Магнитные и структурные свойства наноразмерных слоев ферромагнетик-изолятор-ферромагнетик на основе FeSix и FeOy тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ИИ4606090

ГОЙХМАН АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ

МАГНИТНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА НАНОРАЗМЕРНЫХ СЛОЕВ ФЕРРОМАГНЕТИК-ИЗОЛЯТОР-ФЕРРОМАГНЕТИК НА ОСНОВЕ Реви И ЕеО, ^

01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор

2 /> И ЮН 2010

Москва 2010

004606090

Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете

«МИФИ»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Неволин Владимир Николаевич

Научный консультант: кандидат физико-математических наук

Зенкевич Андрей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Троян Виктор Иванович, НИЯУ МИФИ

Защита диссертации состоится «30» июня 2010 года в 15.00 часов на заседании Диссертационного совета Д212.130.04 при Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, д. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЯУ «МИФИ». Автореферат разослан «27» мая 2010 года.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенном печатью организации, по адресу НИЯУ «МИФИ».

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук,

доктор физико-математических наук, профессор Лейцин Владимир Нояхович, РГУ им. И. Канта

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт ядерной физики им Д.В. Скобельцина Московского государственного университета, г. Москва

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В элементе магнитной памяти, основанном на квантовом туннелировании

и состоящем из структуры ферромагнетик-изолятор-ферромагнетик (ФМ-И-ФМ), ориентация намагниченности одной из ферромагнитных обкладок изменяется приложением внешнего магнитного поля, величина которого подбирается так, чтобы ориентация намагниченности второй ферромагнитной обкладки не менялась. Изменение вероятности туннелирования при изменении относительной ориентации намагниченности ферромагнитных обкладок приводит к изменению «гигантского» магнитосопротивления RGArKRfr-RjjyRft тонкопленочной структуры ФМ-И-ФМ, и может быть использовано для создания элементов памяти произвольного доступа (Random Access Memory, RAM).

Среди возможных материалов электрода в элементах магнитной памяти особый интерес представляет использование полуметаллов, которые, согласно теории, должны иметь только одну заполненную спиновую подзону на уровне Ферми, что потенциально может давать значения спиновой поляризации электронов, близкие к 100%. Однако, для получения наибольшего эффекта магнитосопротивления, который, в конечном счете, и определяет функциональность такого рода структур для использования в элементах энергонезависимой памяти, критически важна комбинация материалов ферромагнитных электродов и туннельного изолятора, а также границ раздела ФМ/И

Полученные результаты экспериментов по формированию и исследованию структур ФМ-И-ФМ показали перспективность применения выбранных материалов Fe3Si, Fe304, MgO и Si02 и их комбинаций в качестве функциональных структур магнитных туннельных переходов.

Цель работы.

Целью диссертационной работы явилась разработка оптимальных условий формирования и выявление структурных, химических, фазовых и функциональных магнитных свойств тонкопленочных наноразмерных слоев ФМ-И-

ФМ с использованием ферромагнитных силицидов РеЭ^ и оксидов РеОу железа в качестве ферромагнитных электродов, а оксидов магния Л^О и кремния БЮг - в качестве изолирующих слоев.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи.

1. Разработаны механизмы формирования тонкопленочных слоев Ре381 и Рез04> обладающих заданными магнитными и структурными свойствами, способы формирования сверхтонких (~ 2 нм) туннельно-прозрачных изолирующих слоев и БЮг в контакте с ферромагнитными слоями.

2. Установлены оптимальные условия ориентированного (эпитаксиально-го) роста тонкопленочных слоев ферромагнитных полуметаллических силицида Ре^ и оксида Ре304 на монокристаллических подложках М§0.

3. Разработан способ формирования поликристаллических и ориентированных структур РеОуЧУ^О/РеЗг,, обладающих независимым переключением намагниченностей в ферромагнитных слоях при сверхтонком изолирующем слое (~3 нм).

4. Разработана диагностическая методика исследования функциональных магнитных свойств структур ФМ-И-ФМ.

Научная новизна.

• Впервые для поликристаллического тонкопленочного ферромагнитного оксида железа Ре304 обнаружен эффект усиления магнитных свойств при использовании подслоя Ре.

• Впервые обнаружено влияние взаимного расположения слоев Ре и Ре304 на проявление эффекта усиления магнитных свойств тонкопленочных на-норазмерных слоев магнетита.

• Впервые с применением метода ферромагнитного резонанса для анализа магнитного состояния ферромагнитных слоев в структурах ФМ-И-ФМ установлена взаимосвязь между кристаллическими и магнитными свойствами ферромагнитных слоев Ре381 и Ре304.

• Разработан новый способ формирования бислойных структур Fe3Si/Si02 (2 нм) в одном вакуумном цикле путем проведения твердофазной реакции в системе Fe-Si с предварительным окислением в атмосфере активированного кислорода.

• Разработан новый способ ориентированного (эпитаксиального) роста тонкопленочных слоев ферромагнитных полуметаллических силицида Fe3Si и оксида железа Fe304 на монокристаллической подложке MgO методом импульсного лазерного осаждения с применением компонентных мишеней заданного стехиометрического состав.

• Предложена новая комбинация материалов и разработан способ формирования структур FeO/MgO/FeSi^, обладающих независимым переключением намагниченностей в ферромагнитных слоях при сверхтонком изолирующем слое (~ 3 нм).

Теоретическая и практическая ценность.

Проведенные экспериментальные исследования магнитных и фазовых свойств наноразмерных слоев ферромагнитных силицидов и оксидов железа, а также сверхтонких слоев оксидов магния и кремния продемонстрировали перспективность выбранной материаловедческой системы с точки зрения применения её для создания магнитных туннельных переходов - основных элементов энергонезависимой памяти нового поколения. Проведена оптимизация условий формирования отдельных слоев, бислойных и многослойных структур ферромагнетик-изолятор-ферромагнетик, обладающих высоким качеством границ раздела, заданными фазовым составом и магнитными свойствами, что позволило сформировать образцы структур магнитных туннельных переходов, обладающих независимым переключением намагниченностей ферромагнитных слоев. На разработанные способы роста структур ФМ-И-ФМ на основе ферромагнитного полуметалла Fe3Si получен патент на изобретение.

Полученные результаты по формированию тонкопленочных наноразмерных слоев полуметаллических ферромагнитных силицидов и оксидов железа

FeSij: и FeOv, а также сверхтонких изолирующих слоев MgO и SÍO2, легли в основу разработанного способа формирования структур ФМ-И-ФМ, обладающих свойствами независимого переключения намагниченностей в ФМ слоях, при туннельно-прозрачных толщинах изолирующих слоев. При этом предложенные способы роста отдельных слоев и бислойных структур оптимизированы для формирования поликристаллических и аморфных структур, как наименее требовательных с точки зрения технологического процесса создания магнитных туннельных переходов. Результаты работы могут быть применены в технологических процессах при создании энергонезависимой магниторезистивной памяти произвольного доступа на основе магнитных туннельных переходов.

Основные положения, выносимые на зщащиту.

1. Установленный эффект усиления магнитных свойств поликристаллического тонкопленочного ферромагнитного оксида железа Fe304 при использовании подслоя Fe и результаты экспериментальных исследований условий фа-зообразования в тонкопленочной бислойной системе Fe/FeO*.

2. Обнаруженная впервые зависимость проявления эффекта усиления магнитных свойств тонкопленочных слоев магнетита от взаимного расположения слоев Fe и Fe304 и возможное ее объяснение: в последовательности Fe304/Fe усиления не происходит в отличие от последовательности Fe/Fe304, в которой намагниченность магнетита возрастает в 3+5 раз, а петля гистерезиса приобретает прямоугольную форму.

3. Результаты экспериментальных исследований магнитного состояния ферромагнитных слоев в структурах ФМ-И-ФМ, впервые примененным для этих целей методом ферромагнитного резонанса: установлена взаимосвязь между кристаллическими и магнитными свойствами ферромагнитных слоев Fe3Si и Fe304.

4. Разработанный способ формирования бислойных структур Fe3Si/Si02 (2 нм) в одном вакуумном цикле путем проведения твердофазной реакции в системе Fe-Si с предварительным окислением в атмосфере активированного кислорода и экспериментально установленные температуры активации твердо-

фазной реакции Fe-Si, оптимальные для формирования необходимого фазового состава ФМ слоев и границ раздела ФМ/И, а также параметров шероховатости изолирующего слоя SÍO2, играющих критическую роль в функциональных структурах ФМ-И-ФМ.

5. Экспериментальные результаты по выявлению оптимальных условий ориентированного (эпитаксиального) роста тонкопленочных слоев ферромагнитных полуметаллических силицида Fe3Si и оксида Fe304 на монокристаллической подложке MgO методом импульсного лазерного осаждения с применением компонентных мишеней заданного стехиометрического состава.

6. Разработанный способ формирования поликристаллических и ориентированных структур FeCyMgO/FeSi.j, обладающих независимым переключением намагниченностей в ферромагнитных слоях при сверхтонком изолирующем слое 3 нм).

Достоверность научных положений, результатов и выводов.

Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики подтверждаются известными теоретическими моделями. Достоверность результатов обеспечивается использованием современного исследовательского оборудования для анализа магнитных и структурных свойств, фазового состава, морфологических свойств. Результаты, полученные разными методами исследования, согласуются между собой. Опубликованные результаты согласуются с рядом экспериментальных результатов других авторов. Полученные результаты подтверждены патентом на изобретение.

