Сверхвысоковакуумное термическое напыление мультислоев Fe/Si и изучение влияния условий роста на их химические, структурные и магнитные свойства тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Варнаков Сергей Николаевич

СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНОЕ ТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ МУЛЬТИСЛОЕВ Fe/Si И ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ РОСТА НА ИХ ХИМИЧЕСКИЕ, СТРУКТУРНЫЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2005

Работа выполнена на кафедре технической физики Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева и в лаборатории физики магнитных явлений Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН (г. Красноярск)

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Лепешев Анатолий Александрович кандидат физико-математических наук, доцент Паршин Анатолий Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Ким Петр Дементьевич кандидат физико-математических наук, доцент Москалев Александр Константинович

Ведущая организация: Институт физики полупроводников СО РАН

г. Новосибирск

Защита состоится 16 марта 2005 г. в 14.00 часов в ауд. А102 на заседании диссертационного совета К212.253.01. по защитам в Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049, г Красноярск, пр. Мира, 82, СибГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Сибирского государственного технологического университета.

Автореферат разослан февраля 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К212.253.01 кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Классическим методом получения чистых поверхностей многих материалов является испарение и конденсация в сверхвысоком вакууме. Данный метод применяется как для получения совершенных тонких пленок и мультислоев, используя механизмы эпитаксиального роста, так и для формирования поликристаллических, аморфных и наногранулированных структур, представляющих интерес, как для фундаментальных исследований, так и для практического применения таких систем.

В настоящее время особый интерес вызывают структуры полупроводник / ферромагнетик, в которых могут быть реализованы идеи спиновой электроники. Появление и развитие спиновой электроники базируется на спиновом токопереносе между элементами электронных устройств. Для этого требуется либо присутствие в аппаратуре достаточно громоздких устройств для создания внешних магнитных полей, способствующих ориентации по спину носителей заряда или их фильтрации при токопе-реносе, либо наличие в самой гетероструктуре твердотельного источника спин-поляризованных электронов. Структурой такого вида является наносистема Fe/Si. В последние годы в лаборатории «Физики магнитных явлений» Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН ведется работа над получением и исследованием таких на-носистем на базе установки МЛЭ «Ангара», созданной в Институте физики полупроводников СО РАН (г. Новосибирск).

Однако, несмотря на достаточно большой объем как теоретических исследований, так и практических работ в области МЛЭ, российские технологические комплексы МЛЭ «Ангара» и «Катунь» создавались в конце прошлого века. В настоящее время возросли требования к технологическому процессу. Кардинальные изменения в вычислительной технике и программном обеспечении технологического процесса требуют существенную модернизацию как программно-аппаратных блоков контроля и управления технологическим процессом, так и аналитического оборудования.

Из вышесказанного следует, что усовершенствование сверхвысоковакуумной технологии получения мультислоев на основе Fe/Si и изучение влияния условий напыления на химические, структурные и магнитные свойства получаемых пленочных систем является весьма актуальным.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант 02-02-17224 и программы ОФН РАН "Спинтроника"

Цель работы

Усовершенствование сверхвысоковакуумной технологии на базе технологического комплекса «Ангара» для воспроизводимого получения систем нанометрового диапазона магнитных (Fe) и полупроводниковых материалов (57), а также in situ определения толщины, элементного и химического состава полученных систем. Определение влияния технологических условий на структурные, химические и магнитные свойства получаемых пленочных систем.

Для достижения поставленной цели были определены следующие основные задачи:

1. Автоматизация сверхвысоковакуумного технологического комплекса «Ангара», создание и внедрение блоков контроля высоковакуумной установки и управления испарителями высоковакуумной установки.

2. Модернизация имеющегося аналитического оборудования, включающей в себя разработку и внедрение системы регистрации и обработки дифрактометрической информации на базе дифрактометра отраженных быстрых электронов и внедрение системы ввода и вывода аналоговых сигналов RL-88AC регистрации данных с оже-спектрометра 09ИОС-3 и масс-спектрометра МХ-7304 на компьютер.

3. Внедрение системы регистрации в процессе роста эллипсометрической информации от магнитных пленок с помощью эллипсометра ЛЭФ-751М.

4. Исследование влияния технологических условий на структуру и свойства получаемых многослойных пленок и однослойных пленок составляющих элементов.

5. Отработка технологии воспроизводимого получения однослойных и многослойных структур на основе Fe и Si на различных подложках.

6. Структурная, химическая и магнитная паспортизация свойств получаемых пленочных систем Fe и Si.

Научная новизна результатов

1. Реализовано оригинальное конструктивное решение по модернизации и автоматизации технологического комплекса молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара» и встроенной аналитической аппаратуры.

2. Разработана и апробирована технология воспроизводимого получения однослойных и многослойных систем на основе Fe и Si на различных подложках.

3. Получены результаты о степени влияния технологических условий получения на структуру, химическое состояние и магнитные свойства однослойных и многослойных систем FelSi.

Практическая ценность работы

В результате усовершенствования сверхвысоковакуумной технологии воспроизводимого получения тонких пленок и многослойных систем на базе модернизированного и автоматизированного технологического комплекса «Ангара» разработана методика, позволяющая получать системы нанометрового диапазона магнитных (Fe) и полупроводниковых материалов (Si), а также in situ определять толщину, элементный и химический состав полученных систем. Полученная информация о влиянии технологических условий напыления на химические, структурные и магнитные свойства может быть использована для прогнозирования свойств получаемых пленочных систем. Проведенная автоматизация технологического комплекса «Ангара» позволила получать мультислойные наносистемы с заданными свойствами.

Имеется акт внедрения программно-аппаратных блоков для контроля сверхвы-соковакуумной системы и автоматическим управлением технологическим процессом в лаборатории ФМЯ Института физики СО РАН.

Имеются акты об использовании модернизированной и автоматизированной установки получения тонких пленок и мультислоев в сверхвысоком вакууме в научном и образовательном процессе в КНОЦ ВТ, лабораториях Института физики СО РАН, МИФО КГУ и СибГАУ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Конструктивное решение модернизации и автоматизации технологического комплекса молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара» и встроенной аналитической аппаратуры.

2. Результаты о степени влияния технологических условий сверхвысоковаку-умного термического напыления на химическое состояние, структурные и магнитные свойства однослойных и многослойных систем FelSi.

3. Экспериментальные результаты изучения электронных спектров, данных лазерной эллипсометрии, полученных непосредственно в высоковакуумном технологическом комплексе.

4. Результаты исследования спектров малоуглового рентгеновского рассеяния однослойных и многослойных систем Fe/Si, температурных и полевых зависимостей намагниченности, и резонансных свойств однослойных и многослойных пленок Fe и Si, магниторезистивных свойств структуры пленка Fe на монокристаллической подложке манганита Еио,7РЬо.зМпОз.

Апробация работы.

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на: Moscow international symposium on magnetism (Москва, 2002), Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia (Москва, 2002), Всероссийской научной конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2003), Proceedings of X АРАМ topical seminar and III conference «Materials of Siberia» «Nanoscience and technology» (Новосибирск, 2003), Всероссийской научно-технической конференции «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение» (Красноярск, 2003), III и VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Решетневские чтения» (Красноярск, 1999 и 2003 гг.), Межвузовской научной конференции «Молодежь и наука - третье тысячелетие» (Красноярск, 2003), 9 и 10 Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Красноярск, 2003 и Москва, 2004), XIX Международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2004), Международной конференции Euro-Asian symposium "Trends in magnetism" (Красноярск, 2004). В целом работа докладывалась на научных семинарах кафедры технической физики Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева, лаборатории физики магнитных явлений и отдела физики магнитных явлений Института

физики им. Л.В. Киренского СО РАН, на научном семинаре в Институте физики полупроводников СО РАН (г. Новосибирск, 2005).

Публикации.

По материалам диссертации опубликована 21 работа [А1-А21], из них 3 статьи в рецензируемых журналах: Письма в ЖТФ (2003), Письма в ЖЭТФ (2004), Приборы и техника эксперимента (2004).

Личный вклад автора.

