Электрофизические процессы в пленках магнитного полупроводника Eu1-xSm x O тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

, и 'ШН «9Ц

саратовский ордена трудового красного знамени

ГОСУДАРСТОЕКНЬО! 'Л-32ВРСИГЕТ имени Н. Г. ЧЕРНЫЕЕБСКОГО

На поаззх ру.сспкси

КАБАНОБ ВЛАДИМИР ШОРОЫН

ЭЛЕКТР0«ЕИЧ2СКИЕ ПРОЦЕССЫ 3 ПЛЕНКАХ МАПТИТНОПО ПОЛУПРОЗОЛНт Ей, ¿я О

01.04-10 - Физика полупроводников а лиэлёктркхоз

Аьтсрефэраг диссертация на сг-всхаиве у.чеиоа ст'^пгнй кандидата &кгкко -г ¡зте-кзтачс-сккх нзугс

САРАТОВ - 1004

Работа , выполнена на кафедре физики полупроводников Саратовского ордена Трудового Красного Знамени государственного университета имени Н. Г. Черньшевского и в НИИ механики и-физики при СГУ

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Свердлова■А. М.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Коноров П.П. ■ кандидат физико-математических наук Петросян В. И.

Ведущая организация

Институт физики металлов УрО РАН

г. Екатеринбург

Защита диссертации-состоится "20" ии>ня 1934 к в {О "С. на. заседании специализироданного Совета Д..063.74.01. по специальности 01.04.10. Сфг.зкка полупроводников и диэлектриков) Саратовского государственного университета имени Н. Г. Черньшевского по адресу: 410071, г. Саратов, ул. Астраханская 83» физический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГУ. Автореферат-разослан " " ■ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, -канд. физ.-'Мат. -наук, доцентАникин В.М.

ОБПЙЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РЛШТЫ

Актуальность тегм.

Е связи с интенсивны* развитием функциональной ыикрсолек-рокикя актуальной является проблеш попета» исследования войств и- использования: новых материалов, обладавши ценны® ачествами.. Значительное место' среди таких материалов занимает кислы редкоземельных элементов СОРЗЭл. часть из которых явля-тся магнитными полупроводниками СИТО. т.е. имепт одновременно олупроводниковуи проводимость а магнитное- упорядочение.

Практический интерес к МГГ обусловлен всзможностьс управле-ия их электрическими ег оптическими свойствами путем изменения емпературы. или магнитного поля, э магнитными характеристиками при помешя освещения или внешнего электрического поля.

5 групг& магнитных полугроЕодников особое. место занимает оноокс'лд: европия ЕиО. которьй является иагнитсмягким, слабо ншотропньи ферромагнетиком. Интерес к нему обусловлен такими собенностянш; данного материала, как: ферромагнитный механизм ймена. эффекты значительного С до отрицательного магнето-

0 противления, температурный переход, металл -из о лятор. С при кон-энтрашш носителей заряда — 101а смгигантский' сдвиг рая; поглшетсг 4Г - Е^'Сдо 0.25 эВЗ... набягдагашеся вблизи агнитного фазового перекала, простая кристаллическая структу-э.. ее- хорошее кфи^аллогр'афгтческое согласование с кремнием и -д. "" .-• -.'■'.. Ч . ' , /

Однако ннэяаяЁ тешс-ратура магнитного фазового перехода Гс. - 6Э. ИЗ. вблпзй -которого, наблюдаются указаннье (шктрсфизическа$е- свойства- и эффекта, ограничивает аирс-кое ^пользование-данного материала в твердотельной, микреэлеэтрони--3.. Опубликованные данные1 свидетельствует;. что тверда растворы зноокиси европия: и самария имеют температуру Кири. значения эторойЕ вследствие уменьшения, постоянной решетки я увеличения Зменного взаимодействия вше- температуры кипения жидкого азота

1 десятки градусов. Это ггозьолило в- последнее время говорить о зеширеншп области их. технических прпшкекий. \ .' .

Анализ известных . литературные- даннньзе показывает, что тектрачесяие'Г магритоэлектршеские. «^отозяектрически© а -другие ..

свойства монооксида евро-ия к твердых растворов на его основе, находящихся е тонкопленочном состоянии, исследованы недостаточно: практически не изучены механизмы токопереноса к процессы, протекашие при различных внешних воздействиях; отсутствуют либо противоречивы сведения о ряде электрофизических параметров пленок магнитного полупроводника из рассматриваемого класса материалов.

