Ферромагнетизм при комнатной температуре полупроводников на основе кремния и диоксида титана тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

КУЛЕМАНОВ ИВАН ВАСИЛЬЕВИЧ

ФЕРРОМАГНЕТИЗМ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ И ДИОКСИДА ТИТАНА

Специальность 01.04.10 — «Физика полупроводников»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 7 ИЮН 1012

Москва-2012

005045342

Работа выполнена в ОАО «Государавенный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» ГНЦ РФ

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Юрии Николаевич Пархоменко

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Яков Моисеевич Муковский, НИТУ «МИСиС»

кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории Борис Аронович Аронзои НИЦ «Курчатовский институт»

Ведущая организация: Казанский Физико-Технический Институт

имени Е.К. Завойского Российской Академии Наук

Защита состоится "21" июня 2012 г. в 17.30 на заседании диссертационного совета Д 501.001.70 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 2, МГУ им. М.В. Ломоносова, ЦКП физического факультета, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «21» мая 2012 г.

Отзьшы об автореферате в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.70 /

доктор физико-математических наук, профессор ( Ьу Г.С. Плотников

Общая характеристика работы

Введение

Совмещение полупроводниковых и ферромагнитных свойств материала является актуальной материаловедческой задачей и позволит реализовать на практике новые устройства, использующие для функционирования спин-зависимые эффекты и отличающиеся компактностью, большей функциональностью и энергонезависимостью при хранении данных. Основной материаловедческой задачей для полупроводниковой спинтроники является создание ферромагнитного полупроводника обладающего собственной намагниченностью при температуре выше комнатной. Ранее теоретически было обосновано, что такая задача может быть решена легированием магнитными примесями немагнитных полупроводников, то есть путем введения переходных элементов в матрицу кристалла. При этом крайне желательным является совмещение новых материалов с кремниевой литографической технологией изготовления приборов. Настоящая работа посвящена совершенствованию технологии получения разбавленных магнитных полупроводников (РМП) и исследованию их структурных, магнитных и электрических свойств. Экспериментально применялись технологические методы получения материалов и широкий комплекс современных структурных, магнитометрических, электроизмерительных, магнитооптических, синхротронных и микрозондовых методов исследования.

Актуальность темы

Для значительного увеличения функциональности, быстродействия и компактности электроники необходимы приборы работающие на новых принципах. Полупроводниковая спиновая электроника поможет существенно улучшить эти характеристики, при условии решения проблемы инжекции поляризованных по спину носителей заряда в обычные немагнитные полупроводники, желательно кремний, тем самым сохраняя преемственность приборных технологий. Полученные к настоящему времени на основе А В :Мп приборы демонстрируют множество спин-зависимых эффектов, но имеют низкую температуру Кюри для практической реализации.

Недавние теоретические работы подтверждали возможность создания РМП, пригодного для применения без дополнительного охлаждения, на основе кремния, легированного переходными элементами. Преимущество по величине магнитного момента отдавалось марганцу. К моменту постановки исследовательских задач • настоящей работы имелись противоречивые данные об источнике возникновения ферромагнитного сигнала в кремнии легированном марганцем ЯкМп. Публикации по этой теме описывали наличие зависимости от типа проводимости, отжига и концентрации носителей для намагниченности образцов БкМп, показывая, что механизм возникновения ферромагнитного упорядочения через косвенный обмен носителей заряда идентичен ранее изученному для Ап|Ву:Мп. Сообщалось также о наблюдении второй фазы в виде кластерных включений, обогащенных примесью Мп. Г"4;

Более поздние работы показали, что высокая концентрация радиационных дефектов в материале без магнитной примеси может создавать упорядочение, получившее обозначение «квазиферромагнетизм». Таким образом, наблюдаемые для ферромагнитного ЭкМп эффекты легирования являются малоизученными и представляют интерес для получения материала спиновой электроники.

Следуя теоретическому предсказанию существования высокой температуры Кюри в РМП на основе широкозонных полупроводников, в работе также были выполнены исследования по получению собственного ферромагнитного полупроводника на основе диоксида титана. Данный материал находит все больше новых областей высокотехнологичных применений и сравнительно мало изучен при легировании. Для ТЮ2 наблюдается взаимосвязь между магнитным моментом и концентрацией носителей, которые создаются при отклонении от стехиометрии соединения вследствие образования собственных дефектов — вакансий кислорода, что не требует введения электрически активных примесей. Высокая диэлектрическая проницаемость и прозрачность ГЮ2 помогут объединить на его основе магнитные и оптические приложения для создания управляемых устройств магнитооптики. Целью работы являлось:

Комплексное исследование и установление источника ферромагнетизма при комнатной температуре в кристаллическом кремнии легированном марганцем и получение собственного РМП с высокой намагниченностью при комнатной температуре на основе полупроводниковых слоев диоксида титана.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. В комплексе исследовать структурные, магнитные и электрические характеристики полупроводникового кремния легированного методом ионной имплантации марганцем.

2. Стабилизировать процесс осаждения полупроводниковых слоев ТЮ2.

3. Исследовать возможность получения РМП на основе ТЮ2 без включений магнитной фазы путем изменения концентрации собственных дефектов.

4. Исследовать взаимосвязь удельного сопротивления и намагниченности в полупроводниковом соединении 'П02:\Л

5. С целью определения источника ферромагнитного сигнала в ТЮ2:У, проанализировать химическое состояние примеси, структуру, проводимость и магнитные свойства этого соединения.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующем: • Определена природа ферромагнетизма в полупроводниковом кремнии при комнатной температуре.

• Впервые на широкой номенклатуре пластин полупроводникового кремния установлено электрическое поведение Мп в кремнии легированном электрически активными примесями.

• Экспериментально показана возможность получения собственного ферромагнитного полупроводника ТЮ;'.Со при высоком уровне легирования примесью (8 ат. % Со).

• Впервые показано, что для "ПСЬ^ собственный ферромагнетизм наблюдается в широком интервале удельного сопротивления и это соединение проявляет высокую намагниченность.

Достоверность результатов обеспечена обоснованностью используемых в работе экспериментальных методов, сопоставлением с экспериментальными данными и теоретическими работами в области создания РМП, а также корреляцией результатов, полученных при исследовании на различных образцах. Во многом достоверность полученных результатов подтверждается взаимной непротиворечивостью результатов, полученных с использованием разных методов. Результаты исследований докладывались на специализированных международных конференциях по физике полупроводников и магнитным явлениям. Положения, выносимые на защиту:

1. Новые экспериментальные данные об особенностях амфотерного поведения примеси Мп в имплантированном 81: компенсация доноров в низкоомном кремнии «-типа и акцепторов в высокоомном кремнии р-типа.

2. При комнатной и выше температурах ферромагнитное упорядочение в 81, имплантированном Мп, при содержании примеси Мп в пределах нескольких процентов обусловлено дефектами кристаллической структуры кремния, образующимися в процессе имплантации.

3. Метод создания состояния собственного ферромагнетизма в полупроводнике ТЮг при высоком содержании легирующей магнитной примеси, на примере Со.

4. Высокие для оксидных РМП значения намагниченности - до 42 эме см"3 - могут быть получены для соединения ТЮ2:У, являющегося собственным ферромагнитным полупроводником.

Практическая значимость результатов работы:

1. Установлено, что ферромагнетизм при комнатной температуре наблюдаемый в кремнии, имплантированном ионами Зс1- переходных металлов (по крайней мере, при содержании примеси не более единиц процентов), обусловлен дефектами кристаллической структуры, возникающими при имплантации, и поэтому такой материал не может быть использован для создания спиновых приборов.

2. Разработан способ получения полупроводниковых пленок 'П02:Со обладающих собственным ферромагнетизмом (в которых отсутствуют магнитные кластеры и ферромагнитной является сама полупроводниковая матрица), что необходимо для эффективной поляризации носителей в применениях спиновой электроники.

3. Синтезирован пленочный собственный ферромагнитный полупроводник на основе Ti02:V. проявляющий рекордную для оксидных РМП намагниченность насыщения при комнатной температуре до 42 эме см'3.

4. Проанализированы результаты магнитных и электрических исследований разбавленного магнитного полупроводника на основе Ti02:V, что позволило обосновано связать наблюдаемые особенности с моделью связанного магнитного полярона.

5. Материалы диссертации могут быть использованы для разработки и получения структур спиновой электроники на основе соединения Ti02:V.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международная научно-техническая конференция

«Микроэлектроника и наноинженерия - 2008», (Зеленоград, 25-27 ноября 2008г.); 9-я Российская конференция по физике полупроводников «Полупроводники-2009», (Новосибирск-Томск, 28.09-03.10.09г.); International Magnetics Conference «Intermag 2009» (Sacramento, California 04-08 May 2009); XXI Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах», НМММ XXI (Москва, 28 июня - 4 июля 2009г.); Annual International Student's Conference «Study and achieve!» (Moscow, 23-29 March 2009); 11-я Международная конференция по атомно-контролируемым поверхностям, интерфейсам и наноструктурам «ACSIN 2011» (Санкт-Петербург, 3-7 октября 2011г.); Moscow International Symposium on Magnetism «MISM-2011» (Moscow, 20-25 June 2011); 64-е и 65-е дни науки в НИТУ «МИСиС» и семинарах кафедры «Материаловедения полупроводников и диэлектриков» НИТУ «МИСиС».

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в том числе в ведущих российских изданиях, из них 10 - в журналах и сборнике трудов конференции. Список приведен в конце автореферата. Среди публикаций 7 статей в изданиях из перечня ВАК.

Личный вклад

Состоит в исследовании вариантов синтеза ферромагнитных полупроводников, разработке системы стабилизации технологического процесса и получении таких материалов, измерении электрических характеристик образцов, обработке данных магнитометрии и РФЭС, анализе, интерпретации полученных данных и подготовке научных публикаций. Основные расчеты в работе выполнены автором самостоятельно.

Рентгеновские фото-электронные исследования выполнялись совместно С Д.Х.Н. JI.B. Яшиной и к.ф.-м.н. Е.А. Скрылевой. Рентгеновский анализ проведен д.ф.-м.н. В.Т. Бубликом и к.ф.-м.н. К.Д. Щербачевым. Синхротронные исследования поглощения рентгеновского излучения проведены к.ф.-м.н. А.Г. Смеховой. Данные

магнитных измерений получены в совместной работе с МГУ им. MB. Ломоносова д.ф.-м.н. Н.С. Перовым и аспирантами A.C. Семисаловой и Л.Ю. Фетисовым.

Работа поддержана:

-Грантом НИТУ «МИСиС» «Проведение фундаментальных исследований в рамках программы создания и развития НИТУ «МИСнС».

- Федеральной целевой научно-технической программой: "'Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники (2002-2006гг.)" (Госконтракт № 16.513. И .3088).

- Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013гг.» (ГК №14.740.11.0696).

- РФФИ 07-02-00327а

-РФФИ 10-02-00804а

Результаты работы защищены ноу-хау ОАО «Гиредмет» и патентом России.

Структура к объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав с основными результатами и выводами, заключения и списка цитируемой литературы из 187 наименований. Общий объем диссертации составляет 139 страниц, содержащих 61 рисунок и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Описывает актуальность темы, указана научная новизна и практическая ценность результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы, а также о структуре и содержании диссертации.

Потребность реализации ранее уже разработанных конструкций приборов спиновой электроники выдвигает задачу создания необходимых полупроводниковых материалов, обладающих ферромагнитными свойствами при температуре применения (равной или существенно выше комнатной) и способных встраиваться в уже существующие технологии изготовления электронных приборов. Концентрированные магнитные полупроводники и РМП были разработаны для решения проблемы эффективной спиновой инжекции через границу ферромагнетик/немагнитный полупроводник и обеспечения лучшей интегрируемости с современной микроэлектроникой. Описаны существующие области спинтроники:

- структуры на основе ферромагнитных и антиферромагнитных металлов, в том числе металл-полупроводник;

- концентрированные магнитные полупроводники, содержащие магнитные ионы в высоких концентрациях в подрешетке кристалла;

- разбавленные магнитные полупроводники, проявляющие ферромагнитное упорядочение в обычных полупроводниках при легировании ионами переходных металлов.

Настоящая работа выполнена с целью исследования возможности получения бескластерного ферромагнитного полупроводника на основе Б! и ТЮ2, пригодного для применения в качестве материала спиновых инжекторов.

