Магнитные и магнитооптические свойства слоистых пленок Ni/Ge

• Автор: Черниченко, Ангелина Виталиевна
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 96 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Структуры ФМ/Si

1.2. Магнитные свойства структур ФМ/Ge

1.3. Соединения Ni-Ge и гетероструктуры, включающие Ge и Ni

1.4. Обменное смещение петли гистерезиса в структурах FM/AFM

1.5.Влияние шероховатости межслоевых границ на магнитные свойства слоистых структур

1.6. Методы получения и исследования пленочных

структур Зй-металл/полупроводник

Глава 2. Образцы и методика эксперимента

2.1. Изготовление образцов
2.2. Методики измерений
Глава 3. Морфология пленок, состав и структура интерфейса
3.1. Морфология поверхности пленок Ni/Ge
3.2. Структура пленок и интерфейса между слоями Ni и Ge
3.2.1. Рентгеновская рефлектометрия
3.2.2. Структура слоев Ni и Ge и степень их окисления
3.2.3. Структура поперечного среза пленок Ni/Ge
Глава 4. Магнитооптические и магнитные свойства пленок Ni/Ge
4.1. Эффект Фарадея, спектральные и полевые зависимости
4.2. Влияние отжига на величину и полевую зависимость ЭФ
4.3. Полевые и температурные зависимости намагниченности
слоистых пленок Ni/Ge
Заключение
Список литературы

Введение
Пленочные гетеро-структуры, состоящие из слоев ферромагнитного металла (ФМ) и полупроводника (ПП), включая ПП IV группы (Si, Ge), вызывают особый интерес, как исследователей, так и разработчиков новых технологий и устройств. В последние годы усилия многих исследовательских групп сосредоточены на интегрировании ПП и ФМ в единых структурах для создания революционных информационных устройств на основе спинтроники [1, 2], использующей в качестве операционных элементов направление спина (например, [3-5]). Основное внимание уделяется структурам, включающим слои Si, в которых удается сформировать очень узкий граничный слой (интерфейс) между ФМ и ПП слоями. Высокая скорость взаимной диффузии большинства ФМ металлов и Ge [6] ограничивает прикладное применение структур на основе Ge в тех случаях, когда принципиально важен узкий интерфейс. С другой стороны, она же открывает новые возможности создания структур с использованием свойств интерфейса, в частности, например, в комплиментарных структурах метало-оксид-полупроводник - complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) [7]. С этой точки зрения большой интерес представляет исследование процессов формирования и свойств интерфейса в двухслойных и многослойных пленках ФМ/Ge.
Одной из наиболее изучаемых является структура Mn-Ge, в интерфейсе которой обнаружено множество фаз с различными магнитными свойствами [8, 9]. Не меньшее количество публикаций посвящено структурам Ge/Fe [10-13] и Co/Ge [14-17]. Во введении приведено лишь незначительное количество публикаций, но, в контексте настоящей работы, важно отметить, что, наряду с составом и структурой пленок и интерфейса, изучались их магнитные свойства. Несколько иначе обстоит дело с изучением структур Ni/Ge. Для них проведены детальные исследования формирования в интерфейсе различных германидов никеля (например, [18-20]) и, более того, благодаря образованию широкого интерфейса между слоями, Ni/Ge пленки используются в качестве барьера

Шоттки в тонкопленочных транзисторах и диодах [21-24]. Однако, магнитные свойства структур Ni/Ge к началу настоящей работы, вообще, не были исследованы. В то же время возникновение интерфейсов, обусловленных межслоевой диффузией [6], может сильно влиять на их магнитные свойства. Действительно, наши предварительные исследования выявили появление особенностей в магнитных свойствах гибридных пленок Ge/Ni и Ge/Ni/Ge/Ni/Ge, что явилось предпосылкой постановки задачи диссертации. Отметим, что наряду с исследованиями намагниченности синтезированных образцов в широком интервале температур и магнитных полей, большое внимание было уделено магнитооптическим эффектам, в основном, эффекту Фарадея (ЭФ), как неразрушающему экспресс методу контроля магнитного состояния образцов. К тому же зависимость ЭФ от энергии световой волны обеспечивает дополнительный канал получения информации об электронной структуре и характере электронных переходов в магнитоупорядоченных фазах образца. Данные магнитных и магнитооптических измерений сопоставлялись с результатами исследования морфологии поверхности синтезированных пленок, составе и структуре слоев, включая интерфейс, полученными с помощью комплекса методов - атомной силовой микроскопии, электронной микроскопии высокого разрешения, рентгеновской флуоресценции, протяженной тонкой структуры и пред-краевой структуры рентгеновских спектров поглощения (EXAFS и XANES, соответственно) и рентгеновской рефлектометрии.
Цель работы - Определение влияния толщины и морфологии составляющих слоев и режимов термообработок на структуру, магнитные и магнитооптические свойства плёнок Ni/Ge.
Для достижения целей были поставлены следующие задачи.
- Определить морфологию поверхностей слоев плёнок Ni/Ge, структуру слоев и интерфейса между слоями и влияние на эти параметры исходных толщин составляющих слоев и режима термических обработок.
- Исследовать полевые и спектральные зависимости магнитооптического эффекта Фарадея (ЭФ) в двухслойных и пятислойных структурах Ni/Ge с

коэффициенты поглощения световых волн, поляризованных по правому и левому кругу, различны, как это имеет место, например, при наличии в среде магнитного кругового дихроизма, то световой поток на выходе из системы будет модулирован по интенсивности. Таким образом, измерения дихроизма ' — сводятся к измерениям типа
U ~ (1 + Д • smcot)-I, (2.2)
где U - напряжение на выходе фотоумножителя, А - величина, пропорциональная искомому эффекту, т.е. МКД, 1 - интенсивность прошедшего через систему света, со - частота колебаний призмы. Из формулы (2.2) видно, что при постоянной составляющей, не зависящей от величины падающего на фотоумножитель светового потока, переменный сигнал будет пропорционален искомой величине Д. Изменяя напряжение питания фотоумножителя таким образом, чтобы постоянная составляющая U_ = const
при любой интенсивности светового потока, получим, что A -U .
Соответствующий характер питания фотоумножителя обеспечивается блоком питания фотоприёмника. Измерения величины А ~ U производились при двух
взаимно противоположных направлениях магнитного поля «+» и «-», и записывалась разность (Д+-Д_).
В качестве источника магнитного поля используется электромагнит с просверленными полюсами аналогично ЭФ. Охлаждение образца до температуры 90 К производится путём обдува его парами азота. Для интенсивного испарения жидкого азота используется печка мощностью 250 Ватт. Контроль температуры образца осуществляется с помощью медь-константановой термопары, контрольный спай которой находится при температуре 77.3 К. Для контроля за температурой используется прецизионный терморегулятор. Спектральный диапазон измерения МКД 400-1000 нм, предельная чувствительность 1-КГ6рад, магнитное поле составляло 3,5 кЭ, точность измерения магнитного поля -5%, температурный диапазон 90-300 К.