Личный вклад соискателя.

Соискатель принимал непосредственное участие в обсуждении и постановке задачи по разработке новой материаловедческой системы на основе полуметаллов для создания магнитных туннельных переходов. Все экспериментальные результаты по формированию и исследованию нанорзамерных структур на основе FeSij и FeOp представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 141 странице, содержит 53 рисунка, 10 таблиц и список цитируемой литературы из 87 наименований.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных симпозиумах и конференциях: European Material Research Society Symposium, Strasbourg, May 2008; Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow, June 2008; International Conference on Magnetism ICM-2009, Karlsrhue, Germany, August 2009; International Conference on Superconductivity and Magnetism, Antalya, August 2008; International Symposium on the Industrial Applications of Mossbauer Effect, Budapest, August 2008; Meeting 50 Years After - the Mossbauer Effect Today and in the Future, Munchen, October 2008; Euro-Asian Symposium "Magnetism on nanoscale", Kazan, August 2007; International Conference "Micro- and nanoelectronics" Zvenigorod October 2007; ежегодная научная сессия НИЯУ МИФИ в 2007, 2008, 2009 и 2010 годах; Национальная конференция по росту кристаллов, Москва, ноябрь 2008; 5-ая зимняя школа-конференция «Магнитный резонанс и его приложения», Санкт-Петербург, декабрь 2008; 14-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика - 2007», Зеленоград, апрель 2007; ежегодная Международная конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами ФВЗЧК в 2008 и 2009 годах, Москва.

Публикации.

По теме диссертации было опубликовано 26 работ в научных журналах и сборниках трудов Международных и Российских конференций и симпозиумов, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах из перечня ВАК, и 1 патент.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки тонкопленочных нано-размерных слоев ФМ-И-ФМ с использованием ферромагнитных силицидов и оксидов железа в качестве ферромагнитных электродов, а оксидов магния и кремния - в качестве изолирующих слоев; сформулированы цель работы и решаемые задачи, указаны научная новизна и практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В перовой главе приведен литературный обзор и анализ состояния исследований, проводимых в России и за рубежом, по направлению спинтроники, в частности, в приложениях магнитных туннельных переходов и спиновых клапанов. Проанализированы результаты исследований функциональных свойств тонкопленочных наноразмерных слоев оксидов и силицидов железа, оксидов магния и кремния и других перспективных материалов, опубликованные в ведущих международных и российских журналах в последние годы. Приведено подробное рассмотрение и анализ проведенных по состоянию на начало 2010 года экспериментальных исследований и теоретических расчетов структурных свойств и фазового состава функциональных магнитных и транспортных свойств разрабатываемых материалов. По результатам анализа литературы обоснована актуальность темы диссертационной работы.

Во второй главе приводится описание используемого метода формирования образцов тонкопленочных структур - импульсного лазерного осаждения (ИЛО). Рассмотрены экспериментальные установки, в которых реализован используемый метод: приведены схемы экспериментальных установок и представлены основные характеристики лазерной системы по формированию наноразмерных тонкопленочных слоев. Отдельно рассмотрена используемая в данной работе установка, реализованная на базе исследовательского комплекса ХБАМ-ЗОО, в камере препарирования которого смонтирована система импульсного лазерного осаждения, что позволило проводить анализ химических и структурных свойств создаваемых наноразмерных слоев т-эИи, то есть в про-

цессе роста. Приведен краткий обзор физических принципов работы используемых методик анализа структурных, химических, морфологических свойств, фазового состава и магнитного состояния исследуемых образцов. Дано описание таких методов, как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), спектроскопия рассеяния медленных ионов, оже-электронная спектроскопия, резерфордовское обратное рассеяние, атомно-силовая микроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, мессбауэровская спектроскопия конверсионных электронов, вибрационная магнитометрия и ферромагнитный резонанс.

В третьей главе приведены основные экспериментальные результаты по формированию и исследованию тонкопленочных функциональных слоев ферромагнетиков и изоляторов, а также бислойных структур ФМ-И. Подробно описаны результаты экспериментов по определению оптимальных условий формирования бислойных структур Fe3Si/SiC>2 в одном вакуумном цикле.

На рис. 1 приведены рентгеновские фотоэлектронные (РФЭ) спектры ос-товного уровня Si2р для сформированных образцов Fe/Si/Si02, снятые in-situ после проведения процедуры окисления верхнего слоя Si в плазме тлеющего разряда кислорода и последующего вакуумного отжига, активирующего твердофазную реакцию силицидообразования (до начала вакуумного отжига слой Fe находился под слоем Si/Si02 ниже предельной глубины, с которой регистрируются нерассеянные фотоэлектроны с уровня 7е2рш (> 5 нм), и соответствующий пик на спектре ¥е.2рш отсутствует). Исходный спектр Si2p состоит из линии Si4+ (энергия связи Еь ~ 103,1 эВ), соответствующей диоксиду кремния на поверхности, и Si0 (Еь ~ 99,2 эВ), от слоя неокисленного кремния (нижний спектр на рис. 1). По соотношению площадей этих пиков, используя известную методику была рассчитана толщина оксидного слоя, которая оказалось равной d~ 2 нм. Следующие спектры РФЭ были сняты на различных стадиях последовательного (по 10 мин) вакуумного отжига бислойной системы Fe/Si при температуре Т= 350+600 °С. Начиная с Т= 500 °С относительная интенсивность линий в спектрах с учетом фактора относительной чувствительности соответст-

вует соотношению Ее:81 = 3:1. Анализ асимметрии линии Ре2р3/2 (параметр асимметрии а = 0,37) дополнительно подтверждает формирование обогащенной железом силицидной фазы Ре381 уже при Т = 500 °С. Таким образом, т-вки РФЭС анализ позволил определить диапазон температур (450-550 °С), при которых происходит формирование конечной обогащенной железом (ферромагнитной) фазы силицида Ре^ в структурах Ре/Б^БЮг.

Si2p у Si f

•AVV^lyM^ /

400°С J v \ 1 \w

350°С J j ö

окисление Si J V

110 107.5 105 102.5 100 97.5 Энергия связи, эВ

Fe2Pi

600°С

400°С AJ

350°С

окисление81

715 712.5 710 707.5 705 Энергия связи, эВ

Рис. 1. РФЭ спектры линий Fe2p3/2 и Si2р, снятые in situ в процессе последовательного (по 10 минут) вакуумного отжига структур Fe/Si/SiCb-

Проведены эксперименты по формированию наноразмерных слоев Ре381 и Ре3С>4 методом импульсного лазерного осаждения из компонентных стехио-метричных мишеней, в том числе и на монокристаллических подложках МёО. В силу близости параметров решетки MgO, Ие, Fe3Si и Ре304 возможным оказалось получение эпитаксиальных наноразмерных слоев данных материалов. Анализ результатов исследования сформированных структур методом канали-рования ионов при резерфордовском обратном рассеянии показал правильную

стехиометрию сформированных слоев и качество эпитаксии, которое для слоев Fe3C>4 и Fe3Si составило соответственно % ~ 9% и ~ 20% разориентации решеток тонкой пленки.

Приведены результаты исследования фазового состава формируемых слоев методом мессбауэровской спектроскопии, показывающие состояние локального окружения атомов Fe57 в решётках Fe3Si и Fe^CXi. Данные результаты подтверждают правильность стехиометрического состава на локальном уровне и позволяют сделать выводы о правильном фазовом составе наноразмерных слоев Fe3Si и Fe3C>4.

Приведенные в главе результаты исследования магнитных свойств сформированных слоев и бислойных структур позволили определить функциональные свойства разрабатываемых материалов. При этом исследования показали неудовлетворительное качество магнитных свойств отдельных поликристаллических слоев Fe3C>4, в связи с чем был предложен способ улучшения функциональных магнитных параметров Fe3C>4 путем введения дополнительного ферромагнитного подслоя Fe.

Серия образцов, отличающихся расположением слоев Fe/Fe304 и Fe3C>4/Fe с толщинами слоев 12 и 45 нм для Fe и Fe304 соответственно, была сформирована методом ИЛО на подложке Si/SiC>2 при комнатной температуре роста с последующим вакуумным отжигом при температурах до Т = 500 °С. Исследования методом ферромагнитного резонанса (ФМР) показали, что для образца со структурой Fe304/Fe наблюдались два резонансных сигнала: узкий интенсивный сигнал в области Вра = 336 мТ, с шириной линии АВ =18 мТ, не зависящей от расположения образца, и широкий слабый сигнал, интенсивность которого на порядок ниже, а резонансное поле и ширина линии которого зависят от угла 0. Такое поведение сигналов указывает на существование двух магнитных фаз: преобладающей парамагнитной и слабой ферромагнитной. На Рис. 2а приведены угловые зависимости резонансных полей В res, отвечающие этим двум состояниям Fe и Fe304, (геометрия "out of plane"). Данные ФМР согласуются с полученной гистерезисной кривой намагничивания, которые приведены на встав-

ках к рис. 2. Для образца с обратным порядком расположения слоев Ее/ТезС^ наблюдаются два близко расположенных сигнала, положение и ширина линии которых зависят от ориентации образца (рис. 26). Изменение магнитного состояния образца с подслоем железа подтверждается полученной гистерезисной кривой намагничивания.