Первая глава

Представляет аналитический обзор литературы, посвященный созданию разбавленных магнитных полупроводников как новых материалов спинтроники. В обзоре в порядке хронологии получения этих материалов рассмотрены работы по тематике создания РМП на основе соединений АШВУ, элементарных полупроводников IV группы, широкозонных оксидов и нитридов. Описаны потенциальные преимущества создания РМП для каждой группы материалов. Проблема эффективной спиновой инжекции носителей из ферромагнитного металла в полупроводник остается нерешенной; при этом уже продемонстрированы приборы совмещающие магнитные и электронные свойства в АШВ4' полупроводниках. Основной недостаток для применения уже разработанных структур спиновой электроники на основе АШВУ (ОаМпЛэ, ¡пМпЛэ) — это низкая рабочая температура приборов, определяемая сохранением их магнитных свойств, и не превышающая 172 К. В совокупности с высокой стоимостью процессов получения таких структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии перспективным представляется создать магнитный полупроводник на основе полупроводников IV группы или с использованием более дешевых технологий получения и легирования оксидов. В данной главе отмечено, что проанализированные данные публикаций о наблюдении ферромагнетизма в и Се имеют противоречивость. В качестве источников ферромагнитного сигнала рассматриваются: магнитные включения, коллективная намагниченность дефектов, упорядочение ионов примеси через носители заряда, перколяцнонная намагниченность ионов. Высокая химическая активность и малая растворимость в нем магнитных примесей не исключает образования включений силицидов на основе легирующего магнитного элемента, однако по известным для Мп данным Тк этих соединений ниже комнатной темпер; туры. Рассмотрены также известные результаты, когда методы радиационного облучения приводят к высокой концентрации дефектов и, в некоторых случаях, гистерезисному характеру намагничивания для нелегированных полупроводников. Повышение температуры Кюри наблюдаемое при переходе к широкозонным материалам было обосновано ранее в теоретических работах и экспериментально. Уменьшение расстояния между ионами решетки в широкозонных соединениях ожидаемо должно приводить к сильному увеличению р-с! гибридизации и в итоге к увеличению р-с! обменного взаимодействия. Исходя из концепции РМП, обмен между магнитными ионами и носителями заряда должен происходить эффективно при высокой концентрации последних, что также легче реализовать при использовании собственных дефектов в соединении без дополнительного легирования электрически-активными примесями. Также рассматриваются особенности переноса заряда в оксидных полупроводниках,

тесно связанные с процессом локализации вблизи собственных дефектов, являющимся основой для объяснения намагниченности оксидных РМП в рамках теории связанного магнитного полярона при низких концентрациях носителей заряда.

В конце главы приводятся основные модели, используемые для описания магнитного взаимодействия в РМП (прямой обмен, РККИ-обмен, связанный магнитный полярон и др.).

Приведенный анализ литературы позволяет сделать следующие заключения:

• недостатком металлической спинтроники является невозможность получения эффекта усиления сигнала и большие потери спиновой поляризации при инжекции в полупроводник;

•. наибольшую перспективность в функциональности и совместимости с существующей технологией электроники демонстрируют РМП с температурой Кюри выше комнатной;

• ни одна из моделей, описывающих ферромагнетизм в РМП, не имеет широкой применимости, можно говорить лишь о наиболее адаптивной модели к конкретному материалу;

■ широкозонные полупроводники демонстрируют множество магнитооптических эффектов и имеют потенциально более высокую точку Кюри.

Основной проблемой для реализации на практике концепции РМП является получение материала с температурой Кюри, по крайней мере, не ниже комнатной и соответствие технологии получения материала низкой стоимости изготовления на основе распространенных методов получения.

На основании анализа литературных данных в заключении первой главы сформулированы цель диссертационной работы и основные задачи исследования.

Вторая глава

Описывает экспериментальные исследования структуры и ферромагнитного упорядочения в Mn-имплантированном кремнии (стандартных промышленных пластинах кремния), выращенного методом Чохральского и подвергнутого ионной имплантации 5SMn+ с различными дозами от 5х1015 до 5х1016 см"2. Для определения зависимости намагниченности от исходной концентрации носителей заряда и типа проводимости были взяты пластины Si разных типов: КЭС 0,01; КЭФ 4,5; КДБ 0,005; КДБ 10. Имплантация проводилась на установке Extrion 200-1000 (фирмы Varian) при энергии ионов 195 кэВ в направлении Si <Ш>. В процессе облучения пластины подогревались при 350 "С. После имплантации часть образцов подвергалась импульсному отжигу при t° = 850 °С в течение 5 мин. для устранения аморфизации материала после имплантации. Также для сравнения часть экспериментов была выполнена при имплантации ионов 59Со+. Магнитные характеристики определялись методом вибрационной магнитометрии на оборудовании LakeShore 7400 с чувствительностью 1x10"6 эме. Во всех полученных образцах наблюдалось

ферромагнитное упорядочение при комнатной температуре. Результаты измерений образцов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Намагниченность насыщения и параметры получения образцов._

Доза имплантации, см "2 Бі р-типа, удельное сопротивление, Ом-см Бі /¡-типа, удельное сопротивление, Ом-см

10 0,005 4,5 0,01

Намагниченность насыщения, Гс

Мп, 1х1015 0,3 - 0,2 0

Мп, 5x1015 0,5 0,1 0,4 0,3

Со, 5х1015 0,5 0,1 0,2 0,4

Мп, 1х1016 0,2 0,7 - 0,2

Мп, 5х1016 0,6 0,5 0,4 1,2

Представленные в таблице 1 данные демонстрируют отсутствие регулярной зависимости величины удельной намагниченности насыщения от типа проводимости и удельного сопротивления кремниевых пластин, а также от имплантируемой примеси (Мп или Со). При этом имелось незначительное увеличение намагниченности с дозой имплантации: намагниченность увеличивалась в 3 раза с увеличением дозы имплантации в 50 раз. Восстановление кристаллической структуры 51 после импульсного вакуумного отжига только в незначительной степени увеличивало среднее значение удельной намагниченности, как показано в таблице 2. При этом выдержка образцов при 1000 °С в ходе длительного вакуумного отжига в течение 5 ч приводила к полному исчезновению намагниченности.

Таблица 2. Влияние постимплантационного вакуумного отжига.

Параметры отжига Тип проводи мости Бі р, Ом-см Доза, см"2 М^Гс

После имплантации После отжига

850 °С, 5 мин п 4,5 5x1013 (Мп) 0,4 0,4

п 4,5 5x1 о"' (Мп) 0,4 0,8

п 0,01 5х10,6(Мп) 1,2 1,1

р 10 5хЮ|6(Мп) 0,6 0,9

р 0,005 5х1016(Мп) 0,5 0,5

1000 °С, 5ч п 4,5 5x1016 (Мп) 0,8 0

р 0,005 5х10|6(Мп) 0,5 0

Для выявления влияния электрического поведения примеси и ее распределения по глубине легированного слоя использовались метод ВИМС и измерение электрического сопротивления растекания на установке АБК-ЮОС. Рассчитанные

профили измерения удельного сопротивления как непосредственно после имплантации переходных элементов, так и на отожженных образцах в пластине сопоставлялись с профилями распределения примеси. Для некоторых образцов наблюдалось повышение сопротивления, которое нами связывается с образующимися в запрещенной зоне при легировании глубокими уровнями Мп за счет компенсации основной примеси. Сопоставление полученных профилей, а также анализ с учетом данных о концентрации основной легирующей примеси в использованных пластинах кремния, показали, что только малая часть от полной концентрации Мп в имплантированном слое (не более единиц процентов) входит в кристаллическую решетку кремния и является электрически активной после постимплантационного отжига.

Прямые структурные исследования ближнего и дальнего порядка в Si:Mn выполненные методами рентгеновской дифракции, ПЭМ и абсорбционной рентгеновской спектроскопии на атомах Мп показывают, что основная часть марганца в кремнии концентрируется в нанокластерах интерметаллической тетрагональной фазы Mni5Si26- Кратковременны постимплантационный отжиг в вакууме при температуре 850 °С резко меняет структурные и электрические свойства имплантированного слоя, но слабо влияет на намагниченность материала. Измерения магнитного кругового дихроизма (рис. 1) показали, что марганец в имплантированном кремнии не несет какого-либо нескомпенсированного магнитного момента при комнатной температуре. В сумме полученные результаты позволяют заключить, что причиной наблюдаемого в имплантированном кремнии

ферромагнетизма при комнатной температуре (по крайней мере, при небольших содержаниях примеси) являются структурные дефекты в кремнии,

возникающие в процессе имплантации. Этот вывод следует как непосредственно из наших данных, так и из сравнения их с результатами других исследований по намагниченности кремния, Рис. 1 - Спектры рентгеновского поглощения на атомах после имплантации ионами Ar

х°-2 -

Мп и рентгеновского магнитного кругового дихроизма вблизи К-края поглощения Мп для Б^Мп) с дозой

или Хе, либо подвергнутого нейтронному облучению [3].

и

Третья глава

Содержит описания экспериментального метода синтеза для получения легированных слоев на основе 'П02, способа его стабилизации для повышения воспроизводимости и заданного качества слоев, данные о характеристиках использованных подложек. Образцы синтезировались на специально спроектированной установке магнетронного распыления оснащенной системой согласования мощности, цифровыми газовыми натекателями и оптическим спектрометром излучения плазмы с оптической точностью 1 нм. Метод синтеза основывался на реактивном ВЧ-магнетронном распылении мишени в атмосфере Аг + 02, состав которой задавался натекателями в вакуумной камере установки. Мишень изготавливалась сплавлением Т1 (99,99%) с добавкой легирующего элемента: Со или V, концентрация которого задавалась в процессе приготовления. Концентрация легирующего элемента в мишенях и их чистота определялись методом энерго-дисперсионного рентгеновского микроанализа. Содержание легирующей примеси в выращенных слоях также проверялось этим методом и соответствовало

концентрации в мишени.

Реактивное магнетронное осаждение ТЮ2 производилось на согласованные по кристаллографической структуре подложки: ТЮ2 (рутил), ЭгТЮз и ЬаА103 удовлетворяющие эпитаксиальному росту по величине рассогласования (Д< 3%). В качестве газовой атмосферы использовалась смесь аргона и кислорода. Удельное сопротивление выращенных слоев ТЮ2.х зависит от многих факторов: концентрации кислорода, мощности распыления, температуры нагрева подложек, скорости откачки и т.д. Основная сложность при получении полупроводникового ТЮ2.Х заключается в том, что требуется получить материал с заданным отклонением от стехиометрии, которое трудно контролируется в процессе получения. С целью обеспечения стабильности и воспроизводимости получения слоев с заданным диапазоном удельного сопротивления был применен метод стабилизации на основе оптической эмиссионной спектроскопии излучения плазмы магнетронного разряда (рис. 2а, 26).

Рис. 2а - Спектры излучения плазмы при различных ВЧ-токах в диапазоне 50-250 мА. Интенсивность всего спектра пропорциональна величине тока.

Пгамовпмиа

Рис. 26 - Спектр излучения плазмы, полученный при токе 105 мА. Показаны теоретические линии Ti с относительной интенсивностью.

В процессе получения контролировались линии излучения титана и по интенсивности этих линий задавалось отклонение от стехиометрии. В итоге, полученные образцы имели меньший разброс удельного сопротивления, что позволило получать легированные слои полупроводникового ТЮ2.

Четвертая глава

Посвящена исследованию возможности создания собственного ферромагнитного полупроводника на основе ТЮ2 легированного в высокой концентрации Со. В начале главы приводится описание двух использованных в работе подходов: закалке из высокотемпературной фазы для фиксации состояния с большей растворимостью примеси и метод низкотемпературного отжига, приводящего к диффузии кислорода к поверхности пленки. По величине энергии процесс удаления кислорода с поверхности требует меньших затрат, чем из объема, поэтому применим к объектам в виде тонких пленок. Исследования, выполненные магнитно-силовой микроскопией показали, что использование процедуры фиксации высокотемпературной фазы закалкой образцов приводит к появлению магнитных включений на поверхности. Далее описан метод использующий различие скоростей диффузии вакансий кислорода и ионов Со. Технологически метод заключается в получении полуизолирующих слоев ТЮ2:Со методом магнетронного напыления с содержанием примеси Со 8 ат.% и последующим низкотемпературным отжигом при 440 °С. Поскольку метод получения является неравновесным, то концентрация введенного Со превышает предел растворимости. Изначально полученные образцы со структурой рутила имели величину удельного электрического сопротивления 103-104 Ом-см и низкую концентрацию вакансий кислорода, так как были получены в режиме близком к получению стехиометрического ТЮ2. Измерения кривой намагниченности образцов после получения не имели признаков гистерезиса. После отжига образцы меняли величину удельного сопротивления до характерных значений для полупроводника 310 Ом-см и при комнатной температуре магнитный момент приобретал величину 2,2 х 10"4 эме (см. рис. За). Заметная ЗЛ-намагниченность ионов Со была выявлена элементо-селективной кривой, полученной методом ХМСБ для энергии 778,7 эВ при комнатной температуре (рис. 36).

С целью выяснения микроскопической природы валентного состояния Со в материале был использован элементно-селективный и объемно-чувствительный метод исследования )ОУЫЕ5 при энергии вблизи и К-края поглощения Со. Полученные спектры ХЛЫЕв подтверждают ионное (неметаллическое) состояние атомов Со. В конце главы на основе экспериментальных результатов отмечена ведущая роль кислородных вакансий в организации ферромагнитного обмена в ТЮ2:Со.

Рис. За. Кривая намагничивания для образца Рис. 36. Кривая элементно-селективного "ПОггСо после низкотемпературного отжига, магнитного гистерезиса для энергии Со

- края поглощения образца 10 Ом см после отжига 1 ч.

Пятая глава

Содержит результаты изучения структурных, магнитных, магнито-оптических и транспортных свойств слоев Т1ХУ|.Х02^ при различной концентрации ванадия, полученных реактивным магнетронным напылением на подложках рутила ТЮ2 (001) и ЬаАЮз ориентации (001) и (100) с односторонней полировкой под эпитаксию или двухсторонней полировкой, если в дальнейшем предполагались магнитооптические измерения. Приведены данные о шероховатости поверхности подложек и выращенных слоев. С целью выявления корреляций между усилением магнитного обмена и концентрацией ионов примеси в работе использовались различные концентрации примеси V: 3, 10 и 18 ат.%. В сравнении с результатами на основе ТЮ2:Со описанными ранее, а также известными, для данного материала впервые установлены следующие отличия:

1.- наблюдается высокая намагниченность для образцов с удельным сопротивлением изолятора, при том, что концентрация свободных носителей крайне низкая, а оптическая прозрачность в видимой области спектра остается высокой;

2.- увеличение концентрации ванадия не приводит к увеличению намагниченности, в том числе при использовании скоростной закалки для увеличения числа ионов ванадия в катионных позициях при замещении титана;

3.- наблюдаемая максимальная намагниченность в 42 Гс является рекордной по данным для оксидных РМП.