Разработка и создание отдельных блоков, программного обеспечения и модернизация сверхвысоковакуумного оборудования проводилась при активном участии автора. Непосредственно автором были получены образцы для исследования, проведен анализ и интерпретация электронных оже-спектров и спектров характеристических потерь энергии электронов. Автором отработана методика измерения толщины слоев Fe и Si in situ методом лазерной эллипсометрии. При участии автора в лаборатории сильных магнитных полей Института физики СО РАН измерены кривые намагниченности и проведен анализ результатов. Интерпретация полного набора экспериментальных данных малоуглового рентгеновского рассеяния, магнитного резонанса проведены при активном участии автора.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 111 страниц, включающих 44 рисунка, 10 таблиц, библиографию из 100 наименований.

Основное содержание работы

Во Введении дается обоснование актуальности темы, сформулированы цели диссертационной работы.

В первой главе приводится краткий литературный обзор различных типов полупроводниковых гетероструктур и магнитных наноструктур [1], рассматриваются вопросы, связанные с некоторыми физическими свойствами и различными механизмами роста данных структур. Описаны некоторые из методов сверхвысоковакуумного получения тонких пленок и наноструктур. В конце главы формулируются задачи настоящего исследования.

Вторая глава посвящена результатам работы по модернизации и автоматизации сверхвысоковакуумного технологического комплекса «Ангара», состоящего из двух технологических камер и камеры подготовки и анализа подложек (рис.1).

Технологический комплекс оснащен разработанными и изготовленными программно-аппаратными блоками контроля высоковакуумной системы и управления испарителями технологического комплекса [A1 I, A12].

Рис.1. Программно-аппаратное управление технологическим комплексом: ЭПМ - камера эпитаксии элементарных полупроводников, металлов и диэлектриков; ЭПС - камера эпитак-сии полупроводниковых соединений; ПАП - камера анализа и подготовки подложек; ЗиВП — камера загрузки и выгрузки подложек; ИМ - испарительный модуль; БЛЭ - быстродействующий лазерный эллипсометр; ДОБЭ - дифрактометр отраженных быстрых электронов; ВК - видеокамера, НП - нагреватель подложки; ШЗ - шиберный затвор; БС - блок силовой; ИЛИ - источник питания испарителей; ЭОС - электронный оже спектрометр, ИВ - ионизационный вакуумметр; БУИ - блок управления испарителей; БК - блок контроля вакуумной системы; МРН - магниторязрядный насос.

Программно-аппаратный комплекс «Блок контроля высоковакуумной установки «Ангара» предназначен для опроса состояния и положения элементов технологической установки, отображение этого состояния на экране компьютера, а также управления вакуумными режимами камеры [А4].

Программно-аппаратный комплекс «Блок управления испарителями высоковакуумной установки «Ангара» [А 13] предназначен для прецизионного управления процессом нагрева испарителей камеры, контроля над этим процессом, управления заслонками испарителей, а также для документирования показаний кварцевого измерителя толщины для дальнейшей их обработки.

Аппаратная часть блоков реализована на базе микропроцессора (однокристальной микро-ЭВМ) фирмы Atmel AT89S8252 и еще состоит из таких узлов как: узел связи с компьютером (микросхема ADM202 адаптера последовательного порта RS-232); узел связи на основе микросхемы АЦП AD7706; узел опроса; узел регистров исполнительных устройств.

Специально разработанные программы осуществляют обмен командами и данными между ПЭВМ и созданными блоками, позволяют отслеживать и управлять основными технологическими параметрами модернизированного сверхвысоковакуум-ного комплекса «Ангара», такими как величина вакуума, наличие охлаждения испарителей, питание магниторазрядных насосов, положение манипуляторов и заслонок испарителей, температура и скорость нагрева испарителей и подложек

Система регистрации и обработки дифрактометри-ческой информации (см рис 2) предназначена для получения дифракционной картины с люминесцентного экрана, представления этой картины в виде графического файла и последующей компьютерной обработки этой ин- Рис 2 Общая блок схема обработки аналогового изображения

формации [АН]

Изображение дифракционной картины, формируемое рассеянными от образца электронами на люминесцентном экране дифрактометра, регистрируется видеокамерой КРС-400В В дальнейшем видеоизображение дифракционной картины поступает на видеовход PC-совместимого компьютера Программа обработки дифракционной картины позволяет производить, например, такие основные операции как обработка видеоизображения дифракционной картины, приходящей с камеры, в реальном времени, подсчет осцилляции (ведется по первой по порядку ввода контрольных точек), ввод уровня шума - погрешность аппаратного шума камеры при подсчете осцилляции, управление состоянием заслонки, динамически измеряемое программой количество моноатомных слоев

Автоматизация процесса регистрации и обработки данных с Оже-спектрометра 09ИОС-3 и масс-спектрометра МХ-7304 была выполнена в результате выявления, в процессе эксплуатации аналитических систем, следующих недостатков низкая скорость получения данных, большая погрешность при отображении данных с помощью графопостроителя, сложная процедура оцифровки и обсчета данных, выполняемая вручную, сложность в систематизации и хранения полученной информации

Созданная в результате система регистрации и обработки данных (рис 3) состоит из электронного оже-спектрометра О9ИОС-3, масс-спектрометра МХ-7304, анало-гово-цифрового преобразователя RL88AC (RealLab), компьютерных программ «Оже-спектрометр» и «Масс-спектрометр»

Система ввода-вывода данных RL-88AC использует 12-разрядный АЦП со временем преобразования 110 мкс Входной сигнал на одном из 8 каналов выбирается

аналоговым коммутатором, и после усиления, подается на вход АЦП. Аналоговый коммутатор переключает входы с минимальным периодом 2,25 мс.

Разработанные компьютерные программы позволяют получать, визуализировать и обрабатывать данные, приходящие с электронного оже-спектрометра и масс-спектрометра, а также протоколировать необходимые параметры, при которых производилась запись спектров.

Быстродействующий лазерный эллипсометр ЛЭФ-751М [2], разработанный в Институте физики полупроводников СО РАН был установлен в правую технологическую камеру. Быстродействующий лазерный эллипсометр предназначен для контроля оптических параметров тонкопленочных структур непосредственно в процессе их роста. Структурно-оптическая схема лазерного эллипсометра ЛЭФ-751М представлена на рисунке 4.

Рис.3. Система регистрации и обработки данных с Оже-спектрометра 09ИОС-3 и масс-спектрометра MX-7304

Рис.4. Структурно-оптическая схема эллипсометра ЛЭФ-751М.

В методе лазерной эллипсометрии, основанном на измерении состояния поляризации света при его отражении от поверхности образца, поляризация света определяется отношением комплексных френелевских коэффициентов отражения гР и для

параллельной и перпендикулярной к плоскости падения света поляризаций света соответственно:

tgy/ ехр(/д)

Здесь параметр (^определяется отношением амплитуд коэффициентов Френеля, а А - фазовым сдвигом между компонентами с параллельной и перпендикулярной ориентацией.

Измеренные экспериментально при определенном угле падения и длине волны поляризованного света эллипсометрические параметры и Д функционально связаны с оптическими параметрами исследуемой поверхностной структуры: показателями преломления и поглощения пленки и подложки, толщины пленки, которые определяются из этих углов с помощью математических вычислений.

Программное обеспечение эллипсометра позволяет в режиме реального времени регистрировать эллипсометрические параметры формируемой наноструктуры. Из этих параметров рассчитываются показатель преломления пленки и ее толщина. В режиме обработки результатов измерений программа предоставляет возможность методом подгонки параметров оптической модели получить согласие между расчетными и экспериментальными значениями эллипсометрических параметров. В программе заложена возможность построения многослойной оптической модели, с максимальным числом однородных слоев равным семи.

