МНОГОСЛОЙНЫЕ МАГНИТНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ Fe/Si

ПОЛУЧЕННЫЕ ТЕРМИЧЕСКИМ ИСПАРЕНИЕМ В СВЕРХВЫСОКОМ

ВАКУУМЕ.

к.т.н. Варнаков С.Н.

Работа проводилась при активном участии: С.Г. Овчинникова, А.С. Паршина, С.В. Комогорцева, Г.С. Патрина, Н.В. Волкова, Е.В. Еремина, А.А. Лепешева, D. Rafaja, L. Kalvoda, А.Д. Балаева, Г.В. Бондаренко М.М. Коршунова, J. Bartolomé, J. Sesé, P. Nevoral.

Лаборатория ФМЯ ИФ СО РАНКафедра ТФ СибГАУ

Цель работы:

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 условий на структурные, химические и магнитные свойства получаемых пленочных систем.

Программно-аппаратное управление сверхвысоковакуумным технологическим

комплексом

БУИ

ИМИМ

БУИБС

ИПИИПИ

БС

БЛЭ БЛЭВК ДОБЭШ

З

ШЗ

МРН МРН МРНИВ ИВ ИВ

БК

Компьютер 1

RS

23

2

RS

23

2

Компьютер 2

RS

23

2

RS

23

2 12 разрядноеАЦП с

переменнымусилением

Вхо

д"в

идео

"

ШЗ

ЭПМ ПАП ЭПС

ЗиВП

НПНП

НП

ДОБЭ

ЭОС

ЭПМ – камера эпитаксии элементарных полупроводников, металлов и диэлектриков; ЭПС – камера эпитаксии полупроводниковых соединений; ПАП – камера анализа и подготовки подложек; ЗиВП – камера загрузки и выгрузки подложек; ШЗ – шиберный затвор; М - манипулятор; ИМ – испарительный модуль; НП – нагреватель подложки; ИВ – ионизационный вакуумметр; МРН – магниторязрядный насос; БК – блок контроля вакуумной системы; ДОБЭ – дифрактометр отраженных быстрых электронов; ВК – видеокамера; ЭОС – электронный оже-спектрометр; БЛЭ – быстродействующий лазерный эллипсометр.

Приборы и техника эксперимента, 2004 №6.,

с. 125-129. С.Н.Варнаков и др.

0 20 40 60 80 100 12002468

1012141618202224

t , мин.

, г

ра

д.

A

B

C

D

ПАРАМЕТР ПСИ КАК ФУНКЦИЯ ВРЕМЕНИ В ПРОЦЕССЕ РОСТА Fe/Si/Fe СТРУКТУРЫ

Участки AB, BC, CD соответствуют росту отдельных слоев железа, кремния и железа.

Si

Fe(10nm)

Fe(10nm)

Приборы и техника

эксперимента, 2004 №6.,

с. 125-129. С.Н.Варнаков и др.

Euro-Asian symposium “Trends in magnetism”

Krasnoyarsk, 2004., p. 318. А.С. Паршин и др.

20 40 60 80 100 120

0

1

2

3

4

5

6

7dN

(E)/

dE

Энергия электронов Е, эВ

Fe

Si

20 40 60 80 100 120

-6

-4

-2

0

2

4

6

dN(E

)/dE

Энергия электронов Е, эВ

Fe

Si

Низкоэнергетический участок оже - спектра от структуры Si(100 А) / Fe(5 А)

Низкоэнергетический участок оже - спектра от структуры

Si(100 А) / Fe(15 А)

МАЛОУГЛОВАЯ ДИФРАКЦИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ СТРУКТУРЫ Fe-Si

Письма в ЖТФ,2005, том 31, вып. 22. с. 1-8. С.Н.Варнаков,

А.С. Паршин и др.

D. Rafaja, Institute of Physical Metallurgy, TU Bergakademie Freiberg, Germany

Зависимости энергии межслоевого взаимодействия от толщины ферромагнитного слоя для пленок с кремниевой прослойкой tSi = 2 nm.

1 – Т = 200 К, 2 – Т = 300 К.

Письма в ЖЭТФ,2004,

том 80, вып. 7. с. 560-562.

Г.С.Патрин,Н.В. Волков и др.

ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ФЕРРОМАГНИТНОГО СЛОЯ НА МЕЖСЛОЕВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ПЛЕНКАХ Fe/Si/Fe

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ НОРМИРОВАННОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ НАСЫЩЕНИЯ ПЛЕНОК

[Fe(x)/Si(1.5nm)]2/Fe(x)/Si(10nm)

J. Bartolomé, Instituto de Ciencia de Materiales de Aragon, Zaragoza , Spain

nm

nm

nm

nm

ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ФЕРРОМАГНИТНОГО СЛОЯ НА НАМАГНИЧЕННОСТЬ ПЛЕНОК СИСТЕМЫ Fe/Si

Варнаков С.Н., Комогорцев С.В., Институт физики им Л.В. Киренского СО РАН

20 ( )

Feb b a a b b a tM M n M n M M M

ОЦЕНКА НАМАГНИЧЕННОСТИ НАСЫЩЕНИЯ М0 И ТОЛЩИНЫ

ХИМИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕЙСА МЕЖДУ СЛОЯМИ Fe И Si.

Параметр слабомагнитного интерфейса Предел существования

Намагниченность насыщения М0(Gs) 0 < М0 ≤ 850

Толщина (nm) 0,6 ≤ 2 ≤ 1,2

ВЫВОДЫ

1. Модернизирован комплекс технологического оборудования на базе многомодульной установки «Ангара».

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

3. С помощью методов электронной спектроскопии, лазерной эллипсометрии in situ контролировались элементный и химический состав, толщины получаемых слоев. Структурные характеристики были определены ex situ методом малоуглового рентгеновского рассеяния.

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

5. Определены основные магнитные параметры для пленочных структур, получаемых с помощью модернизированной установки «Ангара». Определены пределы существования намагниченности насыщения М0 и толщины химического интерфейса между слоями Fe и Si.