Во введении приводится подробный анализ растворимости ванадия в решетке ТЮ2 исходя из оценки геометрического фактора ионных радиусов, полуэмпирических правил оборазования твердых растворов примесью, известных данных и анализа строения фазовых диаграмм: для бинарной системы И - V и изотермического сечения многокомпонентной диаграммы "П - О - V. Расчетная оценка на основе правила Хагга, постулирующем, что если отношение радиуса внедряющегося атома

примеси г„ к радиусу атома матрицы rM 0< rjru <0,59, то образуется раствор внедрения, если 0,85 < г„!гм < 1,15, то раствор замещения, область 0,59 < rJrM < 0,85 является неблагоприятной для образования твердых растворов, случае ТЮ2 катионный ион Ti4+ имеет радиус ги = 0,061 нм, примесный ион V4+ (0,058 нм), соотношение r,JrN = 0,951, что согласно выше приведенным данным должно приводить к образованию твердого раствора замещения, наиболее желаемого для примеси в концепции РМП. Оценка по геометрическому фактору также показывает, что в решетке ТЮ2 в позицию замещения легче встроиться иону V4+ (0,058 нм) в сравнении с ионом V5+ (0,053 нм). В степени окисления 3+ (0,078 нм) V является сильным восстановителем, менее стабильным в соединениях, чем для степени 4+. Далее, проведено рассмотрение фазового равновесия по двойной Ti — V и тройной диаграмме Ti - О - V. Двойная диаграмма Ti - V имеет наличие области неограниченной растворимости в высокотемпературной у-фазе. При переходе к тройной диаграмме фазового равновесия на основе имеющихся данных для изотермического сечения Ti - О - V при 700°С область диаграммы демонстрирует непрерывный ряд твердых растворов V02 - ТЮ2. Таким образом, при легировании ванадием следует ожидать изовалентного поведения примеси в Ti02 с образованием твердого раствора замещения по катионной подрешетке титана.

Во второй части главы приведены результаты исследований, включавших рентгеновскую дифракцию, РФЭС, XANES, АСМ и МСМ, измерения температурной зависимости проводимости и импеданса, магнитооптические методы (по схеме эффекта Керра и Фарадея). Фазовый анализ полученных образцов проводился на дифрактометре X-ray miniLab (Unisantis). Как показывают данные рентгеновской дифракции, слои Ti02:V имели кристаллическую структуру анатаза при получении на подложках LaA103, включая процессы с использованием температуры нагрева подложки Тн = 650 °С. Это явление можно считать признаком повышения при использовании V температурного порога трансформации структуры анатаза в рутил. По многим параметрам структура анатаза оказывается предпочтительнее по причине: большая подвижность электронов, большая растворимость примесей и большая величина запрещенной зоны. Поверхность выращенных слоев исследованная АСМ микроскопией в контактном режиме имеет вид, характерный для образования кристаллитов путем возникновения трехмерных зародышей и их последующего роста. При этом размер зерен кристаллитов увеличивается с ростом температуры нагрева подложки, что говорит о термической активации процесса роста кристаллитов и связано с увеличением подвижности адатомов на поверхности роста. Исследование магнитной силовой микроскопией (МСМ) в пределах чувствительности метода показывает, что на поверхности не наблюдается магнитных кластеров и отсутствует корреляция между рельефом и сигналом магнитного взаимодействия зонда с поверхностью. Результаты совместного исследования АСМ/МСМ подтверждают таким образом, характеристики собственного разбавленного магнитного

полупроводника, не имеющего на поверхности локальных областей с сильным магнитным взаимодействием.

С целью определения химического состояния примеси V в матрице ТЮ2 и проверки наличия посторонних примесей использовался высокочувствительный метод анализа поверхности — рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС). Исследование было выполнено на установке Axis Ultra (Kratos). Первая часть

исследования имела целью определение валентности V в решетке "П02. Были исследованы как низкоомные, так и высокоомные образцы с содержанием 3 и 10 ат.% V. Использовалось монохроматизированное А1 Ка-излучение. Экспериментальные данные демонстрируют, что для образцов с малым содержанием ванадия валентное состояние V в соответствии со справочными данными по V02 для V 2р3/2 - около 516,5 эВ, что Рис. 4 - РФЭС спектры V 2р для ТЮ2:(3 ат.% V) с идентифицирует степень окисления V удельным сопротивлением 10"2 (1) и 104 Ом-см (2) как 4+; то есхь совпадает с таковой для Ti4+. Изучение распределения V в матрице ТЮ2 проводилось методом объемно-чувствительной рентгеновской спектроскопии поглощения (XANES) в образцах с содержанием 3 и 10 ат.% Спектр рентгеновского поглощения, снятый вблизи А'-края поглощения примеси V подтверждает для данных образцов ионный (неметаллический) характер состояния атомов V. Измерения намагниченности проводились на вибрационном магнитометре с параллельной к поверхности образца ориентацией магнитного поля. Величина намагниченности насыщения составляет для этих образцов от ЗхЮ'5 до 9х10"5 эме и величина коэрцитивного поля наблюдается в интервале 100 - 170 Э (рис. 5). С целью изучения температурной зависимости основных параметров петель гистерезиса были проведены измерения при различных температурах в интервале 77 - 400 К. Результаты показывают уменьшение магнитного момента и коэрцитивного поля с увеличением температуры, что характерно для ферромагнетиков (рис. 6). Температурная зависимость намагниченности насыщения от 180 до 400 К является почти линейной в координатах соответствующих закону Блоха: М со Т3/2.

-100 Ор

-4000 -2000 0 2000 4000

Магнитная индукция, Гс

Рис. 5 - Кривые намагничивания для слоев ТЮг:(3 ат.% V) с удельным сопротивлением: (1) 10"; (2) Ш-' и (3) 10"1 Ом см.

-ЙОО.Ои -'-1---1----'-.-1---

-15000 -10С00 -5000 0 5000 10000 15000 Магнитная индукция. Гс

Рис 6 - Кривые намагничивания для слоев ТЮ2'.(3 ат.% V) при температуре: 80(1), 300 (2) и 400 К (3).

400.0р

я. 50.0ц

I 200.0и

| -гоо.ор

Полученные результаты исследования на постоянном и переменном электрическом токе (рис. 7 и 8) демонстрируют зависимости, характерные для прыжкового переноса носителей заряда с переменной длиной прыжка, что говорит о сильной локализации электронов вблизи дефектов, выступающих в роли электронных ловушек.

т, к

Рис. 7 - Аппроксимация экспериментальной температурной зависимости проводимости уравнением Мотта с параметрами То, Со, Б.

_______^____________ -=-»"! ! — -1« ;

-»-л* |

100 1000 10000 100000 Частота, Гц

Рис. 8 — Проводимость на переменном токе для образца ТК^У. Аппроксимация выполнена аллометрической функцией в области высоких частот

Проводимости, измеренные при малых частотах, близки к значениям проводимости измеренным на постоянном токе (при нулевой частоте). Видно, что зависимости в области низких частот слабые, а в области высоких частот значения мало отличаются для разных температур и близки к степенной зависимости с показателем степени от 0,79 до 0,84 (рис. 8). Подобные зависимости наблюдались ранее для других материалов в случае, когда в проводимости измеренной на постоянном токе регистрируется участок прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка.

Исходя из этого, можно полагать, что в образцах легированных ванадием реализуется прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка. При этом предполагается, что прыжки совершаются между локализованными состояниями, распределенными случайным образом в слое.

Высокочастотная проводимость имеющая степенную зависимость с показателем степени 0,8 соответствуют прыжковому переносу носителями, возбуждаемыми в локализованные состояния вблизи края зоны проводимости или валентной зоны и согласно Поллаку и Джеболлу [5] может быть описана проводимостью вида:

а(ш) = й)[1п(уфоа/а))]п ~ со0'8 (1.1)

где п = 4, для парного приближения, рассматривающего два центра участвующих в переносе и п < 3, когда число центров больше двух.

Выражение в квадратных скобках хорошо аппроксимируется зависимостью (О ~°'2, что и приводит к показателю степени частоты 0,8. При этом круговая частота со должна быть ы « офш , то есть меньше фононной частоты, которая порядка ~1012 Гц. Такая проводимость должна быть гораздо больше, чем прыжковая проводимость на постоянном токе, что и наблюдается экспериментально. При этом температурная зависимость такая же, как и на постоянном токе, учитывая участие в механизме переноса энергии полученной от фононов.

Обобщая анализ зависимостей для образцов Ti02:V можно заключить, что для рассмотренных образцов проводимость зависит от частоты, частотные зависимости близко соответствуют закону а(ы) ~ со', где s = 0,8, и вместе с анализом проводимости на постоянном токе подтверждают наличие прыжковой проводимости с перескоками между парными центрами. Таким образом статическая и динамическая проводимость подтверждают наличие локализации носителей заряда в Ti02:V. Учитывая, что в исследованных образцах носители заряда в основном генерируются собственными дефектами (кислородными вакансиями), то наличие сильной связи носителей с заряженными дефектами в структуре, по-видимому, и приводит к образованию связанных состояний по типу электрон-вакансия.

Из существующих представлений о возникновении ферромагнетизма в РМП, необходимым условием локализация носителей является при возникновения ферромагнетизма в модели связанного магнитного полярона. Рассмотрев также тот факт, что намагниченность при низкой концентрации носителей в области высоких удельных сопротивлений (рис. 5), имеет величину лишь немногим меньше максимума, следует отметить согласованность основных построений этой модели к экспериментально наблюдаемым результатам. В заключении к данной главе сформулированы основные выводы и результаты по исследованию свойств TixV|.x02.¿.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Синтезированы полупроводниковые материалы трех типов, проявляющие ферромагнитное упорядочение при температурах выше комнатной.

2. С использованием современных методов исследованы структурные, электрические и магнитные характеристики этих материалов и установлены наиболее вероятные механизмы ферромагнитного упорядочения в них.

3. Исследованы особенности состояния полупроводникового кремния после имплантации этого материала ионами переходных метаплов.

• Показано, что при имплантации материала ионами 55Мп+ примесь марганца входит в кристаллическую решетку кремния только в количестве единиц процентов от его общего содержания. Кроме того в материале образуются наноразмерные включения типа Мп|53ьб, а также возникают сильные радиационные повреждения, поскольку сечение рассеяния ионов Мп большое.

• Примесь Мп после отжига занимает положения внедрения в кристаллической решетке кремния, становится электрически активной и проявляет амфотерное поведение. В зависимости от концентрации носителей заряда в исходном материале Мп образует акцепторные уровни (МП|)"/0 (в низкоомном «-Э! ) или донорные уровни (Мп,) (в высокоомном Р-ЭО-

• Примесь Мп не обнаруживает нескомпенсированного магнитного момента в кремнии при комнатной температуре.

• Образующиеся силициды также не являются ферромагнитными при комнатной температуре. Известно, что температура Кюри этих соединений не превышает 50 К.

• Величина намагниченности кремния при комнатной температуре сопоставима с намагниченностью, возникающей при имплантации ионов аргона или криптона в кремний, а также при облучении тепловыми нейтронами. Ферромагнетизм в имплантированном кремнии полностью исчезает после вакуумного отжига при 1000 °С.

• Выполненные исследования позволили заключить, что ферромагнетизм в полупроводниковом кремнии, имплантированном ионами марганца (по крайней мере, при содержании примеси в количестве до нескольких процентов) не является при комнатной температуре собственным, но обусловлен дефектами кристаллической решетки с неспаренными электронами образованными в процессе имплантации.

4. При исследовании полупроводникового соединения "П02:Со:

• Найдена возможность организации состояния собственного ферромагнитного упорядочения в этом соединении в области полупроводниковой проводимости при значительном содержании примеси.

• Ферромагнитное упорядочение в таком материале обеспечивается механизмом косвенного обмена через носители заряда (но, отличным от РККИ-обмена).

5. При исследовании полупроводникового соединении Ti02:V:

• Показано, что ферромагнитное упорядочение в этом соединении существует в широком диапазоне удельного электрического сопротивления - от вырожденного полупроводника до диэлектрика и сохраняется при Т > Т«0„„.

• Установлено, что в этом соединении наблюдается собственный ферромагнетизм при рекордных для оксидных разбавленных магнитных полупроводников значениях намагниченности до 42 эме/см .

• Наиболее адаптированной к результатам моделью представляется обмен между связанными магнитными поляронами, образованных локализацией электронов на собственных дефектах решетки — вакансиях кислорода.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Matsumoto, Y. Room-Temperature Ferromagnetism in Transparent Transition Metal-Doped Titanium Dioxide / Y. Matsumoto, M. Murakami, T. Shono, et al. // Science. 2001. V. 291. P. 854.

2. Zutic I. Spintronics: Fundamentals and applications / I. Zutic, J. Fabian, S. Sarma // Rev. Modern Phys.. 2004. V. 76. P. 323.

3. Dubroca T. Quasiferromagnetism in semiconductors / T. Dubroca, J. Hack, R.E. Hummel // Appl. Phys. Lett.. 2006. V. 88. P. 182504.