Цель работы:

- исследование электрофизических свойств пленок ОРЗЭ С в ' частности. Еи1_х8тх0) на кремниевой подложке при различных

внешних воздействиях: электрическое и магнитное поля, освещение, температура;

- выявление особенностей проводимости и фотопроводимости вблизи температуры магнитного фазового перехода;

- определение основных электрофизичеасих параметров исследуемых пленок.

Для достикения постааченной цели необходимо было решить следующие задачи:

• 1. Исследовать процессы токопереноса. в пленках ОРЗЭ, нанесенных на крешяевую ггадлокку: выяснить доминирующий механизм электропроводности при различных внешних условиях; температура., напряженность электрического полл.

2. Определить основные электрофизические . параметры исследуемых пленок по результатам анализа вольтамперных характеристик, спектральной и локсамперной характеристик, температурной зависимости проводимости и фотопроводимости и т.п.

3. Изучить особенности фотоэлектрических, свойсте магнитных пленок ОРЗЭ вблизи температуры фазового перехода.

4. Исследовать электрические свойства пленок твердого раствора Еи1_к8ик0:в постоянном магнитном пола.

Научная новизна.

Проведено целенаправленное исследование электрофизических свойств магнитных пленок оксидов редкоземельных.элементов ЕиО, .Ей, Бт О, -созданных-- на 'монокристаллическсй кремниевой

1 X *

подложке. ^ ' '

Обнаружен-- нищащк- и§- температурной зависимости фотопроводимости,' который, кек показано в работе, имеет жсто при темп?-

сатур«, равной температуре Кори.

Теоретическая анализ тешературнсй зависимости полвиянос-ти V- в блнкн-й парамагнитной области температур на основания предположения о домянируюаем механизме рассеяние на флуктуаци-ях намагниченности (магнитных кластерах) поозолил получить зависимость д(Т). которая согласуется с эксперимен^аль»*««! результатами. 1

Получено зозрастэкие поперечного тока через пленку исследуемого материала I с ростом напряженности магнитного

н 1

полл в ближней 'ферромагнитной облает:! температур. Линейность

полученной характеристики I СЮ. а также степенная зависимость 1/? "

I от температуры С-? 3. позволили сделать вывод о том. что измеряемый электрический сигнал определяется намагниченностьо образца.

Обнаружены эффекты уменьшения намагниченности образца ЕиО с рос-ом освещенности. в ¿ливней ферромагнитной области температур при поглощении света, вьиывасшем переходы носителей с 4Г-урозней атомов европия з зону проводимости, которые объясняется уменьшением концентраций магнитных ионов еврспия Ей24. Наряду с этим, в пленках твердого раствора.. Ей О .обнаружено увеличение намагниченности при малых освещенностях. которое обусловлено увеличением -концентрация магнитных ионов самария и ' измененйем з • соотношений концентраций а 'соответственно вклада в иамагнйчёинбеть образна ионов Ей2* й г>а ... .

В результате обработки зкспер,лмеьй?альккх результатов получен ряд ваших злейфоф:йичёских параметров исследуемых пленок Ей,: йа„0 таких, как: глубйЙа оалегаяий основного дсноркого -уроЕЙя. плотность' состояний на этом уровне; оценен спектр распределения мелких ловушек вблизи яка зоны проводимости, рассчитана величина подвижности свободных носителей заряда . и т. д.

Практическая-' -ценность. - Нз оснований обобщения результатов теоретического анализа и эксгарймбНталБНЬж. данных .дано ■Физическое обоснование .возможности практического - использования пленок -0РЗЭ, в' частности ЕиС, .Еа^Эт 0, . при разработке мьгогефу национальной МЛП-структуры, где эти пленки ■ играют роль магниточуЕствйтелвнсго диэлектрика.

Апробирована штодпкi расчета электрофизических параметров ксслелуемых пленок по анализу точек перегиба -на вольтамперной характеристике. которая подзывает хорошее согласие с классическими подхода® С по температурной зависимости электропроводности и т.д. D. Ланная методика использовалась при разработке сверхпроводящих устройств, на что б соавторстве получены дьэ авторских свидетельства.

