Морфология, магнитные и магнитооптические свойства низкоразмерных структур Fe-Si

• Автор: Лященко, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Применение метода отражательной спектральной магнитоэллипсометрии для исследования оптических и

магнитооптических свойств силицидов Ге581з и Ре

1.1 Основное уравнение эллипсометрии, прямая и обратная задачи

1.2 Традиционные модели отражающей поверхности образца

1.3 Магнитооптические измерения на отражение

1.4 Методы оптимизации эллипсометрической модели.

Регрессионный анализ

Глава 2 Экспериментальное оборудование, аппаратура и методы исследования

2.1 Технологическое оборудование для получения тонких плёнок
2.2 Экспериментальные методы исследования
2.3 Методология анализа структурных и магнитооптических свойств с помощью спектральной эллипсометрии
2.3.1 Модель случайно-распределённых дисков
2.3.2 Алгоритм расчёта магнитооптических параметров ферромагнетика по данным магнитоэллипсометрии
2.3.3 Обоснование выбора метода определения экстремумов
функции минимизации
2.4 Выводы к главе
Глава 3 Исследование влияния технологических условий на формирование метастабильной при комнатной температуре фазы силицида Ре5
3.1 Создание массивных образцов системы Ре^з/БЮг/ЗфЮО).
Измерение дисперсий коэффициентов преломления и поглощения
РезБЬ

3.2 Формирование островковых образцов стехиометрического состава Fe5Si3 методом послойного осаждения Fe и Si на поверхность SiC>2/Si(100) в различных технологических условиях
3.3 Анализ морфологии островковых образцов стехиометрического состава Fe5Si3 методами атомно-силовой микроскопии, растровой электронной микроскопии и спектральной эллипсометрии
3.4 Выводы к главе
Глава 4 Анализ магнитных и спектральных магнитооптических характеристик структур Fe5Si3/SiO2/Si(100) и Fe3Si/Si(l 11) методами ех situ и in situ отражательной спектральной магнитоэллипсометрии
4.1 Апробация метода спектральной магнитоэллипсометрии при
анализе структуры Fe/SiO2/Si(100)
4.2 Анализ магнитных и магнитооптических свойств структуры Fe5Si3/Si02/Si(l 00) методами ex situ спектральной
магнитоэллипсометрии
4.3 Анализ магнитных и магнитооптических свойств структуры Fe3Si/Si(l 11) методами ex situ спектральной магнитоэллипсометрии
4.4 Выводы к главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования
В настоящее время наблюдается значительный прикладной интерес к сплошным поликристаллическим и эпитаксиальным плёнкам нанометровых толщин, которые используются в роли проводников и изоляторов в микро- и наноэлектронике. Особую ценность для таких сплошных плёнок имеют ферромагнитные материалы в связи с потенциалом их применения в различных устройствах спинтроники [1, 2]. Например, многослойные структуры с интерфейсом ферромагнетик/полупроводник могут использоваться для создания спинового вентиля, в котором возможно изменять спиновый ток, управляя состояниями намагниченности ферромагнитных слоев [3].
Высокий коэффициент спиновой инжекции в таких устройствах наблюдается в случае высокой степени спиновой поляризации ферромагнетика и резкого интерфейса между ферромагнетиком и полупроводником [4], причем такой интерфейс достаточно затруднительно реализовать на практике. Как правило, проблема создания подобного интерфейса решается эпитаксиальным ростом тонких плёнок ферромагнетика на полупроводнике. В роли полупроводника в устройствах спинтроники хорошо зарекомендовал себя кремний в связи с малой величиной его спин-орбитального взаимодействия и большой длиной спиновой диффузии [5]. Учитывая доминирующие позиции в современной микроэлектронике кремниевых технологий, актуальным является как создание ферромагнитных материалов на основе силицидов Зб-металлов, производство которых требует минимальных изменений существующих технологических процессов, так и формирование плёнок этих силицидов на полупроводнике с резкой границей раздела. Особый интерес представляют магнитные системы Ре/8ц в том числе богатые железом ферромагнитные силициды Рез81з и РезБн Силицид Ре5813, имплантированный в кремний, демонстрирует эффект гигантского магнетосопротивления 2400% [4], но в объёмном состоянии

амплитудного канала Ч'. В этом случае достигается наивысшая величина сигнал/шум [52]. При положении анализатора 45° на фотоприемниках канала Ч* будут практически синхронно меняться интенсивности принимаемых сигналов для р- и 5-компонент света в системе координат анализатора (или ± 45° в системе координат образца), что дает минимальное изменение контраста и наихудшее соотношение сигнал/шум.
1.4 Методы оптимизации эллипсометрнческои модели.
Регрессионный анализ
При анализе морфологии и состава поверхностей сложных многокомпонентных образцов или магнитооптических свойств ферромагнетиков следует учитывать, что:
• слои вещества толщиной более 5<1Р (где с1р - глубина ослабления интенсивности света в е раз [53]) считаются непрозрачными;
• прозрачные плёнки с обратной стороны относительно падения света допускается покрывать поглощающим свет материалом для ослабления излучения, отражённого от нижней границы образца, и в дальнейшем использовать модель полубесконечной среды;
• толстые прозрачные слои, имеющие высокую шероховатость поверхности, можно обработать полировкой, если допускается изменение морфологии поверхности образца;
• при построении модели можно воспользоваться простейшими физическими соображениями, например тем, что концентрация материала подложки при обычной диффузии чаще всего уменьшается с расстоянием от поверхности подложки.
На рисунке 7 показаны наиболее распространённые методы оптимизации структуры образца. В случае толстого покрывающего слоя мы можем пренебречь влиянием нижележащей структуры на результаты измерений.