Особенности магнитных свойств разбавленных магнитных полупроводников на основе Si, InAs, GaN и ZnO (1104120)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиСЕМИСАЛОВА АННА СЕРГЕЕВНАОСОБЕННОСТИ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВРАЗБАВЛЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВНА ОСНОВЕ Si, InAs, GaN и ZnO.специальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква2012Работа выполнена на кафедре магнетизма Физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорПеров Николай СергеевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,г.н.с.Казанский Андрей Георгиевичдоктор физико-математических наук,профессорГлезер Александр МарковичВедущая организация:Институт металлургии иматериаловеденияим.
А.А. Байкова РАНЗащита состоится «21» июня 2012 г. в 16 ч. на заседании диссертационногосовета Д 501.001.70 при Московском государственном университете имениМ.В. Ломоносова по адресу: 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы, д.1, стр.2,МГУ имени М.В. Ломоносова, ЦКП физического факультета, конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М.В.
Ломоносова.Автореферат разослан «21»мая2012 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.70доктор физико-математических наук, профессорПлотников Г.С.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыВматериалах,обладающихмагнитнымупорядочением,наблюдаетсянеравновесная спиновая плотность состояний – среди носителей зарядов преобладаетвыделенное направление спина, спиновая поляризация. В основе спинтроники лежитидея использования спиновой поляризации для создания устройств и приборовнового типа, использующих создание неравновесной спиновой плотности вматериале, управление ориентацией спинов и спин-поляризованными токами спомощью внешних полей и детектирование образующегося спинового состояния.Использование спина наряду с зарядом для реализации спинтронных устройствдает ряд преимуществ по сравнению с современной микроэлектроникой.
Дляпереворота электронного спина магнитным полем требуется значительно меньшеэнергии, и происходит он быстрее перемещений электронных зарядов под действиемэлектрического поля. Поэтому можно рассчитывать, что управление спиновымисостояниями позволит создавать в будущем сверхмалые логические элементы икомпьютерные компоненты большой информационной емкости с огромнымбыстродействием и малым энергопотреблением [1].В настоящее время ферромагнитные полупроводники рассматриваются вкачестве материалов для инжекторов спин-поляризованных носителей заряда вустройствах полупроводниковой спиновой электроники, а также для разработкинового поколения элементов магнитной памяти [2].
Наиболее перспективнымиклассами ферромагнитных полупроводников для этой цели являются широкозонныесоединения AIIIBV и полупроводниковые оксиды, допированные переходнымиметаллами [3,4]. Преимущества соединений AIIIBV заключаются в их лучшейсовместимости со стандартными полупроводниковыми технологиями.
Кроме того,безусловно, интерес представляет ферромагнитный полупроводниковый материал наоснове кремния.Актуальность представленной работы определяется важностью вопросов,касающихся природы и причин возникновения ферромагнетизма при комнатнойтемпературе в полупроводниковых материалах (полупроводниках группы AIIIBV, IV(Si), а также оксидах). Вследствие своей уникальности данные материалыпредставляют собой чрезвычайный интерес как для фундаментальной науки, так идля прикладной – на их основе возможно создание нового поколения устройств1спинтроники, использующих спиновую степень свободы наряду с зарядовой [5,6].Реализация сочетания ферромагнитного состояния при температурах, превышающихкомнатную,иполупроводниковыхсвойств,такихкакчувствительностькдопированию и внешним электрическим полям, в этих материалах являетсяувлекательной и одновременно весьма сложной задачей, решение которой, крометого,ограниченонеобходимостьюсовместимостиподобныхматериаловссуществующими технологиями полупроводниковой электроники.
В настоящее времяведется активный поиск материалов, удовлетворяющих этим требованиям, ианализируются факторы, являющиеся ключевыми в формировании магнитныхсвойств разбавленных магнитных полупроводников (РМП).Цели исследованияЦель диссертационной работы заключалась в исследовании магнитных свойствразбавленных магнитных полупроводников на основе кремния, арсенида индия,оксида цинка и нитрида галлия, допированных различными элементами.Задачи исследованияДля достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:1. Разработка методики исследования магнитных свойств тонких пленокразбавленных магнитных полупроводников с помощью вибрационногомагнитометра. Проведение комплексного исследования магнитных свойствпри различных температурах образцов РМП на основе Si, InAs, GaN и ZnO,полученных как физическими, так и химическими методами.2.
