Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка метода неразрушающей in situ эллипсометрической диагностики наноматериалов в широком диапазоне температур

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
сверхвысокий вакуум, спектральная магнитоэллипсометрия, наноструктуры, молекулярно-лучевая эпитаксия, спинтроника, полупроводниковая спинтроника, гибридные структуры

Цель проекта:
В данном проекте предполагается разработать метод неразрушающего in situ контроля процессов синтеза многослойных магнитных наноструктур с немагнитными полупроводниковыми и металлическими прослойками и дальнейшего исследования их структурных, магнитных и оптических свойств в широком диапазоне температур (83 – 1300 K). Магнитооптические методы исследования в широком диапазоне температур (от гелиевых до сотен и тысяч К) широко применяются для исследований магнитных и оптических свойств тонких магнитных пленок и наноструктур. Однако до сих пор процесс получения структуры и ее исследования в широком диапазоне температур были разделены во времени и пространстве, что не позволяло получать информацию о физико-химических свойств в зависимости от температуры непосредственно в процессе синтеза и в реальном масштабе времени. Ключевым моментом, обеспечивающим решение задач данного проекта, является максимально полная in situ диагностика процессов синтеза, которая позволит контролировать характеристики выращиваемых наноструктур и в реальном времени управлять процессами роста. С этой целью будет модернизирована специализированная экспериментальная сверхвысоковакуумная камера (модернизация вакуумной камеры, разработка системы загрузки и юстировки образца (манипулятор-держатель обеспечивающий шлюзовую загрузку исследуемых структур и позволяющий проводить эллипсометрическую диагностику в широком диапазоне температур)) для напыления магнитных и немагнитных слоев толщинами 0.5-10 нм со встроенными электромагнитом и спектральным магнитоэллипсометром. Созданный комплекс позволит проводить измерения оптических и магнитных свойств путем эллипсометрических измерений и измерений поверхностного эффекта Керра в широком диапазоне температур. Таким образом, в проекте предполагается решить следующие задачи: 1. Разработка и создание манипулятора-держателя обеспечивающего шлюзовую загрузку исследуемых структур и позволяющего проводить эллипсометрическую диагностику в широком диапазоне температур. 2. Проведение испытаний манипулятора-держателя с целью обеспечения шлюзовой загрузки исследуемых структур и проведения эллипсометрической диагностики в широком диапазоне температур. 3. Разработка метода неразрушающей in situ эллипсометрической диагностики в широком диапазоне температур (83 – 1300 K). 4. Проведение исследований наноструктуры ферромагнетик/диэлектрик/полупроводник с помощью разработанного метода неразрушающей in situ эллипсометрической диагностики в широком диапазоне температур.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения НИР будет разработан метод неразрушающей in situ эллипсометрической диагностики в широком диапазоне температур (83 – 1300 K) и проведены исследования наноструктур ферромагнетик/диэлектрик/полупроводник как перспективного материала для функциональных устройств спинтроники нового поколения.
Основные характеристики планируемых результатов научно-технической продукции:
Макет манипулятора-держателя, обеспечивающий шлюзовую загрузку исследуемых структур и позволяющий проводить эллипсометрическую диагностику в широком диапазоне температур, должен включать:
- шлюзовую камеру, обеспечивающую шлюзовую загрузку исследуемых структур;
- систему вакуумного затвора, обеспечивающую возможность загрузки без нарушения вакуума в технологической камере;
- транспортную вакуумную систему, обеспечивающую установку и юстировку образца при эллипсометрической диагностике;
- систему подачи жидкого азота, обеспечивающую температурный диапазон измерений 83 – 300 К;
- систему нагрева образца, обеспечивающую температурный диапазон измерений 300 – 1300 К.



Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Экспериментальные образцы наноструктур ферромагнетик/диэлектрик/полупроводник, предназначенные для создания планарных устройств с топологией контактов, представляющих собой два диода ферромагнетик/диэлектрик/полупроводник (МДП), включенных навстречу друг другу, должны удовлетворять следующим характеристикам:
- толщина магнитных слоев, в пределах 10 – 30 нм;
- толщина туннельного диэлектрического слоя, в пределах 0,5 – 2,5 нм;
- намагниченность насыщения, не менее 800 Гс.