Представлена возможность оценки намагниченности материала в ближней ферромагнитной областр. по величине изменения поперечного тока б магнитном поле. Значимость такого решения следует из того что прямое измерение намагниченности б малокассивных образцах Стонкие пленки) затруднено.

Возможно использование эффекта повшенной чувствительности пленок к внешним воздействиям С электрическое в iiarHzraoe поле, освещенность) вблизи температуры магнитного фазового перехода при разработке датчикоь. Обнаруженное противоположное воздействие электрического поля а освещенности на максимум соотношения

вблизи Тс позволяет управлять свойствами исследуемых пленок, как рабочего вещества датчиков.

Основные положения, вьмосимые на защиту.

1. Линейный характер зависимости функций In с - V1/2 в

1г. с - 1/7 в пленках Eu, Sm О вызван дошпирурщим вкладом е электропроводность механизма Пула-Френкеля в области относительно сильных электрических полей: Ю5 В/см < Е < 10й В/-см: в области слабых полей Е £ Ю3'В^см и низких температур ' Т < 150 К имеет место пршковьй характер движения носителей заряда.

2. Наблюдаемый шнимум на ■ температурной зависимости фотопроводимости, соответствуижй температуре магнитного фазового перехода в интервале 100 К'-=-Тс = 150 К для большинства образцов» является следствием рассеяния свободных носителей заряда на флуктуациях намагниченности в этой температурной области.

3. Линейный -характер зависимости изменения тока i магнитном поле для этлешси Еи^Бп^О в ферромагнитной области температур определяется „ поведением намагниченности данного материала.

4. Обнаруженные процессы намагничивания к размагничивания

ря ' оссеаенк! пленок 0 з области кзиезгяльного

оглоаения при ? < Т обусловлены. изменением в соотношении энцентрацйй й соответственно вклада в намагниченность образца згнлтных иокоз самария СБт3*) и еврспая (Ей2*).

Апробапия работы. Основные результаты работы докладывались з 1У Всесоюзной конференции по физике и химии редкоземельных элупроводников (Новосибирск, 19373. У ВсесосзноЗ кскференцки э физике и химии редкоземельных полупроводников С Саратов. 330). УШ Всесоюзной школе по актуальным проблемам физики и ими;; редкогемельных соединений С Апатиты. 1091). средневолгсксм ?гиональном семинаре "Физика поверхности и молекулярная элект-зника" (Ульяновск. 1991). научно-технической конференции Эксидные чагнитныэ материалы, элементы, устройства, примене-■!Я" С С.-Петербург. 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликовано нзучнг-к 5бст. перечисленных з конце автореферата.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, гтырех глав, выводов я списка литературы, содержит 103 стракн-■а машинописного текста. 42 рисунка. 8 списке литературы аименоваййй.

СЮЖРЖАНИЕ РАБОТЫ. •

Во ^веде№н обоснована актуальность темы диссертационной ¡боты, поставлена ' цель, сформулированы основные задачи ¡следований' я перечислены положения.. вьяостаь» на защиту.

Первая .глава носит' обзорный характер и . содергп? )итический анализ литературных данных по вопросу особенностей кзических процессов в пленках магнитного полупроводника ЕиО я ¡ердого раствора Еиг Бт 0. •

Б работе рассмотрены оснсвнш модели обменных' взаимодей-■зий в МП С для магнитных изоляторов, и для сильно линкованных ¡гнитных полупроводников), в том числе в нокооксиде европия. :ал»ю привел .к выводу, что з изуча&мых матёрйалах реализуется :озная обменная ситуация, которая только частично отобрала-ся существутвкЕ теоретическими моделями; в связи с отж. • гным представляется определение ■ злекл'шческин и г-агнатных рактеристяк исследуемых пленок по экспериментальным резуль-

ь.

тэтам.

Из проведенного анализа литературы следует,, что магнитные пленки монсюксида европия и твердых растворов на его основе обладает уникальными физическими свойствами в области температуры магнитного фазового перекода Стемпературы Кюри) благодаря сильному взаимодействие свободных носителей заряда с магнитными моментами частично Заполненных Г-оболочек атомов РЗЭ. К ним относятся перечисленные во введении эффекты значительного отрицательного магнетосопротивления, фазового перехода метзлл-диэлектрик, существенного красного смещения границы поглощения 4Г-мультиплет - дно зоны проводимости (до 0.25 эВ для монооксида европия) и ряд других. Однако, все указанные эффекты наблюдаются в сильно легированных С п ~ 1018 см"3 3 и ' не характерны для невырожденных магнитных полупроводников, к которых относятся исследуемые в работе пленки.