ки: а) образец со структурой ГезО^Ре; б) образец со структурой Р'е/Рез04.

Анализ экспериментальных данных показывает, что введение дополнительного слоя Бе на подложку 8)/8Ю2 приводит к существенному изменению магнитных свойств Ре304.

Впервые обнаружено влияние взаимного расположения слоев Ре и Ре304 на проявление эффекта усиления магнитных свойств тонкопленочных слоев магнетита: в последовательности Ре304/Рс усиления не происходит в отличие от последовательности Ре/Ре3С>4, в которой намагниченность магнетита возрастает в 3+5 раз, а петля гистерезиса приобретает прямоугольную форму. Обнаружено, что намагниченность, измеренная в плоскости поликристаллической пленки Ре304, выращенной на Б^вЮг, не насыщалась в полях до 15 кЭ. Сходное поведение наблюдалось и в ориентированных пленках, выращенных различными методами на подложках А^О и А^Оз- Причем, монокристаллические пленки на насыщались более медленно, чем пленки на 81/8Ю2 (не насыщались в по-

лях до 21 кЭ). Более того, отжиг образцов пленок при разных температурах и разных режимах не оказывал существенного влияния на процесс насыщения. Установлено, что введение подслоя Бе приводит к тому, что насыщение намагниченности наступает при более низких полях, зависящих от температуры отжига. При этом абсолютное значение намагниченности в Бе/РсзС^ значительно выше (при температуре отжига 500 °С, М, = 1300 егаи/см3, 1 ети = 1эрг/Гс = = 10"3 А*м2), чем в Ре304 (М = 480 ети/см для объемного образца).

При исследовании методом спектроскопии комбинационного рассеяния процесса фазообразования при вакуумном отжиге структур Ре/Ре304, сформированных на аморфных подложках 81/8Ю2, показано, что вакуумный отжиг бислойной структуры Ее/ТеО* при температурах ~ 450 °С приводит к формированию монофазного оксида железа Ре304 в бислойной структуре Ре/Ре304.

Таким образом, анализ показывает, что введение дополнительного буферного слоя Ре на подложку Би^Юг позволяет использовать Ре304 в качестве маг-нитожесткого слоя магнитных туннельных переходов. В структурах Ре/Ре304 локальное магнитное поле, создаваемое слоем Ре, индуцирует некоторый порядок, оказывающий влияние на дальнейший рост слоя Ре304. Объяснением данному эффекту может служить предположение об образовании зародышей поликристаллического роста на границе Ре/Ре304, которые при вакуумном отжиге системы играют ключевую роль в формировании фазы Ре304 (кристаллизации). Таким образом, вакуумный отжиг системы Ре/Ре304 приводит к созданию единой ферромагнитной фазы, которая регистрируется при ферромагнитном резонансе единственной линией поглощения, которая значительно сужается по сравнению с линией, зарегистрированной в образце, содержащем только Ре304. Обратный порядок следования слоев не обнаруживает подобных свойств. В недавно опубликованных работах усиление магнитных свойств объясняется изменением плотности антифазных границ (АФГ). При этом важную роль играет внутреннее давление, вызванное несоответствием решеток подложки из и буферного слоя Ре. В данном случае буферный слой наносится на аморфную поверхность З^БЮг- На основе данных по просвечивающей электронной мик-

роскопии среза авторами упомянутых работ было доказано существование АФГ и показано, что плотность антифазных границ оказывает существенное влияние на магнитные свойства пленок Ре304, выращенных на поликристаллических структурах. Можно предположить, что в изученных образцах Ре/Ре304 отжиг, приводящий к кристаллизации, изменяет плотность антифазных границ, что оказывает существенное влияние на формирование магнитного состояния.

В четвертой главе предложены альтернативные способы синтеза сверхтонких изолирующих слоев оксида кремния и магния, установлена сплошность этих слоев при толщинах 1-2 нм.

Рис. 3. Спектры СРМИ, полученные после осаждения методом ИЛО MgO толщиной 1,5 нм (1) и последующей бомбардировки ионами Не+ в течение 15 мин (2).

На рис. 3 приведены данные исследования методом спектроскопии рассеяния медленных ионов (СРМИ) сверхтонкой пленки MgO толщиной 1,5 нм сразу после осаждения на поверхность тонкопленочного слоя Ре. На спектре обратно рассеянных ионов гелия с начальной энергией Ео = 1 ООО эВ наблюдаются только линии Mg и О. Пик Ре появляется только после бомбардировки поверхности MgO ионами Не+ в течение 15 мин. По затенению сигнала Ре слоем MgO, в частности, путем сравнения интенсивности линии ¥ъЗр в РФЭ спектрах (здесь не приведены) до и после травления слоя MgO, можно рассчитать толщину сплошного слоя MgO, которая составила —1,5 нм. Таким образом, измерения РФЭС/СРМИ указывают на то, что формируемые методом ИЛО сверхтонкие слои MgO на самых ранних стадиях осаждения при толщинах >1,5 нм являются

15

сплошными. Полученные данные о сплошности слоя М§0 подтверждаются результатами исследования трехслойных структур Рез04Ж^0/Рез31 методом просвечивающей микроскопии среза, в которых наблюдаются равномерный сплошной слой ]\<%0 толщиной 3,5 нм.

Результаты проведенных экспериментальных исследований по формированию сверхтонких сплошных слоев БЮг показывают, что контролируемый процесс окисления кремния в атмосфере реактивного кислорода позволяет создавать слои БЮ2 толщиной 2 нм. Сплошность этих наноразмерных слоев подтверждается результатами РФЭ исследований.

В пятой главе приведены результаты формирования и исследования многослойных структур ФМ-И-ФМ, продемонстрирована функциональность и перспективность предложенной материаловедческой системы. В данной главе предложена новая диагностическая методика исследования магнитной фазы отдельных ФМ слоев в многослойных структурах ФМ-И-ФМ методом ФМР.

Формирование поликристаллической трехслойной структуры Ре-Feз04/Mg0/FeзSi на аморфных подложках предварительно окисленного кремния З^БЮг проводилось на основе разработанных методик роста индивидуальных слоев Бе, Ре3С>4, Ре381 и MgO. Таким образом, методика роста данной трехслойной структуры типа ФМ/И/ФМ в одном вакуумном цикле состоит в следующем.

На подготовленную аморфную поверхность подложки БЮг методом ИЛО осаждается подслой Ре толщиной 10 нм при комнатной температуре. Осаждением из стехиометрической мишени при комнатной температуре формируется слой Ре304 толщиной 10 нм.

Производится вакуумный отжиг бислойной структуры Ре/Ре304, активизирующий кристаллизацию слоя Ре304. Целесообразность кристаллизации слоя магнетита рассмотрена и доказана в главе 3, и заключается образовании единой магнитной фазы в слоях Ре/Рез04 при кристаллизации Ре304, которая приводит к усилению магнитных свойств магнетита.

Формирование изолирующего слоя производится посредством осаждения в атмосфере кислорода при низком (~10"й Па) давлении на поверхность ФМ слоя Ре304 в одном вакуумном цикле. Были выявлены оптимальные параметры скорости осаждения (-0,05 монослоя/с) и давления кислорода, а также температура последующего отжига формируемого эпи-таксиального слоя.

Формирование верхнего поликристаллического ФМ слоя Ре381 проводилось осаждением из стехиометрической мишени Ре381 с последующим вакуумным отжигом (Готж = 400 °С)

0.0010 0.0005

3

Е

ш 0.0000

5

-0.0005 -0.0010

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 Н.Ое

Рис. 4. Петля гистерезиса исследуемого образца поликристаллической структуры Ре-Ре304/М§0/Ре381. Намагниченности слоев, рассчитанные по обозначенным на графике магнитным моментам М, с учетом толщин слоев, составляют 1ГеЛ «1200±200ети/см3 и «1600 + 250 ети/см3

Данные вибрационной магнитометрии (рис. 4) показали, что в диапазоне полей -25 + +25 Э наблюдается узкая петля гистерезиса, характерная для Ге381, переходящая в широкую петлю Ре304 в диапазоне -100+100 Э. Таким образом, в исследуемой структуре наблюдается независимое переключение намагничен-ностей отдельных ФМ слоев, что является важнейшим критерием функциональности трехслойной структуры. Анализ экспериментальных данных вибрационной магнитометрии позволил определить значения магнитного момента

17

ФМ слоев трехслойной структуры: в силу независимости магнитных состояний Ре/Ре304 и Ре351 наблюдается последовательное переключение магнитных моментов, как показано на рис. 4. Рассчитанные значения намагниченностей составили 1200±200 и 1600±250 ети/см3 для слоев Ре/Рез04 и Рез81 соответственно. Полученные значения в пределах погрешности совпадают со значениями экспериментально установленных намагниченностей отдельных слоев Ре/Ре304 и Ре381, сформированных при тех же условиях, что и в данной трехслойной структуре.

В заключении приведены результаты анализа функциональных магнитных свойств сформированных многослойных структур, даны объяснения полученных результатов и рекомендации по их применению, формулированы основные выводы работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основе проведенных экспериментальных исследований магнитных и структурных свойств, анализа фазового состава и морфологических свойств тонкопленочных наноразмерных ФМ слоев РеБ^ и РеО>, и изолирующих слоев БЮ2 и MgO, а так же границ раздела ФМ-И и И-ФМ, сформированных в структурах ФМ-И-ФМ, можно сделать следующие выводы.