4. Bolduc M. Above room temperature ferromagnetism in Mn-ion implanted Si / M. Bolduc, C. Awo-Affouda, A. Stollenwerk, et al. // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. P. 033302.

5. Pollak M. The model of hopping conduction with wide distribution of jump distances / M. Pollak, T. Geball // Phys. Rev. 1961. V. 122. M. 4. P. 1742-1753.

6. Demidov, E.S. High-temperature ferromagnetism in laser-deposited layers of silicon and germanium doped with manganese or iron impurities /' E.S. Demidov, B. Aronzon, S. Gusev, et a!. // J. Magn. Magn. Mater.. 2009. V. 321. P. 690.

7. Pearton, S.J. Dilute magnetic semiconducting oxides / S.J. Pearton, M.H. Heo, M. Ivill, et al. // Semicond. Sci. Technol.. 2004. V. 19. P. R59.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

[Al] О состоянии имплантированной примеси Мп в Si / А.Ф. Орлов, В.Т. Бублик, В.И. Вдовин, Ю.А. Агафонов, Л.А. Балагуров, В.И.Зиненко, И.В. Кулеманов, К.Д. Щербачев // Кристаллография. 2009. Т. 54. № 4. С. 596-598.

[А2] Структура, электрические и магнитные свойства и природа ферромагнетизма при комнатной температуре в кремнии, имплантированном марганцем / А.Ф. Орлов, А.Б. Грановский, Л.А. Балагуров, И.В. Кулеманов,

Ю.Н. Пархоменко, Н.С. Перов, Е.А. Ганьшина, В.Т. Бублик, К.Д. Щербачев,

A.B. Картавых. В.И. Вдовин, А. Сапелкин, В.В. Сарайкин, Ю.А. Агафонов,

B.И. Зиненко // ЖЭТФ. 2009. Т. 136. вып. 4(10). С. 703-710.

[A3] Charge carriers compensation in a ferromagnetic Mn-implanted Si / A.F. Orlov, L.A. Balagurov, I.V. Kulemanov, Yu.N. Parkhomenko, A.V. Kartavykh, V.V. Saraikin, Yu.A. Agafonov, V.l. Zinenko // The Open Applied Physics Journal. 2009. Vol. 2. P. 20-22.

[A4] Ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура / А.Ф. Орлов, И.В. Кулеманов, JI.A. Балагуров, Ю.Н. Пархоменко, Н.С. Перов // Патент России № 2425184 от 25.11.2009 г.

[А5] Сопротивление растекания и компенсация носителей заряда в ферромагнитном кремнии, имплантированном марганцем / А.Ф. Орлов, JI.A. Балагуров, И.В. Кулеманов, Ю.Н. Пархоменко, A.B. Картавых, В.В. Сарайкин, Ю.А. Агафонов, В.И. Зиненко // ФТП. 2010. Т. 44. вып. 1. С. 30.

[А6] Собственный ферромагнетизм в полупроводниковом оксиде Ti|.xC0x02-5, создаваемый инжекцией вакансий / А.Ф. Орлов, J1.A. Балагуров, И.В. Кулеманов, Н.С. Перов, Е.А. Ганьшина, Л.Ю. Фетисов, A. Rogalev, А. Smekhova, J.C. Cezar// ФТТ. 2011. Т. 53. вып. 3. С. 452-454.

[А7] Магнетронное осаждение слоев диоксида титана с диагностикой плазмы высокочастотного разряда методом оптической эмиссионной спектроскопии / JI.A. Балагуров, И.В. Кулеманов. А.Ф. Орлов. Е.А. Петрова // Изв. ВУЗов: Материалы электронной техники. 2011. №1. С. 4-7.

[А8] Разработка ферромагнитных полупроводников для спиновых применений: состояние и перспективы / А.Ф. Орлов, II.В. Кулеманов, Ю.Н. Пархоменко, Н.С. Перов, A.C. Семисалова // Известия ВУЗов: Материалы электронной техники. 2011. № 3. С. 4-12.

[А9] Прыжковый транспорт носителей в эпитаксиальных слоях V-Ti02 / И.В. Кулеманов, С.А. Тарелкин // Известия ВУЗов: Электроника. 2012. №2 (94). С. 15-20.

[А 10] Магнитные свойства разбавленных магнитных полупроводников на основе двуокиси титана / Н.С. Перов, A.C. Семисалова, Л.Ю. Фетисов, А.Б. Грановский, А.Ф. Орлов, Л.А. Балагуров, И.В. Кулеманов // Сборник трудов XXI международной конференции "Новое в магнетизме и магнитных материалах". Москва, МГУ. 28 июня - 4 июля 2009 г. С. 452.

[All] Управление стехиометрией диоксида титана на основе спектрального контроля процесса магнетронного распыления / Л.А. Балагуров, И.В. Кулеманов, Ю.Н. Пархоменко // Сборник тезисов докладов

"Международной научно-технической конференции "Микроэлектроника и наноинженерия - 2008". Зеленоград, 'ГУ МИЭТ. 25-27 ноября 2008 г. С. 5-6.

[А 12] Structure, electrical and magnetic properties, and the origin of room temperature ferromagnetism in the Mn-implanted Si / A.F. Orlov, L.A. Balagurov, I.V. Kulemanov, Y.N. Parkhomenko, N.S. Perov, A.V. Kartavykh, V.I. Vdovin, A. Sapelkin, V.T. Bublik, K.D. Shcherbachev, V.V. Saraikin, A. Rogalev, A. Smekhova, Y.A. Agafonov, V.I. Zinenko // International Magnetics Conference "Intermag 2009": Abstracts. Sacramento, California, USA. 04-08 May 2009. P. 43.

[A 13] Компенсация носителей заряда в ферромагнитном кремнии, имплантированном марганцем / А.Ф. Орлов, JI.A. Балагуров, И.В. Кулеманов, Ю.Н. Пархоменко, А.В. Картавых, В.В. Сарайкин, В.И. Зиненко // Сборник тезисов докладов 9-ой Российской конференции по физике полупроводников "Полупроводники - 2009". Новосибирск. 2009 г. С. .

[А 14] Structural, optica! and magnetic properties Co-doped Ti02 / A.F. Orlov, I.V. Kulemanov, L.A. Balagurov // Annual Internationnal Students Conference "Study and achieve!". 23-29 March 2009. Moscow, NUST "MISiS".

[A 15] Проводимость слоев диоксида титана / И.В. Кулеманов, Л.А. Балагуров, А.Ф. Орлов, Е.А. Петрова // 9-я Всероссийская конференция "Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применения" (BHKHI-20I0). 5-8 октября 2010 г. Саранск. С. 47.

[А 16] Ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура V:Ti02 / Ti02 / И.В. Кулеманов // Сборник тезисов "65-е дни науки в МИСиС". 2010. М.: НИТУ "МИСиС" С. 339-340.

[А 17] Magnetic and magneto-optical properties of Ti|.xVx02_5 semiconductor oxide films with a various resistivity / A.F. Orlov, L.A. Balagurov, I.V. Kulemanov, N.S. Perov, E.A. Gan'shina, L.Yu. Fetisov, A.S. Semisalova, A.D. Rubacheva, L.V. Yashina, A. Rogalev, A. Smekhova // Moscow International Symposium on Magnetism: Abstracts of "M1SM-201I". Moscow, Russia. 21-25 August 2011. P. 820.

[A 18] Hopping conductivity in V and Co-doped Ti02: distinction of the impurity states / . I.V. Kulemanov, L.A. Balagurov, S.A. Tarelkin // 11th Internationa] Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures: Abstracts of "ACSIN2011". St. Petersburg, Russia. 3-7 October 2011. P. 177.

[A19] Magnetic and transport properties of Ti02:V oxide dilute magnetic semiconductor / I.V. Kulemanov, A.F. Orlov. L.A. Balagurov, N.S. Perov, A.S. Semisalova, L.Yu. Fetisov /11th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures: Abstracts of'ACSIN 2011". St. Petersburg, Russia. 3-7 October 2011. P. 310.

ВВЕДЕНИЕ.

Краткая характеристика работы.

ГЛАВА 1. Обзор литературы.

1.1 Современное состояние и перспективы спинтроники.

1.2 Первые спиновые приборы на основе АШВУ.

1.3 Ферромагнитные полупроводники при температуре выше комнатной.

1.3.1 Создание РМП на основе полупроводников IV группы.

1.3.2 Широкозонные оксидные полупроводники.

1.4 Основные представления об источниках намагниченности в РМП.

1.5 Формулировка задач исследований.

ГЛАВА 2. Исследование ферромагнетизма и структуры 8пМп.

2.1 Методика получения и исследования поведения примеси.

2.2 Исследование магнитных характеристик.

2.3 Выводы.

ГЛАВА 3. Методика получения легированных слоев ТЮ2-Х.

3.1 Приготовление мишеней для распыления.

3.2 Подложки для выращивания ТЮ2-Х.

3.3 Ионная очистка подложек.

3.4 Техника магнетронного напыления.

3.5 Метод стабилизации процесса получения.

ГЛАВА 4. Получение ферромагнитного полупроводника ТЮ2:Со.

4.1 Методика получения и исследование гомогенности.

4.2 Исследование магнитных характеристик.

4.3 Выводы.

ГЛАВА 5. Исследование ферромагнетизма и структуры ТЮ2:У.

5.1 Обоснование выбора и оценка растворимости V в ТЮ2.

5.2 Методика получения образцов.

5.3 Исследование образцов методами АСМ и МСМ.

5.4 Исследование распределения примеси методами РФЭС и XANES.

5.5 Исследование магнитных и электрических характеристик.

5.5.1 Исследование проводимости на постоянном токе.

5.5.2 Исследование проводимости на переменном токе.

5.6 Магнитооптические исследования.

5.7 Выводы.

Исторические предпосылки, термины и определения, перспективы

Спиновая электроника (спинтроника) — новая область научных исследований, которая позволяет расширить использование свойств электрона за счет применения переноса и хранения не только электрического заряда, но и спина. Разбавленные магнитные полупроводники — перспективные кандидаты на применение в полупроводниковой спинтронике, их применение может сделать электронику универсальной, более эффективной и значительно снизить стоимость приборов, за счет устранения разделения электронных компонентов оптической записи, обработки и хранения данных по функциональности. РМП помогут совместить в одном приборе функции хранения и обработки информации и преодолеть ограничения по миниатюризации микроэлектроники, связанные с используемыми сегодня материалами и принципами проектирования. Реализация интегрированного применения магнитных и электрических свойств выдвигает задачу разработки новых материалов, обладающих ферромагнитными свойствами при температуре бытового применения, равной или существенно выше комнатной, способных встраиваться в уже существующую технологию изготовления приборов и обладающих дополнительными, присущими исключительно им, ценными свойствами. Поскольку электроны обладают собственным моментом импульса, не связанным с перемещением частицы как целого, то в системе взаимодействующих тождественных электронов возможно появление квантовомеханического явления, не имеющего аналогии в классической механике — обменного взаимодействия, приводящего к коллективному выстраиванию спинов в зависимости от величины обменного интеграла. Необходимым условием для возникновения ферромагнитного упорядочения в веществе является положительное значение обменного интеграла. Величина температуры Кюри ферромагнетиков характеризует устойчивость коллективной ориентации спинов под воздействием тепловых колебаний решетки кристалла.

Большинство магнитно-электронных устройств основано на металлических материалах таких как Ре, Со, N1 и их сплавах, в которых магнитный момент возникает благодаря наличию в электронной 5б/-оболочке атомов этих металлов неспаренных электронов. В этих материалах свободные носители имеют спиновую поляризацию, вследствие различного числа электронов с ориентацией спин-вверх (мажорной) и спин-вниз (минорной) на уровне Ферми. Стандартная зонная структура нормального и ферромагнитного металла приведена на рис. 1. Расщепление энергетических уровней, относящихся к ориентациям спинов вверх и вниз (мажорные и минорные спины), приводит к размещению вблизи уровня Ферми в разных состояниях носителей тока и, соответственно, такие носители проявляют разные направления движения в магнитном поле.

Таким образом, ферромагнитные металлы являются системой с высокой степенью спиновой поляризации свободных электронов и обладают высокой намагниченностью, именно с этой точки зрения они представляют интерес для применения в спинтронике. а)-отсутствие поляризации; б)-полная поляризация.

Следует отметить, что хотя на базе «металлической» спинтроники удалось создать переключатели сигналов, но получить усиление сигнала, как при использовании транзистора, на ферромагнитных металлах нельзя, для этого необходимо иметь такое свойство как полупроводимость (способность изменять сопротивление на несколько порядков). Поэтому настоящий выигрыш в мультифункциональности приборы спинтроники получат только в случае применения полупроводниковой базы [1].

Наиболее важные свойства новых устройств заключаются в способности выполнять следующие функции: инжектирование, транспортный перенос, манипулирование и определение спин-поляризованных носителей. Спиновую инжекцию первое время пытались осуществить используя ферромагнитный металл с высокой поляризацией в контакте с немагнитным полупроводником. Преимуществом такой конструкции могли бы стать независимость от температуры (поскольку ФМ металлы обладают высоким значением точки Кюри), а также отсутствие внешнего источника магнитного поля. Однако до сего времени не удавалось создать структуру с высокой эффективностью транспорта поляризованных носителей используя метод спиновой инжекции из металла в полупроводник. При диффузии через интерфейс наблюдаются большие потери поляризованного тока носителей. Шмидт и др. сообщали, что низкая эффективность связана напрямую с различием свойств металла и полупроводника, в частности с различием в проводимости [2]. Одна из конструкций полупроводникового спинтронного устройства Дата-Дас [3] позаимствована как аналогия транзистора и подразумевает три слоя: спиновый инжектор для инжектирования носителей с заданной спиновой поляризацией, немагнитный слой для переноса или управления спином носителей и спиновый детектор. Использовать спин для кодирования информации с разных позиций предпочтительнее, чем заряд электрона.