В третьей главе изложены результаты отработки технологии воспроизводимого получения однослойных и многослойных пленочных структур с разным количеством слоев и толщиной отдельных слоев на основе Fe и Si, на различных подложках, таких как: стекло, слюда, монокристаллические пластины Si различных кристаллографических ориентации, при комнатной температуре. Базовый вакуум в технологической камере составлял 10"7 Ра. Испарение материалов осуществлялось из высокотемпературных тиглей нитрида бора, скорость испарения соответствующих материалов варьировалась температурой испарителей и составляла для Fe- 0.16 нм/мин, и для Si - 0.9 нм/мин. Контроль температуры испарителей, управление заслонками в процессе формирования многослойной структуры осуществлялись программно-аппаратным комплексом на базе ПЭВМ [All], что обеспечивало высокую стабильность технологического процесса и повторяемость результатов.

Методом лазерной эллипсометрии непосредственно в процессе роста наноструктур контролировались изменения оптических параметров [А7]. На рисунке 5 приведены результаты изменения эллипсометрического параметра от времени в процессе роста трехслойной структуры Fe/Si/Fe на кремниевой монокристаллической подложке. Здесь выделено три участка АВ, ВС, CD, которые соответствуют росту отдельных слоев железа, кремния и железа.

Эллипсометриче-ский параметр первой и второй пленки Fe, по мере их роста, монотонно увеличивается и приближается к значению, характерному для пленки железа толщиной приблизительно 100 А. По мере роста пленки Si наблюдаются затухающие осцилляции эллип-сометрического параметра причем его значение приближается к значению, характерному для чистого монокристаллического кремния. Рис.5. Результаты эллипсометрических измерений в процессе

Непосредственно роста трехслойной структуры Fe/Si/Fe. в сверхвысоковакуумном технологическом комплексе образцы характеризовались методами элекгронной оже-спектроскопии (ЭОС) и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ).

Электронная спектроскопия применялась для исследования химического и элементного состава получаемых пленочных мультислоев [3]. Проведенный анализ методами электронной оже-спектроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов однослойных пленок железа и кремния толщиной 10 нм показал незначительное количество примесных атомов С, N, О. Можно утверждать, что присутствующие примеси находятся на поверхности и не вступают в химические реакции с полученными однослойными пленками железа и кремния. Химические соединения сильно

Рис.6. Результаты малоуглового рентгеновского рассеяния для два- влияют на вид оже-ддатислойной структуры Fe/Si. пиков [3,4]. В нашем

11

0 I ' I...........i ■ < ' I........

0 1 0 20 30 40 50 60 70 60 90 100 110 120 130 I, мин

101 i ' i ■ i ■ i ■ i ' i ■ i ■ i ■ i 012345678

26, град.

же случае оже-пики железа и кремния имеют такой же вид, как и в эталонных атласах чистых элементов [А 17].

Методом малоуглового рентгеновского рассеяния [5] получена информация о структурных параметрах структуры Fe-Si содержащей 6 слоя и сверхрешетки (Fe(2HM)/Si(2HM))x9/Fe(10HM)/Si(10HM), таких как толщина отдельного слоя, шероховатость каждой границы раздела. Экспериментальные результаты и модельные расчеты для двадцатислойной структуры параметры которых приведены в таблице 1, представлены на рисунке 6.

Шероховатости границ раздела, полученные в результате подгонки модельных профилей интенсивности малоуглового рентгеновского рассеяния к измеренным, сопоставимы с толщинами отдельных слоев, причем их абсолютная величина не зависит от толщины слоев железа и кремния и последовательности формирования интерфейса. Полученные результаты свидетельствуют о значительной неоднородности границ раздела соседних слоев железа и кремния, что характерно для данной системы.

Таблица 1. Толщины слоев и шероховатости границ раздела, рассчитанные по времени напыления (1 столбец) и по данным малоуглового рентгеновского рассеяния (2 и 3 столбец) для двадцатислойной структуры

(/,е(2нм)/57(2нм))х9//,'е(10нм)Дг(10нм).

Слой Толщина (технол.), нм Толщина (эксп.), нм Шероховатость, нм

Si 10 9.87 2.16

Fe 10 13.71 1.94

Si 2 1.46* ±0.27 1.34* ±0.16

Fe 2 1.51* ±0.27 1.46* ±0.21

Si Подложка - 1.62

* - средние значения для 9 пар слоев

Четвертая глава посвящена результатам анализа магнитных и магниторези-стивных свойств структур на основе Fe и Si.

Анализ температурных и полевых кривых намагниченности пленок Ре(15НМ) и шестислойной структуры Ре(5нм)/81(2нм)/Ре(5нм)/81(2нм)/Ре(5нм)/8К10нм) позволил определить их основные магнитные параметры, такие как намагниченность насыщения константу кристаллографической анизотропии К, константу обменного взаимодействия А, коэрцитивную сила Не, представленные в таблице 2.

Для пленки Fe(15HM) намагниченность насыщения Mso совпадает, в пределах погрешности измерений, с величиной намагниченности для ОЦК Fe, что свидетельствует о том, что материал пленки составляет химически чистое железо.

На кривой намагниченности М(Н) для шестислойной структуры (рис. 7) наблюдается анизотропия формы, характерная для качественного пленочного образца

Таблица 2. Основные магнитные характеристики полученных структур.

Образец М5о, Гс К, 105 эрг/см3 А, 1С6 эрг/см Нс, Э

ОЦК Ре 1740 4,8 1,95 0,1*50

Пленка Бе 1750 4,63 1,74 165

Структура на основе (Ре/БОз 1564 4,91 0,89 90

Уменьшение обменной константы в тонкой пленке ^ = 15нм), в сравнении с величиной константы обменного взаимодействия объемного химически чистого ОЦК Fe, может быть объяснено в рамках спин волновой теории [6]. Уменьшение величины константы обменного взаимодействия для шестислойной системы Fe(5HM)/Si(2HM)/Fe(5HM)/Si(2HM)/Fe(5HM)/Si(10HM) можно интерпретировать, предположив сосуществование в структуре нескольких ферромагнитных фаз с различными величинами обменной константы. Мы предположили, что снижение намагниченности насыщения и константы обменного взаимодействия для шестислойной структуры связанно с формированием слабо магнитных соединений железа и кремния на границе раздела отдельных слоев.

Результаты анализа полученных данных позволили провести оценку толщины химического интерфейса, образованного слабомагнитными соединениями в шести-слойной структуре Fe(5HM)/Si(2HM)/Fe (5^)^(2^)^(5(5 HM)/S1(10HM), предположив, что на границах раздела образуется

только соединение Рис 7 Экспериментальная кривая намагниченности структуры FeзSi. Таким обра- Fe(5HM)/Si(2HM)/Fe(5nM)/Si(2HM)/Fe(5HM)/Si(10HM) для направления зом, толщина хи- магнитного поля в плоскости и перпендикулярно к плоскости пленки мического интер- при Т=4,2 К. фейса составила

5.4 нм, что соответствует суммарной толщине интерфейса на 3-х границах раздела типа Fe/Si.

Полученные результаты позволили предположить, что механизм формирования интерфейса на границах Fe/Si и Si/Fe не одинаков. Проведенный дополнительный анализ методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронов двухслойных пленок Fe(10HM)/Si(1.5HM) и Si(10HM)/Fe(1.5HM), сформированных специально для изучения механизма формирования интерфейса в данных структурах, показал, что когда верхним слоем является железо, спектр двухслойной структуры Si(10HM)/Fe(1.5HM) практически не отличается от спектра характеристических потерь энергии электронов однослойной пленки Fe (Юнм). В случае же, когда верхним слоем является Si (1.5нм), наблюдаются пики потерь, энергетическое положение которых (21.9 эВ для первого объемного плазмона) согласуется с литературными данными для силицида железа Fe3Si[7].

Из результатов магнитного резонанса [А19-А21] установлено, что в трехслойных пленках Fe/Si/Fe форма линии СВЧ поглощения практически для всех пленок (за исключением реперных, без прослойки кремния) имеет асимметричный вид. Никакой анизотропии в плоскости пленок не обнаружено. Ширина линии магнитного резонанса имела величину порядка ДН ~ 200 Ое. На рис.8 приведены зависимости резонансного поля от для пленок с ts¡ = 2 нм. при температурах Т = 200 К и 300 К, где предположительно ожидалась существенная зависимость константы межслоевого взаимодействия от температуры. В результате анализа зависимости

константы межслоевого взаимодействия установлено, что изменение

Рис.8. Зависимости резонансного поля для пленок с кремниевой прослойкой = 2 пш от толщины ферромагнитного слоя, 1-Т = 200К,2-Т = 300К. носит не монотонный характер, причем значения I в области её максимальных значений согласуются с данными других исследователей, а также установлено влияния толщины ферромагнитного слоя на ее величину. В пределах ошибки измерений в исследованной области температур зависимость от температуры практически отсутствует.