Известные экспериментальные данные подтверждает особенности электрических, фотоэлектрических, магнитоэлектрическими др: свойств рассматриваемых оксидных, пленок МП. однако приведенные в литературе результаты крайне малочисленны и непол-.ны. Анализ литературных данных показал существование различий между электрофизическими свойствами монокристаллов и пленочных образцов магнитных полупроводников на основе РЗЭ. Эти различия прежде всего касаются величины температуры тСпри:: в пленках она возрастает и становится выие температуры кипения жидкого азота „С • Т = 77 К ). что обусловлено усилением, обменного взаимодействия.. Повыиение Тс может быть достигнуто и путем использования твердых растворов, например Ей}_„2тх0 вместо ЕиО. Эти подходы позволяют решать задачу практического использования пленок ОРЗЭ. .

Перечисленные обстоятельства указывают на необходимость исследования электррфизических свойств пленок Еиг_х5тх0 пои различных внешних воздействиях для выявления особенностей электропроводности.; фотопроводимости", магнетосопротивления в области магнитного фазового перехода. ' "

■•.•';■ Вторая глава посвящена исследованию механизма электропроводности в пленках магнитного полупроводника Еит_х5шх0 и длл сравнения в пленках ОРЗЭ, не являющихся магнитными полупровод-

никами С1иг03. ТЬ203^; выявлению прыжкового характера движения носителей в пленках МП и определение области температур и электрических полей, где он проявляется. Такзе необходимо было определить основные- электрофизические параметры исследуемых пленок твердого раствс-ра Ей, Бт 0. которые практически отсутствуют в литературе.

Получение оксидных пленок РЗЭ С лютеция, диспрозия, тербия ■л др. 3 осуществлялось термическим окислением металлических пленок этих элементов, предварительно нанесенных на поверхность кремния термическим испарением в вакууме. При получении пленок МП ЕиС. Ей, 3:п 0 использовался метод "мягкого" окисления

Х — Х X

пленок металлического европия или твердого раствора, осаждаемых на подложу. Процесс окисления происходил в вакууме порядка Ю^мм рт.ст. при температуре 450 - 500 °С в течение 40 - 60 .тану т.

Основные исследования' электрофизических свойств пленск ОРЗ? на монокристаллической кремниевой подложке были проведены з диапазоне температур 77 - 300 К. электрических полей 103-10& В/см. осьещенностей до 104 лк. В процессе измерения электрофизических величин применялись известные методики анализа вольтамлерных характеристик СВАХ). люксэмпс-ркых характеристик СЛАЮ. температурной зависимости проводимости, частотной - зависимости проводимости, - * спектральной характеристики; при анализе изменения тока- в магнитном прле использовался компенсационный метод.■ .

Сопротивление МП-структуры определяется, главным образом, сопротивлением объема диэлектрика, и области пространственного саряда в полупроводникё. В нашем случае на МДП-структуру подавалось прямое, относительно подложки смеще- ние, которое создавало, режим обогащения основными носителями заряда на границе ОРЗЭ - ЯК В этом случае доминиругшим становилось сопротивление диэлектрика и измеряемый ток опре- делялся электрофизическими свойствами пленки 0Р2Э.

С целью 'выяснения механизма ■ электропроводности в работе были исследованы вольт-амперные характеристики СБАХ) пленск ЗРЗЭ. которые оказались'линейными в координатах Пула-Френкеял в области относительно сильных электрических полей С £ > Юэ З/см) при температурах 77 и 300 К. Бш проведен расчет велччич

наклона прямолинейных участков в предположении справедливое^ механизма Шотткк или Пула-Френкеля. Анализ ВАХ позволил сделат: выгод о том. что для пленок ОРЗЭ. не являющихся магнитным! полупроводниками (Lu20s. ТЬг03). проводимость в сильных поля: осуществляется, в основном, по механизму Пула-Френкеля, приче; наблюдается достаточн® хорошее совпадение расчетных i экспериментальных значений. Такого совпадения не наблюдалось з случае исследования пленок МП,. поэтому дополнительно быт исследованы температурные зависимости ВАХ, анализ которьс позволил сделать вывод о том, что проводимость имеет сложны* . характер и может осуществляться одновременно различным! механизмами, однако доминирующим в рассмотренном диапазон« электрических полей и температур является механизь Пула-Френкеля.

