150150 (732612), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Таким образом, было выявлено, что воздействие компрессионных плазменных потоков на систему «никелевое покрытие-кремний» приводит к перераспределению компонент покрытия и подложки в приповерхностном слое толщиной 10-15 мкм, формированию силицидов никеля Ni₂Si, NiSi, NiSi₂, а также к образованию дендритной структуры с характерным размером ветвей 2-20 мкм. Установлено, что при воздействии импульса компрессионной плазмы происходит расплавление покрытия никеля и части кремниевой подложки, жидкофазное перемешивание и быстрая кристаллизация, сопровождаемая концентрационным переохлаждением.

Твердые растворы Hg_1-xMn_xS должны быть полупроводниками со сменной в зависимости от состава шириной запрещенной зоны (E_g) и принадлежат к полумагнитным полупроводникам. Наличие в кристаллах атомов Mn с нескомпенсированным магнитным моментом дает возможность контролировать состав (х) и наличие в образцах включений второй фазы магнитными методами (в частности с помощью измерений магнитной восприимчивости кристаллов).

Полумагнитные полупроводниковые твердые растворы Hg_1-xMn_xS (область существования которых (0<х≤0,375) [1]), полученные нами методом Бриджмена, владеют проводимостью n-типа (концентрация электронов n~10¹⁸см^-3).

Исследование магнитной восприимчивости (χ) образцов Hg_1-xMn_xS проведено методом Фарадея в интервале Т=77-300К и Н=0,25-4кЭ. Установлено, что зависимости χ_Mn^-1 = f(T)) состоят из прямолинейных участков, которые описываются законом Кюри или Кюри-Вейсса:

;(1)

где С – постоянная Кюри:

;(2)

Отрицательные значения парамагнитной температуры Кюри (θ<0) указывают на то, что в кристаллах Hg_1-xMn_xS между атомами Mn возникает обменное взаимодействие антиферромагнитного характера. Рассмотрим возможные типы включений второй фазы и кластеров (которые им соответствуют по характеру обменного взаимодействия, но в отличие от фаз не владеют собственной кристаллической структурой, а образуются в рамках кристаллической структуры кристалла, в котором они существуют) в кристаллах Hg_1-xMn_xS. К таким фазам, которые могли бы образоваться в исследуемых кристаллах, относятся MnS₂ (T_N=60K, = -592K), MnS (T_N=155K, = -982K), Mn (T_N=100K) (фаза MnО с T_N=120 K, или соответствующие ей кластеры менее вероятны, чем рассмотренные). Все эти фазы являются антиферромагнетиками и если бы они присутствовали в Hg_1-xMn_xS, то это привело бы к особенностям на температурной зависимости магнитной восприимчивости при указанных температурах Нееля (Т_N). В кластерах, которые отвечают этим фазам, обменное взаимодействие антиферромагнитного характера (антиферромагнитное упорядочение) проявляется слабее или сильнее, в зависимости от размеров кластеров и температуры. С увеличением размеров кластеров парамагнитная температура Кюри () и температура излома (Т_С) на зависимости χ_Mn^-1= f(T), которые их характеризуют, будут возрастать, приближаясь к соответствующим параметрам, которыми владеют соответствующие этим кластерам фазы: MnS₂, MnS, Mn, а при выделении этих фаз параметры совпадут. Так особенность на зависимостях χ= f(T) и χ_Mn^-1= f(T) для х_м=0,025 находится при Т~155К, что может свидетельствовать о наличии включения второй фазы (MnS) в кристалле Hg_1-xMn_xS.

Учитывая вышесказанное, можно допустить, что наиболее вероятными в кристаллах Hg_1-xMn_xS есть кластеры типа Mn-S-Mn-S, которые по характеру обменного взаимодействия подобны фазе MnS, поскольку образуются они в кристаллах Hg_1-xMn_xS в результате изовалентного замещение атомами Mn атомов ртути.

Таким образом наличие изломов на зависимостях χ_Mn^-1= f(T) (при Т=Т_С) обусловлено переходом в парамагнитное состояние при повышении температуры кластеров типа Mn-S-Mn-S (разного размера), в которых между атомами Mn через атомы серы осуществляется непрямое обменное взаимодействие антиферромагнитного характера (аналогично, как в Hg_1-xMn_xSе [2, 3]). Увеличение эффективного магнитного момента (μ_эф.) атомов Mn, при повышении температуры, подтверждает то, что при Т=Т_С кластеры переходят из “антиферромагнитного” в парамагнитное состояние (табл. 1).

Таблица 1.