Метод неразрушающей in situ эллипсометрической диагностики в широком диапазоне температур (83 – 1300 K) должен удовлетворять следующим характеристикам:
- спектральный диапазон измерений, 350 – 1000 нм;
- температурный диапазон измерений, 83 – 1300 К;
- характерное время измерения эллипсометрического спектра, не более 20 секунд;
- предельная пороговая чувствительность
поляризационно-оптических измерений, не более 0,5 угл. мин.

Разработка метода магнитоэллипсометрического мониторинга должна обеспечить измерения оптических свойств путем эллипсометрических измерений в широком диапазоне температур (83 – 1300 K), непосредственно как в процессе синтеза, так и при температурных воздействиях на уже выращенные наноструктуры. Разработка и создание такого метода является уникальной задачей, так как подобных комбинированных приборов, работающих в широком диапазоне температур (83 – 1300 K) для нанодиагностики в мире на сегодняшний день неизвестны. Всесторонняя оценка возможностей разработанного метода непрерывного мониторинга эллипсометрических параметров работающих в широком диапазоне температур будет продемонстрирована в процессе исследований наноструктур ферромагнетик/диэлектрик/полупроводник как перспективного материала для функциональных устройств спинтроники нового поколения.

Детальный анализ мировой научной и научно-технической литературы не выявил наличие информации о прототипах установок, сочетающих в себе in situ магнитооптическую эллипсометрию с диапазоном рабочих температур образца 83-1300 К. Но при этом позволил установить наиболее распространенные в мире технологии нагрева и охлаждения полупроводниковых подложек в условиях специальной среды или вакуума.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанный метод неразрушающей in situ эллипсометрической диагностики в широком диапазоне температур (83 – 1300 K) может быть использован как в научных исследованиях новых материалов спинтроники, так и может быть интересен потенциальным потребителями научного результата, предприятиям, выпускающим микроэлектронные и микропроцессорные компоненты. Метод спектрального эллипсометрического контроля может быть использован для мониторинга процесса нанесения защитных и функциональных покрытий. Также одним из способов использования результата может быть промышленное изготовление и коммерческая реализация разработанных структур, либо включение созданного в рамках ОКР комплекса в технологическую базу организаций и предприятий военно-промышленного комплекса.
В научных организациях как: МГУ, ИФМ УРОРАН, ДВО РАН разработанный метод может активно использоваться для создания и проведения исследований новых материалов. Как дополнительный метод контроля технологического процесса, разработанный метод может использоваться такими организациями как: ОАО "НПП "Радиосвязь", ФГУП «НПО Восток», ЗАО "Полупроводниковые приборы", НИИ "Полюс", а также в ОАО «ИСС» и ОАО «Красмаш».
Для внедрения в производственную технологическую цепочку на предприятиях необходимо провести предварительные испытания применимости разработанного метода и определить необходимые доработки с учетом индивидуальных характеристик производственного оборудования. Для проведения научных исследований разработанный метод может использоваться как на уже имеющемся у потребителя оборудовании, так возможна поставка недостающего оборудования для проведения необходимых исследований.

Текущие результаты проекта:
На данный момент реализации проекта получены следующие результаты:
1. Изготовлен макет манипулятора-держателя, обеспечивающего шлюзовую загрузку исследуемых структур и позволяющего проводить эллипсометрическую диагностику в широком диапазоне температур.
2. Разработана методика неразрушающей in situ эллипсометрической диагностики в широком диапазоне температур (83 – 1300 K).
3. Изготовлены и исследованы экспериментальные образцы ферромагнетик/диэлектрик/полупроводник с помощью разработанной методики неразрушающей in situ эллипсометрической диагностики в широком диапазоне температур (83 – 1300 K).
4. Проведены оценки полноты решения задачи и достижения поставленных целей, а также оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно–техническим уровнем.
5. Разработан проект технического задания на проведение ОТР по теме: Разработка технологии создания магнитных гибридных наноструктур ферромагнитный металл/полупроводник для использования в перспективных устройствах спиновой электроники