Ферромагнетизм при комнатной температуре полупроводников на основе кремния и диоксида титана

• Автор: Кулеманов, Иван Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ

Краткая характеристика работы

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1 Современное состояние и перспективы спинтроники

1.2 Первые спиновые приборы на основе АШВУ

1.3 Ферромагнитные полупроводники

при температуре выше комнатной

1.3.1 Создание РМП на основе полупроводников IV группы

1.3.2 Широкозонные оксидные полупроводники

1.4 Основные представления об источниках намагниченности в РМП
1.5 Формулировка задач исследований
ГЛАВА 2. Исследование ферромагнетизма и структуры впМп
2.1 Методика получения и исследования поведения примеси
2.2 Исследование магнитных характеристик
2.3 Выводы
ГЛАВА 3. Методика получения легированных слоев ТЮ2_Х
3.1 Приготовление мишеней для распыления
3.2 Подложки для выращивания ТЮ2_Х
3.3 Ионная очистка подложек
3.4 Техника магнетронного напыления

3.5 Метод стабилизации процесса получения
ГЛАВА 4. Получение ферромагнитного полупроводника ТЮ2:Со
4.1 Методика получения и исследование гомогенности
4.2 Исследование магнитных характеристик
4.3 Выводы
ГЛАВА 5. Исследование ферромагнетизма и структуры ТЮ2:У
5.1 Обоснование выбора и оценка растворимости V в ТЮ2
5.2 Методика получения образцов
5.3 Исследование образцов методами АСМ и МСМ
5.4 Исследование распределения примеси методами РФЭС и ХАИЕ8
5.5 Исследование магнитных и электрических характеристик
5.5.1 Исследование проводимости на постоянном токе
5.5.2 Исследование проводимости на переменном токе
5.6 Магнитооптические исследования
5.7 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АМС - эффект анизотропного магнетосопротивления АФМ - антиферромагнетизм АЭХ - аномальный эффект Холла ВАХ - вольт-амперная характеристика
ВР ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения
МДП - структура металл-диэлектрик-полупроводник
МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия
МСМ - магнитно-силовая сканирующая микроскопия
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия
ПЭХ - планарный эффект Холла;
РМП - разбавленный магнитный полупроводник
РМЦД - рентгеновский магнитный циркулярный дихроизм;
РФЭС - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия УЭС - удельное электро-сопротивление ФМ - ферромагнетизм
ЭПР - электронный парамагнитный резонанс
EXAFS - (Extended X-ray Absorption Fine Structure) - протяженная тонкая структура поглощения рентгеновского излучения
XANES - (X-ray Absorption Near Edge Structure) - тонкая структура поглощения
рентгеновского излучения вблизи края поглощения
ПОЯСНЕНИЕ
Поскольку все конденсированные вещества состоят из атомов и содержат электроны, проявляя определенный тип магнитного поведения, то в настоящей работе под термином «магнитный ион» или «магнитный атом» подразумевается легирующий Зб-элемент в форме, соответственно, иона или атома.

Бе), данная работа показывает, что само по себе наличие вращения поляризованного света при отражении (эффект Керра) не является доводом в пользу собственного источника ФМ, но свидетельствует о наличии ФМ-отклика на поверхности. Исследование магнитного резонанса наноразмерных (30 нм) сфер 8Юг, никелированных в электролитическом растворе, было выполнено в работе [96]. Авторы также наблюдали ФМ связанный с металлической фазой, N1 на поверхности наносфер и образование изолированных парамагнитных центров №2+ и №3+.
Матсумото и др. [97] используя импульсное лазерное осаждение, вырастили эпитаксиальные пленки рутила и анатаза легированные от 8с до 7.п. пытаясь определить наличие ферромагнетизма в этих пленках. Из всех комбинаций с легированной примесью только Со - легированный анатаз, демонстрировал ферромагнетизм при комнатной температуре. Важно заметить, что этот материал (ТЮг) не входил в опубликованные Дитлем и соавг. расчеты, но уже был известен в электронике в качестве высокоэффективного изолятора и ценного для оптики материала, благодаря высокой диэлектрической постоянной и, в случае рутила, высокому коэффициенту преломления. Немного позднее, Чамберс и др. подтвердили этот результат использовав осаждение МЛЭ с кислородной плазмой (англ. ОРАМВЕ) и получив на ПСД значительную намагниченность насыщения [98].
Электрические особенности оксидов
В зонной теории энергетическая структура полупроводника рассматривается как идеализированная структура бесконечного кристалла. Согласно ей в кристаллическом полупроводнике без примесей и структурных дефектов промежуток между зоной проводимости и валентной зоной свободен от разрешенных уровней энегий. В этом случае проводимость в основном осуществляется путем термической активации носителей из зоны в зону, приводя к одновременному появлению носителей заряда двух знаков — положительных и отрицательных. Для поликристаллических и аморфных материалов, которые получены напылением при физическом осаждении или из газовой фазы методом химического осаждения в виде тонких пленок, эта картина энергетического строения материала неверна, в силу слишком сильного упрощения. Примеси и дефекты (точечные или внутри межзеренных границ), а также отклонение в стехиометрии, присущее оксидам, приводят к нарушению дальнего порядка в кристаллических материалах. Это дает некоторое «размывание» хвостов валентной и проводящей зоны (рис. 8). Поэтому ближние взаимодействия существенным образом приобретают влияние в разупорядоченных материалах, приводя к появлению особенностей зонной структуры.