1. Впервые для поликристаллического тонкопленочного ферромагнитного оксида железа Ре304 обнаружен эффект усиления магнитных свойств при использовании подслоя Ре и установлены оптимальные условия фазообра-зовапия в тонкопленочной бислойной системе Ре/РеО^.

2. Впервые обнаружено влияние взаимного расположения слоев Ре и Ре304 на проявление эффекта усиления магнитных свойств магнетита: в последовательности Ре304/Ре усиления не происходит в отличие от последовательности Ре/Рез04, в которой намагниченность магнетита возрастает в 3+5 раз, а

петля гистерезиса приобретает прямоугольную форму. Дано возможное объяснение наблюдаемой зависимости.

3. Разработана методика синтеза бислойных структур Fe3Si/Si02 (2 нм) в одном вакуумном цикле путем проведения твердофазной реакции в системе Fe-Si с предварительным окислением в атмосфере активированного кислорода. При разработке методики установлены температуры активации твердофазной реакции Fe-Si, оптимальные для формирования необходимого фазового состава ФМ слоев и границ раздела ФМУИ, а также параметров шероховатости изолирующего слоя SiCh, играющих критическую роль в функциональных структурах ФМ-И-ФМ.

4. Установлены оптимальные условия ориентированного (эпитаксиального) роста тонкопленочных слоев ферромагнитных полуметаллических силицида и оксида железа Fe3Si и Рез04 на монокристаллических подложках MgO методом импульсного лазерного осаждения с применением компонентных мишеней заданного стехиометрического состава.

5. Разработана методика формирования структур FeO>/MgO/FeSíx, демонстрирующих независимое переключение намагниченностей в ферромагнитных слоях при сверхтонком изолирующем слое (~3 нм)

6. Разработана методика роста на аморфных подложках SÍ/SÍO2 поликристаллических структур Fe/Fe304/Mg0/Fe3Si, обладающих независимым переключением намагниченностей

7. Разработана диагностическая методика исследования функциональных магнитных свойств структур ФМ-И-ФМ, в которой впервые применен метод ФМР для анализа магнитного состояния ФМ слоев в данных структурах.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Mantovan R., Georgieva М., Fanciulli М., Goikhman A., Barantsev N., Lebedinskii Yu. and Zenkevich A. Synthesis and characterization of Fe3Si/Si02 structures for spintronics. - Phys. Stat. Sol. (a), 2008, v. 205, p. 1753-1757.

2. Хоменко E.B., Чеченин Н.Г., Гойхман А.Ю., Зенкевич А. В. Обменное смещение в структурах IrMn/Co с альтернативным чередованием антиферромагнитного и ферромагнитного слоев. - Письма в ЖЭТФ, 2008, т. 88, с. 693-697.

3. Зенкевич A.B., Лебединский Ю.Ю., Гойхман А.Ю., Неволин В.Н., Черных П.Н., Куликаускас B.C., Мантован Р., Фанчулли М. Формирование и исследование сверхтонких изолирующих слоев Si02 и MgO на поверхности ферромагнитных электродов. - Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2009, № 3, с. 5-10.

4. Mantovan R., Wiemer С., Lampereti A., Georgieva М., Fanciulli М., Goikhman A., Barantsev N., Lebedinskii Yu. and Zenkevich A. Mossbauer spectroscopy study of interfaces for spintronics. - Hyperfine Interactions, 2009,191, p. 41-46

5. Гойхман А.Ю., Зенкевич A.B., Прохоренко Е.Е., Черненков А.О., Алиевский A.A., Зюбин А.Ю., Куприянова Г.С. Исследование многослойных структур для магнитных туннельных переходов методом ферромагнитного резонанса. - Вестник РГУ им. И. Канта, 2009, вып. 4. с.64-71.

6. Гойхман А.Ю., Куприянова Г.С., Прохоренко Е.Е., Черненков А.О. Магнитно-резонансные свойства тонкопленочных структур с Fe304. -Вестник РГУ им. И. Канта, 2010, вып. 6, с. 81-88.

7. Гойхман А.Ю., Зенкевич A.B., Лебединский Ю.Ю. Формирование магнитных туннельных переходов на основе наноразмерных струк-

тур металл-изолятор-металл и структура магнитного туннельного перехода для магниторезистивной магнитной памяти произвольного доступа (варианты) / Патент на изобретение, per. №2367057 от 10.09.2009.

8. Goikhman A.Yu., Lebedinskii Yu.Yu., Zenkevich A.V., Mantovan R., Georgieva M. and Fanciulli M. Fe3Si as a ferromagnetic electrode in magnetic tunnel junctions. - In: Proc. of European Material Research Society Symposium (E-MRS 2008), Strasbourg, France - 2008, on CD-ROM.

9. Goikhman A ., Lebedinskii Yu., Zenkevich A., Mantovan R., Fanciulli M. and Chernykh P. Pulsed laser deposition of epitaxial magnetic thin films. - In: Book of Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism (MISM 2008), Moscow, Russia - 2008, on CD-ROM

10. Goikhman A. and Kupriyanova G. FMR study of sandwiched magnetic structures. - In: Book of Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism (MISM 2008), Moscow, Russia - 2008, on CD-ROM.

11. Goikhman A., Zenkevich A., Mantovan R., Fanciulli M., Samsonova V. and Perov N. Structural and magnetic properties of Fe304/Mg0/Fe3Si trilayers synthesized by pulsed laser deposition. - In: Abstracts of International Conference on Magnetism (ICM-2009), Karlsrhue, Germany - 2009, on CD-ROM.

12. Goikhman A., Kupriyanova G. and Zenkevich A. Magnetic properties of Fe/Fe304 bilayers studied by ferromagnetic resonance. - In: Abstracts of International Conference on Magnetism (ICM-2009), Karlsrhue, Germany -2009, on CD-ROM.

13. Goikhman A., Zenkevich A., Guler S., Rameev B. and Kupriyanova G. FMR study of sandwiched magnetic structures. - In: Book of abstracts International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM), Antalya, Turkey -2008, on CD-ROM.

14. Mantovan R., Wiemer C., Lamperti A., Georgieva M., Fanciulli M., Goikhman A., Barantcev N., Lebedinskii Y. and Zenkevich A. Mossbauer

spectroscopy study of interfaces for spintronics. - In: Abstracts of International Symposium on the Industrial Applications of Mössbauer Effect (ISIAME 2008), Budapest, Hungary - 2008, on CD-ROM.

15.Mantovan R., Fanciulli M., Wiemer C., Lamperti A., Georgieva M., Goikhman A., Barantcev N., Lebedinskii Y. and Zenkevich A. Application of conversion Mössbauer spectroscopy to the study of interfaces for spintronics. -In: Proc. of Meeting 50 Years After - the Mössbauer Effect Today and in the Future, München, Germany - 2008, on CD-ROM.

16. Goikhman A., Barantsev N., Lebedinskii Y., Zenkevich A., Mantovan R. and Fanciulli M. Fe3Si/Si02/Fe functional structures formed by pulsed laser deposition. - In: Abstracts of Euro-Asian Symposium "Magnetism on nanoscale", Kazan, Russia - 2007, p. 54.

17. Goikhman A., Barantsev N., Lebedinskii Y., Zenkevich A., Mantovan R. and M. Fanciulli Synthesis and characterization of Fe3Si/MgO structures for spintronics. - In: Book of Abstracts International Conference "Micro- and nanoelectronics", Zvenigorod, Russia - 2007, CD-ROM.

18. Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич A.B., Неволин В.Н. Формирование функциональных структур Fe3Si/Si02/Co и Fe3Si/Si02/Fe для магнитных туннельных переходов. - В. сб.: тез. докл. Научной сессии МИФИ, Москва - 2007, т. 15, с. 41.

19. Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич A.B., Неволин В.Н. Формирование функциональных структур Fe3Si/Si02/Co и Fe3Si/MgO/Fe(Co) для магнитных туннельных переходов. - В. сб.: тез. докл. Научной сессии МИФИ, Москва - 2008, т. 7., с. 174.

20. Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич A.B., Неволин В.Н. Функциональные структуры магнитных туннельных переходов на основе ферромагнитных полуметаллов. - В. сб.: тез. докл. Научной сессии МИФИ, Москва- 2009, т. 2, с. 84.

21.Гойхман А. Ю., Зенкевич A.B., Самсонова В.В., Перов Н.С., Неволин В.Н. Исследование формирования магнитной фазы в структуре Fe/Fe304. - В. сб.: тез. докл. Научной сессии МИФИ, Москва - 2010, т. 2, с. 170.

22. Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич А. В., Самсонова В. В., Перов Н.С. Многослойные эпитаксиальные структуры для магнитных туннельных переходов. - В. сб.: трудов Национальной конференции по росту кристаллов, Москва - 2008, CD-ROM

23. Гойхман А. Ю., Куприянова Г. С. и Зенкевич A.B. Исследование многослойных магнитных структур методом ферромагнитного резонанса. -В. сб.: тез. докл. 5-й зимней школы-конференции «Магнитный резонанс и его приложения», Санкт-Петербург - CD-ROM

24. Гойхман А. Ю. Разаботка физических основ технологии изготовления элементов энергонезависимой памяти на основе магнитных туннельных переходов в структурах ФМ-ТИ-ФМ. - В. сб.: тез. докл. 14-й Всероссийской межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика - 2007» , Зеленоград - 2007, с. 29.