Для 'выявления прьккового характера движения носителей £ области низких температур Т < 150 К была исследована температурная зависимость проводимости пленки EUj Sm 0 в области напрякенкостей электрического поля.Е, соответствующих омическому участку ВАХ. Обнаружен линейный характер зависимости In о - Т!А* в области температур Т < 150 К и In с -i/T при Т . от 150 до 300 К. Подобныэ функциональные зависимости 'хараотерны в" случае реализации механизма вркзковой проводимости с.переменной длиной прыэса. Последний вывод -был подтвержден измерением проводимости .на переменном токе. На графике частотной зависимости с наблюдалось существование участка с резким возрастанием электропроводности в диапазоне 105 - 10е- Гц. что является еще одним доказательством наличия прыжовой проводимости в исследуемых пленках.

Изучаемые пленки ОРЗЭ обладали, как показали структурные исследования, квазиаморфной структурой с мальм размером зерна. Это позволило предположить достаточно широкий спектр локальных состояний ловушечного типа, . влиявших на электрофизические параметры и механизмы электропроводности, что подтверждено степенной зависимостью фототока от освещенности; имеющей вид:

X ~ х,в,- где L лежит в диапазоне 10s- 104 лк, значения ф '

показателя степени к от 0,5 до 1,0.

Б работе были определены- следующие параметры исследуемых пленок: глубина залегания основного донорного уровня

Ej ~ 0,35 эВ. плотность состояний на этом уровне N^ ~ 1018см"3 квазинепрерывный экспоненциальный спектр распределения мелких ловушек вблизи дна зоны проводимости; снята и проанализирована спектг.-"'-чая характеристика коэффициента поглощения пленок Еи1 определено значение коэффициента поглощения в мак-

симума 'vоколо 2 эВ) к ~ СО.5 - 1.03* 10s см-1, рассчитан ряд других параметров.

В третьей главе представлены теоретические и экспериментальные результаты, касающиеся взаимодействия света с исследуем»«! пленками магнитного полупроводника. В предыдущей главе было показано, что изучаемые материалы фоточувствительны в видимой части спектра; для получения более'полной информации о взаимодействии свободных электронов с магнитны:«? ионами и влиянии освещения на этот процесс б;лш проведены исследования фотоэлектрических процессов. В диапазоне температур 77 - 300 К была снята температурная зависимость фотопроводимости, которая имела характерный минимум в области значений Т от 100 до 150 К для большинства образцов. В работе показано, что для изучаемых материалов CEuO,; Eu, So 0Э в данном диапазоне температур к освещенностей по характеру температурной зависимости фотопроводимости шзно судить о тенденции изменения с температурой дрейфовой подвижности. Анализ возможных зависимостей |iC7) привел к выводу, что полученные экспериментальные результаты затруднительно объяснить с точки зрения классических механизмов рассеяния, характерных для немагнитных полупроводников. Логично с'ыло связать зкепериментальнье результаты с осооениостякк пленок КП, -в частности с предположением о цокинируш»м рассеянии носителй заряда на' магнитных момгнтзх локальны«-: областей, связанных с дефектами (магнитных кластерах).

Минимум на температурной зависимости фотопроводимости объясняется следующим образом: в связи с тем, что в магкитн&гг материалах ферромэгнитный порядок вокруг дефекта•сохраняется до более высоких температур по сравнению с дальним, -вокруг де-aV-'-

та образуется мякрообласть с магнитным моментом К. величина которого имеет максимум вблизи температуры фазового перехода. Последнее приводит к максимуму рассеяния в рассматриваемой температурной области. В блигшеа ферромагнитной области поп-

важность возрастает с падением температуры по квадратичному за-закону С (I ~ ГЪ благодаря ослаблению рассеяния на флуктуа-циях намагниченности и росту спонтанной намагниченности образца в целом; в ближней парамагнитной области обнаружена степенная за: юимость подвижности Cfi~Tn, 1.7 i n i 2,2 ), которая объясняется температурной зависимость!) величины момента магнитного кластера КС7).