В рамках поиска материалов, предназначенных обеспечить более высокую спиновую поляризацию электронов, эмитируемых в магнитную структуру, чем в на-

носистеме Fe/Si, была создана структура пленка Fe (250А) на монокристаллической подложке манганита ЕиоуРЬозМпОз [А10] Монокристаллы манганита выращивались методом спонтанной кристаллизации из раствора-расплава [8] Из монокристаллов изготавливались подложки в виде пластинок с размерами 3x2x0 1 мм, плоскость пластинок совпадала с одной из главных плоскостей кристалла Пленка железа наносилась методом термического напыления в сверхвысоком вакууме на модернизированной установке «Ангара», толщина пленки Fe составляла 25 нм В одном технологическом цикле на поверхность пленки Fe и на свободную поверхность подложки наносились покрытия из меди толщинами до - 50 нм, которые использовались как электроды при исследовании электрических свойств структуры [M/Fe] При исследовании магниторезистивных свойств полученной структуры было установлено, что при температурах ниже Тс - 210 К для структуры наблюдается эффект положительного маг-нетосопротивления, в то время как кристалл манганита обладал отрицательным маг-ниторезистивным эффектом

Эффект связывается с формированием в приконтактной области манганит-Fe со стороны манганита переходного слоя, обедненного кислородом, обладающего диэлектрическими свойствами

В заключении сформулированы основные результаты и выводы Основные результаты и выводы

1 Модернизирован комплекс технологического оборудования на базе многомодульной установки «Ангара», предназначенной для получения тонких пленок и многослойных структур полупроводниковых и магнитных материалов в сверхвысоком вакууме Разработаны программно-аппаратные блоки на базе современных ПЭВМ для контроля сверхвысоковакуумной системы и автоматического управления технологическим процессом

2 Проведена модернизация имеющегося встроенного аналитического оборудования для контроля параметров получаемых структур непосредственно в процессе роста Разработана и внедрена система регистрации и обработки дифрактомет-рической информации на базе дифрактометра отраженных быстрых электронов Внедрена система ввода в компьютер и вывода аналоговых сигналов RL-88AC для вывода поступающих данных с оже-спектрометра 09ИОС-3 и масс-спектрометра МХ-7304 на компьютер

3 Внедрена новая система получения эллипсометрической информации с помощью эллипсометра ЛЭФ-751М, предназначенная для контроля оптических параметров тонкопленочных магнитных и полупроводниковых структур непосредственно в процессе их роста Отработана методика in situ измерения толщины железа в диапазоне 1-20 нм, и кремния в диапазоне 1-350 нм, в структурах Fe/Si

4 Отработана технология воспроизводимого получения однослойных и многослойных структур на основе Fe и Si на различных подложках Получены многослойные наноструктуры системы , где варьировались такие параметры,

KaxN =1,2,... 10; толщина кремния 1 нм < dsi <350 нм, а также толщина железа 1 HM<dfe<20 НМ.

5. С помощью методов электронной оже-спектроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов in situ контролировались элементный и химический состав получаемых слоев. Метод определения толщины из полученных электронных спектров дает результаты, согласующиеся с данными эллип-сометрии и рентгеновского флуоресцентного анализа. Структурные характеристики (толщины слоев, шероховатость интерфейса) были определены ex situ методом малоуглового рентгеновского рассеяния.

6. Определены основные магнитные параметры (намагниченность насыщения М(0), константа кристаллографической анизотропии К, константа обменного взаимодействия А, коэрцитивная сила Hq) для пленочных структур, получаемых с помощью модернизированной установки «Ангара», таких как: пленка Fe толщиной 15 нм и шестислойная структура Fe(5нм)/5'((2нм)/7ге(5нм)/Л'(2нм)/^е(5нм)/&'( 1 Оим). Темпе^эатурный ход намагниченности насыщения структур следовал закону Блоха (Т + Т ). Вид зависимости М(Т) исследуемых структур свидетельствует об отсутствии парамагнитного и суперпарамагнитного откликов. Предполагается, что отличие магнитных характеристик для многослойной структуры от ОЦК Fe происходит из-за образования слабомагнитного соединения Fe^Si на границах раздела слоев Fe/Si.

7. Исследованы трехслойные магнитные пленки FelSilFe методом магнитного резонанса. Обнаружен эффект влияния толщины ферромагнитного слоя на величину межслоевого взаимодействия.

8. Создана структура: пленка Fe на монокристаллической подложке манганита Еио^РЬо^МпОз- Исследованы магниторезистивные свойства полученной структуры. При температурах ниже Тс - 210 К кристалла манганита для структуры наблюдается эффект положительного магнитосопротивления.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

А1. Патрин, Т.С. Исследование магнитосопротивления в структуре манганит/Fe / Г.С. Патрин, Н.В. Волков, ГА. Петраковский и др. // Сборник трудов XIX международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» / МГУ. -Москва, 2002.-ГЦ-16.

А2. Volkov, N. V. Magnetoresistance in the manganite/Fe structure / N. V. Volkov, G. S. Patrin, A.S. Parshin et al. // Moscow International Symposium on Magnetism. - 2002. -P. 172.

A3. Volkov, N. V. Tunneling magnetoresistance in manganite (crystal)/Fe (thin layer) structure / N. V. Volkov, G. S. Patrin, S. G. Ovchinnikov et al. // Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia. - Moscow, 2002. - P.253.

A4. Варнаков, С.Н. Автоматизация технологического оборудования для получения многослойных наноструктур в сверхвысоком вакууме / С.Н. Варнаков, Н.Н. Косырев, П. Неворал // Материалы докладов всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации». - Новосибирск, 2003.-Часть 6.-С. 153-154.

А5. Varnakov, S.N. Magnetic properties in the three layer Fe/Si/Fe structure / S.N. Varna-kov, N.V. Volkov, G.S. Patrin et al. // Proceedings ofX АРАМ topical seminar and III conference "Materials of Siberia" "Nanoscience and technology". - Novosibirsk, 2003. -P.286.

A6. Варнаков, С.Н. Получение однослойных и многослойных пленочных структур Fe и Si в сверхвысоком вакууме / С.Н. Варнаков, Н.Н. Косырев // Тез. докл. VTI Все-рос. науч. конф. «Решетневские чтения». - Красноярск, 2003. - С114-115.

А7. Косырев, Н.Н. Метод эллипсометрии в технологии получения тонких пленок Fe и Si / Н.Н. Косырев, С.Н. Варнаков // Сборник тезисов девятой всероссийской научной конфер. студентов-физиков и молодых ученых. «ВНКСФ-9». - Красноярск, 2003. -С.590-591.

А8. Косырев, Н.Н. Применение in-situ эллипсометрии для контроля технологического процесса получения тонких пленок Fe / Н.Н. Косырев, С.Н. Варнаков, С.Г. Овчинников // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение». -Красноярск, 2003. - С.231-232.

А9. Варнаков, С.Н. Исследование процесса роста тонких слоев кремния in situ методом эллипсометрии / С.Н. Варнаков, Н.Н. Косырев // Труды межвузовской научной конференция «Молодежь и наука - третье тысячелетие». - Красноярск, 2003. - С.317.

А10. Волков, Н.В. Магнитосопротивление туннельного типа в структуре ЕиОо.7РЬОо.зМпОз (монокристалл)/ Fe (пленка) / Н.В. Волков, Г.С. Патрин, Г.А. Петраковский и др. // Письма в ЖТФ. - 2003. - Т.29. - С.54.

