Синтез и свойства пленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4-δ на подложках Si с термостабильными межфазными границами

• Автор: Гераськин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ЕЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1Л Основные направления поиска материалов для спинтроники
1.2 Кристаллическая структура феррит-шпинелей
1.3 Магнетизм в ферритах со структурой шпинели
1.4 Фазовые состояния в системе М§-0а-Бе-
Е5 Методы синтеза керамических шпинелей
1.6 Методы получения пленок сложных оксидов
1.7 Механизмы роста пленок
ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТ АЛЕНАМ ЧАСТЬ
2.1 Синтез керамических образцов Mg(Feo,8Gao,2)
2.2 Синтез аморфных пленок Mg(Feo,8Gao,2)204.
2.3 Методы исследования
ГЛАВА III РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Оптимизация процесса получения мишеней для синтеза пленок
3.2 Выбор барьерного слоя при осаждении пленок Mg(FeoJ8Gao,2ДО4-5 на
кремнии
3.3 Физико-химические характеристики свежеосажденных пленок
Mg(Feo,8Gaol2)204.s
3.4 Особенности процессов кристаллизации пленок Mg(Feo>8Gao,2)204_s
толщиной 200-2000 нм на кремнии
3.4.1 Выбор режимов постростового отжига пленок Мё(Ве0,80ао,2)204_
3.4.2 Структура и магнитные свойства пленок М§(Рео!80ао,2)204-5 толщиной 2 мкм
3.4.3 Структура и магнитные свойства пленок М§(Ре0,80ао,2)204-5 толщиной 0,8 мкм
3.4.4 Структура и магнитные свойства пленок М§(Рео,80ао,2)204-5 толщиной 0,4 мкм
3.5 Модель процесса кристаллизации пленки Mg(Feo!8Gao.2)
на кремнии

3.6 Электрические характеристики пленок К-^Рео^Оао^ЬО^
на кремнии
3.7 Ферромагнитный резонанс в пленках І^Део^СіаодЬОф^
на кремнии
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Известно, что увеличение скорости приема, обработки и передачи информации в современных устройствах микроэлектроники приближается к пределу, обусловленному принципиальными физическими ограничениями на дальнейшее уменьшение размеров активных элементов. В связи с этим, для расширения возможностей электронных устройств необходим поиск и создание новых технологий, которые позволили бы обеспечить дальнейший прогресс в этой области науки и техники.
В качестве одного из наиболее перспективных решений указанной проблемы рассматривается спинтроника - область науки и техники, в которой не только заряд, но и спин электрона могут использоваться для приема, обработки, хранения и передачи информации.
Однако до последнего времени развитие работ в этой области знаний сдерживалось отсутствием гомогенных магнитных полупроводниковых материалов, сохраняющих спиновую ориентацию носителей заряда выше комнатных температур и совместимых в пленочном виде с известными коммерческими полупроводниками (81, ваИ и др.). И только в последнее время, путем изоструктурного растворения в феррите состава МрБегО,} шпинели М^ОагСЕ, были получены искомые полупроводниковые магнитные материалы, температура Кюри (Тс) которых заметно превышает комнатную [1]-
Как оказалось, наиболее высокими функциональными
характеристиками обладает твердый раствор состава ('^(Рео.зСгаодДО,).
Материал характеризуется полупроводниковой проводимостью, температурой
магнитного разулорядочения Тс 180°С, коэрцитивной силой ~ 0,02 Тл, а также

величиной намагниченности насыщения М5 ~28А-м кг', превышающей величину М$ феррита MgFe204 (-23 А-м2 кг'').
Позднее, были получены пленки Mg(FeoJ8Gao,2)26)4-8 на подложках монокристаллического кремния [2]. При этом свеженапыленные пленки характеризовались аморфной структурой. Было установлено, что температура кристаллизации пленок составляет 900 - 950°С. Оказалось, что величина М.$ из-за взаимодействия пленки с подложкой в процессе кристаллизации
Суть метода импульсного лазерного распыление заключается в испарении вещества мишени импульсным лазерным излучением. Благодаря тому, что источник лазерного излучения вынесен за пределы рабочей камеры, можно легко менять режимы распыления регулируя параметры лазера (вплоть до изменения длины волны лазерного излучения путем замены источника). Однако недостатки этого метода ограничивают его применение лишь единичными лабораториями. Прежде всего, это высокая стоимость и сложность оборудования. Более того, аналогично магнетронному распылению, в ходе процесса ИЛР может происходить осаждение агломератов оксидов металлов, входящих в состав мишени, или собственно агломератов мишени, которые, осаждаясь на поверхности подложки, существенно влияют на структуру и свойства формируемой пленки. Высокая локальность взаимодействия лазерного излучения с мишенью не только позволяет работать с малыми образцами (что является несомненным преимуществом), но с другой стороны делает невозможным получение пленок больших площадей. Поэтому метод КЛР преимущественно используется не в промышленности, а для лабораторных исследований. Кроме того, получаемые этим методом пленки имеют невысокую плотность.
Несмотря на то, что метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), благодаря возможности точного контроля роста, используется в микроэлектронике достаточно широко для получения полупроводниковых пленок БЮе, АщВр/, АцВп/, получения оксидных материалов этим методом затруднено, ввиду окисления в выходных ячейках. Несмотря на этот факт, ряду авторов [89, 90] удалось получить пленки сложных оксидов
(перовскитов) этим методом.
В подавляющем числе случаев указанных недостатков лишен метод ионно-лучевого осаждения [91]. Метод позволяет количественно переносить материал на осаждаемую поверхность. При этом получаемые пленки характеризуются высокой плотностью и воспроизводимостью характеристик.