Исследование процесса роста твердого раствора GeSi на поверхности Si(001)

Секция «Перспективные материалы и технологии»

УДК 623.273

Н. М. Ерзунова Научные руководители - В. С. Жигалов, В. Г. Мягков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА МАГНИТНОЙ ПЛЕНКИ Fe5Siз

Исследовались магнитные и структурные свойства сплавов в системе элементов Fe-Si, а также магнитные пленки, полученные методом термического испарения на вакуумной установке. Было установлено, что сплав с концентрацией 36 ат. % Si соответствует молекулярной формуле Fe5Si3, является ферромагнитным, а тонкая пленка, изготовленная из него, формируется в фазе Fe5Si3 и является ферромагнитной со страйповой доменной структурой.

В настоящее время большой интерес вызывают материалы, сочетающие в себе полупроводниковые и магнитные свойства, в которых могут быть реализованы идеи спиновой электроники (спинтроники). Широко известными и распространенными спинтронны-ми устройствами являются накопители памяти и другие изделия, активно используемые в современной технике

Исследования пленок системы Fe-Si, с точки зрения практики, продолжают вызывать интерес, так как Fe является магнитным элементом, а Si - полупроводником, а пленки сплавов и соединений в этой системе являются магнитными полупроводниками, которые в настоящее время еще недостаточно изучены [1].

Целью данной работы является, получение сплава FeSi в пленочном состоянии, обладающие ферромагнитными и полупроводниковыми свойствами.

Пленки получались в две стадии: 1. Изготовление сплава системы Fe-Si с содержанием 36 ат. % Si методом сплавления в молибденовом тигле с алундовой вставкой, разогреваемым электронной бомбардировкой. 2. Изготовление пленки на подложках (монокристаллический MgO (200) и стекло) из синтезированного сплава методом вакуумного испарения.

Были исследованы физические свойства полученных пленочных образцов с помощью рентгеновской спектроскопии и измерения магнитных свойств.

Из рентгеновского спектра видно (см. рисунок), что пленка толщиной 120 нм, полученная из сплава с содержанием Si 36 ат. % и фазой Fe5Si3 формируется

также в виде того же соединения, является ферромагнитной, имеет страйповую магнитную структуру с коэрцитивной силой порядка 30 Э и полем насыщения ~230 Э.

Int

200 -,

FeaSia 1,165

26

Рентгеновский спектр пленки Fe5Si3

Удельное электросопротивление пленки 6-10-Ом-см, что примерно в 30 раз превышает удельное электросопротивление чистого железа.

Авторы благодарят Г.Н. Бондаренко за рентгеновские исследования.

Библиографическая ссылка

1. Курганский С. И. и др. Электронная структура Ев81: физика твердого тела тои 44. Вып. 4. Воронежский гос. ун-т, 2002. 52 с.

© Ерзунова Н. М., 2013

0

80

УДК 623.273

М. Ю. Есин1, В. А. Тимофеев2 Научный руководитель - А. И. Никифоров2 1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск 2Институт физики полупроводников имени академика А. В. Ржанова СО РАН, Новосибирск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РОСТА ТВЕРДОГО РАСТВОРА GeSi НА ПОВЕРХНОСТИ Si

Исследован процесс роста твердого раствора GeSi на поверхности Si(001). Показано, что во время роста эпитаксиальной пленки данного состава, поверхности меняется следующим образом: смачивающий слой, hut островки, dome островки и dome островки с дислокациями несоответствия в границе раздела.

Образец получен методом молекулярно-лучевая эпитаксия в сверхвысоком вакууме при давлении 10-7 Па. Контролирование структуры и морфологии пле-

нок осуществлялась с помощью дифракция отражения быстрых электронов (ДОБЭ), толщина слоев измерялась кварцевым датчиком толщины. Источниками

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

напыления служили электронно-лучевые испарители (ЭЛИ).

Исследования проводились на подложке Si(001). Изначально на поверхности кремния находился химический окисел SiO2, предназначенный для защиты поверхности от атмосферного загрязнения. Перед осаждением слоев кремневая подложка обезгажива-лась при температуре 800 °С для того чтобы десорби-ровали слои SiO2.

На рис. 1 представлена схема поперечного сечения полученного образца. Образец состоит из следующих слоев: 1 - подложка Si(001), 2 - буферный слой кремния, 3 - слой Ge0,7Si0,3. Перед ростом слоев проводилась очистка поверхности подложки Si(001), где подложку нагревали до температуры 800 °С. Затем выращивался буферный слой кремния при скорость осаждения 2 А/с и температуре подложки 700 °С. После роста буферного слоя поверхность становится чистой и атомарно гладкой. Следующим слоем является Ge0,7Si0,3. Слой под номером 3 выращивался при температуре подложки 400 °С и скорости потока Si 0,32 А/c и скорости потока Ge 0,86 А/c. Толщина слоя Ge07Si03 равна 150 нм.

В наших исследованиях осаждались слои твердого раствора Ge07Si03. По картинам ДБЭ, по мере осаждения твердого раствора, мы заметили появление смачивающегося слоя, hut островков и dome островков. Продолжая рост слоя твердого раствора до эффективной толщины 150 нм было замечено по изображению ДБЭ, что после фазы с dome островков образовывалась поверхность, имеющая реконструкцию 2x1 (рис. 2).

Поток Gec,7Sio,3

Слой GeojSio.a

Буферный слой Si

Si(001) подложка

Рис. 1. Схематическая иллюстрация полученных образцов

Рис. 2. Картина ДБЭ поверхности слоя Ое0,7В10,3 с толщиной 150 нм

На рис. 3 представлены АСМ изображения поверхности твердого раствора ве0,7810,3 с толщиной слоя 150 нм в разных областях сканирования. По АСМ изображениям видно, что поверхность имеет высокую шероховатость.

а б в

Рис. 3. Изображения АСМ поверхности твердого раствора Ое0,7В103 при толщине слоя 150 нм: а - область сканирования 30x30 мкм; б - область сканирования 10x10 мкм; в - область сканирования 3x3 мкм

© Есин М. Ю., Тимофеев В. А., 2013