АН.Варнаков, С.Н. Автоматизация технологического оборудования для получения многослойных наноструктур в сверхвысоком вакууме / С.Н. Варнаков, А.А. Лепешев, С.Г. Овчинников и др. // ПТЭ. - 2004. - №6. - С. 125-129.

А12 Варнаков, С Н Автоматизация технологического оборудования для получения многослойных наноструктур в сверхвысоком вакууме / С Н Варнаков, А А Лепешев, С Г Овчинников и др // Сборник трудов XIX международ школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» / МГУ - Москва, 2004 - ВС-32

А13 Варнаков, С Н Система управления испарителями в установке молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара» / С Н Варнаков, Н Н Косырев // Сборник тезисов десятой всероссийской научной конфер студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-10» -Москва -2004 -С 1036

А14 Косырев, Н Н Исследование тонких пленок Fe методом эллипсометрии / Н Н Косырев, С Н Варнаков // Сборник тезисов десятой всероссийской научной конфер Студентов-Физиков и молодых ученых «ВНКСФ-10» -Москва, 2004 -С 191-192

А15 Овчинников, С Г Определение толщины пленок Fe методом эллипсометрии в процессе роста на установке молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара» / С Г Овчинников, СН Варнаков, НН Косырев // Сборник трудов XIX международ школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» / МГУ - Москва, 2004 -ГЮ-21

А16 Ovchinnikov, S G In situ ellipsometry for monitoring growth of three layer Fe/Si/Fe structure / S G Ovchinnikov, S N Varnakov, N N Kosyrev // Euro-Asian symposium "Trends in magnetism" - Krasnoyarsk, 2004 - P 303

A17 Паршин, А С Исследование многослойных структур Fe/Si, полученных испарением в сверхвысоком вакууме, методами электронной спектроскопии и малоуглового рентгеновского рассеяния /АС Паршин, С Н Варнаков, А А Лепешев и др // Сборник трудов XIX международ школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» / МГУ - Москва, 2004 - ВС-26

А18 Parshin, A S Characterization of Si/Fe multilayers by electron spectroscopy and small-angle x-ray scattering /AS Parshin, S N Varnakov, A A Lepeshev et al // Euro-Asian symposium "Trends in magnetism' - Krasnoyarsk, 2004 P 318

A19 Патрин, Г С Влияние толщины ферромагнитного слоя на межслоевое взаимодействие в пленках Fe/Si/Fe /ГС Патрин, Н В Волков, С Г Овчинников и др // Письма ЖЭТФ - 2004 - Т 80 С 560

А20 Patrin, G S The effect of magnetic layer thickness on mterlayer coupling in the Fe/Si/Fe films / G S Patrin, S G Ovchinnikov, N V Volkov et al // Euro-Asian symposium "Trends in magnetism' - Krasnoyarsk, 2004 - P 311

A21 Патрин, Г С Влияние толщины магнитного слоя на межслоевое взаимодействие в пленках Fe/Si/Fe /ГС Патрин, С Г Овчинников, Н В Волков и др // Сборник трудов XIX международ школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» / МГУ - Москва, 2004 - БП-11

Список цитированной литературы

1. Фельдман, Л. Основы анализа поверхности и тонких пленок / Л. Фельдман, Д. Майер. - М.: Мир, 1989. - 344с.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации быстродействующего лазерного эллипсометра ЛЭФ-751М. -Новосибирск, 2002. - 50с.

3. Вудраф, Д. Современные методы исследования поверхности / Д. Вудраф, Т. Делчер. - М: Мир, 1989. - 564с.

4. Parshin, A.S. Auger-electron Spectroscopy and magnetic properties ofFe-O epitaxial layers / A.S. Parshin, B.E. Blekher, K.P. Polyakova // International Conf. on the Physics Transition Metalls. - 1992. - V.I. - P.550-554.

5. Fullerton, E.E. Structural refinement of superlattices from x-ray diffraction / E.E. Fullerton, I.K. Schuller, H.Vanderstraeten, and Y.Bruynserade // Phys. Rev. В 45. - 1992. -P.9292.

6. Mills, D.L. Some thermodynamic properties of a semi-infinite heisenberg ferromag-net / D.L. Mills, A.A. Maradudin // J. Phys. Chem. Solids. - 1967. - V.28. - P.1855-1874.

7. Gallego, J.M. The Fe/Si(100) interface / J.M. Gallego and R. Miranda // J. Appl. Phys. - 1991. - V.69.-P.1377.

8. Волков, H.B. Влияние транспортного тока на магнитоэлектрические свойства монокристаллов с гигантским магнитным сопротивлением ЬаолРЬо.зМпОз в СВЧ диапазоне / Н.В. Волков, Г.А. Петраковский, К.А. Саблина, СВ. Коваль // ФТТ. - 1999. -41, (11). Р.2007.

oi. ОЦ

155

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СВЕРХВЫСОКОВЛКУУМНЛЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУР МАГНИТНЫХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Классификация полупроводниковых гетероструктур и магнитных наноструктур

1.2 Структуры полупроводник/ферромагнетик

1.3 Сверхвысоковакуумные технологии тонких пленок и наноструктур

1.4 Постановка задачи

ГЛАВА 2. МОДЕРНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ «АНГАРА»

2.1 Разработка блока контроля параметров технологического комплекса МЛЭ «Ангара»

2.2 Разработка блока управления испарителями

2.3 Внедрение эллипсометра ЛЭФ-751М, для in situ контроля оптических параметров структуры

2.4 Модернизация встроенного аналитического оборудования

2.4.1 Разработка и внедрение системы регистрации и обработки дифрактометрической информации

2.4.2 Внедрение система ввода и вывода аналоговых сигналов RL-88АС для вывода поступающих данных с оже-спектрометра 09ИОС-3 и масс-спектрометра МХ-7304 на компьютер

2.5 Выводы к Главе

ГЛЛВЛ 3. ТЕХНОЛОГИЯ ВОСПРОИЗВОДИМОГО ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОСЛОЙНЫХ И МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ Fe И Si

3.1 Технология однослойных и многослойных наноструктур, с заданными параметрами

3.2 Определение толщины слоев Fe и Si in situ методом лазерной эллипсометрии

3.3 Определение in situ элементного и химического состава систем на основе Fe и Si методами ЭОС и СХПЭЭ

3.4 Определение структуры слоев и интерфейса систем Fe/Si ex situ методом малоуглового рентгеновского рассеяния

3.5 Выводы к главе

ГЛАВА 4. МАГНИТНЫЕ И МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА СТРУКТУР НА ОСНОВЕ Fe И Si

4.1. Фундаментальные магнитные параметры исследуемых систем на основе Fe и Si

4.2. Резонансные исследования пленок системы Fe/Si/Fe

4.3. Магниторезистивный эффект структуры: пленка Fe на монокристаллической подложке манганита Еио,?РЬо,зМпОз

4.4 Выводы к главе

Классическим методом получения чистых поверхностей многих материалов является испарение и конденсация в сверхвысоком вакууме. Данный метод используется как для получения совершенных тонких пленок и мультислоев, используя механизмы эпитаксиального роста, так и для формирования поликристаллических, аморфных и наногранулированных структур, представляющих интерес, как для фундаментальных исследований, так и для практического использования.

В настоящее время особый интерес вызывают структуры полупроводник/ферромагнетик, в которых могут быть реализованы идеи спиновой электроники. Появление и развитие спиновой электроники базируется на спиновом токопереносе между элементами электронных устройств. Для этого требуется либо присутствие в аппаратуре достаточно громоздких устройств для создания внешних магнитных полей, способствующих ориентации по спину носителей заряда или их фильтрации при токопереносе, либо наличие в самой гетероструктуре твердотельного источника спин поляризованных электронов. Структурой такого вида является наносистема Fe/Si. В последние годы в лаборатории «Физики магнитных явлений» Института физики им. JI.B. Киренского СО РАН ведется работа над получением и исследованием таких напосистем на базе установки МЛЭ «Ангара», созданной в Институте физики полупроводников СО РАН (г. Новосибирск).