В рсботе получена интересная зависимость, связывающая рассчитаннуа ггодважнссть носителей з ближней парамагнитной .Сласти и величину Т„. определяемую экспериментально по минимуму температурной зависимости фотопроводимости, для рэзличньк сбоазиов СТ от 100 до 150 К): чем больше Т . тем меньше и. Эта

с с ^

гакономернссть объяснена тем. что более вьтокое значение Т_ имеет месте благодаря долее сильным межатомным связям, сопрсвсжд-ы'имся возрастанием флуктуаций намагниченности, сбус,-свлен;-:ых дефектами а. как следствие, снижение подвижности. Для указанного диапазона изменения Т получено уменьшение подвижности на порядок величины.

Получены температурные и полевые зависимости отношения светового (1гаЭ и темнового (ID токов, ход которых интерпре-- тирован с точки зрения реализации механизма Пула-Френкеля и классической связи фототока с освещенностью. На температурной кривой отношения I обнаружен максимум в области тем-^"-..пературы Кюри, в котором чувствительность к внешним воздействиям резко возраста?". Обнаруженное в работе противоположное воздействие на максимум отношения Iвблизи Тс напряженности электрического гиля .(уменьшение) и интенсивности освещения С у б? течений открывает ' возможность управления свойствами пленок Eu, Sm 0 и практического использования данного результата пои разработке датчиков.

8 Четвертей главе представлены результаты по исследованию электрофизических свойств пленок МП. помещенных в постоянной' «згнитнее поле- Была обнаружена линейная завиа. юсть увеличения "ока через ппенку I с ростом напряженности магнитного поля в длапазоне полей 2 - 5 кЭ и Т - 77 К, что' дало возможность предположить связь измеряемого электрического сигнала с .ймагнкчзннсстьв материала, которая также линейно возоастзет с нзпря-э-.нг'стьэ магнитного / поля б ферромагнитной области

.¡.О.

эмператур. Для подтверждения такого предположения была сследована температурная зависимость изменения тока в эгнитном Поле вблизи температуры фазового перехода, которая в пижней ферромагнитной области имела линейную зависимость от Т5/? связи с тем, что в ближней ферромагнитной области температур ависимость намагниченности И пропорциональна С1 - 7/Т)1/2 был делан вывод о том, что в рассматриваемой температурной зоне эличина изменения тока в магнитном поле I отражает поведение эмагниченкости образца.

В блочных и пленочных образцах изучаемых материалов ядом авторов были обнаружены оси легкого и сильного намагничи-ания. что сказывается на анизотропии магнитных свойств. С це-ьб выяснения существования и величины магнитной анизотропии в пенках Еи5 Бп^О проводились измерения величины измерения тока магнитном поле при двух различных ориентациях образца относит

эльно внешнего магнитного поля, что соответствовало легкому

х j и трудному Н II ^ направлениям перемагничивания в ближней

эрромагнитной области температур С] - вектор плотности тока

эрез образец)'. Была обнаружена существенная магнитная анизо-зопия, которая достигала 60 - 70 % при Н = 6.1 кЗ к Т -7 К. Данные результаты согласуются с полученными ранее свеяниями для монокристаллических и пленочных образцов ЕиО и эдтверждают магнитную природу наблюдаемых особенностей войствах изучаемых пленок твердого раствора Еи^Зп^О.

Интерес к проблеме взаимодействия света с ферромзгкитны-з полупроводниками обусловлен тем. что внешнее магнитное поле пияет на магнитную подсистему материала, а освещение может /шественно изменить электронную подсистему. В связи с тем. го свет монет вызывать эффекты намагничивания.■ благодаря рсс-1 концентрации свободных носителей заряда и усиления обмен-эго взаимодействия, и размагничивания, в случае уменьшения энцентрации магнитных ионов, были проведены эксперименты по ^следованию фотомагнитных свойств монооксида европия и его вердого раствора с самарием. Результаты оказались следу«иим?: ?и освещении пленок ЕиО в области поглощения^. С 41"-уровни агнитных ионов - дно зоны проводимости), параметр I ,

