Автореферат (Исследование гранулированных и многослойных наногетероструктур на основе аморфных ферромагнитных сплавов и полупроводников методами магнитооптической спектроскопии), страница 4

Исследование полевых зависимостей ЭЭК в ближней ИКобласти показало, что их поведение имеет аномальный вид и существенно отличается от кривых δ(Н), полученных в видимой области. Для некоторых образцов наблюдалась сменазнака эффекта при увеличении напряженностивнешнего магнитного поля H и эффект в локальном максимуме мог превышатьв 3 раза эффект в насыщении (рис 6). Смена знака эффекта отсутствовала наполевых зависимостях для тех же образцов, полученных при hν = 2 эВ. Аномальное поведение кривых намагничивания и разница в виде δ(Н) для различных длин волн исчезали при увеличении толщины слоев Si.16Для образцов с толщиной прослоек композита менее 2 нм, наблюдаетсяспектр ЭЭК, подобный спектру нанокомпозитов, напыленных послойно, описанных в 7 главе.

Введение кремния (0,18–0,41 нм) приводит к сильному изменению вида зависимости δ(hν), заключающееся в сдвиге локального максимумаэффекта в область меньших энергий световых квантов, с одновременнымуменьшением амплитуды отрицательного по знаку эффекта. Для образцов с Х =2 – 4,37 нм эффект был положителен во всем диапазоне длин волн и имел сходство со спектрами, полученными для структур [Co45Fe45Zr10(X)/Si(Y)]n c толщинами слоев порядка 3 – 4 нм [14]. Изменение толщины прослойки кремния приводит к нелинейному изменению величины ЭЭК, причем для близких по толщине слоев композита образцов эффект может отличаться в несколько раз. Приувеличении толщины прослоек композита более 4,63 спектры ЭЭК многослойных структур были подобны спектрам композита Co45Fe45Zr10 в диэлектрической матрице с концентрацией ФМ фазы Z за порогом перколяции [7,9].2X, нм1,391,581,681,761,831,891,891,98δ/δ S10-1-2hν = 1,3 эВ-30,00,51,01,52,0Y, нм0,180,270,340,380,410,440,440,45Рис.

6. Полевые зависимости ЭЭК многослойных структур(CoFeZr)z(Al2O3)100-z/Si(нормированные значения эффекта).2,5Н, кЭДля более детального исследования влияния интерфейса на границе композит-полупроводник на МО свойства пленок были исследованы спектральныезависимости ЭЭК в малых полях, при этом величина магнитного поля выбиралась в точке наибольшего проявления аномалии на кривой δ(Н).

Обнаружено,что спектры в малых полях сильно отличаются от спектров, полученных при Н= 2,5 кЭ и подобны спектрам ЭЭК композита Co45Fe45Zr10 в диэлектрическойматрице [7,9], а вид спектров в малых полях изменяется в зависимости от соотношения толщин Х/Y. Разностные спектры ЭЭК образцов (из спектра, полу17ченного при 2,5 кЭ вычитали спектр, полученный в малом поле) подобныспектрам многослойных структур [Co45Fe45Zr10(X)/Si(Y)]n c толщинами слоевболее 3 нм [14] (рис.7, 8).А1Б4δ/δSЭЭК, δ·103620-10-2-2-312340,0hυ, эВX=1,89 нмY=0,44 нмН=2500 ЭН=135 ЭH=25 Эразность спектров:при Н=2500 -135 Эпри Н=2500 -25 ЭE, эВ21,31,30,490,51,01,52,02,5Н, кЭРис.7.

Спектры и разностные спектрыЭЭК (А) и полевые зависимости ЭЭК(нормированные значения) для различных длин волн (Б) для структуры с Х =1,89 нм и Y = 0,44 нм.Области толщин Х и Y при которых происходит аномальное изменениемагнитных и магнитооптических свойств хорошо коррелируют с резкими изменениями в электрических свойствах каждой серии и обусловлены структурными особенностями роста полупроводниковой прослойки на композиционномслое. То есть и падение сопротивления на 2-3 порядка и аномалии в поведениимагнитных и магнитооптических свойств имеют перколяционную природу.Из зависимостей ρ(Y) следует, что изменение транспортных свойств МСв области малых толщин кремния можно связать с образованием и ростоммежгранульной прослойки Si на ФМ гранулах CoFeZr.

То есть на интерфейсеФМ гранула - полупроводник будет происходит образование нового композита (CoFeZr)-Si или (CoFeZr)- силициды+Si, концентрация магнитной фазы в котором зависит, как от вида и размера гранул в композитном слое, так и от отношения X/Y и скорости образования силицидов. Увеличение толщины слоя кремния18в области толщин до перколяции будет приводить к объединению соседних гранул через островки кремния и/или силициды как внутри композитного слоя, так имежду соседними магнитными слоями и, следовательно, к увеличению концентрации магнитной фазы в сложном композите (Co45Fe45Zr10)–Al2O3+Si+силициды.Этим можно объяснить рост намагниченности и ЭЭК при добавлении кремния вмультислойные системы.ЭЭК, δ ·103(CoFeZr)40(Al2O 3)60/Si 1,98 нм/0,45 нм(CoFeZr)40(Al2O 3)60/Si 2,43 нм/0,95 нм10CoFeZr/Si 1,97 нм/0,84 нм(CoFeZr)40(Al2O 3)605CoFeZr0-50,51,01,52,02,53,03,54,0Рис.