Магнитные параметры образцов Hg_1-xMn_xS

Экстраполяция до нуля усредненных в области высоких температур зависимостей χ_Mn^-1=f(T), которые описываются законом Кюри–Вейсса, дает значение для образца с составом “х_м”, полученным на основе зависимостей χ_Mn^-1=f(T) и формул (1, 2).

Авторы работы [4] в рамках высокотемпературного приближения (k_БТ>>_A, где _A) – энергия обменного взаимодействия между атомами, которые владеют собственными магнитными моментами) получили такое выражение для величины парамагнитной температуры Кюри:

,(3)

где J_p – интеграл обменного взаимодействия для пары соседей, Z_p – количество катионных состояний в р- координационной сфере. Константа ₀ отвечает предельной величине (х) для гипотетического магнитного полупроводника с х=1 и структурой полупроводников типа А^ІІВ^VI.

Выражение (3) разрешает определить величину обменного интеграла (J₁) пары соседей в первой координационной сфере (Z=12):

(4)

Экспериментальная зависимость (х), которая получена для Hg_1-xMn_xS является прямой линией. Экстраполяция этой зависимости к х= 1 дает ₀= – 990К. Полученное значение ₀ разрешает определить величину обменного интеграла (для пар Mn–S–Mn) J₁/k_Б=-14,1К.

В таблице 1 приведены параметры, которые определены на основе полученных χ_Mn^-1=f(T) для образцов Hg_1-xMn_xS, а именно: содержание магнитной компоненты (х_м) (полученое на основе “усредненных” высокотемпературных участков χ_Mn^-1=f(T) при Т~300К), парамагнитная температура Кюри (θ), температура излома (Т_С), значение эффективного магнитного момента атомов марганца (μ_эф). Для данного х_м нижняя строка параметров относится к более высокотемпературному участку зависимости χ_Mn^-1=f(T).

При термообработке кристаллов Hg_1-xMn_xS, которые владеют довольно выраженной как дефектной, так и кластерной подсистемами, создаются возможности для диффузии в кристалл атомов паров компонент (при отжиге) и вырывания из узлов и миграции атомов по кристаллу и занятия ими разных мест в кристаллической решетке: вакансий, междоузлий, узлов.

Дефектная система в этом случае может способствовать как уменьшению, так и увеличению размеров кластеров и образованию новых кластеров, что проявляется как в изменении кинетических коэффициентов кристаллов (дефекты – электрически активные), так и в изменении магнитных параметров образцов (парамагнитной температуры Кюри () и эффективного магнитного момента атомов марганца (_эф.)) (табл. 2), а значит и зависимостей χ_Mn^-1=f(T), на основе которых они определяются.

Таблица 2.

Магнитные параметры образцов Hg_1-xMn_xS

Таким образом термообработка образцов в парах компонент приводит к изменению размеров существующих в кристалле кластеров (размеры кластеров пропорциональные величине θ) и даже к “рассасыванию ” включений второй фазы (т.е. к уменьшению их размеров и преобразованию включений второй фазы MnS в кластеры Mn-S-Mn-S).

Исследование кинетических коэффициентов кристаллов проведены в интервале Т=77-300К и Н=0,5-6 кЭ. Коэффициент Холла (R_H) в исследуемых кристаллах почти не зависит от температуры, что указывает на вырождение электронного газа. Электропроводность (σ) кристаллов имеет металлический характер (т.е. уменьшается с ростом температуры), что обусловлено уменьшением подвижности электронов (μ_Н) при увеличении Т. Термо-эдс (α) увеличивается с ростом температуры, что обусловлено уменьшением вырождения электронного газа.

Термообработка образцов Hg_1-xMn_xS в парах серы приводит к понижению концентрации электронов и увеличению их подвижности, а отжиг в парах ртути увеличивает концентрацию электронов в образцах.

Литература

1. В. А. Грибков, Ф. И. Григорьев, Б. А. Калин, В. Л. Якушин. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов. Круглый год, М. (2001). 528 с.

2. В. М. Асташинский, В. В. Ефремов, Е. А. Костюкевич, А. М. Кузьмицкий, Л. Я. Минько.Физика плазмы 17 (1991). С. 1111-1115.

3. В. В. Углов, В. М. Анищик, Ю. А. Петухов, В. М. Асташинский, А. М. Кузьмицкий, Н. Т. Квасов. / 5^th International Conference “New Electrical and Electronic Technology and their Industrial Implementation”, Zakopane, Poland (2007). P.63

4. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Т. 3, Кн. 1 / Под ред. Н. П. Лякишева. Машиностроение, М. (1997). 576 с.

5. Мьюрарка Ш. Силициды для СБИС. Мир, М. (1982). 176 с.

6. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. Мир, М. (1967). 160 с.

Характеристики

Список файлов реферата