пропорциональный намагниченности материала, обнаруживал спад с ростом освещенности в диапазоне L от 0.1 до 100 лк при Т = 77 К. Такая зависимость определяется уменьшением концентрации маг-, нитных '-юнов Eu2'' C4f7) и. соответственно, намагниченности материала. пропорциональной их концентрации: И ~ В случае взаимодействия света с пленками твердого раствора Eu^Sia 0 в области слабых освещенностей CL - 20 лк) наблюдался рост I . который связал с возрастанием концентрации магнитных ионов самария в атом случае: Sm2+-* Sm3+. Последнее подтверждается тем, что с увеличением процентного содержания ионов самария з твердом растворе с 1С% до 13% участск роста продвигается з область больших значений освещенности. В работе был сделан вывод, что процесс фотонамагничивания за счет увеличения концентрации свободных носителей заряда не играет существенной роли з условиях эксперимента в связи с тем, что недостаточна концентрация фотсносйтел&й С £ З*10!3 см"3, а необходимо ~ 1018 см"3) гл «зло время хизни (. < 10"" с 3.

Таккм образом, обнаруженные в исследуемых пленках процессы намагничивания-и размагничивания под действием света в области максимального поглощения при Т < Т обусловлены в первом случае увеличением концентрации магнитных ионов самария, а во втором -уменьшением концентрациг магнитных'ионов европия.

s выводы

Экспериментальное и теоретическое исследование электрофизических свойств магнитных пленок оксидов редкоземельных элементов СЕиО. Eu._JCSmx03-, созданных намонскр'исталлической кремниевой подлодке, позволило сделать следующие выводы..

1. Исследован /механизм электропроводности в пленках ОРЗЭ и установлен существенный вклад носителей, термически возбужденных с ловущечных уровней, ь зону проводимости, стимулированный действием электрического поля, для полей_2 2-10s Смеханизм Пу-ла'-*>мнк'еяя). Георет ически проанализированы и экспериментально • изучены температурная, полевая и частотная зависимости электропроводности и выявлены 'области полей С £ 5-Ю3 В/см 3 и температур t Т <-150 К 3где проявляется прыгковый характер двиЕе-ннл носктйлей заряда..

; 'Г Sz: S работе получены важные параметры, исследуемых .плене

Е1,1_х5ш>(0 такие, -как: глубина залегания основного донорного уровня, .плотность состояний на этом уровне, оценен спектр распределения мелких ловушек, рассчитана - величина подвижности свободных носителей заряда д и ряд других.

3. Установлено, что минимум на температурной зависимости фотопроводимости соответствует температуре Кори и обусловлен рассеянием свободных носителей заряда на флуктугакях намагниченности в области магнитного фазового перехода.

4. Проведен теоретический анализ температурной зависимости подвижности в бликней парамагнитной области нз основании предположения о доминирующем механизме рассеяния на магнитных кластерах и получено вьрагение для р;

а = Р [Ц^]2. где р-л СН^. . п.

что согласуется с экспериментальными результатами.

5. Обнаруженные закономерности по влиянию магнитного поля ка ток через образец в бликней -ферромагнитной области; линейность характеристики изменения тока з магнитном поле I ~ Н1. степенная' зависимость от температуры 1н — С-Т1/г) -обсуждены с привлечением намагниченности материала.'

Линейная зависимость измеряемого электрического сигнала, прямопропорционального намагниченности. ст напряженное-';: магнитного поля С при Т = 77 К. -Н ~ 1 - 6 кЗ ) является весьмо ценной при разработке магниточузствительных устройств.

Б. -Рассчитана в ближней парамагнитной области зевисиюстз. подвижности носителей ст определенной для данного осразцз температуры Кюри; показано для различна образцов, что чем ш>-Тс, тем меньше д. Данный оригинальный результат, свягывашжй магнитны? и электрические свойства, объясняется тек, что г-материале с- белее высоким значением Тг, имеет место уо.^п-ькт межатомных связей. сопровождающееся возрастанием•4\«учту«£йГ. намагниченности, обусловленных дебетами к, как слсдстйк-.-, снижением подвижности носителей заряда.

7. Экспериментально установлено наличке кзгнитн.-:' знизотропии .пленок Еи5_ 5ш 0 в диапазоне слабых кзлдегкьх полей 1, ближней ферромагнитной области температур. Найденньг? значения

if

анизотропии достигает 60 - 70 % при Н = 6 кЭ. 7 = 77 К.

8. Обнаружение' в. пленках Eu^^Sra^B области максимального поглощении света при 7 < 7 процессы намагничиванля и размагничивания .обусловлены изменением под действием света зарядоюго состояния ионов: так, в первом случае, увеличением концентрации . магнитных ио:-:ов самария Sm3*, а во втором -уменьшением концентрации магнитных ионов европия Ей2"*.