8. Спектры ЭЭК дляразличных структур наоснове сплава Co45Fe45Zr10.h ν, эВАномальное поведение в ближней ИК-области связано с конкуренциейвкладов от двух композитов (Co45Fe45Zr10)–Al2O3+Si+силициды и (Co45Fe45Zr10)–Si+силициды, которые в этой области спектра имеют разные знаки (рис. 8).В параграфе 8.4 представлены результаты исследования многослойныхструктур со слоями нанокомпозита в районе порога перколяции.

Обнаруженасильная зависимость МО свойств от толщин как нанокомпозита, так и полупроводника. Характер спектров ЭЭК образцов с толщинами прослоек кремния более 2 нм существенно отличается от спектров структур с Y < 2 нм. Величинаэффекта для этих образцов много меньше, чем для структур, с тонкими слоямиполупроводника.Для некоторых образцов с толщинами Y в диапазоне 2,62–3,31 нм обнаружена аномальная зависимость ЭЭК от приложенного магнитного поля — вполях напряженностью 100 – 400 Э происходит смена знака эффекта. Областитолщин Х и Y при которых происходит аномальное изменение магнитных и19магнитооптических свойств хорошо коррелируют с резкими изменениями вмагнитных и электрических свойствах каждой серии.В рамках высказанных ранее предположений об образовании на интерфейсе гранула – полупроводник появления нового композита (Co45Fe45Zr10)(Si +силициды), свойства которого зависят от параметров напыляемых прослоек композита и кремния, объясняются магнитные и магнитооптические свойства многослойных пленок с концентрацией ФМ фазы в композите в области порога протекания.Показано, что использование гранулированного ферромагнетика в качествепрослойки в многослойных пленках не приводит к изоляции гранул ферромагнетика от контактов с полупроводником, независимо от толщин как композита,так и полупроводника.

Получившийся интерфейс, существенно влияющий наМО свойства многослойных структур довольно сложно описать из-за множества факторов, влияющих на его образование и структуру.В заключении сформулированы основные результаты и выводы.Наиболее существенными научными результатами работы являются следующие:•Получены новые экспериментальные данные об аномальном поведении, полевых и ориентационных зависимостях экваториального эффекта Керра имагнитных свойств многослойных пленок на основе пермаллоя и карбидакремния, указывающие на сложный вид их магнитных структур и необходимость учета влияния немагнитной полупроводниковой прослойки на характер взаимодействия ферромагнитных слоев.•Обнаружены нелинейная зависимость МО свойств многослойных пленок наоснове сплава Co45Fe45Zr10 и аморфного гидрогенизированного кремния оттолщины слоев и усиление магнитооптического отклика в гибридныхструктурах,связанныесвлияниеминтерфейсаферромагнетик–полупроводник.•Показано влияние технологии изготовления на МО свойства нанокомпозитов ферромагнетик–диэлектрик.

Установлено, что микроструктура послой20но напыленных нанокомпозитов существенно отличается от микроструктуры объемных нанокомпозитов, а порог перколяции смещается в областьменьших значений содержания ФМ фазы.•Впервые проведено исследование магнитооптических свойств многослойных структур нанокомпозит–полупроводник (Co45Fe45Zr10)z(Al2O3)100-z/Si вширокой области толщин слоев и концентраций Z магнитной фазы. Обнаружено, что в структурах нанокомпозит–полупроводник введение тонкихслоев Si (до 2 нм) приводит к усилению эффективного магнитного взаимодействия между гранулами Co45Fe45Zr10.•Установлено, что на интерфейсе магнитная гранула–кремний происходитобразование нового композита (Co45Fe45Zr10)(Si+силициды), концентрациямагнитной фазы в котором зависит, как от вида и размера гранул в композитном слое, так и от скорости образования силицидов.Основные результаты диссертации опубликованы в работах:1.

В.Е.Буравцова,Е.А.Ганьшина,В.С.Гущин,Ю.Е.Калинин,С.Пхонгхирун,А.В.Ситников, О.В.Стогней, Н.Е.Сырьев. Гигантское магнитосопротивление и магнитооптические свойства гранулированных нанокомпозитов металл-диэлектрик// Известия Академии Наук, серия физическая, Т67, №7, с.918-920, 2003.2. V.E. Buravtsova, E.A. Gan’shina, V.S. Guschin, S.I. Kasatkin, A.M. Muravjev, F.A.Pudonin. Investigations of magnetic and magnetooptic properties of nanoheterostructureswith NiFe and SiC layers //Microelectronic Engineering. 2003.