Однако, несмотря на достаточно большой объем как теоретических исследований, так и практических работ в области МЛЭ, российские технологические комплексы МЛЭ «Ангара» и «Катунь» создавались в конце прошлого века. В настоящее время возросли требования к технологическому процессу. Кардинальные изменения в вычислительной технике и программном обеспечении технологического процесса требуют существенной модернизации как программно-аппаратных блоков контроля и управления технологическим процессом, так и аналитического оборудования.

Целыо работы является усовершенствование сверхвысоковакуумной технологии на базе технологического комплекса «Ангара» для воспроизводимого получения систем нанометрового диапазона магнитных (Fe) и полупроводниковых материалов (Si), а также in situ определения толщины, элементного и химического состава полученных систем. Определение влияния технологических условии на структурные, химические и магнитные свойства получаемых пленочных систем.

Работа состоит и 4 глав. В первой главе приводится краткий литературный обзор различных типов полупроводниковых гетероструктур и магнитных наноструктур, рассматриваются вопросы, связанные с различными механизмами роста и физическими свойствами данных структур. Приведены некоторые из методов сверхвысоковакуумного получения тонких пленок и наноструктур. В конце главы приводится постановка задачи настоящего исследования.

Во второй главе приводится результаты работы по модернизации и автоматизации сверхвысоковакуумного технологического комплекса «Ангара». Представлены основные характеристики, а также принципы действия: блока контроля технологических параметров и блока управления испарителями в сверхвысоковакуумном технологическом комплексе; быстродействующего лазерного эллипсометра ЛЭФ-751М. Описаны результаты модернизации встроенного в технологический комплекс «Ангара» аналитического оборудования.

В третьей главе, изложены результаты технологии воспроизводимого получения многослойных пленочных структур и однослойных пленок составляющих элементов Fe и Si. Представлены результаты: исследования отдельных слоев Fe и Si in situ методом лазерной эллипсомегрии; определения элементного и химического состава получаемых пленочных однослойных и многослойных структур методами электронной оже-спектроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов; определения качества структуры слоев и интерфейса сх situ методом малоуглового рентгеновского рассеяния.

Четвертая глава посвящена результатам магнитной паспортизации однослойной пленки Fc толщиной 15 нм и шестислойной структуры /7е(5нм)/5'/(2нм)//7е(5нм)/5'/(2нм)//7е(5нм)/5'/(10нм). Представлены результаты измерения магнитных параметров (намагниченность насыщения Ms, константа кристаллографической анизотропии К, константа обменного взаимодействия Л, коэрцитивная сила Нс) с помощью исследования температурной и полевой зависимости намагниченности. Обсуждаются механизмы формирования данных структур. Приводятся результаты исследований экспериментально обнаруженного влияния толщины ферромагнитного слоя на межслоевое взаимодействие в трехслойных пленках с полупроводниковой прослойкой Fe/Si/Fe. Обсуждаются результаты исследования магниторезистивных свойств структуры, представляющей собой кристалл манганита с нанесенной на него тонкой пленкой железа ([М//ч?])

Основные результаты настоящей работы выделены в виде итогового заключения. По материалам диссертации опубликована 21 работа [80-100],.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержание работы изложено на 111 страницах машинописного текста, включая 44 рисунка, 10 таблиц и списка литературы из 100 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Усовершенствование сверхвысоковакуумной технологии на базе модернизированного технологического комплекса молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара», дает возможность воспроизводимого получения тонких пленок и многослойных структур нанометрового диапазона магнитных (Fe) и полупроводниковых материалов (Si), а также in situ определять толщину, элементный и химический состав полученных систем и интерфейса. Определение влияния условий напыления на химические структурные и магнитные свойства получаемых пленочных систем позволяют получать структуры с заданными физическими свойствами. Ниже приводятся основные, наиболее важные на наш взгляд результаты.

1. Модернизирован комплекс технологического оборудования на базе многомодульной установки «Ангара», предназначенной для получения тонких пленок и многослойных структур полупроводниковых и магнитных материалов в сверхвысоком вакууме. Разработаны программно-аппаратные блоки на базе современных ПЭВМ для контроля сверхвысоковакуумной системы и автоматического управления технологическим процессом.

2. Проведена модернизация имеющегося встроенного аналитического оборудования для контроля параметров получаемых структур непосредственно в процессе роста. Разработана и внедрена система регистрации и обработки дифрактометрической информации на базе дифрактометра отраженных быстрых электронов. Внедрена система ввода в компьютер и вывода аналоговых сигналов RL-88AC для вывода поступающих данных с оже-спектрометра 09ИОС-3 и масс-спектрометра МХ-7304 па компьютер.

3. Внедрена новая система получения эллипсометрической информации с помощью эллипсометра ЛЭФ-751М, предназначенная для контроля оптических параметров тонкопленочных магнитных и полупроводниковых структур непосредственно в процессе их роста. Отработанна методика in situ измерения толщины железа, в диапазоне 1-К20 нм, и кремния, в диапазоне Н350 нм, в структурах Fe/Si.

4. Отработана технология воспроизводимого получения однослойных и многослойных структур на основе Fe и Si на различных подложках. Получены многослойные наноструктуры системы (Fe/Si)^ , где варьировались такие параметры, как N = 1,2, . 10; толщина кремния 1 нм < < 350 нм, а также толщина железа 1 нм < 6Fe < 20 нм.

5. С помощью методов электронной оже-спектроскоиии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов in situ контролировались элементный и химический состав получаемых слоев. Метод определения толщины из полученных электронных спектров дает результаты, согласующиеся с данными эллипсометрии и рентгеновского флуоресцентного анализа. Структурные характеристики (толщины слоев, шероховатость интерфейса) были определены ex situ методом малоуглового рентгеновского рассеяния.

6. Определены основные магнитные параметры (намагниченность насыщения Л/5(0), константа кристаллографической анизотропии К, константа обменного взаимодействия А, коэрцитивная сила Не) для пленочных структур, получаемых с помощью модернизированной установки «Ангара», таких как: пленка Fe толщиной 15 нм и шестислойная структура Fe(5H\t)/Si(2H\i)/Fe(5u\iySi(2u\i)/Fe(5u\i)/Si( 1 Онм). Температурный ход намагниченности насыщения структур следовал закону Блоха (Т3/2 + Т5/2). Вид зависимости М(Т) исследуемых структур свидетельствует об отсутствии парамагнитного и суперпарамагнитного откликов. Предполагается, что отличие магнитных характеристик для многослойной структуры от ОЦК Fe происходит из-за образования слабомагнитного соединения Fe$Si на границах раздела слоев Fe/Si.

7. Исследованы трехслойные магнитные пленки Fe/Si/Fe методом магнитного резонанса. Обнаружен эффект влияния толщины ферромагнитного слоя на величину межслоевого взаимодействия.

8. Создана структура: пленка Fe на монокристаллической подложке манганита Еи0,7РЬо,зМп03. Исследованы магниторезистивные свойства полученной структуры. При температурах ниже Тс = 210 К кристалла манганита для структуры наблюдается эффект положительного магнитосопротивления

1. Борухович, А.С. Физика материалов и структур сверхпроводящей и полупроводниковой спиновой электроники / А.С. Борухович. -Екатеринбург: Уро РАН, 2004. 175 с.

2. Лихарев, К.К. Введение в динамику джозефсоновских переходов / К.К. Лихарев.-М.: Наука, 1985.-320 с.

3. Siegel, R.W. Cluster-assembled nanophase materials / R.W. Siegel // Ann. Rev. Mater. Sci. 1991. - V. 21. - P. 559.

4. Херман, M. Полупроводниковые сверхрешетки / M. Херман. М.: Мир, 1989.-240 с.

5. Силин, А.П. Полупроводниковые сверхрешетки / А.П. Силин // Успехи физических наук. 1985.-Т. 147.-Выи. 3.-С. 485-521.

6. Эсаки, Л. Молекулярно-лучевая эиитаксия и развитие технологии полупроводниковых сверхрешеток и структур с квантовыми ямами / Л. Эсаки; Под ред. Л. Ченга, К Плога // Молекулярно-лучевая эиитаксия и гетероструктуры. М.: Мир, 1989. - С. 7-36.