Проведенный аналитический обзор, систематизация имевшихся сведении о магнитных пленках ОРЗЭ позволили издать учебное пособие ill и разработать цикл лекций, читаемых студентам 1У курса по специальности 20.02. 20.03 на тему "Магнитные пленки окислов редкоземельных элементов".

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Свердлова A.M., Кабанов 3. Ф., Бурев В. Ю. Магнитные пленки окислов редкоземельных элементов. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1SG1. - 43 с.

2. Кабанов В.Ф.. Свердлова А. М. Исследование механизма проводимости в.пленках ОРЗЭ. - Изв. АН СССР Неорганические материалы, 1991. Т. 27: N 11. С. 2441-2443.

3. '.Кабанов В. Ф.. Свердлова A.M., Буров В. Ю. Магнитные пленки . окислов 'РЗЭ. Б сб.:' Тезисы докладов научно-технической

' конференции^ксяднъг магнитные материалы, элементы, "устройства, применения. - С.-Петербург, 1992. С.88.

4. Кабаков В.Ф.,. Е^мишин А. В. , Тихоненко Е. А. Определение ' э^ергети веского спектра ловушек".в - пленках Ev-j Sm 0. - В

сб.: -Тезисы докладов "VIII Всесоюзной школы по актуальным проблемам физики- и "химии РЗ соединений. - Апатиты, 1991. С. 10-11. '■'-.•..

В: Кабанов В.Ф: Определение физических параметров . пленок Ss 0. 3 сб.: Тезисы докладов У "Всесоюзной конференции по."физике'и 'химии РЗП.- - Саратов, '1990л 4.1. С. 62. б.-, Кабаков - В.Ф". .Исследование фотоэлектрических 'свойств пленок ■ магнитного полупроводника- Eut_ Sra„0. - ФТП, 1392.- Т. 26. .' и 10.' С.'337-1841. .-..- '

»Кабанов В. Ф.', Свердлова A.M.- Исследование электрофизических

свойств пленок магнитного полупроводника Eu, Sib 0. - ФТП. 1331. Т.25. N8. С.1383-1331. • •

3. Свердлова А. М. , Кабанов В. Ф.. Новкчкова Н. П. Измерение сопротивления пленок оксидов РЗЭ в магнитном поле. - В сб.: Тезисы докладов IY Всесокзной конференции ■ по физике ;; химик РЗП. -"Новосибирск, 1337. C.1S7.

Свердлова A.M., Кабанов В.Ф. , Отавина Л. Д. Фотоиндуцированный магнетизм в пленках Eu, Sir^O. - В сб.: Тезисы докладов YIII Всесоюзной школы по актуальным проблемам физики и химии РЗ соединений. - Апатиты, 1531. С. 9.

10. Кабанов В.Ф.. Свердлова А. М., Отавина Л. А. Исследование фотоэлектрических свойств пленок МП Eu1_jSmi0. -.В сб.: Тезисы докладов научно-технической конференции Оксидные магнитные материалы, элементы, устройства, применения. -С.-Петербург, 1992. С.8S-S7.

.1. Полупроводниковый прибор / Свердлов*. А. И. , ПовичковаК. П.. Кабанов В. Ф. , Буров В. В. . • Сивожелезов В. И. - Авторское свидетельство N 1514191. приор, от 8.05.1933 г.

1- Способ уменьшения намагниченности оксидных материала;-. 11;;-банов В. Ф.'. Свердлова А.М.. Отавина Л. А. - ГЬяоузтельн.;»?-решение от 4.0В. 1932 г.

3. Свердлова А. М. . 'Отавина Л. Д. . Кабаков • В.О. Датчик магнитного поля на основе МДП-структуры с магнитной пя*нкс&. Информационный листе: N 17143". - Саратов, 1933.

Ц. Кабанов В.Ф. . Свердлова А М. Исследование* йотсмзгнг.г~гг1о: свойств пленок Ш Ег^ш^О. - ФТП. 1933. Т.27. К Б. "

1344

Заказ 4 аодшсаао-к. печати - - "арах 100. экз_Щ. 0Е. 9* г.__ ''

Тадюгеафи*. издательства СТУ г. Саратов-уя. Астраханская„83