Анализрезультатоввибрационнойисследованиямагнитометрии,ихмагнитныхсвойствсопоставлениесспомощьюрезультатамиисследований транспортных, магнитооптических и структурных свойствматериалов в рамках существующих теоретических моделей, описывающихферромагнетизм при комнатной температуре в разбавленных магнитныхполупроводниковых материалах.2Положения, выносимые на защиту:1.Ферромагнетизм при комнатной температуре в пленках InMnAs ссодержанием марганца от 13 до 26%, полученных методом импульсного лазерногоосаждения,обусловленфазовойнеоднородностьюматериала,аименно,формированием кластеров полуметаллического ферромагнитного арсенида марганцаMnAs.2.Причиной ферромагнетизма при комнатной температуре, наблюдаемогов кремнии, имплантированном ионами марганца (доза имплантации 0.1 - 5·1016 см-2),являютсяструктурныедефекты,возникающиевпроцессеимплантациииобуславливающие наличие оборванных связей в структуре материала и связанных сними неспаренных электронов.3.Ферромагнетизм в пленках Si1-xMnx с концентрацией x = 0.35 - 0.55,полученных методом импульсного лазерного осаждения, наблюдаемый вплоть до380 К, связан с особенностями формирования дефектов с локализованным магнитныммоментом и возникающим обменом между этими дефектами, усиленном спиновымифлуктуациями матрицы.4.Определяющуюрольввозникновенииферромагнетизмавнедопированных пленках ZnO, а также ZnO:Co, осажденных с использованиемпирогидролитического процесса MOCVD (с использованием водяного пара в качествереагента),играютморфологияиструктурныенаноразмерныеособенностиповерхности пленок, зависящие, в первую очередь, от условий процесса осаждения.Наличие ионов кобальта в допированных пленках ZnO:Co, полученных этим жеспособом, лишь способствует установлению ферромагнитного состояния, не являясьпри этом решающим фактором, определяющим магнитные свойства пленок.Наибольшая величина намагниченности наблюдается в недопированных пленках ZnO(т.н.
d0 - магнетизм),обладающихвысокоразвитойнаноструктурированнойповерхностью.5.Использование ионной имплантации позволяет получить собственныйферромагнетизм в GaN:Cr с температурой Кюри более 400 К, коэрцитивной силой~ 100 Э и намагниченностью ~ 25 Гс при комнатной температуре, что дает основаниярассматривать указанный материал в качестве одного из наиболее перспективных наданный момент кандидатов для использования в спиновой электронике.3Научная новизнаПроведенные исследования расширяют существующие представления оразбавленных магнитных полупроводниках различных типов - группы AIIIBV (InAs,GaN), IV группы (Si), а также оксидных полупроводников (ZnO), при допировании ихпримесями переходных металлов.Достоверность результатовРезультаты,экспериментов,представленныепроведенныхнавдиссертации,современномполученынаучномнаосновеоборудовании,сиспользованием статистических методов обработки экспериментальных данных.Достоверность полученных экспериментальных данных обеспечивалась комплексомвзаимодополняющихэкспериментальныхметодикиподтверждаетсявоспроизводимостью получаемых результатов.Результатыисследованийдокладывалисьиобсуждалисьнаспециализированных российских и международных конференциях.Практическая значимостьВ ходе выполнения работы было показано, что исследованные материалымогут быть использованы для создания устройств спинтроники, например, спиновыхсвето-излучающих диодов (spin-LED) или в качестве спиновых инжекторов вполупроводниковых гетероструктурах.Методамивибрационноймагнитометриибылапроведенааттестациямагнитных свойств серий образцов на основе Si, InAs, GaN и ZnO.
В работе былопродемонстрировано, что вибрационная магнитометрия представляет собой мощныйиэффективныйспособисследованияполупроводниковыхматериалов,предназначенных для применения в спинтронике (создание устройств, в основеработы которых лежит наличие спиновой поляризации носителей зарядов). В работеотмечается особенная эффективность использования для вышеуказанной цели парыдополняющих друг друга методик – вибрационной магнитометрии и исследованиямагнитотранспортных свойств (в частности, аномального эффекта Холла).Апробация работыОсновныерезультатыработыбылипредставленынароссийскихимеждународных конференциях в виде устных и стендовых докладов (тезисы и трудыопубликованывсоответствующихсборниках):международныхнаучныхконференциях студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» (Москва, 2008,42010, 2011); Московских международных симпозиумах по магнетизму MISM(Москва, 2008, 2011); международной школе-семинаре «Новое в магнетизме имагнитных материалах» НМММ-XXI (Москва, 2009); международной конференциипо магнетизму «International Conference on Magnetism» ICM-2009 (Карлсруэ,Германия, 2009); международном симпозиуме «IV Euro-Asian Symposium “Trends inMAGnetism”EASTMAG-2010»(Екатеринбург,2010);Конкурсе-конференциимолодых физиков России, проводимом Московским Физическим Обществом(Москва, 2011); 45-й Школе ПИЯФ РАН по Физике Конденсированного Состояния(Гатчина, Россия, 2011); научно-практической конференции «Фундаментальные иприкладные аспекты инновационных проектов и их защита в едином экономическомпространстве» («Инновационный проект 2011») (Москва, 2011); XIX Уральскоймеждународной зимней школе по физике полупроводников (Новоуральск, 2012); XVIмеждународном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород,2012).ПубликацииМатериалы диссертационной работы опубликованы в 22 печатных работах, втом числе, в 6 реферируемых российских и зарубежных журналах, принадлежащихперечню ВАК, а также в 16 сборниках трудов и тезисов докладов всероссийских имеждународных конференций.Личный вклад автораДаннаяработаисследовательскихвыполняласьпроектов,врамкахнаправленныхнанесколькихполучениесовместныхиизучениеферромагнитных при комнатной температуре полупроводниковых материалов,интересных с точки зрения создания устройств спинтроники, и осуществляласьбольшим коллективом, состоящим из нескольких исследовательских групп –НижегородскийГосударственныйУниверситетим.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