РМП были разработаны для решения проблемы эффективной спиновой инжекции в немагнитный полупроводник и обеспечения лучшей интегрируемости с технологиями современной микроэлектроники. Основным требованием к ним, согласно [4], было условие возникновения сильного обменного взаимодействия между ионами примеси и свободными носителями полупроводника. Обменное взаимодействие в зависимости от концентрации и локального окружения ионов примеси может приводить либо к ферромагнитному, либо к антиферромагнитному упорядочению. Спиновая поляризация при этом должна возникать во всем объеме материала, а не только вблизи примесных центров. Таким образом, такой магнитный полупроводник может стать источником поляризованных по спину носителей.

Полупроводниковые соединения такие как СсГГе и Z:\Te, привлекли внимание исследователей в первую очередь способностью встраивания в матрицу магнитных ионов в большой концентрации, благодаря изовалентности катионов и ионов примеси. Однако этот же факт, являясь преимуществом легирования в большой концентрации, создает сложность получения легированного полупроводника р- или п-типа.

Краткая характеристика работы

Целью работы является:

Комплексное исследование и установление источника ферромагнетизма при комнатной температуре в кристаллическом кремнии легированном марганцем и получение собственного РМП с высокой намагниченностью при комнатной температуре на основе полупроводниковых слоев диоксида титана.

Практическая значимость:

1. Установлено, что ферромагнетизм при комнатной температуре наблюдаемый в кремнии, имплантированном ионами 3d- переходных металлов (по крайней мере, при содержании примеси не более единиц процентов), обусловлен дефектами кристаллической структуры, возникающими при имплантации, и поэтому такой материал не может быть использован для создания спиновых приборов.

2. Разработан способ получения полупроводниковых пленок TiC^iCo, обладающих собственным ферромагнетизмом (в которых отсутствуют магнитные кластеры и ферромагнитной является сама полупроводниковая матрица), что необходимо для эффективной поляризации носителей в применениях спиновой электроники.

3. Синтезирован пленочный ферромагнитный полупроводник на основе TiChiV, проявляющий рекордную для оксидных РМП собственную намагниченность насыщения при комнатной температуре до 42 эме см" .

4. Проанализированы результаты магнитных и электрических исследований разбавленного магнитного полупроводника на основе TiC^iV, что позволило обосновано связать наблюдаемые особенности с моделью связанного магнитного полярона.

5. Материалы диссертации могут быть использованы для разработки и получения структур спиновой электроники на основе соединения ТЮг:У.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международная научно-техническая конференция «Микроэлектроника и наноинженерия - 2008», (Зеленоград, 25-27 ноября 2008г.); 9-я Российская конференция по физике полупроводников «Полупроводники-2009», (Новосибирск-Томск, 28.09 -03.10.09г.); International Magnetics Conference «Intermag 2009» (Sacramento, California 0408 May 2009); XXI Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах», НМММ XXI (Москва, 28 июня - 4 июля 2009г.); Annual International

Student's Conference «Study and achieve!» (Moscow, 23-29 March 2009); 11-я Международная конференция по атомно-контролируемым поверхностям, интерфейсам и наноструктурам «ACSIN 2011» (Санкт-Петербург, 3-7 октября 2011г.); Moscow International Symposium on Magnetism «MISM-2011» (Moscow, 20-25 June 2011); 64-е и 65-e дни науки в НИТУ «МИСиС» и семинарах кафедры «Материаловедения полупроводников и диэлектриков» НИТУ «МИСиС».

Личный вклад

Состоит в исследовании вариантов синтеза ферромагнитных полупроводников, разработке системы стабилизации технологического процесса и получении таких материалов, измерении электрических характеристик образцов, обработке данных магнитометрии и РФЭС, анализе, интерпретации полученных данных и подготовке научных публикаций. Основные расчеты в работе выполнены автором самостоятельно.

Рентгеновские фото-электронные исследования выполнялись совместно с д.х.н. JT.B. Яшиной и к.ф.-м.н. Е.А. Скрылевой. Рентгеновский анализ проведен д.ф.-м.н. В.Т. Бубликом и к.ф.-м.н. К.Д. Щербачевым. Синхротронные исследования поглощения рентгеновского излучения проведены к.ф.-м.н. А.Г. Смеховой. Данные магнитных измерений получены в совместной работе с МГУ им. М.В. Ломоносова д.ф.-м.н. Н.С. Перовым и аспирантами A.C. Семисаловой и Л.Ю. Фетисовым.

Достоверность результатов

Обеспечена обоснованностью используемых в работе экспериментальных методов, сопоставлением с экспериментальными данными и теоретическими работами в области создания РМП, а также корреляцией результатов, полученных при исследовании на различных образцах. Во многом достоверность полученных результатов подтверждается взаимной непротиворечивостью результатов, полученных с использованием разных методов. Результаты исследований докладывались на специализированных международных конференциях по физике полупроводников и магнитным явлениям.

Положения, выносимые на защиту:

1. Новые экспериментальные данные об особенностях амфотерного поведения примеси Мл в имплантированном 81: компенсация доноров в низкоомном кремнии «-типа и акцепторов в высокоомном кремнии /7-типа.

2. При комнатной и выше температурах ферромагнитное упорядочение в 81, имплантированном Мп, при содержании примеси Мп в пределах нескольких процентов обусловлено дефектами кристаллической структуры кремния, образующимися в процессе имплантации.

3. Метод создания состояния собственного ферромагнетизма в полупроводнике ТЮ2 при высоком содержании легирующей магнитной примеси, на примере Со.

4. Высокие для оксидных РМП значения намагниченности - до 42 эме см"3 - могут быть получены для соединения ТЮг^, являющегося собственным ферромагнитным полупроводником.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в том числе в ведущих российских изданиях, из них 10 - в журналах и сборнике трудов конференции. Список приведен в конце диссертации. Среди публикаций 7 статей в изданиях из перечня ВАК.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛУЧЕННЫЕ В РАБОТЕ:

1. Синтезированы полупроводниковые материалы трех типов, проявляющие ферромагнитное упорядочение при температурах выше комнатной.

2. С использованием современных методик выполнены исследования: структурных, электрических и магнитных характеристик этих материалов и установлены вероятные механизмы ферромагнитного упорядочения в них.

3. Исследованы особенности состояния полупроводникового кремния после имплантации этого материала ионами Мп.

• Показано, что при имплантации материала ионами 55Мп+ примесь марганца входит в кристаллическую решетку кремния только в количестве единиц процентов от его общего содержания. Кроме того, в материале образуются наноразмерные включения типа Мп 158126, а также возникают сильные радиационные повреждения, поскольку сечение рассеяния ионов Мп большое.

• Примесь Мп после отжига занимает положения внедрения в кристаллической решетке кремния, становится электрически активной и проявляет амфотерное поведение. В зависимости от концентрации носителей заряда в исходном материале Мп образует акцепторные уровни (МпО "/0 (в низкоомном и-81 ) или донорные уровни (Мп;) +/++ (в высокоомном р-81).

• Примесь Мп не обнаруживает нескомпенсированного магнитного момента в кремнии при комнатной температуре.

• Образующиеся силициды также не являются ферромагнитными при комнатной температуре. Известно, что температура Кюри этих соединений не превышает 50 К.

• Величина намагниченности кремния при комнатной температуре сопоставима с намагниченностью, возникающей при имплантации кремния ионами аргона или криптона, а также при имплантации тепловыми нейтронами. Ферромагнетизм в имплантированном кремнии полностью исчезает после вакуумного отжига при 1000 °С. Ферромагнетизм при комнатной температуре в кремнии, по-видимому, обусловлен структурными дефектами с неспаренными электронами.

• Выполненные исследования позволили заключить, что ферромагнетизм в полупроводниковом кремнии, имплантированном ионами марганца (по крайней мере, при содержании примеси в количестве до нескольких процентов), не является при комнатной температуре собственным, но обусловлен дефектами кристаллической решетки, образованными в процессе имплантации.

4. При исследовании полупроводникового соединения ТЮ2:Со:

• Получен полупроводник, который при значительном содержании примеси Со обладает собственным ферромагнитным упорядочением, не связанным с наличием металлической фазы Со;

• Ферромагнитное упорядочение в таком материале обеспечивается косвенным обменом с участием носителей, освобождаемых при образовании кислородных вакансий, но не соответствует косвенному обмену по механизму РККИ.

5. При исследовании полупроводникового соединении ТЮг:У:

• Показано, что ферромагнитное упорядочение в этом соединении существует в широком диапазоне удельного электрического сопротивления — от вырожденного полупроводника до диэлектрика и сохраняется при Т > 400 К;

• Установлено, что в этом соединении наблюдается собственный ферромагнетизм при рекордных для оксидных полупроводников значениях намагниченности до 42 эме/см ;

• Наиболее согласующейся с экспериментом теоретическим описанием представляется образование связанных состояний дефект-носитель заряда, лежащее в основе модели связанного магнитного полярона.

Впервые полученные в работе результаты, по легированному Со и V диоксиду титана, однозначно показывают собственную природу ферромагнетизма для этого соединения. Наблюдаемые результаты для полученных в работе слоев ТЮг:У по зависимости намагниченности от сопротивления, транспортным и магнитооптическим свойствам отличаются от ранее известных для ТЮ2 легированного Со и подтверждают различие природы ферромагнитного упорядочения, в сравнении с материалами, содержащими включения ферромагнитной фазы.

Новые данные для полученных эпитаксиальных слоев на основе ТЮг дают основу для поиска путей усиления ферромагнитного обмена, увеличения остаточной намагниченности и коэрцитивного поля с целью практического внедрения результатов исследования.

БЛАГОДАРНОСТИ

С глубокой признательностью приношу благодарность своему научному руководителю проф., д.ф.-м.н. Юрию Николаевичу Пархоменко за предоставление интересной темы исследования, за поддержку и понимание на протяжении всей работы. Благодарю коллектив ГНЦ «Гиредмет» за дружественную и творческую атмосферу во время работы и открытость к сотрудничеству.

Особо выражаю благодарность руководителю лаборатории физико-технологических методов Андрею Федоровичу Орлову за постоянное содействие и помощь в постановке экспериментов, а также всем сотрудникам данной лаборатории. Также выражаю благодарность за предоставленную помощь в получении данных РФЭС анализа д.х.н. JI.B. Яшиной и к.х.н. В. Неудачиной.

Высоко оцениваю помощь и участие в обсуждении результатов экспериментов сотрудников кафедры магнетизма Физического факультета МГУ им. Ломоносова: Николая Сергеевича Перова, Александра Борисовича Грановского, Елены Александровны Ганыпиной, Анны Сергеевны Семисаловой и Леонида Юрьевича Фетисова. За существенную помощь в ходе совместной работы, которая была оказана коллективом лаборатории нанооптики метаматериалов МГУ им. Ломоносова, выражаю признательность д.ф.-м.н. A.A. Федянину и асп. Шариповой М.И.

В заключение благодарю за предоставленную возможность участия в конференциях и выступлениях, поддержку исследований на протяжении всей работы над диссертацией Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» и коллектив кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. Sarma, S.D. Spintronics // American Science.- 2001.- Vol. 89.- № 6.- P. 516.

2. Schmid, G. Fundamental obstacle for electrical spin injection from a ferromagnetic metal into a diffusive semiconductor / G. Schmidt, D. Ferrand, L. W. Molenkamp, A.T. Filip, B. J. van Wees // Phys. Rev. В.- 2000,- Vol. 62,- P. R4793.

3. Datta,S. Electronic analog of the electro-optic modulator / S. Datta, B. Das // Appl. Phys. Lett.- 1990,- Vol. 56,- Is. 7,- P. 665-667.

4. Ohno, H. Making Nonmagnetic Semiconductors Ferromagnetic / H. Ohno // Science-1998,- Vol. 281,-P. 951.

5. URL: http://news.yale.edu/1998/07/30/yale-bell-labs-physicists-forge-ahead-field-spintronics-first-view-slow-electron-spin-dyn, July 30, 1998 (дата обращения: 15.02.2012).

6. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков // М.: Издательство МИСиС 2003, с. 90.

7. Zhu, H.J. Room-temperature spin injection from Fe into GaAs / H.J. Zhu, M. Ramsteiner, H. Kostial, M. Wassermeier // Phys. Rev. Lett.- 2001.- Vol. 87,- P. 016601.

8. Rashba, E.I. Theory of electrical spin injection: Tunnel contacts as a solution of the conductivity mismatch problem // Phys. Rev. В.- 2000.- Vol. 62.- P. R16267.

9. Furdyna, J.K. Diluted magnetic semiconductors — an interfase of semiconductor physics and magnetism / J.K. Furdyna // J. Appl. Phys.-1982.- Vol. 53.- P. 637.

10. Wessels, B.W. Ferromagnetic semiconductors and the role of disorder // New Journal of Physics.-2008,-Vol. 10,-P. 055008.

11. Nazmul, A.M. Ferromagnetism and high Curie temperature in semiconductor heterostructures with Mn 5-doped GaAs and p-type selective doping / A.M. Nazmul, S.Sugahara, M.Tanaka, et al. // Phys. Rev. В.- 2003,- Vol. 67,- P. 241308(R).