25. Черных П.С., Куликаускас B.C., Гойхман А.Ю., Зенкевич A.B. Импульсное лазерное осаждение эпитаксиальных магнитных плёнок. - В. сб.: тез. трудов XXXVIII Международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (ФВЗЧК-2008), Москва-2008, с. 150.

26. Гойхман А.Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич A.B., Черных П.С., Куликаускас B.C., Самсонова В.В., Перов Н.С., Куприянова Г.С. Структурные и магнитные свойства Fe304/Mg0/Fe3Si. - В. сб.: тез. трудов XXXIX Международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (ФВЗЧК-2009), Москва - 2009, с. 122.

Александр Юрьевич Гойхман

МАГНИТНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА НАНОРАЗМЕРНЫХ СЛОЕВ ФЕРРОМАГНЕТИК-ИЗОЛЯТОР-ФЕРРОМАГНЕТИК НА ОСНОВЕ Рев^ И ГеО,,

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 24.05.2010 г. Бумага для множительных аппаратов. Формат 60x90 '/16. Гарнитура «Тайме». Ризограф. Усл. печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ 126

Издательство Российского государственного университета им. Иммануила Канта 236041, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1. Спинтроника. Магнитные туннельные переходы.

1.2. Поиск материалов.

1.1.2. Туннельный изолятор.

1.1.2. Ферромагнитный электрод Fe3Si.

1.2.3. Ферромагнитный электрод РезС>4.

2. Методики синтеза и анализа структур.

2.1. Методики роста тонкопленочных наноразмерных слоев и структур.

2.1.1. Метод импульсного лазерного осаждения.

2.1.2. Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИXSAM800.

2.2. Методики анализа структурных и химических свойств.

2.2.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС).

2.2.2. Спектроскопия рассеяния медленных электронов.

2.2.3. Оже-электронная спектроскопия.

2.2.4. Резерфордовское обратное рассеяние (POP).

2.2.5. Атомно-силовая микроскопия.

2.3. Методики исследования магнитных свойств и фазового состава.

2.3.1. Мёссбауэровская спектроскопия конверсионных электронов.

2.3.2. Спектроскопия комбинационного рассеяния.

2.3.3. Вибрационная магнитометрия.

2.3.4. Ферромагнитный резонанс.

3. Формирование и исследование функциональных слоев ФМ и ФМ/И.

3.1. Ферромагнитный силицид железа Fe3Si.

3.1.1. Твердофазная реакция Fe-Si в системе Fe3Si/Si02.

3.1.2. Метод соосаждения Fe и Si. Синтез Fe3Si из сплавной стехиометричной мишени Fe3Si.

3.1.3. Магнитные свойства тонкопленочных слоев Fe3Si.

3.2. Ферромагнитный оксид железа FeOy.

3.2.1. Тонкопленочные слои Fe3C>4.

3.2.2. Бислойная структура Fe/Fe304.

4. Изолирующие слои Si02 и MgO.

4.1. Формирование сверхтонких слоев MgO.

4.2. Формирование сверхтонких слоев Si02.

5. Многослойные структуры ФМ-И-ФМ на основе FeSix и FeOy.

5.1. Поликристаллическая структура Fe/Fe304/Mg0/Fe3Si.

5.2. Трёхслойная структура FeOx/MgO/FeSix.:.

5.3. Обсуждение результатов.

В последние 5 лет резко активизировались исследования, ставящие своей целью разработку научно-технических основ и экспериментальных прототипов элементов магнитной памяти, магнитных транзисторов, магнитных фильтров и других элементов микроэлектроники, функционирование которых основано на учете спинового состояния электронов, и составляет предмет сравнительно нового научного направления, называемого «спинтроника» [1]. В основе данной работы лежит идея создания принципиально новых устройств энергонезависимой памяти на основе использования квантового эффекта туннелирования спин-поляризованных электронов сквозь сверхтонкий (туннельно прозрачный) изолирующий слой. В элементе магнитной памяти, основанном на квантовом туннелирования, ориентация намагниченности одной из ферромагнитных обкладок изменяется приложением внешнего магнитного поля, величина которого подбирается так, чтобы ориентация намагниченности второй ферромагнитной обкладки не менялась. Изменение вероятности туннелирования при изменении относительной ориентации намагниченности ферромагнитных обкладок приводит к изменению «гигантского магнитосопротивления» R^M=(Rt4-RtT)/R-Tt тонкопленочной структуры ферромагнитный металл — изолятор - ферромагнитный металл (ФМ-И-ФМ), и может быть использовано для создания элементов памяти произвольного доступа (magnetic random access memory, MRAM) на магнитных туннельных переходах (МТП). Технология MRAM, которая сейчас находится в стадии коммерциализации, интегрирует элементы памяти на МТП в стандартную технологию кремниевой микроэлектроники, и обладает комбинацией качеств, которых нет в других технологиях создания элементов памяти [2]. В частности, элементы памяти на MRAM энергонезависимы (сохраняют информацию в отсутствие питания), обладают неограниченной способностью к перезаписи, дают возможность быстрого считывания и записи. Благодаря этому набору качеств, а также весьма низкой оценочной стоимости изготовления при интегрировании в кремниевую технологию, MRAM может вытеснить другие технологии изготовления элементов памяти [3].

К настоящему времени, с разным успехом были опробованы различные материалы для создания как изолирующих (MgO [4], АЮ* [5], Si02 [6]), так и ферромагнитных (Fe, Со, FexNii00-x [6], CoFeB [7], СЮ2, La^Sr^MnCb, [8]) слоев в структурах магнитных туннельных переходов. Наибольшее магнитосопротивление Rgm достигнутое к настоящему времени для такой рода тонкопленочных структур, составляет 410% [9]. Этот эффект был получен в экспериментах с полностью эпитаксиальной структурой, состоящей из двух слоев Со, находящихся в метастабильном оцк состоянии, разделенных сверхтонким (~2 нм) слоем изолятора MgO.

В магнитных туннельных переходах критическую роль играют границы раздела ферромагнетик/диэлектрик, поскольку вероятность туннелирования поляризованных электронов определяется, в том числе, резкостью (отсутствие парамагнитной фазы) и гладкостью границы раздела между ферромагнитным и изолирующим слоем. Кроме того, важными условиями создания функционального магнитного туннельного перехода являются: высокая спиновая поляризация ФМ электродов, позволяющая достичь больших значений туннельного магнитосопротивления; существенное различие в коэрцитивных силах ФМ электродов - для обеспечения стабильного независимого переключения намагниченности в ФМ слоях; и, наконец, высокое качество изолирующего слоя, который должен быть сплошным для предотвращения непосредственного контакта ФМ слоев, оставаясь при этом туннельно-прозрачным для спин-поляризованных электронов (т.е. обладая толщиной ~ 20-30 А)

Проведённые нами ранее исследования позволили выявить ферромагнитные полуметаллы Fe3Si и Fe304 и их комбинации в бислойных системах с туннельными изоляторами MgO и Si02 в качестве перспективных функциональных материалов для ФМ электродов и ТИ слоев в наноразмерных структурах магнитных туннельных переходов [10]. В ходе выполнения диссертационной работы были проведены эксперименты по формированию и исследованию структур магнитных туннельных переходов на основе ферромагнитных силицидов и оксидов железа FeSi* и FeO^, удовлетворяющих перечисленным выше основным критериям, и продемонстрирована возможность использования таких структур для приложений спинтроники.

Целью диссертационной работы явилась разработка оптимальных условий формирования и выявление структурных, химических, фазовых и функциональных магнитных свойств тонкопленочных наноразмерных слоев ФМ-И-ФМ с использованием ферромагнитных силицидов FeSi* и оксидов FeOy железа в качестве ферромагнитных электродов, а оксидов магния MgO и кремния SiC>2 — в качестве изолирующих слоев.

Формирование тонкоплёночных наноразмерных слоев и структур проводилось методом реактивного импульсного лазерного осаждения стехиометричных и/или компонентных мишеней в сверхвысоком вакууме (1СГ6 Па) или в атмосфере кислорода низкого давления (в том числе активированного), таким образом обеспечивая широкую вариативность в подходах к оптимизации условий роста. Исследования магнитных и фазовых свойств проводились методами вибрационной магнитометрии (ВМ), ферромагнитного резонанса (ФМР), сверхпроводящей квантовой интерферометрии (СКВИД, SQUID - Superconducting Quantum Interference Device), а так же мессбауэровской спектроскопии конверсионных электронов (МСКЭ) и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Исследования структурных и химических свойств проводились при помощи методов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и спектроскопии рассеяния медленных ионов, реализованных in situ (то есть, в одном вакуумном пространстве с камерой препарирования образцов), а так же, ex situ, методами Оже-электронной спектроскопии (ОЭС) в сочетании с ионным профилированием, резрефордовского обратного рассеяния (POP), сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (СЭМ и ПЭМ) и атомно-силовой микроскопии (АСМ).

Диссертация организована в следующем порядке:

В перовой главе приведён литературный обзор и анализ состояния исследований, проводимых в Росси и за рубежом, по направлению спинтроники, в частности, в приложениях магнитных туннельных переходов и спиновых клапанов. Проанализированы результаты исследований функциональных свойств тонкопленочных наноразмерных слоев оксидов и силцидов железа, оксидов магния и кремния и других перспективных материалов, опубликованные в ведущих международных и российских журналах в последние годы.