7. Драгунов, В.П. Основы наноэлектроники / В.П. Драгунов, И.Г. Неизвестный, В.А. Гридчин. — Новосибирск, 2000. 331 с.

8. Cambley, R. Е. Magnetic multilayers: spin configyrations, excitations and giant magnetoresistance / R. E. Cambley, R.L. Stamps // J. Phys. Condens. Matter. -1993. Vol. 5. - P. 3727-3786.

9. Ведяев, Л.В. Использование поляризованного по спину тока в спинтронике / Л.В. Ведяев // УФН. 2002. - Т. 172. -К» 12.-С. 1458.

10. Кесслер, И. Поляризованные электроны / И. Кесслер- М.: Мир, 1988. — 368 с.

11. Meservey, R. / R. Meservey, P.M. Tedwew // Phys. Rep. 1994. - V. 239. - P. 174.

12. Briner, B. Heat-activated magnetic exchange coupling across Ge barriers and Ge/Si heterostructures / B. Briner, U. Ramsperger, M. Landolf // Phys. Rev. B. -1995.-V. 51.-P. 7303.

13. Endo, Y. Antiferromagnetic coupling in Co/Ge superlattices / Y. Endo, N. Kikuchi, O. Kitakami, Y. Shimada // J. Phys. Condens. Matter. 1999. - V. 11.— L.133-L.137.

14. Toscano, S. Exchange-coupling between ferromagnets through a non-metallic amorphous spacer-layer / S. Toscano, В Briner, H. Hopster, & M. Landolt // JMMM.- 1992.- 114.-L6.

15. Fullerton, E.E. Non-oscillatory anti ferromagnetic coupling in sputtered Fe/Si superlattices / E.E. Fullerton, J.E. Mattson, S.R. Lee et. al. // JMMM. 1992. -117.-L301.

16. Briner, B. Intrinsic and heat-induced exchange coupling through amorphous silicon/ B. Briner, M. Landolf// Phys. Rev. Lett. 1994. - Vol. 73. - P. 340.

17. Mattson, J.E. Exponential dependence of the interlayer exchange coupling on the spacer thickness in MBE-grovvn Fe/SiFe/Fe sandwiches / J.E. Mattson, S. Kumar, E.E. Fullerton, & S.R. Lee // Phys. Rev. Lett. 1997, - Vol. 78. - P. 3023.

18. Патрин, Г.С. Влияние оптического излучения на магнитный резонанс в трехслойных пленках Fe/Si/Fe / Г.С. Патрин, Н.В. Волков, В.П. Кононов // Письма ЖЭТФ. 1998. - Т. 68. - С. 287.

19. Bruno, Р. // Europhys. Lett. 1993. - Vol. 23. - P. 615.

20. Bloemen, P.J.H. Magnetic layer thickness dependence of the interlayer exchange coupling in (001) Co/Cu/Co / P.J.H. Bloemen, M.T. Johnson, M.T.H. Vorst et. al. // Phys. Rev. Lett. 1994. - Vol. 72. - P. 764.

21. Wang, J.Z. Interlayer exchange coupling between two ferromagnets with finite thickness separated by a nonmetallic spacer / J.Z. Wang, & B.Z. Li // Phys. Rev. В.-1999.-Vol. 59.-P. 6383.

22. Wang, J.Z. Temperature dependence of the resonant exchange coupling between two ferromagnets separated by a nonmetallic spacer / J.Z. Wang, B.Z. Li, & Z.N. Hu // Phys. Rev. B. 2000. - Vol. 62. - P. 6570.

23. Schleberger, M. Amorphous Fe-Si and Fe-Ge nanostructures quantitatively analyzed by x-ray-photoelectron spectroscopy / M. Schleberger, P. Walser, M. Hunziker, and M. Landolt // Phys. Rev. B. 1999. - Vol. 60. - P. 14360.

24. Strijkers, G.J. Formation of nonmagnetic c-Fe^Si in antiferromagnetically coupled epitaxial Fe/Si/Fe / G.J. Strijkers, J.T. Kohlhepp, H.J.M. Swagten, and W.J.M. de Jonge // Phys. Rev. B. 1999. - Vol. 60. - P. 9583.

25. Gallego, J.M. The Fe/Si (100) interface / J.M. Gallego and R. Miranda // J. Appl. Phys. 1991.-Vol. 69.-P. 1377.

26. Telling, N.D. Interdiffusion in derection beam deposited isotopic Fe/Si trilayers / N.D. Telling, C.A. Faunce, M.J. Bonder, P.J. Grundy et. al. // J. Appl. Phys. -2001.-Vol. 89.-P. 7074.

27. Kudryavtsev, Y.V. Modification of the structure and the physical properties of Fe/Si multilayered films by ion-beam mixing/ Y.V. Kudryavtsev, Y.P. Lee, J. Dubowik et. al. // Phys. Rev. B. 2002. - Vol. 65. - P. 104417.

28. Вудраф, Д. Современные методы исследования поверхности / Д. Вудраф, Т. Делчер. М.: Мир, 1989. - 564 с.

29. Фельдман. Основы анализа поверхности и тонких пленок / Фельдман, Д. Майер. М: Мир, 1989. - 344 с.

30. Berkowitz, А.Е. Giant magnetoresistance in heterogeneous Cu-Co alloys/ A.E. Berkovvitz, J.R. Mitchell, M.J. Carey, et. al. // Phys. Rev. Lett. 1992. - Vol. 68. -№.25.-P. 3745.

31. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры; Под ред. JI. Ченга, К Плога. М: Мир, 1989. - 584 с.

32. Herman, М.А. Molecular Beam Epitaxy: Fundamentals and Current Status / M.A. Herman, II. Sitter// Springer-Verlag. Berlin. Heidelberg. 1989. - P. 382.

33. Установка молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара». Новосибирск: ИФП СОРАН, 1986.-21 с.

34. Техническое описание и инструкция по эксплуатации быстродействующего лазерного эллипсометра ЛЭФ-751М. Новосибирск, 2002. - 50 с.

35. Техническое описание и инструкция по эксплуатации установки "Ангара". -Новосибирск, 1986.-21 с.

36. Ковалев, А.И. Современные методы исследования поверхности металлов и сплавов / А.И. Ковалев, Г.В. Щербединский. М: Металлургия, 1989. — 192 с.

37. Handbook of auger electron spectroscopy; Second Edition / L.E. Davis, M.S. McDonald, et al //Minnesota. Perkin-Elmer Corp. 1976.

38. Rizzi, Л. Electronic and vibrational properties of semiconducting crystalline FeSi2 lauers grown on Si(l 11) / Л. Rizzi, I I. Moritz, H. Luth // Solid State Ionics. 1999.-R. 7.-P. 96.

39. Perriat, P. XPS and EELS investigations of chemical homogeneity in nanometer scaled Ti-ferrites obtained by soft chemistry / P. Perriat, E. Fries, N. Millot, B. Domenichini // Solid State Ionics. 1999. - R. 117. - P. 175-184.

40. Egert, B. Bonding state of silicon segregated to alpha -iron surfaces and on iron silicide surfaces studied by electron spectroscopy / B. Egert and G. Panzner // Phys. Rev. В. 1984. - Vol. 29. - P. 2091.

41. Fullerton, E.E. Structural refinement of superlattices from x-ray diffraction/ E.E. Fullerton, I.K. Schuller, I I. Vanderstraeten and Y. Bruynserade // Phys. Rev. B. -1992.-Vol. 45.-P. 9292.

42. Rafaja, D. X-ray reflectivity of multilayers with non-continuous interfaces / D. Rafaja, I I. Fuess, D. Simek, et al // J. Phys.: Condens. 2002. - Vol. 14. - P. 5303.

43. Балаев, Л.Д. Измерение намагниченности в сильном магнитном поле / Л.Д. Балаев // Сб. науч. тр. «Физика магнитных пленок». Иркутск, 1980. - В. 14. - С. 171-174.

44. Тикадзуми, С. Физика ферромагнетизма «Магнитные свойства вещества» / С. Тикадзуми. М.: Мир, 1983. 302 с.

