Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание гетероструктур Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4 /Si для устройств спинтроники

ФИО: Смирнова М.Н.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Научный руководитель: д.х.н., зав. ЦКП ИОНХ РАН Кецко В.А.

Институт: Институт Общей и неорганической химии РАН

Кафедра: ЦКП физическими методами исследования веществ и материалов

Академическая группа: аспирант

Получение магнитоупорядоченных при температуре выше комнатной полупроводниковых пленок на коммерчески доступных подложках (Si, GaN) является актуальной задачей, решение которой позволит формировать методами микроэлектроники приборные структуры для спинтроники.

Использование спина наряду с зарядом для реализации спинтронных устройств дает ряд преимуществ по сравнению с современной микроэлектроникой. Для поворота электронного спина магнитным полем требуется значительно меньше энергии, происходит он быстрее перемещений электронных зарядов под действием электрического поля. Поэтому можно рассчитывать, что управление спиновыми состояниями позволит создавать в будущем сверхмалые логические элементы и компьютерные компоненты большой информационной емкости с огромным быстродействием и малым энергопотреблением.

Рис. 1: РЭМ-фото гетероструктур Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4/Si а. свеженапыленные (аморфные) пленочные образцы; б. пленочные образцы (кристаллические) после отжига при 950°С

В качестве магнитных полупроводниковых пленок для устройств спинтроники могут быть использованы открытые сравнительно недавно материалы состава Mg(Fe0,8Ga0,2)2O4 для которых характерна полупроводниковая проводимость, температура Кюри 430 К, а также величина намагниченности насыщения МS (~28 А·м2·кг–1), превышающая МS для феррита MgFe2O4 (~23 А·м2·кг–1). В то же время существенным недостатком исследуемых материалов является их высокая (900–950°С) температура кристаллизации, приводящая к нежелательным взаимодействиям материала пленки и подложки и понижению функциональных свойств. Как известно, в пленочных гетероструктурах ферромагнитный материал/полупроводник спин переносится на расстояния, определяемые длиной спиновой диффузии и сложно осуществить перенос спина из одной среды в другую из-за рассеяния на интерфейсе, обусловленной такими взаимодействиями. При этом было обнаружено, что высокотемпературный отжиг необходимый для кристаллизации пленки приводит к образованию пустот в ее объеме, которых не наблюдается в случае свеженапыленных аморфных пленок (рис. 1). Вероятно, это связано с тем, что c повышением температуры отжига увеличивается разница между коэффициентами теплового расширения компонентов гетероструктуры, что приводит к возникновению чрезмерных напряжений и как следствие появлению дефектов.

Избежать такого рода дефектов и нежелательных взаимодействий между компонентами гетероструктуры возможно понижая температуру кристаллизации материала, а также используя барьерные слои между пленкой и подложкой.

В связи с этим цель настоящего проекта – синтез и низкотемпературная кристаллизации пленок состава Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 на подложках монокристаллического кремния со стабильными межфазными границами.

В ходе экспериментов было показано, что наиболее оптимальным методом синтеза для порошка Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 является глицин-нитратный метод. Он дает возможность получать объемный материал исследуемого состава с унимодальным распределение частиц, без углесодержащих примесей, с температурой кристаллизации 700°С.

Снижение температуры кристаллизации пленки Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 позволит получать функциональные гетероструктуры Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4/Si с востребованными функциональными характеристиками, что даст возможность создавать на их основе спинтронные устройства.