МНОГОСЛОЙНЫЕ МАГНИТНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ Fe/Si ПОЛУЧЕННЫЕ ТЕРМИЧЕСКИМ ИСПАРЕНИЕМ В СВЕРХВЫСОКОМ

МНОГОСЛОЙНЫЕ МАГНИТНЫЕ
НАНОСТРУКТУРЫ Fe/Si
ПОЛУЧЕННЫЕ ТЕРМИЧЕСКИМ
ИСПАРЕНИЕМ В СВЕРХВЫСОКОМ
ВАКУУМЕ.
Лаборатория ФМЯ ИФ СО РАН
Кафедра ТФ СибГАУ
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.
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
ЭПМ – камера эпитаксии
комплексом
элементарных полупроводников,
БК
ЭОС
ЭПС
В
И
НП
В
И
ПАП
В
И
ЭПМ
МРН
МРН
МРН
НП
ШЗ
ШЗ
НП
ВК
БЭ
ДО
БС
ИПИ
ИПИ
RS232
Компьютер 1
БС
Вход
"видео"
RS232
RS232
БУИ
Д ОБ
Э
ИМ
ШЗ
БУИ
RS232
ЗиВП
ИМ
БЛ
Э
Э
БЛ
12 разрядное
АЦП с
переменным
усилением
Компьютер 2
Приборы и техника
эксперимента, 2004 №6.,
с. 125-129. С.Н.Варнаков и др.
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 ожеспектрометр;
БЛЭ – быстродействующий
лазерный эллипсометр.
 , град.
ПАРАМЕТР ПСИ КАК ФУНКЦИЯ ВРЕМЕНИ
В ПРОЦЕССЕ РОСТА Fe/Si/Fe СТРУКТУРЫ
24
B
22
20
18
16
14 A
12
10 Fe(10nm)
8
6
4
2
0
0
20 40
Fe(10nm)
C
Si
60
D
Приборы
и техника
эксперимента, 2004
№6.,
с. 125-129.
С.Н.Варнаков и др.
80 100 120
t , мин.
Участки AB, BC, CD соответствуют росту отдельных слоев
железа, кремния и железа.
Низкоэнергетический участок
оже - спектра от структуры
Si(100 А) / Fe(5 А)
7
dN(E)/dE
6
5
4
3
2
Euro-Asian symposium
“Trends in magnetism”
Krasnoyarsk, 2004.,
p. 318. А.С. Паршин и др.
Fe
1
0
40
60
80
100
Энергия электронов Е, эВ
120
6
4
dN(E)/dE
20
Si
Низкоэнергетический участок
оже - спектра от структуры
Si(100 А) / Fe(15 А)
2
0
-2
Si
-4
-6
20
Fe
40
60
80
100
Энергия электронов Е, эВ
120
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
ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ФЕРРОМАГНИТНОГО СЛОЯ НА МЕЖСЛОЕВОЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ПЛЕНКАХ Fe/Si/Fe
Письма в
ЖЭТФ,2004,
том 80, вып. 7.
с. 560-562.
Г.С.Патрин,
Н.В. Волков и др.
Зависимости
энергии межслоевого
взаимодействия от
толщины
ферромагнитного слоя для пленок с кремниевой прослойкой tSi = 2 nm.
1 – Т = 200 К, 2 – Т = 300 К.
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ НОРМИРОВАННОЙ
НАМАГНИЧЕННОСТИ НАСЫЩЕНИЯ ПЛЕНОК [Fe(x)/Si(1.5nm)]2/Fe(x)/Si(10nm)
nm
nm
nm
nm
J. Bartolomé, Instituto de Ciencia de Materiales de Aragon, Zaragoza , Spain
ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ФЕРРОМАГНИТНОГО СЛОЯ НА
НАМАГНИЧЕННОСТЬ ПЛЕНОК СИСТЕМЫ Fe/Si
Варнаков С.Н., Комогорцев С.В., Институт физики им Л.В. Киренского СО РАН
ОЦЕНКА НАМАГНИЧЕННОСТИ НАСЫЩЕНИЯ М0 И ТОЛЩИНЫ
ХИМИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕЙСА МЕЖДУ СЛОЯМИ Fe И Si.
M 0  M b nb  M a na  M b  (M b  M a )  t2Fe
Параметр слабомагнитного интерфейса
Предел существования
Намагниченность насыщения М0(Gs)
0 < М0 ≤ 850
Толщина (nm)
0,6 ≤ 2 ≤ 1,2
ВЫВОДЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Модернизирован комплекс технологического оборудования на базе
многомодульной установки «Ангара».
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.
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.
Исследованы трехслойные магнитные пленки Fe/Si/Fe методом магнитного
резонанса. Обнаружен эффект влияния толщины ферромагнитного слоя на
величину межслоевого взаимодействия.
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.