12. Грановский, А.Б. Ферромагнетизм кремния, имплантированного Mn: намагниченность и магнито-оптический эффект Фарадея / А.Б.Грановский, Ю.П.Сухоруков, А.Ф.Орлов и др. // Письма в ЖЭТФ,- 2007,- Т. 85, вып. 7.- С. 414-417.

13. Dietl, Т. Hole-mediated ferromagnetism in tetrahedrally coordinated semiconductors / T. Dietl, H. Ohno, F. Matsacura//Phys. Rev. В.-2001,-Vol. 63, Is. 19,-P. 195205.

14. Stroppa, A. Electronic structure and ferromagnetism of Mn-doped group-IV semiconductors / A. Stroppa, S. Picozzi, A. Continenza, A.J. Freeman // Phys. Rev. В.- 2003.-Vol. 68,-P. 155203.

15. Wu, H. First-principles study of ferromagnetism in epitaxial Si-Mn thin films on Si(OOl) H. Wu, M. Hortamani, P. Kratzer, M. Scheffler // Phys. Rev. Lett.- 2004,- Vol. 92, № 23,- P. 237202-1.

16. Bernardini, F. Energetic stability and magnetic properties of Mn dimers in silicon / F. Bernardini, S. Picozzi, A. Continenza // Appl. Phys. Lett.- 2004,- Vol. 84, Is. 13,- P. 2289.

17. Park, Y.D. A Group-IV ferromagnetic semiconductor: MnxGeix / Y.D. Park, A.T. Hanbicki, S.C. Erwin, C.S. Hellberg // Science.- 2002,- Vol. 295,- P. 651.

18. Tyryshkin, A.M. Electron spin relaxation times of phosphorus donors in silicon / A.M. Tyryshkin, S.A. Lyon, A.V. Astashkin, A.M. Raitsimring // Phys. Rev. B.- 2003 Vol. 68-P. 193207.

19. Knobel, R. Spinpolarized quantum transport and magnetic field-dependent carrier density in magnetic two-dimensional electron gases / Knobel R., Samarth N, Crooker S.A., Awschalom D.D. // Physica E: Low-Dimen Sys Nanostr.- 2000,- Vol. 6,- P. 7869.

20. Liu, H.W. Pauli-spin-blockade transport through a silicon double quantum dot / H.W. Liu, T. Fujisawa, Y. Ono, H. Inokawa // Phys. Rev. B.- 2008,- Vol. 11.- P. 073310.

21. Zutic, I. Spin Injection and Detection in Silicon / I. Zutic, J. Fabian, S.C. Erwin // Phys. Rev. Lett.- 2006,- Vol. 91.- P. 026602.

22. Overberg, M.E. Room temperature magnetism in GaMnP produced by both ion implantation and molecular-beam epitaxy / M.E. Overberg, B.P. Gila, G.T. Thaler, C.R. Abernathy // J. Vac. Sci. Technol. B.- 2002,- Vol. 20,- P. 969.

23. Woodbury, H.H. Spin Resonance of Transition Metals in Silicon / H.H. Woodbury, G.W. Ludwig // Phys. Rev.- I960,- Vol. 117,- P. 102.

24. Jungwirth, T. Theory of ferromagnetic (III,Mn)V semiconductors / T. Jungwirth, J. Sinova, J. Masek, J. Kucera, A.H. MacDonald. // Rev. Mod. Phys.- 2006,- Vol. 78.- P. 809-864.

25. Dietl, T. Ferromagnetic semiconductors / T. Dietl // Semiconduct. Sci. Technol 2002,-Vol. 17,-P. 377.

26. Sato, K. Materials and device design with ZnO-based diluted magnetic semiconductors / K. Sato, H. Katayama-Yoshida // Mat. Res. Soc. Symp. Proc.- 2001.- Vol. 666.- P. F4.6.1.

27. Demidov, E.S. High-temperature ferromagnetism in laser-deposited layers of silicon and germanium doped with manganese or iron impurities / E.S. Demidov, B.A. Aronzon, S.N. Gusev // J. Magn. Magn. Mater.-2009.-Vol. 321,-P. 690

28. Continenza, A. Transition metal impurities in Ge: Chemical trends and codoping studied by electronic structure calculations / A. Continenza, G. Profeta, S. Picozzi. // Phys. Rev. B-2006,- Vol. 73.-P. 035212.

29. Yamada, M. Metamagnetic properties of MnSi near the critical pressure / M. Yamada, T. Goto, T. Kanomata // J. Alloys Compd.- 2004,- Vol. 364, Is. 1-2,- P. 37-47.

30. Gottlieb, U. Magnetic properties of single crystalline Mr^Si? / U. Gottlieb, A. Sulpice, B. Lambert-Andron, O. Laborde // J. Alloys Сотр.- 2003,- Vol. 361.- P. 13.

31. Liu, X.C. Hole-mediated ferromagnetism in polycrystalline Sii-xMnx:B films / X.C. Liu, Z.H. Lu, Z.L. Lu, L.Y. Lu, X.S. Wu // J. Appl. Phys.- 2006,- Vol. 100,- P. 073903.

32. Nakashima, H. Deep impurity levels and diffusion coefficient of manganese in silicon / H. Nakashima, K. Hashimoto // J. Appl. Phys.- 1991,- Vol. 69, Is. 3,- P. 1440-1446.

33. Фистуль В.И. Амфотерные примеси в полупроводниках М.: Металлургия,- 1992, 240 с.

34. Yoon, I.T. Magnetic and optical properties of Mn-implanted Si material / I.T. Yoon, C.J. Park, T.W. Kang // Magn. and Magn. Mater.- 2007.- Vol. 311.- P. 693.

35. Lemke, H. Eigensehaften der Dotierungsniveaus von Mangan und Vanadium in Silizium / H. Lemke // Phys. Stat. Sol. A.- 1981,- Vol. 64,- P. 549.

36. Czaputa, R. Energy levels of interstitial manganese in silicon / R. Czaputa, H. Feihtinger, J. Oswald // Solid State Commun.- 1983,- Vol. 47,- P. 223.

37. Fistul, V.I. Impurities in semiconductors: solubility, migration, and interactions CRC Press.- 2004, 448 pages.

38. Bader, R. Carrier concentration profiles of ion-implanted silicon / R. Bader, S. Kalbitzer //Appl. Phys. Lett.- 1970-Vol. 16,-P. 13-16.

39. Mallik, K. Enhancement of resistivity of Czochralski silicon by deep level manganese doping / K. Mallik, C.H. de Groot, P. Ashbum // Appl. Phys. Lett.- 2006,- Vol. 89.- P. 112122.

40. Pauling, L. The nature of the bonds in the iron silicide, FeSi, and related crystals / L. Pauling, A.M. Soldate // Acta. Cryst.- 1948,- Vol. 1,- P. 212-216.

41. Jeong, T. Implications of the B20 crystal structure for the magnetoelectronic structure of MnSi / T. Jeong, W.E. Pickett // Phys. Rev. В.- 2004. Vol. 70. - P. 075114.

42. Mattheiss, L.F. Band structure and semiconducting properties of FeSi / L.F. Mattheiss, D. R. Hamann // Phys. Rev. B. 1993. - Vol. 47. - P. 13114.

43. Continenza, A. Transition metal doping and clustering in Ge / A. Continenza, G. Profeta, S. Picozzi // JMMM- 2007.- Vol. 310, №2, part 3,- P. 2147-2149.

44. Ottaviano, L. Phase separation and dilution in implanted MnxGei-x alloys / L. Ottaviano, M. Passacantando, S. Picozzi, A. Verna, R. Gunnella // Journ. Appl. Phys- 2006 Vol. 88-P. 061907.

45. Yokota, T. Detailed structural analysis of Ce doped Si thin films / T. Yokota, N. Fujimura, Y. Morinaga, T. Ito // Physica E.- 2001.- Vol. 10,- P. 237-241.

46. Nakayama, H. Growth and properties of super-doped Si:Mn for spin-photonics / H. Nakayama, H. Ohta, E. Kulatov //Physica B: Cond. Matt.- 2001.- Vol. 302-303,- P. 419.

47. Wolska, A. Local structure around Mn atoms in Si crystals implanted with Mn+ studied using x-ray absorption spectroscopy techniques / A. Wolska, K. Lawniczak-Jablonska, M. Klepka, M.S. Walczak, A. Misiuk // Ibid.- 2007,- Vol. 15.- P. 113201.

48. Bolduc, M. Above room temperature ferromagnetism in Mn-ion implanted Si / M. Bolduc, C. Awo-Affouda, A. Stollenwerk // Phys. Rev. В.- 2005,- Vol. 71.- P. 033302.

49. Bolduc, M. Investigation of the structural properties of ferromagnetic Mn-implanted Si/ M. Bolduc, C. Awo-Affouda, A. Stollenwerk, M. Huang // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B-2006,- Vol. 242, Is. 2,-P. 367.

50. Bolduc, M. Observation of crystallite formation in ferromagnetic Mn-implanted Si / M. Bolduc, C. Awo-Affouda, F. Ramos, V. LaBella // J. Vac Sci. Technol. A.- 2006,- Vol. 24, Is.4.-P. 1644.

51. Misiuk, A. Structure and magnetic properties of Si:Mn annealed under enhanced hydrostatic pressure / A. Misiuk, J. Bak-Misiuk, B. Surma, W. Osinniy // J. Alloys Comp.-2006-Vol. 423,-P. 201-204.

52. Николаев, C.H. Аномальный эффект Холла в Si пленках, сильно легированных Мп / С.Н. Николаев, Б.А. Аронзон, В.В. Рыльков, В.В. Тугушев, Е.С. Демидов // Письма в ЖЭТФ,-2009,-Т. 89, вып. 12,-С. 707-712.

53. Mena, P. Heavy carriers and non-Drude optical conductivity in MnSi / P. Mena, D. van der Marel, A. Damscelli // Phys. Rev. В.- 2003,- Vol. 67, Is. 24,- P. 241101.

54. Pfleiderer, C. Non-Fermi-liquid nature of the normal state of itinerant-electron ferromagnets / C. Pfleiderer, S. Julian, G. Lonzarich // Nature.- 2001.- Vol. 414,- P. 427-430.

55. Kim, H.-M. Growth of ferromagnetic semiconducting Si:Mn film by vacuum evaporation method / H.-M. Kim, N.M. Kim // Chem. Mater.- 2003,- Vol. 15,- P. 3964-3965.

56. Zhang, F.M. Investigation on the magnetic and electrical properties of crystalline Mn0.05Si0.95 films / F.M. Zhang, X.C. Liu, J. Gao, X.S. Wu, Y.W. Du // Appl. Phys. Lett.-2004,- Vol. 85,-P. 786-789.

57. Kwon, Y.H. Formation mechanism of ferromagnetism in Si)-xMnx diluted magnetic semiconductors / Y.H. Kwon, T.W. Kang, H.Y. Cho, T.W. Kim // Solid State Commun.-2005,-Vol. 136, Is. 5,-P. 257-261.

58. Хохлов, А.Ф. Ферромагнетизм кремния обусловленный радиационными дефектами / А.Ф. Хохлов, П.В. Павлов // Письма в ЖЭТФ,- 1976,- Т. 24, вып.4,- С. 238-240.

59. Hack, J. Ferromagnetic properties of spark-processed photoluminescing silicon / J. Hack, M. Ludwig, W. Geerts, R. Hummel // Mat. Res. Soc. Symp. Proc.- 1997.- Vol. 452,- P. 147.

60. Dubroca, T. Quasiferromagnetism in semiconductors / T. Dubroca, J. Hack, R.E. Hummel, A. Angerhofer // Appl. Phys. Lett.- 2006,- Vol. 88,- P. 182504.

61. Адашкевич, С.В. Локальное магнитное упорядочение в кремнии, имплантированном высокоэнергетичными ионами / С.В. Адашкевич, Н.М. Лапчук, В.Ф. Стельмах, Г.Г. Федорук, Е.Н. Шумская // Письма в ЖЭТФ,- 2007,- Т. 84,- С. 642.

62. Chiu, S.H. The molecular beam epitaxy growth, structure, and magnetism of Si.-xMnx films / S.H. Chiu, H.S. Hsu, J.C.A. Huang // J. Appl. Phys.- 2008,- Vol. 103,- P. 07D110.

63. Yao, J.H. / Mn-doped amorphous Si:H films with anomalous Hall effect up to 150 К / J.H. Yao, S.C. Li, M.D. Lan, T.S. Chin // Appl. Phys. Lett.- 2009,- Vol. 94,- P. 072507.

64. Sulpice, A. Magnetic and electronic properties of MatSi? / A. Sulpice, U. Gottlieb, M. Affronte // JMMM 2004,- Vol. 272-276, Part 1.- P. 519-520.

65. Zeng, C. Optimal doping control of magnetic semiconductors via subsurfactant epitaxy / C. Zeng, Z. Zhang, K. Van Benthem, M. F. Chisholm, H. H. Weitering // Phys. Rev. Lett.-2008,-Vol. 100,-P. 066101.

66. Zhao, Y.J. Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-like Ferromagnetism in MnxGei.x / Y.J. Zhao, T. Shishidou, A.J. Freeman // Phys. Rev. Lett.- 2003,- Vol. 90.- P. 047204.

67. Ozer, M.M. Weitering, H.H. Handbook of spintronic semiconductor // edited by Weimin M. Chen, Irina A. Buyanova.- Singapore, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd: 2010,- P.214-219.

