Електрофізичні та магніторезистивні властивості плівкових сплавів на основі Fe і Ge

Abstract

Дисертаційна робота присвячена дослідженню електрофізичних, магніторезистивних, магнітооптичних властивостей та ефекту Холла в плівкових системах на основі металу (Fe) і напівпровідника (Ge) в умовах фазоутворення. У плівкових сплавах, сформованих на основі відпалених до 900−1070 К тришарових плівок Fe(5−10 нм)/Ge(2−25 нм)/Fe(15−50 нм), в залежності від співвідношення концентрацій атомів окремих компонент утворюються магнітні плівки германідів заліза Fe2Ge, FeGe і FeGe2 із середніми розмірами кристалітів 15–30 нм. Порівняння експериментальних величин питомого опору двошарових плівкових систем Ge/Fe/П із розрахунковими на основі моделі, в якій зберігається індивідуальність окремих шарів, свідчать про те, що відміну між цими величинами можна пояснити ефектом утворення екситонів Ваньє−Мотта на основі 4 % електронів провідності. Перехід плівки германіду заліза із аморфного стану в кристалічний відбувається при температурах Та→к = 560−590 К в залежності від товщини плівки. Формування термостабільних (ТКО ~ 10−4 К−1) фаз FeGe і FeGe2 по всьому об’єму зразка приводить до зростання величини МО від 0,02–0,04% у невідпалених системах до 0,30–0,44 % у відпалених до 900 К зразках. Установлено, що у системах на основі плівок Fe і Ge, спостерігається залежність кута Керра від індукції магнітного поля у вигляді прямокутної петлі гістерезису, що свідчить про реалізацію двох магнітних станів і швидкодію чутливих елементів приладів у магнітному полі. Експериментально встановлено, що величина сталої Холла для двошарових плівок на основі Fe і Ge (6–11)·10−9 м3/Кл при зростанні індукції магнітного поля від 0 мТл до 100 мТл. При збільшенні інтервалу термообробки плівкових зразків до 570 К стала Холла зменшується від 11·10−9 м3/Кл до 6·10−9 м3/Кл. Досліджені властивості тонких плівок нітриду вуглецю як захисних покриттів для плівкових чутливих елементів на основі германідів металів.

Диссертация посвящена исследованию электрофизических, магниторезистивных, магнитооптических свойств и эффекта Холла в пленочных системах на основе металла (Fe) и полупроводника (Ge) при фазообразовании. Изучение прoцесов фазообразования в двухкомпонентных пленочных материалах на основе Fe и Ge, сформированных методом послойной конденсации с последующей термообработкой в интервале температур 300–1070 К, позволили устаовить, что в пленочных сплавах, сформированных на основе отожжённых до 900–1070 К трехслойных пленок Fe (5–10 нм)/Ge (2–25 нм)/Fe (15–50 нм), в зависимости от соотношения концентраций атомов отдельных компонент образуются магнитные пленки германидов железа Fe2Ge, FeGe и FeGe2 со средними размерами кристаллитов 15–30 нм. Сравнение экспериментальных величин удельного сопротивления двухслойных плёночных систем Ge/Fe/П с расчетными на основе модели, в которой сохраняется индивидуальность отдельных слоёв, свидетельствует о том, что отличие между этими величинами можно объяснить эффектом образования экситонов Ванье–Мотта на основе 4 % электронов проводимости. Переход пленки германида железа из аморфного состояния в кристаллическое происходит при температурах Та→к = 560–590 К в зависимости от толщины образца. Формирования термостабильных (ТКС ~ 10–4 К–1) фаз FeGe и FeGe2 по всему объему образца приводит к росту величины МО от 0,02–0,04 % в неотожжённых системах до 0,30–0,44 % в отожженных до 900 К образцах. Наблюдается зависимость угла Керра от индукции магнитного поля в виде прямоугольной петли гистерезиса, что свидетельствует о реализации двух магнитных состояний и быстродействии чувствительных элементов устройств в магнитном поле. Получено, что постоянная Холла для двухслойных пленок на основе Fe и Ge имеет величину (6–11) .10-9 м3/Кл при росте индукции магнитного поля от 0 до 100 мТл. При увеличении интервала термообработки пленочных образцов до 570 К постоянная Холла уменьшается от 11·10−9 м3/Кл до 6·10−9 м3/Кл. Исследованы свойства тонких пленок углерода и нитрида углерода как защитных покрытий для пленочных чувствительных элементов. Показано, что плотность пленки CNx/Si (100) уменьшается при снижении температуры подложки и увеличении толщины образца, а максимальная концентрация атомов алмазоподобной структуры наблюдается в области подложки, а при толщине d ≥ 2 нм. Пленка однородная с постоянной плотностью, что свидетельствует о соответствии пленок CNx требованиям к покрытиям, которые могут быть использованы как защитные термостойкие слои для чувствительных элементов сенсорной электроники на основе силицидов и германидов металлов.

The thesis is devoted to systematic research of electrophysical, magnetoresistive, magneto – optical galvanomagnetic properties of film systems on the basis of metal (Fe) and semiconductor (Ge) in the conditions of phase formation. In film alloys formed based on annealed to 900–1070 K three-layer films Fe(5–10 nm)/Ge(2–25 nm)/Fe(15–50 nm), depending on the ratio of the concentrations of atoms of individual components, magnetic films are formed iron germanides Fe2Ge, FeGe and FeGe2 with average crystallite sizes of 15–30 nm. Comparison of resistivity of two-layer Ge/Fe/S (S-substrate) film systems with calculated ones based on the model, which preserves the individuality of individual layers, indicates that the difference between these values can be explained by the effect of Vanier-Mott excitons based on 4 % conduction electrons. The transition of the iron germanide film from the amorphous state to the crystalline state occurs at temperatures Tа→c = 560–590 K depending on the film thickness. The formation of thermostable (TRC ~ 10–4 K–1) phases of FeGe and FeGe2 over the entire volume of the sample leads to an increase in the value of MR from 0.02–0.04 % in non-annealed systems to 0.30–0.44 % in annealed to 900 K samples. It is established that in systems based on Fe and Ge films, the dependence of the angle Θ on the induction of the magnetic field in the form of a "stepped hysteresis loop" is observed, which indicates the realization of two magnetic states and the speed of sensitive elements of functional devices in a magnetic field. It has been experimentally established that the value of the Hall constant for two-layer films based on Fe and Ge (6–11)·10–9 m3/C with increasing magnetic field induction from 0 mT to 100 mT. When increasing the heat treatment interval of film samples to 570 K, the value of the Hall constant decreases from 11·10–9 m3/C to 6·10–9 m3/C. The properties of thin films of carbon and carbon nitride as protective coatings for film sensitive elements have been studied.