Синтез и свойства пленок Mg(Fe0, 8Ga0, 2)2O4-δ на подложках Si с термостабильными межфазными границами
Описание файла
PDF-файл из архива "Синтез и свойства пленок Mg(Fe0, 8Ga0, 2)2O4-δ на подложках Si с термостабильными межфазными границами", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "диссертации и авторефераты" в общих файлах, а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата химических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общейи неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Федеральноегосударственноебюджетноеобразовательноеучреждениевысшегопрофессионального образования "Московский государственный техническийуниверситет радиотехники, электроники и автоматики"На правах рукописиГЕРАСЬКИН АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧСИНТЕЗ И СВОЙСТВА ПЛЕНОК Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ НАПОДЛОЖКАХ Si С ТЕРМОСТАБИЛЬНЫМИ МЕЖФАЗНЫМИГРАНИЦАМИСпециальность 02.00.21 – химия твердого телаДиссертацияна соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководительд.х.н. В.А.КецкоМосква 2014СОДЕРЖАНИЕ1.11.21.31.41.51.61.72.12.22.33.13.23.33.43.5ВВЕДЕНИЕ .....................................................................................................................4ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ..........................................................................9Основные направления поиска материалов для спинтроники .....................9Кристаллическая структура феррит–шпинелей ...............................................12Магнетизм в ферритах со структурой шпинели ..............................................16Фазовые состояния в системе Mg–Ga–Fe–O .....................................................23Методы синтеза керамических шпинелей ..........................................................26Методы получения пленок сложных оксидов ..................................................33Механизмы роста пленок .........................................................................................36ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАМ ЧАСТЬ ...............................................50Синтез керамических образцов Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4 ...........................................50Синтез аморфных пленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4-δ ....................................................51Методы исследования ................................................................................................54ГЛАВА III РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ .........................................60Оптимизация процесса получения мишеней для синтеза пленок .............60Выбор барьерного слоя при осаждении пленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ накремнии ..........................................................................................................................63Физико-химические характеристики свежеосажденных пленокMg(Fe0,8Ga0,2)2O4-δ .......................................................................................................73Особенности процессов кристаллизации пленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δтолщиной 200-2000 нм на кремнии......................................................................793.4.1 Выбор режимов постростового отжига пленокMg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ ...........................................................................
793.4.2 Структура и магнитные свойства пленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δтолщиной 2 мкм .............................................................................. 853.4.3 Структура и магнитные свойства пленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δтолщиной 0,8 мкм ........................................................................... 883.4.4 Структура и магнитные свойства пленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δтолщиной 0,4 мкм ........................................................................... 92Модель процесса кристаллизации пленки Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δна кремнии.....................................................................................................................9523.63.7Электрические характеристики пленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δна кремнии...................................................................................................................104Ферромагнитный резонанс в пленках Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δна кремнии...................................................................................................................109ВЫВОДЫ ....................................................................................................................112СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ......................................1133ВВЕДЕНИЕАктуальность работы.
Известно, что увеличение скорости приема,обработки и передачи информации в современных устройствахмикроэлектроникиприближаетсякпределу,обусловленномупринципиальными физическими ограничениями на дальнейшее уменьшениеразмеров активных элементов. В связи с этим, для расширения возможностейэлектронных устройств необходим поиск и создание новых технологий,которые позволили бы обеспечить дальнейший прогресс в этой области наукии техники.В качестве одного из наиболее перспективных решений указаннойпроблемы рассматривается спинтроника – область науки и техники, в которойне только заряд, но и спин электрона могут использоваться для приема,обработки, хранения и передачи информации.Однако до последнего времени развитие работ в этой области знанийсдерживалось отсутствием гомогенных магнитных полупроводниковыхматериалов, сохраняющих спиновую ориентацию носителей заряда вышекомнатных температур и совместимых в пленочном виде с известнымикоммерческими полупроводниками (Si, GaN и др.).
И только в последнеевремя, путем изоструктурного растворения в феррите состава MgFe2O4шпинели MgGa2O4, были получены искомые полупроводниковые магнитныематериалы, температура Кюри (TC) которых заметно превышает комнатную[1].Какоказалось,наиболеевысокимифункциональнымихарактеристиками обладает твердый раствор состава Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4.Материал характеризуется полупроводниковой проводимостью, температуроймагнитного разупорядочения ТС 180°С, коэрцитивной силой ~ 0,02 Тл, а такжевеличиной намагниченности насыщения МS ~ 28 А·м2·кг-1, превышающейвеличину МS феррита MgFe2O4 (~23 А·м2·кг-1).Позднее, были получены пленки Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ на подложкахмонокристаллического кремния [2]. При этом свеженапыленные пленкихарактеризовались аморфной структурой. Было установлено, что температуракристаллизации пленок составляет 900 – 950°С.
Оказалось, что величина МSиз-за взаимодействия пленки с подложкой в процессе кристаллизации4Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ не превышала 16% от аналогичной величины дляобъемных аналогов.В связи с этим цель работы – синтез и кристаллизация пленок составаMg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ на подложках монокристаллического кремния стермостабильными межфазными границами и магнитными характеристиками,сопоставимыми с их объемными аналогами.В качестве объектов исследования были выбраны порошкообразныематериалыMg(Fe0,8Ga0,2)2O4ипленочныегетероструктурыMg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ/SiO2/Si. В качестве объектов сравнения использованыматериалы состава Mg(Fe0,8Al0,2)2O4, а также гетероструктуры Au/Co/Si.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:разработка метода синтеза порошкообразных материалов составаMg(Fe0,8Ga0,2)2O4, а также порошков Mg(Fe0,8Al0,2)2O4 в качестве объектовсравнения;синтезметодомионно-лучевогоосаждения-распыленияпленочных гетероструктур Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ/SiO2/Si и Au/Co/Si;анализ состава и морфологии получаемых свеженапыленныхпленок в зависимости от условий их синтеза;анализ физико-химических характеристик закристаллизованныхпленок Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ на Si с буферными слоями SiO2исследование в синтезированных игетероструктурахMg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ/SiO2/Siхарактеристик и СВЧ свойств.закристаллизованныхполупроводниковыхНаучная новизна.разработан способ получения порошков Mg(Fe0,8Ga(Al)0,2)2O4 ссодержанием летучих соединений углерода менее 0,02 ат.%;установлено, что пленки Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ, синтезированныеметодом ионно-лучевого распыления при величине ускоряющего напряжения1,4–1,6 кВ и плотности тока пучка ионов аргона 0,2–0,3 мА/см2,соответствуют составу мишени, являются плотными и однородными как потолщине, так и по площади;разработанметодсинтезагетероструктурMg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ/SiO2/Si с термостабильными межфазными границами,5характеризующихся величиной намагниченности насыщения, сопоставимой сМs для порошка аналогичного состава, и температурой Кюри 170°С;предложенафеноменологическаямодельпроцессакристаллизации пленочных гетероструктур Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ/SiO2/Si;впервыепоказаноналичиевгетероструктурахMg(Fe0,8Ga0,2)2O4–δ/SiO2/Si полупроводниковых характеристик и СВЧ свойств.Практическая значимость.