Во второй главе приводится описание используемой методики синтеза образцов - импульсного лазерного осаждения и дается краткий обзор основных методик исследования магнитных, фазовых, структурных, химических и морфологических свойств, с применением которых получены результаты, приведённые в данной работе.

Основные экспериментальные результаты описаны в третьей и четвёртой главах, посвященных формированию и исследованию наноразмерных ферромагнитных и изолирующих слоев и бислойных структур. В третьей главе предложены два альтернативных способа синтеза полуметаллического силицида железа Fe3Si (на которые получены патенты на изобретение [7]), а так же разработан способ усиления магнитных свойств тонкопленочного ферромагнитного оксида железа в поликристаллическом состоянии. В четвертой главе предложены альтернативные способы синтеза сверхтонких изолирующих слоев оксида кремния и магния, установлена сплошность этих слоев при толщинах 1-2 нм.

Пятая глава является заключительной и освещает результаты формирования многослойных структур ФМ-И-ФМ, исследование магнитных и структурных свойств которых демонстрирует функциональность и перспективность предложенной и исследованной материаловедческой системы.

В данной главе предложена новая диагностическая методика исследования магнитной фазы отдельных ФМ слоев в многослойных структурах ФМ-И-ФМ методом ФМР.

В Заключении приводятся результаты анализа функциональных магнитных свойств сформированных многослойных структур, даются объяснения полученных результатов и рекомендации по их применению, формулируются основные выводы работы.

На основании обозначенной цели диссертационной работы с учетом полученных результатов сформулированы следующие основные положения, выносимые на защиту:

1. Установленный эффект усиления магнитных свойств поликристаллического тонкопленочного ферромагнитного оксида железа Fe3C>4 при использовании подслоя Fe и результаты экспериментальных исследований условий фазообразования в тонкопленочной бислойной системе Fe/FeO*.

2. Обнаруженная впервые зависимость проявления эффекта усиления магнитных свойств тонкопленочных слоев магнетита от взаимного расположения слоев Fe и Fe304 и возможное ее объяснение: в последовательности Fe304/Fe усиления не происходит в отличие от последовательности Fe/Fe304, в которой намагниченность магнетита возрастает в 3^-5 раз, а петля гистерезиса приобретает прямоугольную форму.

3. Результаты экспериментальных исследований магнитного состояния ферромагнитных слоев в структурах ФМ-И-ФМ, впервые примененным для этих целей методом ферромагнитного резонанса: установлена' взаимосвязь между кристаллическими и магнитными свойствами ферромагнитных слоев Fe3Si и Fe304.

4. Разработанный способ формирования бислойных структур Fe3Si/Si02 (2 нм) в одном вакуумном цикле путем проведения твердофазной реакции в системе Fe-Si с предварительным окислением в атмосфере активированного кислорода и экспериментально установленные температуры активации твердофазной реакции Fe-Si, оптимальные для формирования необходимого фазового состава ФМ слоев и границ раздела ФМ/И, а также параметров шероховатости изолирующего слоя Si02, играющих критическую роль в функциональных структурах ФМ-И-ФМ.

5. Экспериментальные результаты по выявлению оптимальных условий ориентированного (эпитаксиального) роста тонкопленочных слоев ферромагнитных полуметаллических силицида Fe3Si и оксида Fe3C>4 на монокристаллической подложке MgO методом импульсного лазерного осаждения с применением компонентных мишеней заданного стехиометрического состава.

6. Разработанный способ формирования поликристаллических и ориентированных структур FeO^/MgO/FeSi^, обладающих независимым переключением намагниченностей в ферромагнитных слоях при сверхтонком изолирующем слое 3 нм).

1. Литературный обзор

Выводы к Главе 5.

На основе результатов исследований магнитных и структурных свойств сформированных отдельных слоев ферромагнитных полуметаллов Fe3Si и Fe304 и изолирующих оксидов MgO и Si02, а также бислойных структур на их основе были выработаны рекомендации по условиям роста трёхслойных структур ФМ-И-ФМ. Сформированные образцы таких структур были исследованы различными методами анализа структурных и магнитных свойств.

Проведённый анализ экспериментальных данных показал, что образцы структур ФМ-И-ФМ удовлетворяют требованиям независимого переключения магнитных слоёв для МТП.

Применение впервые метода ферромагнитного резонанса для анализа трехслойных структур ФМ-И-ФМ на основе полуметаллов позволило не только выявить функциональность магнитных свойств анализируемых образцов, но и подтвердить отсутствие обменного взаимодействия между ФМ слоями на всем диапазоне полей от -1 до 1 Т. Данные результаты позволяют сделать вывод о высоком качестве как магнитных, так и структурных свойств исследуемых образцов и оценить перспективность применения исследуемой комбинации материалов, как высокую.

Заключение.

На основе проведенных экспериментальных исследований магнитных и структурных свойств, анализа фазового состава и морфологических свойств тонкопленочных наноразмерных ФМ слоев FeSi* и FeO>, и изолирующих слоев Si02 и MgO, а так же границ раздела ФМ-И и И-ФМ, сформированных в структурах ФМ-И-ФМ, можно сделать следующие выводы.

1. Впервые для поликристаллического тонкопленочного ферромагнитного оксида железа Рез04 обнаружен эффект усиления магнитных свойств при использовании подслоя Fe и установлены оптимальные условия фазообразования в тонкопленочной бислойной системе Fe/FeO*.

2. Впервые обнаружено влияние взаимного расположения слоев Fe и Fe304 на проявление эффекта усиления магнитных свойств магнетита: в последовательности Fe304/Fe усиления не происходит в отличие от последовательности Fe/Fe304, в которой намагниченность магнетита возрастает в 3-^-5 раз, а петля гистерезиса приобретает прямоугольную форму. Дано возможное объяснение наблюдаемой зависимости.

3. Разработана методика синтеза бислойных структур Fe3Si/Si02 (2 нм) в одном вакуумном цикле путем проведения твердофазной реакции в системе Fe-Si с предварительным окислением в атмосфере активированного кислорода. При разработке методики установлены температуры активации твердофазной реакции Fe-Si, оптимальные для формирования необходимого фазового состава ФМ слоев и границ раздела ФМ/И, а также параметров шероховатости изолирующего слоя Si02, играющих критическую роль в функциональных структурах ФМ-И-ФМ.

4. Установлены оптимальные условия ориентированного (эпитаксиального) роста тонкопленочных слоев ферромагнитных полуметаллических силицида и оксида железа Fe3Si и Fe304 на монокристаллических подложках MgO методом импульсного лазерного осаждения с применением компонентных мишеней заданного стехиометрического состава.

5. Разработана методика формирования структур FeOj/MgO/FeSix, демонстрирующих независимое переключение намагниченностей в ферромагнитных слоях при сверхтонком изолирующем слое (~3 нм)

6. Разработана методика роста на аморфных подложках Si/Si02 поликристаллических структур Fe/Fe304/Mg0/Fe3Si, обладающих независимым переключением намагниченностей

7. Разработана диагностическая методика исследования функциональных магнитных свойств структур ФМ-И-ФМ, в которой впервые применен метод ФМР для анализа магнитного состояния ФМ слоев в данных структурах.

1. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

2. Mantovan R., Georgieva М., Fanciulli М., Goikhman A., Barantsev N., Lebedinskii Yu. and Zenkevich A. Synthesis and characterization of Fe3Si/Si02 structures for spintronics. Phys. Stat. Sol. (a), 2008, v. 205, p. 1753-1757.

3. Хоменко E.B., Чеченин Н.Г., Гойхман А.Ю., Зенкевич А. В. Обменное смещение в структурах IrMn/Co с альтернативным чередованием антиферромагнитного и ферромагнитного слоев. — Письма в ЖЭТФ, 2008, т. 88, с. 693-697.

4. Mantovan R., Wiemer С., Lampereti A., Georgieva М., Fanciulli М., Goikhman A., Barantsev N., Lebedinskii Yu. and Zenkevich A. Mossbauer spectroscopy study of interfaces for spintronics. — Hyperflne Interactions, 2009, 191, p. 41-46.

5. Гойхман А.Ю., Куприянова Г.С., Прохоренко Е.Е., Черненков А.О. Магнитно-резонансные свойства тонкопленочных структур с Fe304. Вестник РГУ им. И. Канта, 2010, вып. 6, с. 81-88.

6. Goikhman A. and Kupriyanova G. FMR study of sandwiched magnetic structures. In: Book of Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism (MISM 2008), Moscow, Russia - 2008, on CD-ROM.

7. Goikhman A., Kupriyanova G. and Zenkevich A. Magnetic properties of Fe/Fe304 bilayers studied by ferromagnetic resonance. In: Abstracts of International Conference on Magnetism (ICM-2009), Karlsrhue, Germany - 2009, on CD-ROM.

8. Goikhman A., Zenkevich A., Guler S., Rameev B. and Kupriyanova G. FMR study of sandwiched magnetic structures. — In: Book of abstracts International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM), Antalya, Turkey 2008, on CD-ROM.

9. Goikhman A., Barantsev N., Lebedinskii Y., Zenkevich A., Mantovan R. and Fanciulli M. Fe3Si/Si02/Fe functional structures formed by pulsed laser deposition. — In: Abstracts of Euro-Asian Symposium "Magnetism on nanoscale", Kazan, Russia — 2007, p. 54.

10. Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич A.B., Неволин B.H. Формирование функциональных структур Fe3Si/Si02/Co и Fe3Si/Si02/Fe для магнитных туннельных переходов. В. сб.: тез. докл. Научной сессии МИФИ, Москва - 2007, т. 15, с. 41.

11. Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич А.В., Неволин В.Н. Формирование функциональных структур Fe3Si/Si02/Co и Fe3Si/MgO/Fe(Co) для магнитных туннельных переходов. — В. сб.: тез. докл. Научной сессии МИФИ, Москва 2008, т. 7., с. 174.

12. Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич А.В., Неволин В.Н. Функциональные структуры магнитных туннельных переходов на основе ферромагнитных полуметаллов. — В. сб.: тез. докл. Научной сессии МИФИ, Москва- 2009, т. 2, с. 84.

13. Гойхман А. Ю., Зенкевич А.В., Самсонова В.В., Перов Н.С., Неволин В.Н. Исследование формирования магнитной фазы в структуре Fe/Fe304. — В. сб.: тез. докл. Научной сессии МИФИ, Москва — 2010, т. 2, с. 170.

14. Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю., Зенкевич А. В., Самсонова В. В., Перов Н.С. Многослойные эпитаксиальные структуры для магнитных туннельных переходов. — В. сб.: трудов Национальной конференции по росту кристаллов, Москва 2008, CD-ROM

15. Гойхман А. Ю., Куприянова Г. С. и Зенкевич А.В. Исследование многослойных магнитных структур методом ферромагнитного резонанса. — В. сб.: тез. докл. 5-й зимней школы-конференции «Магнитный резонанс и его приложения», Санкт-Петербург CD-ROM

16. Zutic, I., Fabian, J., and Das Sarma S. Spintronics: fundumentals and applications. Rev. Mod. Phys., 2004, 76, p. 323-410.

17. Tehrani, S., Engel, В., Slaughter, J. M., Chen, E., Deherrera, M., Durlam, M., Naji, P., Whig, R., Janesky, J., Calder, J. Recent developments in magnetic tunnel junction MRAM. IEEE Trans. Magn., 2000, 36, p. 2752-2757

18. Faure-Vincent J., Tiusan C., Jouguelet E., Canet F., Sajieddine M., Bellouard C., Popova E., Hehn M., Montaigne F. and Schuhl A. High tunnel magnetoresistance in epitaxial Fe/MgO/Fe tunnel junctions Appl. Phys. Lett. 2003, 82, p. 4507-4509.

19. Кар Soo Yoon, Ja Hyun Koo, Young Ho Do, Ki Woong Kim, Chae Ok Kim and Jin Pyo Hong. Performance of Fe304/A10^/CoFe magnetic tunnel junctions based on half-metallic Fe304 electrodes J. Magn. Magn. Mat. 2005, 285, p. 125 - 129.

20. Park B.G., Banerjee Т., Min B.C., Lodder J.C. and Jansen R. Tunnel spin polarization of Ni8oFe2o/Si02 probed with a magnetic tunnel transistor Phys. Rev. В 2006, 73, p. 172402.

21. Mantovan R., Georgieva M., Perego M., Lu H.L., Cocco S., Zenkevich A., Scarel G and Fanciulli M. Atomic Layer Deposition of Magnetic Thin Films — Acta Physica Polonica 2007, 112, p.1271.

22. Отчеты за 4й и 5й этапы ГК №02.513.11.3178, руководитель Зенкевич А. В., исполнители Гойхман А. Ю., Лебединский Ю.Ю. и др.

23. Gallagher W.J. and Parkin S.S.P. Development of the magnetic tunnel junction MRAM at IBM: From first junctions to a 16-Mb MRAM demonstrator chip IBM J. Res. & Dev. 2006, 50, p.5-24.

24. Mott N. F. The Electrical Conductivity of Transition Metals Proc. R. Soc. London, Ser. A 1936, 153, p. 699-717.

25. Mott N. F. The Resistance and Thermoelectric Properties of the Transition Metals- Proc. R. Soc. London, Ser. A 1936, 156, p. 368 382.

26. Campbell I. A., Fert A. and Pomeroy A. R. Evidence for two current conduction iron- Philos. Mag. 1967, 15, p. 977 983.

27. Fert A. and Campbell I. A. Two-Current Conduction in Nickel Phys. Rev. Lett. 1968,21, p. 1190-1192.

28. Julliere M. Tunneling between ferromagnetic films Phys. Lett. 1975, 54, p. 225

29. Tedrow P. M. and Meservey R. Direct Observation of Spin-State Mixing in Superconductors Phys. Rev. Lett. 1971, 27, p. 919 - 921.

30. Baibich M. N., Broto J. M., Fert A., Nguyen Van Dau F., Petroff F., Eitenne P., Creuzet G., Friederich A. and Chazelas J. Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices Phys. Rev. Lett. 1988, 61, p. 2472 - 2475.

31. Yuasa S., Nagahama Т., Fukushima A., Suzuki Y. and Ando K. Giant room-temperature magnetoresistance in single-crystal Fe/MgO/Fe magnetic tunnel junctions -Nature Mat. Lett. 2004, 3, p. 868 871.

32. Faure-Vincent J., Tiusan C., Jouguelet E., Canet F., Sajieddine M., Bellouard C., Popova E., Hehn M., Montaigne F. and Schuhl A. High tunnel magnetoresistance in epitaxial Fe/MgO/Fe tunnel junctions Appl. Phys. Lett. 2003, 82, p. 4507-4509.

33. Yoshimura S., Narisawa Y., Watanabe Y., Tsunoda M., Takahashi M. Oxidation process of Mg films by using high-concentration ozone for magnetic tunnel junctions — J. Magn. Magn. Mat. 2007,312, p. 176 180.

34. Jonker В. Т., Prinz G. A., Idzerda Y. U. Interface formation and film morphology for growth of Fe and Co on ZnSe(OOl) J. Vac. Sci. Technol. B. 1991, 9, p. 2437 - 2444.

35. В. Ю. Ирхин, М. И. Кацнельсон. Полуметаллические ферромагнетики УФН 1994,164, с. 705-724.

36. Fanciulli М., Weyer G., von Kanel Н. and N. Onda. Conversion electron Mossbauer spectroscopy study of iron silicide films grown by MBE -Phys. Scripta 1994,54, p. 16—19

37. Singh L. J., Barber Z. H., Miyoshi Y., Bugoslavsky Y.,. Branford W. R and Cohen L. F. Structural, magnetic, and transport properties of thin films of the Heusler alloy Co2MnSi Appl. Phys. Lett. 2004, 84, p. 2367 - 2369.

38. Dowben P. A. and Skomski R. Are half-metallic ferromagnets half metals? J. Appl. Phys.2004, 95, p. 7453-7458.

39. Schmidt G., Ferrand D., Molenkamp L. W., Filip A. T. and . van Wees. B. J. Fundamental obstacle for electrical spin injection from a ferromagnetic metal into a diffusive semiconductor Phys. Rev. В 2000, 62, p. R4790 -R4793.

40. Tezuka N., Ikeda N., Sugimoto S., Inomata K. 175% tunnel magnetoresistance at room temperature and high thermal stability using Co2FeAl0.5Sio.5 full-Heusler alloy electrodes Appl. Phys. Lett. 2006, 89, p. 252508.

41. Schmidt G. and Molenkamp L. W. Spin injection into semiconductors, physics and experiments Semicond. Sci. Tecknol. 2002, 17, p. 310.

42. Rashba E. I. Theory of electrical spin injection: Tunnel contacts as a solution of the conductivity mismatch problem Phys. Rev. В 2000, p. R16267 - R16270.

43. Fert A., Jaffres H. Conditions for efficient spin injection from a ferromagnetic metal into a semiconductor Phys. Rev. В 2001, 64, p. 184420 - 184428.

44. Zhu H. J., Ramsteiner M., Kostial H., Wassermeier M., Schonherr H.P. and Ploog. К. H. Room-Temperature Spin Injection from Fe into GaAs Phys. Rev. Lett. 2001, 87, p. 016601-016603.

45. Hanbicki А. Т., Jonker В. Т., Itskos G., Kioseoglou G. and Petrou A. Efficient electrical spin injection from a magnetic metal/tunnel barrier contact into a semiconductor Appl. Phys. Lett. 2002, 80, p. 1240-1242.

46. Motsnyi V. F., De Boeck J., Das J., Van Roy W., Borghs G., Goovaerts E. and Safarov V. I. Electrical spin injection in a ferromagnet/tunnel barrier/semiconductor heterostructure Appl. Phys. Lett 2002, 81, p. 265 - 267.

47. Kudrnovsky J., Christensen, N. E. and Andersen О. K. Electronic structures and magnetic moments of Fe^Si^ and Fe3^V^Si alloys with D03-derived structure Phys. Rev. В 1991, 43, p. 5924 - 5933.

48. Moroni E. G., Wolf W., Hafner J., Podloucky. R. Cohesive, structural, and electronic properties of Fe-Si compounds Phys. Rev. В 1999, 59, p. 12860 - 12871.

49. Woo Mi-Jung, Hong Soon C. Electronic and magnetic properties of the Fe3Si(001) surface Journ. of the Korean Phys. Soc. 2006, 48, p. 1405 - 1408.

