. Особенности магнитотранспортных свойств в ферромагнетиках
1.4.1. Аномальный эффект Холла
1.4.2. Отрицательное магнетосопротивление
1.5. РМП на основе алмазоподобных полупроводников
1.5.1. РМП на основе соединений III-V
1.5.2. РМП на основе элементарных полупроводников Ое и
1.5.2.1. РМП на основе ве
1.5.2.2. РМП на основе Б1
1.6. Ферромагнетизм химических соединений марганца с кремнием и германием

1.6.2. МпЗОсЗ

1.7. Особенности и перспективы использования метода импульсного лазерного осаждения (ИЛО) в сравнении с методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ)
1.8. Заключение, постановка задачи
Глава 2. Технология импульсного осаждения магнитных и немагнитных наноразмерных слоев из лазерной плазмы, методы измерения параметров слоев РМП
2.1. Вакуумное импульсное осаждения слоев магнитных и немагнитных наноразмерных слоев из лазерной плазмы
2.1.1. Схема метода ИЛО с отклоненными мишенями
2.1.2. Технология выращивания пленок методом импульсного лазерного
осаждения
2.1.3. Лазерный отжиг слоев
2.2. Измерения магнитотрансполтных характеристик слоев
2.4. Методика измерения ферромагнитного резонанса (ФМР)
2.5. Методика измерения магнитооптического эффекта Керра
2.6. Другие методы исследования
2.6.1. АСМиМСМ
2.6.2. Рентгеноструктурный анализ
2.6.3. Масс-спектрометрия вторичных ионов
2.6.4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
Глава 3. Свойства полученных осаждением из лазерной плазмы слоев
разбавленных магнитных полупроводников на основе легированных марганцем ОаБЬ, 1п8Ь,и ве
3.1. Введение
3.2. Выбор матричного полупроводника и 3(1- примеси
3.3. Структурные свойства РМП на основе III-V
3.4. Магнитотранспортные свойства РМП на основе III-V
3.5. ФМР РМП на основе III-V
3.6. Магнитооптический эффект Керра (МОЭК)
3.7. Измерение ферромагнитного резонанса (ФМР) для дискретного сплава Оа8Ь/Мп
3.8. Свойства слоев разбавленных магнитных полупроводников Ое:Мп
3.8.1. Выбор легирующей 36- примеси
3.8.2. Структура слоев Се легированного и не легированного
3.8.3. Магнитотранспортные свойства
3.8.4. Измерение ферромагнитного резонанса для РМП Ge:Mn
3.8.5. ФМР в дискретном сплаве Ge/Mn
3.8.6. Свойства слоев германия, легированного железом
3.9. Выводы
Глава 4. Свойства полученных осаждением из лазерной плазмы слоев разбавленных магнитных полупроводников на основе легированных марганцем или железом кремния
4.1. Введение
4.2. Выбор легирующей 3d- примеси
4.3. Свойства слоев разбавленных магнитных полупроводников Si:Mn
4.3.1. Исследование структуры выращенных образцов Si:Mn
4.3.2. Магнитотранспортные свойства
4.3.3. Намагниченность слоев Si:Mn
4.3.4. Ферромагнитный резонанс для образцов Si:Mn/GaAs
4.3.5. Магнитооптический эффект Керра (МОЭК) для слоев Si:Mn
4.4. Сравнение свойств слоев однородно легированного Si:Mn и дискретного сплава Si:Mn
4.5. Влияние на магнитные и электрические свойства слоев кремния с примесью марганца последующих отжигов и введения дополнительных мелких примесей при формировании
4.5.1. РМП Si:Mn на кремнии, влияние дополнительного легирования
4.5.2. Влияние последующих термических лазерных отжигов на свойства слоев
Si:Mn
4.5.3. Влияние ионного облучения бором на свойства слоев Si:Mn
4.6. Свойства слоев Si:Mn на подложках из сапфира или кварца
4.7. Свойства слоев разбавленных магнитных полупроводников Si:Fe
4.8. Выводы
Заключение
Основные результаты работы и выводы
Основные публикаций автора по теме диссертации
Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах
Публикации в материалах международных, всероссийских и региональных
конференций
Список цитируемой литературы

поглощения плазменным облаком. Начиная с некоторого момента, возникает полная экранировка излучения плазменным облаком, в результате чего температура пара резко возрастает. Формирование энергетического спектра частиц эрозионной плазмы на начальной стадии разлета плазменного сгустка на расстоянии г=1 Ого от мишени (го -радиус сфокусированного пятна излучения на мишени). При этом энергия хаотического движения частиц уменьшается, кинетическая энергия направленного движения ионов возрастает вследствие их газодинамического и электростатического ускорения [83, 84]. В результате формируется диаграмма разлета испаренного вещества, максимум которой совпадает с нормалью к поверхности мишени. Впереди летят самые быстрые ионы с энергией Е, > 103 эВ, замыкают движение наиболее медленные нейтральные частицы с энергией Е ~ 100-30 эВ. Доля ионов в общем потоке частиц достигает 50%, а скорость поступления частиц на подложку в режиме модулированной добротности составляет ~Ю20 см'2 с'1 [85], что приблизительно на 6 порядков выше, чем при МЛЭ. Из вышесказанного следует, что эпитаксия из лазерной плазмы идет в сильно неравновесных условиях, скорость осаждения материала источника на много порядков больше, чем при МЛЭ. Это обстоятельство и означает, что метод ИЛО является перспективным для получения РМП, с необходимой для обеспечения ферромагнитного состояния концентрацией магнитной примеси порядка 1-10%.
Главной причиной, препятствующей получению слоев с высокими электрофизическими параметрами, являются радиационные повреждения, вызванные бомбардирующим действием ионов с энергиями > 10 эВ. Под действием этих частиц в монокристаллической подложке и растущем слое образуются дефекты типа вакансия и атом в междоузлии и вакансия и вылетевший атом. Образование таких дефектов может также стимулировать формирование переходного слоя другого вещества [86], что нарушает резкость переходных границ и приводит к ухудшению свойств многослойных структур. Можно избежать или значительно уменьшить количество радиационных дефектов в слоях, изменяя условия образования плазмы так, чтобы ограничить энергетический спектр частиц сверху. Одним из путей решения этой задачи является предельно возможное уменьшение плотности потока ионизированных частиц и длительности импульса излучения. Зависимость энергии ионизированных частиц от плотности потока лазерного излучения следует из модели электростатического ускорения ионов в самосогласованном поле [87]. В этой модели, ионы находящиеся в периферийном слое плазмы размерами дебаевского радиуса, ускоряются под действием электронов, вылетающих за границу плазменного сгустка. При этом их максимальная энергия