68. Cho, S.G. Ferromagnetism in Mn doped Ge / S.G. Cho, S.T. Choi, S.C. Hong, Y.K. Kim, J.B. Ketterson // Phys. Rev. В.- 2002,- Vol. 66.- P. 033303.

69. Choi, S. Ferromagnetism in Cr-doped Ge / S. Choi, S.C. Hong, S. Cho, Y. Kim, J.B. Ketterson // Appl. Phys. Lett.- 2002,- Vol. 81.- P. 3606.

70. Choi, S. Ferromagnetic properties in Cr, Fe-doped Ge single crystals / S. Choi, S.C. Hong, S.L. Cho, Y. Kim, J.B. Ketterson // J. Appl. Phys.- 2003,- Vol. 93,- P. 7670.

71. Отроков, M. M. Магнитное упорядочение в дискретных сплавах полупроводников IV группы с переходными 3d-MeTaruiaMH / Отроков М. М., Тугушев В. В., Эрнст А. и др. // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики 2011.- Т. 139, № 4- С. 720-732.

72. Демидов, Е.С. Ферромагнетизм в эпитаксиальных слоях германия и кремния, пересыщенных примесями марганца и железа / Е.С. Демидов, Ю.А. Данилов, В.В. Подольский, В.П. Лесников, М.В. Сапожников // Письма в ЖЭТФ.-Т. 83- Вып. 12-С. 664-667.

73. Dietl, Т. Zener model description of ferromagnetism in zinc-blende magnetic semiconductors / T. Dietl, H. Ohno, F. Matsukura. J. Cibert, D. Ferrand // Science 2000-Vol. 287.- P. 1019-1022.

74. Reed, M.K. Room temperature ferromagnetic properties of (Ga, Mn)N / M.K. Reed, N.A. El-Masry, H.H. Stadelmaier, M.K. Ritums // Appl. Phys. Lett.- 2001,- Vol. 79,- P. 3473-3476.

75. Thaler, G.T. Magnetic properties of и-GaMnN thin films / G.T. Thaler, M.E. Overberg,

76. B. Gila, R. Frazier, C.R Abernathy, S.J. Pearton // Appl. Phys. Lett.- 2002,- Vol. 80, Is. 21.- P. 3964-3967.

77. Frazier, R.M. Properties of Co-, Cr-, or Mn-implanted A1N / R.M. Frazier, J. Stapleton, G.T. Thaler, C.R. Abernathy, S.J. Pearton // J. Appl. Phys.- 2003,- Vol. 94, Is. 3,- P. 15921597.

78. Wu, S.Y. Synthesis, characterization, and modeling of high quality ferromagnetic Cr-doped A1N thin films / S.Y. Wu, H.X. Liu, L. Gu, R.K. Singh // Appl. Phys. Lett.- 2003,-Vol. 82,-P. 3047.

79. Theodoropoulou, N. / N. Theodoropoulou, A.F. Hebard, ME. Overberg, C.R. Abernathy, S.J. Pearton // Phys. Rev. Lett.- 2002,- Vol. 89.- P. 107203.

80. Pearton, S.J. Wide band gap ferromagnetic semiconductors and oxides / S.J. Pearton,

81. C.R. Abernathy, M.E. Overberg, G.T. Thaler, D.P. Norton, N. Theodoropoulou // J. Appl. Phys.-2003,-Vol. 93, Is. l.-P. 1-14.

82. Pearton, S.J. Advances in wide bandgap materials for semiconductor spintronics / S.J. Pearton, C.R. Abernathy. D.P. Norton. A.F. Hebard, Y.D. Park // Mat. Sci. Eng.- 2003,- Vol. R 40,-P. 137-168.

83. Sharma, P. Ferromagnetism above room temperature in bulk and transparent thin films of Mn-doped ZnO / P. Sharma, A. Gupta, K.V. Rao, F.J. Owens, R. Sharnia // Nature Materials.-2003,-Vol. 2,-P. 673-677.

84. Pacuski, W. Optical Spectroscopy of Wide-Gap Diluted Magnetic Semiconductors / W. Pacuski // Introduction to the physics of DMS- Springer Series in Materials Science: 2010: Springer.- Vol. 144,- P. 37-63.

85. Горелик, С.С. Материаловедение полупроводников и диэлектриков / С.С. Горелик, М.Я. Дашевский // Учебник для ВУЗов,- М.: МИСиС- 2003, 480 с.

86. Dietl, Т. Hole-mediated ferromagnetism in tetrahedrally coordinated semiconductors / T. Dietl, H. Ohno, F. Matsacura//Phys. Rev. В.-2001,-Vol. 63, Is. 19,-P. 195205.;

87. Hwang, J.I. High-energy spectroscopic study of the III-V nitride-based diluted magnetic semiconductor GaixMnxN / J.I. Hwang, Y. Ishida, M. Kobayashi, H. Hirata // Phys. Rev. B2005,- Vol. 72,-P. 085216.

88. Fukumura, T. An oxide-diluted magnetic semiconductor: Mn-doped ZnO / T. Fukumura, Z. Jin, A. Ohtomo, H. Koinuma, M. Kawasaki // J. Appl. Phys.- 1999.- Vol. 75.- P. 3366.

89. Kittilstved, K.R. Direct kinetic correlation of carriers and ferromagnetism in1. Co :ZnO /

90. K.R. Kittilstved, D.A. Schwartz, A.C. Tuan, S.M. Heald, S.A. Chambers // Phys. Rev. Lett.2006,- Vol. 97, Is. 3,- P. 037203 037207.

91. Tietze, T. XMCD studies on Co and Li doped ZnO magnetic semiconductors / T. Tietze, M. Gacic, G. Schütz, G. Jakob // New Journal of Physics.- 2008,- Vol.10.- P. 055009.

92. Hong, N.H. Laser ablated Ni-doped НГО2 thin films: room temperature ferromagnets / N.H. Hong, J. Sakai, N. Poirot, A. Ruyter // Appl. Phys. Lett.- 2005.- Vol. 86, Is. 24,- P. 242505.

93. V. Dinha, K. Satob, H. Katayama-Yoshida // Solid State Communications 2005 - Vol. 136, Is. 1— P.1-5.

94. Nomura, K. Nano particles of iron oxides in Si02 glass prepared by ion implantation / K. Nomura, H. Reuther // J. Radiational Nucl. Chem.- 2011Vol. 287,- P. 341-346.

95. Prokes, S.M. Formation of ferromagnetic Ni/Si02 nanospheres / S.M. Prokes, W.E. Carlos, L. Seals // Materials Letters.- 2002,- Vol. 54,- P. 85-88.

96. Matsumoto, Y. Room-temperature ferromagnetism in transparent transition metal-doped titanium dioxide / Y. Matsumoto, M. Murakami, T. Shono, T. Hasegava, T. Fukumura // Science.- 2001.- Vol. 291.- P. 854.

97. Chambers, S.A. Epitaxial growth and properties of ferromagnetic Co-doped Ti02 anatase / S.A. Chambers, S. Thevuthasan, R.F.C. Farrow, R.F. Marks // Appl. Phys. Lett.- 2001.- Vol. 19.- P. 3467-3470.

98. Chambers, S.A. A potential role in spintronics / S.A. Chambers // Materials Today.-2002,- Vol. 5, №4,- P. 34-39.

99. Kim, J.-Y. Ferromagnetism induced by clustered Co in Co-doped anatase ТЮ2 thin films / J.-Y. Kim, J.-H. Park, B.-G. Park, H. -J. Noh // Phys. Rev. Lett.- 2003,- Vol. 90,- P. 017401.

100. Ando, K. Large magneto-optical effect in an oxide diluted magnetic semiconductor Zni-xCoxO / K. Ando, H. Saito, Z. Jin, T. Fukumura, M. Kawasaki // Appl. Phys. Lett.- 2001 -Vol. 78,-P. 2700.

101. Ohno, H. (Ga,Mn)As: A new diluted magnetic semiconductor based on GaAs / H. Ohno, A. Shen, F. Matsukura, A. Oiwa, A. Endo // Appl. Phys. Lett.- 1996.- Vol. 69,- P. 363-366.

102. Park, Y.D. A group-IV ferromagnetic semiconductor: MnxGei-x / Y.D. Park, A. Hanbicki, S. Erwin, C. Hellberg, J. Sullivan // Science.- 2002,- Vol. 295,- P. 651-654.

103. Matsukura, F. Transport properties and origin of ferromagnetism in (Ga,Mn)As / F. Matsukura, H. Ohno, A. Shen, Y. Sugawara // Phys. Rev. В.- 1998,- Vol. 57,- P. R2037-R2040.

104. Ohno, H. (Ga,Mn)As: A new diluted magnetic semiconductor based on GaAs / H. Ohno, A. Shen, F. Matsukura, A. Oiwa, A. Endo // Appl. Phys. Lett.- 1996.- Vol. 69,- P. 363-366.

105. White, R.M. Long range order in solids / R.M. White, Т.Н. Geballe. // New York: Academic Press.-1979, P. 413.

106. Ведяев, А.В. Кинетические явления в неупорядоченных ферромагнитных сплавах / А.В. Ведяев, А.Б. Грановский, О.А. Котельникова М.: Изд-во МГУ - 1992, 157 с.

107. Jungwirth, Т. Theory of ferromagnetic (III,Mn)V semiconductors / Т. Jungwirth, Jairo Sinova, J. Masek // Rev. Mod. Phys.- 2006,- Vol. 78,- P. 809.

108. Jungwirth, T. Anomalous Hall effect in ferromagnetic semiconductors / T. Jungwirth, Q. Niu, A. McDonald // Phys. Rev. Lett.- 2002,- Vol. 88,- P. 207208.

109. Higghins, J.S. Hall effect in cobalt-doped Ti02.5 / J.S. Higghins, S.R. Shinde, S.B. Ogale, T. Venkatesan, R.L. Greene // Phys. Rev. В.- 2004,- Vol. 69, Is. 7,- P. 073201.

110. Shinde, S. R. Co-occurrence of superparamagnetism and anomalous Hall effect in highly reduced cobalt-doped rutile ТЮ2-5 films / S. R. Shinde, S. B. Ogale, J. Higgins, H. Zheng, A. J. Millis // Phys. Rev. Lett.-2004,-Vol. 91.- P. 166601.

111. Toyosaki, H. Anomalous Hall effect governed by electron doping in a room-temperature transparent ferromagnetic semiconductor / H. Toyosaki, T. Fukuinura, Y. Yainada, K. Nakajima // Nature Materials.- 2004,- Vol. 3, P. 221-224.

112. Spin related Phenomenon in Semiconductors 2004, 21-23 August, Santa Barbara, California, USA.

113. Гуденаф, Д. Магнетизм и химическая связь / Д. Гуденаф- М.: Металлургия 1968, 325 с.

114. Ruderman, М.А. Indirect exchange coupling of nuclear magnetic moments by conduction electrons / M.A. Ruderman, C. Kittel // Phys. Rev.- 1954,- Vol. 96.- P. 99.

115. Kasuya, T. A theory of metallic ferro- and antiferromagnetism on Zener's model / T. Kasuya // Progr. Theor. Phys.- 1956,- Vol. 16,- P. 45.

116. Yosida, K. Magnetic properties of Cu-Mn alloys / K. Yosida // Phys. Rev 1957 - Vol. 106,-P. 893.

117. Chambers, S.A. Dopants, defects and magnetism in epitaxial CoxTiix02-x anatase / S.A. Chambers, S.M. Heald, R.F.C. Farrow, J.-U. Thiele // arXiv: cond-mat/0208315vl 2002.

118. Coey, J. Ferromagnetism in Fe-doped SnC>2 thin films / J. Coey, A. Douvalis, C. Fitzgerald, M. Venkatesan // Appl. Phys. Lett.- 2004,- Vol. 84, Is. 8,- P. 1332-1335.

119. Calderon, M.J. Theory of carrier mediated ferromagnetism in dilute magnetic oxides / M.J. Calderon, S. Das Sarma//Annals of Physics.-2007.-Vol. 322, Is. 11- P. 2618-2634.

120. Kasuya, T. Anomalous transport phenomena in Eu-chalcogenide alloys / T. Kasuya, A. Yanase // Rev. Mod. Phys.- 1968.- Vol. 40.- P. 684-696.

121. Coey, J.M.D. Donor impurity band exchange in dilute ferromagnetic oxides / J.M.D. Coey, M. Venkatesan, C. Fitzgerald // Nature Materials.- 2005,- Vol. 4,- P. 173-179.

122. Kaminski, A. Magnetic and transport percolation in diluted magnetic semiconductors / A. Kaminski, S. Das Sarma//Phys. Rev. В.-2003,- Vol. 68,-P. 235210-235216.

123. Malik, K. 'Semi-insulating' silicon using deep level impurity doping: problems and potential / K. Malik, R.J. Falster, P.R. Wilshaw // Semicond. Sci. Techol.- 2003,- V. 18-P. 517.

124. Malik, K. Enhancement of resistivity of Czochralski silicon by deep level manganese doping / K. Malik, C.H. deGroot, P. Ashburn, R.R. Wilshaw // Appl. Phys. Lett.- 2006,- Vol. 89.-P. 112122.

125. Zhou, Sh. Structural and magnetic properties of Mn-implanted Si / Sh. Zhou, K. Potzger, G. Zhang, A. Mucklich, F. Eichhorn // Phys. Rev. В.- 2007.- Vol.75.- P. 085203.

126. Dev, P. Defect-induced intrinsic magnetism in wide-gap III nitrides / P. Dev, V. Xue, P. Zhang, I. Hiys // Phys. Rev. Lett.- 2008,- Vol. 100,- P. 117204-117208.