50. Hines, W. A., Menotti A. H., Budnick J. I., Burch T. J., Litrenta Т., Niculescu V. and Raj K. Magnetization studies of binary and ternary alloys based on Fe3Si Phys. Rev В 1976,13, p. 4060 - 4068.

51. Noh D. Y., Hwu Y., J. H. Je, M. Hong, and J. P. Mannaerts. Strain relaxation in Fe3(Al,Si)/GaAs: An xDray scattering study Appl. Phys. Lett. 1996, 68, p. 1528

52. Kneedler E. M., Jonker В. Т., Thibado P. M., Wagner R. J., Shanabrook В. V. and Whitman L. J. Influence of substrate surface reconstruction on the growth and magnetic properties of Fe on GaAs(OOl) Phys. Rev В 1997,p. 56, p.8163 - 8168.

53. Foniin M., Pentcheva R., Dedkov Yu.S., Sperlich M., Vyalikh D.V., Scheffler M., Riidiger U. and Guntherodt G. Surface electronic structure of the Fe304(100): Evidence of a half-metal to metal transition Phys. Rev. В 2005, p. 72, p. 104436 - 104443.

54. Verwey E.J. Electronic Conduction of Magnetite (Fe3C>4) and its Transition Point at Low Temperatures Nature (London) 1939, 144, p.327-328

55. Bollero A., Ziese M., Hohne R, Semmelhack H. C., Kohler U., Setzer A. And Esquinazi P. Influence of thickness on microstructural and magnetic properties in Fe304 thin films produced by PLD J. Magn. Magn. Mat. 2005, p. 285, p. 279-289.

56. Magen C., Snoeck E. And Bobo J. F. Effect of metallic buffer layers on the antiphase boundary density of epitaxial Fe304 J. of Appl. Phys. 2008, p. 104, p. 013913 - 013919.

57. Wu Han-Chun, Arora S.K., Mryasov O.N. and Shvets I. V. Antiferromagnetic interlayer exchange coupling between Fe304 layers across a nonmagnetic MgO dielectric layer App. Phys. Lett. 2008, 92, p. 182502-182504

58. Рыкалин H. H., Углов A. A., Кокора Ф. H. Лазерная обработка материалов — Москва 1975, Машиностроение, с. 315

59. Быковский Ю. А., Сильнов С. М., Сотниченко Е. А., Шестаков Б. А. Масс-спектрометрическое исследование нейтралей лазерной плазмы ЖЭТФ 1987, 93, с. 500.

60. Зенкевич А. В. Диссертационная работа "Структуро- и фазообразование в лазерно-осаждённых слоях силицидов металлов" — Москва 1997, МИФИ.

61. Chrisey A. and Hubler F. Pulsed Laser Deposition New York 1994, Wiley.

62. Meitner L. Das B-strahlenspektrum von U Xi und seine deutung Z. Phys. 1923, 17, p. 54-66.

63. Auger P. Sur l'effet photoelectrique compose J. Phys. Radium. 1925, 6, p. 205

64. Harris L.A. Analysis of Materials by Electron-Excited Auger Electrons J Appl. Physics 1968., 39, p.1419

65. Chu W.K., Mayer W. and Nicolet M.A., Backscattering Spectrometry.- New York 1978, Academic Press,, p. 384

66. Degroote S., Vantomme A., Dekoster J., and Langouche G. Cubic metastable FeSii-x epitaxially grown on Si and MgO substrates Appl. Surf. Sci. 1995, 91, p.72.

67. Fanciulli, M., Rosenblad, C., Weyer, G., Von Kanel, H., Onda, N., Nevolin, V. and Zenkevich, A. Mossbauer study of Fe/Si interface Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1995, 402, p. 319

68. Fanciulli, M., Weyer, G.and Zenkevich, Mossbauer investigation of silicide phases at the reactive Fe/Si interface A. Appl.Surf. Sci 1998, .123/124, p.207.

69. Kilper R., Teichert St., Franke Th., Haussler P., Boyen H.-G., Cossy-Favre A. and Oclhafen P. Photoelectron spectroscopic investigations of thin FexSi.0o-x films -Appl. Surf. Sci 1995, 91, p.93.

70. Fanciulli M., Zenkevich A., Wenneker I., Svane A., Christensen N. E. and Weyer G. Electric-field gradient at the Fe nucleus in e-FeSi Phys. Rev. В 1996, 54, p. 15985-15990.

71. Fanciulli M., Weyer G., von Kanel H. and Onda N. Conversion electron Mossbauer spectroscopy study of iron silicide films grown by MBE Phys. Scripta 1994, 54, p.16

72. McGuigan L., Barklie R. C., Sofin R. G. S., Arora S. K. and Shvets I. V. In-plane magnetic anisotropics in Fe304 films on vicinal MgO(lOO) Phys. Rev. В 2008, 77, p.174424-174432.

73. Haggstrom L., Annersten H., Ericsson Т., Wappling R., Karner W. and Bjarman S. Magnetic dipolar and electric quadrupolar effects on the Mossbauer spectra of magnetite above the Verwey transition -Hyerfine. Interactions 1977, 5, p. 201.

74. Voogt F. C., Hibma Т., Zhang G. L., Hoefman M., Niesen L. Growth and characterization of non-stoichiometric magnetite Fe3 8O4 thin films — Surf. Sci. 1995, v. 331, p. 1508-1514.

75. Lochner E., Shaw K.A., Dibari R.C., Portwine W., Stoyonov P., Berry S.D., Lind D.M. Studies of the stoichiometrical variation of epitaxial Fe3(i5)04 thin films — IEEE Trans. Magn. 1994, v. 30, p. 4912 4914.

76. Voogt F.C., Palstra T.T.M., Niesen L., Rogojanu O.C., James M.A., Hibma T. Superparamagnetic behavior of structural domains in epitaxial ultrathin magnetite films -Phys. Rev. В 1998, 57, R8107-R8110.

77. Margulies D.T., Parker F.T., Berkowitz A.E. Magnetic anomalies in single crystal Fe304 thin films J. Appl. Phys. 1994, v.75, p. 6097 - 6099.

78. Margulies D.T., Parker F.T., Spada F.E., Goldmann R.S., Li J., Sinclair R., Berkowitz A.E. Anomalous moment and anisotropy behavior in Fe304 films — Phys. Rev. В 1996, 53 p.9175-9187

79. Fujii Т., Takano M., Katano R., Isozumi Y., Bando Y. Surface and interface properties of epitaxial Fe304 films studied by Mossbauer spectroscopy J. Magn. Magn. Mater. 1994, 130, p. 267 - 274.

80. Fontijn W.F.J., Wolf R.M., Metselaar R., Zaag P.J. Investigation of the stoichiometry of MBE-grown Fe304 layers by magneto-optical Kerr spectroscopy -Thin Solid Films 1997, 292, p. 270 276.

81. Han-Chun Wu, Arora S.K., Mryasov O.N. and Shvets I. V. Antiferromagnetic interlayer exchange coupling between Fe304 layers across a nonmagnetic MgO dielectric layer App. Phys. Lett. 2008, 92, p. 182502.

82. Zakeri Kh., Kebe Th., Lindner J., Farle M. Magnetic anisotropy of Fe/GaAs(001) ultrathin films Investigated by in situ ferromagnetic resonance J. Magn. Magn. Mater. 2006, 299L1-L10.

83. Gasparov L.V., Tanner D.B., Rommero D.B., Berger H., Margaritondo G., Forro. L. Infrared and Raman studies of the Verwey transition in magnetite Phys. Rev. B. 2000, 62, p. 7939-7944.

84. Gasparov L.V., Rush A., Guntherdot G. and H. Berger. Electronic Raman scattering in magnetite: Spin versus charge gap Phys. Rev. B. 2009, 79, p. 144303 - 144307.

85. Tiwari S., Choudhary R.J., Prakash R. and Phase D.M. Growth and properties of pulsed laser deposited thin films of Fe3C>4 on Si substrates of different orientation — J. Phys.: Condens. Matter 2007, v. 19, p. 176002

86. Chamritski I. and Burns G. Infrared- and Raman-active phonons of magnetite, maghemite, and hematite: a computer simulation and spectroscopic study — J. Phys. Chem. В 2005, v. 109, p. 4965-4968.

87. Piekarz P., Parlinski K. and Oles A. Origin of the Verwey transition in magnetite: Group theory, electronic structure, and lattice dynamics study Phys. Rev. B. 2007, 76, p. 165124-165139.

88. Margulies D. Т., Parker F. Т., Rudee M. L., Spada F. E., Chapman J. N., Aitchison P. R., and Berkowitz A. E. Origin of the anomalous magnetic behavior in single crystal Fe304 films Phys. Rev. Letters 1997, 79, p. 5162-5165.

89. Zhou W. L., Wang K.-Y., O'Connor C. J., and Tang J. Granular growth of Fe304 thin films and its antiphase boundaries prepared by pulsed laser deposition J. App. Phys 2001, v. 89, p. 7398-7400.

90. Hochella Jr. M.F., Carim A.H. A reassessment of electron escape depths in silicon and thermally grown silicon dioxide thin films Surf. Sci. 1988, v. 197, p. L260 - L268.

91. Kilper R., Teichert St., Franke Th., Haussler P., Boyen H.-G., Cossy-Favre A. and Oclhafen P. Photoelectron spectroscopic investigations of thin FexSiioo-x films — Appl. Surf. Sci. 1995, v. 91, p. 93 97.