45. Лкулов, Н.С. Магнитный метод исследования внутренних напряжений в ферромагнитных металлах / Н.С. Акулов, JI.B. Киренский // ЖТФ. 1939. -Т. 9,-В. 13.-С. 1145-1150.

46. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика «Электродинамика сплошных сред» / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. М.: Наука, 1982. - 624 с.

47. Mills, D.L. Some thermodynamic properties of a semi-infinite Heisenberg ferromagnet / D.L. Mills, A.A Maradudin // J. Phys. Chem. Solids. 1967. -V.28.-P 1855-1874.

48. Wijn, H.P.J. Magnetic Properties of Metals «d-Elements, Alloys and Compounds» / H.P.J. Wijn. 1991. - 190c.

49. Smithells, C.J. Metals reference book / C.J. Smithells. London.: Butterworths, 1967.-V. 2.-P. 683.

50. Гуревич, А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках / А.Г. Гуревич.-М.: Наука, 1974.

51. Layadi, A. Effect of biquadratic coupling and in-plane anisotropy on the resonance modes of a trilayer system / A. Layadi // Phys. Rev. B. 2002. - Vol. 65.-P. 104422.

52. Волков, H.B. Влияние транспортного тока на магнитоэлектрические свойства монокристаллов с гигантским магнитным сопротивлением ЕаолРЬо.зМпОз в СВЧ диапазоне / Н.В. Волков, Г.А. Петраковский, К.А. Саблина, С.В. Коваль // ФТТ. 1999. -41,(11). Р.2007.

53. Simmons, J.G. Generalized formula for the electric tunnel effect between similar electrodes separated by a thin insulating film / J.G. Simmons // J. Appl. Phys. -1963.-V. 34.-P. 1793.

54. Ju, H.L. Magnetic inhomogeneity and colossal magnetoresistance in manganese oxides / H.L. Ju, H. Sohn // JMMM. 1997. - V. 167. - P. 200.

55. Tamura, S. Magnetic measurements of (Lao.8Cao.2)MnOj+y by the faraday method / S. Tamura // Phys. Lett. 1980. - Л. 73. - P. 401.

56. Свистунов, B.M. Сгшн-поляризованное туннелирование электронов в манганит лантана / В.М. Свистунов, Ю.В. Медведев, В.Ю. Таренков и др. // ЖЭТФ. 2000. - Т. 118. - С. 629.

57. Бастар, Г. Расчет зонной структуры сверхрешеток методом огибающей функций / Г. Бастар // Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры; Под ред. Л. Ченга, К. Плога. М.: Мир, 1989. - С. 312-347.

58. Блат, Ф. Физика электронной проводимости в твердых телах / Ф. Блат. -М.: Мир, 1971.-470 с.

59. Паршин, А.С. Отчет о работе объединенной научно-учебной лаборатории «Физика поверхности» за 1998-2000 г. / Л.С.Паршин. Красноярск: ИФ СО РАН, 2000. - 28 с.

60. Данилин, В. С. Вакуумное нанесение тонких пленок / В. С. Данилин. М.: Энергия.-С. 1367.

61. Shvetz, V.A. Ellipsometric study of tellurium molecular beam interaction with dehydrogenated vicinal silicon surfaces / V.A. Shvetz, S.I. Chikichev, D.N. Pridachin et. al. // Thin Solid Films. 1998. - Vol. 313-314. - P. 561.

62. Паршип, Л.С. Физические основы, аппаратура и методы электронной спектроскопии: Метод, указания к лабораторным работам / Л.С. Паршин // Красноярск: СЛЛ, 1993. С. 28.

63. Kalvoda, L. Vybrana temata z fyziky povrchu. Vi'cevrstevne systemy a tenke organicke filmy / L. Kalvoda, Л. Parshin // Vydavatelstvf CVUT. Praha, 2000.-150 p.

64. Кулешов, В.Ф. Спектроскопия и дифракция электронов при исследовании поверхности твердых тел / В.Ф. Кулешов. М.: Энергия, 1985.

65. Parshin, A.S. Auger-electron Spectroscopy and magnetic properties of Fe-O epitaxial layers / A.S. Parshin, B.E. Blekher, K.P. Polyakova // International Conf. on the Physics Transition Metalls. 1992. - V. 1. P. - 550-554.

66. Акулов, H.C. Ферромагнетизм / П.С. Акулов. M: ГОНТИ, 1939. - 156 c.

67. Mines, W.A. Magnetization studies of binary and ternary alloys based on Fe3Si / W.A. Mines, A.M. Menotti, J.I. Budnick et. al. // Phys. Rev. B. 1976. - Vol. 13. -P. 4060.

68. Цанг, B.T. Полупроводниковые лазеры и фотоприемники, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Т. Цанг // Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры; Под ред. JI. Чепга, К. Плога. М.: Мир, 1989.-С. 463-504.

69. Esaki, L. Semiconductor superfine structures by computer-controlled molecular beam epitaxy / L. Esaki, L.L. Chang // Thin Solid Films. 1976. - Vol. 36.2.-P. 285-298.

70. Исхаков, P.C. Структура и магнитные свойства нанокристаллических конденсатов Fe, полученных методом импульсно-плазменного испарения / Р.С. Исхаков, С.В. Комогорцев, С.В. Столяр и др. // ФММ. 1999. - Т. 88, -В.З.-С. 56-65.

71. Техническое описание и инструкция но эксплуатации дифрактометра отраженных быстрых электронов. Новосибирск, 1986. -58.

72. Техническое описание и инструкция по эксплуатации оже-спектрометра электронного 09ИОС-3. Новосибирск, 1986.- 106.

73. Варнаков, С.Н. Автоматизация технологического оборудования для получения многослойных наноструктур в сверхвысоком вакууме / С.Н. Варнаков, А.А. Лепешев, С.Г. Овчинников, А.С. Паршин, М.М. Коршунов, П. Неворал // ПТЭ. 2004. - №6. - С. 125-129.

74. Варнаков, С.Н. Получение однослойных и многослойных пленочных структур Fe и Si в сверхвысоком вакууме / С.Н. Варнаков, Н.Н. Косырев // Тез. докл. VII Всерос. науч. конф. «Решетневские чтения». — Красноярск, 2003.-С 114-115.

75. Косырев, Н.Н. Метод эллипсомстрии в технологии получения тонких пленок Fe и Si / Н.Н. Косырев, С.Н. Варнаков // Сборник тезисов девятой всероссийской научной конфер. студентов-физиков и молодых ученых. «ВНКСФ-9». Красноярск, 2003. - С. 590-591.

76. Варнаков, С.Н. Исследование процесса роста тонких слоев кремния in situ методом эллипсомстрии / С.Н. Варнаков, Н.Н. Косырев // Труды межвузовской научной конференция «Молодежь и наука третье тысячелетие». - Красноярск, 2003. - С. 317.

77. Косырев, Н.Н. Исследование тонких пленок Fe методом эллипсомстрии / Н.Н. Косырев, С.Н. Варнаков // Сборник тезисов десятой всероссийской научной конфер. Студентов-Физиков и молодых ученых «ВНКСФ-10». -Москва, 2004.-С. 191-192

78. Патрин, Г.С. Влияние толщины ферромагнитного слоя на межслоевое взаимодействие в пленках Fe/Si/Fe / Г.С. Патрин, Н.В. Волков, С.Г. Овчинников, Е.В. Еремин, М.А. Панова, С.Н. Варнаков // Письма ЖЭТФ. -2004. Т.80. - С.560-562.

79. Волков, Н.В. Магнитосонротивление тунельного тина в структуре ЕиОо.7РЬОо.зМпОз (монокристалл)/ Fe (пленка) / Н.В. Волков, Г.С. Патрин, Г.А. Петраковский, К.А. Саблина, С.Г. Овчинников, С.Н. Варнаков // Письма в ЖТФ. 2003. - Т.29, - С. 54-60.

80. Ректор Сибирского государственного aDpoKOCAiHHecKorrtf^^cr^yiiiiBepciiTeTa . ак. Л1.<1>. Решетиemi;;им