127. Xu, Q. Room temperature ferromagnetism in ZnO films due to defects / Q. Xu. H. Shmidt, S. Zhou, K. Potzger // Appl. Phys. Lett.- 2008,- Vol. 92,- P. 082508.

128. Potzger, К. An easy mechanical way to create ferromagnetic defective ZnO / K. Potzger, S. Zhou, J. Grenzer, M. Helm, J. Fassbender // Appl. Phys. Lett.- 2008,- Vol. 92,- P. 182504.

129. Russ, R. Ti 2p and О Is X-ray absorbtion of ТЮ2 polymorphs / R. Russ, A. Kikas, A. Saar // Solid State Communications.- 1997.- V. 104,- P. 199.

130. База данных Springer Materials // http://www.springermaterials.com дата обращения 05.09.2009г.

131. Springer Materials по данным: Lenzen, G.: Z. Deut. Ges. Edelsteinkunde.

132. Springer Materials по данным: Vultee, J. von: Fortschr. Mineral.

133. Springer Materials по данным: Spangenberg, K., A. Neuhaus: Chem. Erde.

134. Springer Materials по данным: Muegge, O.: Neues Jahrb. Mineral.

135. Диаграммы состояния двойных металлических систем // под общей ред. Н.П. Лякишева, М.: Машиностроение 1996, 996 с.

136. Таблицы спектральных линий / Зайдель А.Н., Прокофьев В.К., Райский С.М. // М.: Наука,- 1977, 800 с.

137. Andersson, S. / Phase analysis studies on the titanium-oxygen system // S. Andersson, B. Collen, U. Kuylenstierna, A. Magnali // Acta Chem. Scand.- 1957,- Vol. 10,- P. 1641.

138. Shim, I.-B. Growth of ferromagnetic semiconducting cobalt-doped anatase titanium thin films / I.-B. Shim, S.-Y. An, C. S. Kim // J. Appl. Phys.- 2002,- Vol. 91, Is. 10,- P. 7914-7917.

139. Fleischhammer, M. The solubility of Co in ТЮ2 anatase and rutile and its effect on the magnetic properties / M. Fleischhammer, M. Panthofer,W. Tremel // Journal of Solid State Chemistry.- 2009,- Vol. 182,- P. 942-947.

140. Matsumoto, Y. Ferromagnetism in Co-Doped ТЮ2 Rutile Thin Films Grown by Laser Molecular Beam Epitaxy / Y. Matsumoto, R. Takahashi, M. Murakami, T. Koida, X.-J. Fan // Jpn. J. Appl. Phys.-2001,- Vol. 40,-P. L1204-L1206.

141. D.H. Kim. Investigations on the nature of observed ferromagnetism and possible spin polarization in Co-doped anatase ТЮ2 thin films / D.H. Kim, J.S. Yang, K.W. Lee, S.D. Bu, D.W. Kim // J. Appl. Phys.- 2003,- Vol. 93, № 10,- P. 6125-6133.

142. Transport mechanisms in polymer and ТЮ2 Schottky diode // Nanosensors, Biosensors, and Info-Tech Sensors and Systems 2009 Edited by Varadan, Vijay K. Proceedings of the SPIE.-2009,-Vol. 7291,-P. 72910J-72910J.

143. Sasaki J. Tracer impurity diffusion in single-crystal rutile (ТЮг-х) / J. Sasaki, N.L.

144. Peterson, K. Hoshino//J. ofPhys. and Chem. of Solids.- 1985,-Vol. 46, Is. 11.-P. 1267-1283.

145. Griffin, K.A. Intrinsic Ferromagnetism in Insulating Cobalt Doped Anatase TiC>2 / K.A. Griffin, A.B. Pakhomov, C.M. Wang, S.M. Heald, K.M. Krishnan // Phys. Rev. Lett.- 2005,-Vol. 94,-P. 157204.

146. Nefedov, A. Spin polarization of oxygen atoms in ferromagnetic Co-doped rutile TiC>2 / A. Nefedov, N. Akdogan, H. Zabel, R.I. Khaibullin, L.R. Tagirov // Appl. Phys. Lett.- 2006,-Vol. 89,-P. 182509-182512.

147. Akdogan, N. High-temperature ferromagnetism in Co-implanted TiC>2 rutile / N. Akdogan, A. Nefedov, H. Zabel, K. Westerhold, H.-W. Becker // J. Phys. D: Appl. Phys.-2009,-Vol. 42,-P. 115005.

148. Sudakar, C. Room temperature ferromagnetism in vacuum-annealed TiCh thin films / C. Sudakar, P. Kharel, R. Suryanarayanan, J. Thakur, R. Naik // JMMM- 2008.- Vol. 320, Is. 5.-P. L31-L36.

149. Yoon, S.D. Oxygen-defect-induced magnetism to 880 K in semiconducting anatase Ti02-5 films / S.D. Yoon, Y. Chen, A. Yang, T.L. Goodrich, X. Zuo // J. Phys.: Condens. Matter.-2006,-Vol. 18, №27,-P. L335.

150. Hoa, N.H. Room-temperature ferromagnetism observed in undoped semiconducting and insulating oxide thin films / N.H. Hoa, J. Sakai, N. Poirot / Phys. Rev. B.- 2006,- Vol. 73,1.. 13,-P. 132404-132408.

151. Dongyoo, K. The origin of oxygen vacancy induced ferromagnetism in undoped Ti02 / K. Dongyoo J. Hong, Y.R. Park, K.J. Kim // Journal of Physics: Condens. Matt.- 2009,-Vol. 21, №19,-P. 195405.

152. Kokorin, A.I. Spectroscopic study of polycrystalline Ti02 doped with vanadium / A.I. Kokorin, V.M. Arakelyan, V.M. Arutyunian // Russian Chemical Bulletin 2003- Vol. 52, №1,- P. 93-97.

153. Pemmaraju D. Impurity-Ion pair induced high-temperature ferromagnetism in Co-doped ZnO / D. Pemmaraju, R. Hanafin, T. Archer // arXiv:0801.4945vl cond-mat.mtrl-sci.- 2008.

154. Hong, N.H. / N.H. Hong, J. Sakai, W. Prellier, A. Hassini, A. Ruyter // Phys.Rev. B.-2004,-Vol. 70.-P. 195204.

155. Hong, N.H. Magnetic structure of V:Ti02 and Cr:TiC>2 thin films from magnetic force microscopy measurements / N.H. Hong, A.G. Ruyter, F.Gervais, F. Prellier, J. Sakai // J. Appl. Phys.- 2005,- Vol. 97,-P. 10D323.

156. Coey, J. Donor impurity band exchange in dilute ferromagnetic oxides / J. Coey, M. Venkatesan, C. Fitzgerald // Nat. Mater.- 2005,- Vol. 4,- P. 173-179.

157. Enomoto, M. The O-Ti-V system / M. Enomoto // J. Phase Eq 1996.- Vol. 17.- P. 539.

158. Briand, L.E. Formation of a solid solution of vanadium in ТЮ2 (anatase) on vanadium-titanium solids with high vanadium content / L.E. Briand, L. Cornaglia, J. Giiida, H.J. Thomas // J. Mater. Chem.- 1995,-Vol. 5,-P. 1443-1449.

159. Kikoin K.A. Transition metal impurities in semiconductors / K.A. Kikoin, V.N. Fleurov // Singapore: World Scientific Pub Co Inc.- 1994, 349 pages.

160. Mizushima, K. Impurity levels of iron-group ions in Ti02(II) / K. Mizushima, M. Tanaka, A. Asai//J. Phys. Chem. Solids.- 1979,-Vol. 40, Is. 12,-P. 1129-140.

161. Lu, X. Room-temperature ferromagnetism in Ti l-jV^Ch nanocrystals synthesized from an organic-free and water-soluble precursor / X. Lu, J. Li, X. Мои // Journal of Alloys and Compounds.-2010,-Vol. 499, Is. 2,-P. 160-165.

162. Sieradzka, K. Properties of nanocrystalline Ti02:V thin films as a transparent semiconducting oxides / K. Sieradzka, J. Domaradzki, E. Prociow, M. Mazur, M. Lapinski // Acta Physica Polonica A.- 2009.- Vol. 116,- P. S33-35.

163. Shannon, R.D. Kinetics of the Anatase-Rutile Transformation / R.D. Shannon, J.A. Pask // Journal of the American Ceramic Society.- 1965,- Vol. 48, Is. 8.- P. 391-398.

164. Палатник, JI.C. Эпитаксиальные пленки / JI.С. Палатник, И.И. Папиров // М.: «Наука», 1971.-с. 95.

165. Балагуров Л. А. О природе ферромагнетизма в полупроводниковом оксиде Ti02-5:Co / Л. А. Балагуров, С. О. Климонский, С. П. Кобелева, А. Ф. Орлов и др. // Письма в ЖЭТФ,- Т. 79, вып. 2,- С. 111-112.

166. Sheng, P. Hopping conductivity in granular metals / P. Sheng // Phys. Rev. Lett.- 1973-Vol. 31,№1.-P. 44.

167. Kennedy, R.J. Hopping transport in Ti02:Co: a signature of multiphase behavior / R.J. Kennedy, P.A. Stampe // Phys. Rev.- 2004,- Vol. 84, №15,- P. 2832.

168. Mobius, A. Coulomb gap in two- and three-dimensional systems: Simulation results for large samples / A. Mobius, M. Richter, B. Drittler // Phys. Rev. В.- 1992,- Vol. 45.- P. 11568.

169. Cuevas, E. Ground state of granular metals / E. Cuevas, M. Ortuno, J. Ruiz // Phys. Rev. Lett.- 1993,- Vol. 71, Is. 12,-P. 1871-1874.

170. Закгейм, Д.А. Температурная зависимость проводимости композитных пленок Cu:SiC>2. Эксперимент и численное моделирование / Д.А. Закгейм, И.В. Рожанский. И.П. Смирнова, С.А. Гуревич // ЖЭТФ,- 2000,- Т. 118, вып. 3.- С. 637.

171. Adkins C.J. Conduction in granular metals-variable-range hopping in a Coulomb gap? / C.J. Adkins // J. Phys.: Condens. Matter.- 1989,- Vol. 1, N.7.- P. 1253.

172. Мейлихов, Е.З. Термоактивированная проводимость и вольт-амперная характеристика диэлектрической фазы гранулированных металлов / Е.З. Мейлихов //ЖЭТФ,- 1999Т. 115, вып. 4.-С. 1484.

173. Шкловский, Б.И. Электронные свойства легированных полупроводников / Б.И. Шкловский, А.Л. Эфрос // М: Наука 1979, 416 с.

174. Hendry, Е. Electron transport in ТІО2 probed by THz time-domain spectroscopy / E. Hendry, F. Wang, J. Shan, T.F. Heinz, M. Bonn // Phys. Rev. В.- 2004,- Vol. 69,- P. 081101.

175. Marshall, E. The electrical conductivity of titanium dioxide / E. Marshall // Phys. Rev.-1942,- Vol. 61.-P. 56.

176. Ardakani, H.K. Electrical and optical properties of in situ "hydrogen-reduced" titanium dioxide thin films deposited by pulsed excimer laser ablation / H.K. Ardakani // Thin Solid Films.- 1994- Vol. 248,- P. 234.

177. Mardare, D. On the structure, morphology and electrical conductivities of titanium oxide thin films / D. Mardare, C. Baban, R. Gavrila, M. Modreanu, G.I. Rusu// Surface Science-2002,- Vol. 507-510,- P. 468-472.

178. Heluani, S.P. Polaron variable range hopping in ТІО2-8 thin films / S.P. Heluani, D. Comedi, M. Villafuerte, G. Juarez // Physica В.- 2007.- Vol. 398,- P. 305 308.

179. Toyosaki, H. Anomalous Hall effect governed by electron doping in a room-temperature transparent ferromagnetic semiconductor / H. Toyosaki, T. Fukumura, Y. Yamada, K. Nakajima, C. Chikyow // Nature Mater.- 2004,- Vol. 3.- P. 221 224.

180. Мотт, H. Электронные процессы в некристаллических веществах : пер. с англ. / Н. Мотт, Э. Дэвис .- М. : Мир,- 1974, 472 с.

181. Као, К. Перенос электронов в твердых телах / К. Као, В. Хуанг // М.: Мир 1984, ч.1,350 с.

182. Pollak, M. The model of hopping conduction with wide distribution of jump distances / M. Pollak, T. Geball//Phys. Rev.-1961.-Vol. 122,-M. 4,-P. 1742-1753.

183. Austin, I.G. Polarons in crystalline and non-crystalline materials / I.G. Austin, N.F. Mott // Adv. Phys.- 1969,-Vol. 18, Is. 71.- P. 41-102.

184. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:1. Статьи в журналах

185. А9. Прыжковый транспорт носителей в эпитаксиальных слоях V-ТЮг / И.В. Кулеманов, С.А. Тарелкин // Известия ВУЗов: Электроника. 2012. №2 (94). С. 15-20.

186. Тезисы и труды конференций

187. А 14. Structural, optical and magnetic properties Co-doped ТЮг / A.F. Orlov, I.V. Kulemanov, L.A. Balagurov // Annual Internationnal Students Conference "Study and achieve!". 23-29 March 2009. Moscow, NUST "MISiS".

188. А16. Ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура У:ТЮг / ТЮг / И.В. Кулеманов // Сборник тезисов "65-е дни науки в МИСиС". 2010. М.: НИТУ "МИСиС" С. 339-340.