Исследование тонких магнитных пленок, полученных высокодозной имплантацией ионов железа в кремний
Диссертация
ТМП Fe-Si, полученные методом МЛЭ проявляют схожие магнитные свойства. ТМП, полученные методом ИЛС, отличаются тем, что для них ферромагнетизм при комнатной температуре наблюдается, начиная со среднего атомного процента Fe около 15%, что ставит задачу выяснения его природы. Ферромагнетизм может быть объяснен существованием отдельных кластеров (преципитатов) с высоким локальным содержанием железа… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. КТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИЛИЦИДОВ ЖЕЛЕЗА
- 1. 1. Структурные особенности бинарной системы железо-кремний
- 1. 2. Мессбауэровские исследования силицидов железа
- 1. 3. Фазовый состав ионно-синтезированных пленок Fe-S
- 1. 4. Магнитные свойства тонкопленочных силицидов железа
- ГЛАВА 2. ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
- 2. 1. Многоуровневая мессбауэровская спектроскопия
- 2. 1. 1. Селекция по глубине с использованием пропорционального детектора
- 2. 1. 2. Возможность улучшения статистического качества интегральных спектров
- 2. 2. Обработка мессбауэровских спектров
- 2. 2. 1. Аппроксимация спектров и оценка ошибок параметров на основе Байесового подхода
- 2. 2. 2. Аппроксимация спектров с помощью функций Войта
- 2. 3. Автодинный метод измерения магнитной восприимчивости
- 2. 4. Объекты исследования
- 2. 1. Многоуровневая мессбауэровская спектроскопия
- ГЛАВА 3. МЕССБАУЭРОВСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИОННО СИНТЕЗИРОВАННЫХ ПЛЕНОК ЖЕЛЕЗО-КРЕМНИЙ
- 3. 1. Интегральный по толщине пленки фазовый анализ
- 3. 2. Селективный по глубине пленки фазовый анализ
- ГЛАВА 4. ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ
- 4. 1. Угловые зависимости восприимчивости
- 4. 2. Полевые зависимости восприимчивости
- ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ МИКРОМАГНЕТИЗМА К ОПИСАНИЮ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК ЖЕЛЕЗО-КРЕМНИЙ
- 5. 1. Связь измеряемой в автодинном методе величины с магнитными характеристиками пленок
- 5. 2. Численное моделирование зависимостей восприимчивости
Список литературы
- Кубашевски О. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа / О. Кубашевски — М: Металлургия — 1985 — 184с.
- D. Leong, М. Harry, К.J. Reeson, К.Р. Homewood A silicon/iron-disilicidelight-emitting diode operating at a wavelength of 1.5 Jim // Nature 1997 -V.387-P.686−688.
- R. Jansen The spin-valve transistor: a review and outlook // J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. — V.36. — P. R289-R308.
- P. Muret, I. АН, M. Brunei Semiconducting iron silicide thin films on silicon (111) with large Hall mobility and low residual electron concentration // Semicond. Sci. Technol. 1998- V.13.-P.1170−1179.
- Н.Г. Ивойлов, B.A. Чистяков, Д. М. Хрипунов, E.H. Дулов В. Ю. Петухов,
- М.И. Ибрагимова Ферромагнитные свойства кластеров Fe-Si, полученных имплантацией ионов железа в кремний // Известия РАН, серия физическая 1999 — Т.63. N7 — С.1435−1439.
- М. Cougo dos Santos, J. Geshev, D.K. Silva, J.E. Shmidt, L.G. Pereira, R. Hubler, P. Allongue Strong dependence of Fe thin-film magnetic anisotropy on the Si (lll) substrate preparation // J. of Appl. Phys. 2003. — V94, N3. -P.1490−1494.
- М.Г. Мильвидский, В. В. Чалдышев Наноразмерные кластеры вполупроводниках новый подход к формированию свойств материалов // ФТП — 1998 — Т.32, N5 — С.513−522.
- I. Levchenko, М. Korobov, М. Romanov, М. Keidar Ion current distribution an a substrate during nanostructure formation // J. Phys. D: Appl. Phys. 2004. -V.37. -P.1690-R1695.
- Гусев А.И. Нанокристаллические материалы / А. И. Гусев, А. А. Ремпель -М. :Физматлит, 2001. 224 с.
- J. Desimoni, F.H. Sanchez Overview of the Mossbauer results obtained on silicon-rich iron silicide epitaxial phases on Si // Hyp.Int. 1999 — V.122. -P.277−307.
- А.Ф. Хохлов, П. В. Павлов Ферромагнетизм кремния, обусловленный радиационными дефектами // Письма в ЖЭТФ 1976 — Т.24, вып.4 -С.238−240.
- Wai Lek Ng, М.А. Lourenco, R.M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K.P. Homewood An effective room temperature silicon-based light-emitting diode //Nature 2001 — V.410 P.192−194.
- Э.А. Штейнман, В. И. Вдовин, A.H. Изотов, Ю. Н. Пархоменко, А. Ф. Борун Фотолюминисценция и структурные дефекты слоев кремния, имплантированных ионами железа // ФТТ 2004 — Т.46, вып.1 — С.26−30.
- М. Milosavljevic, G. Shao, N. Bibic, C.N. McKinty, С. Jeynes, K.P. Homewood Amorphous iron disilicide: A promishing semiconductor // Appl. Phys. Lett. -2001. V.79, N10 — P.1438−1440.
- J.H. Je, H.K. Kim, D.Y. Noh Amorphous, silicide and crystalline Fe filmsgrown on Si (OOl) by radio-freqency magnetron sputtering // J. of Mat. Res. -1999. V.14, N4 — P.1658−1663.
- Н.Г. Ивойлов, Д. М. Хрипунов, B.A. Чистяков Измеритель частотной, полевой и температурной зависимостей магнитной восприимчивости тонкопленочных образцов // ПТЭ 1997 — V.40 N4 Р. 146−149.
- S.J. Clark, Н.М. Al-Allak, S. Brand, R.A. Abram Structure and electronic properties of FeSi2 // Phys. Rev. В 1998 — V.58. — P.10 389−10 393.
- L. Yangchun, S. Liling, C. Limin, Zh. Jianhua, W. Haiyan, N. Yun, G. Zhenshan, W. Wenkui Growth of bulk single crystals P-FeSi2 by chemical vapour deposition // Sci. in China (ser. G) 2003. — V.46 N1 — P.47−51.
- H. Reuther, G. Behr, A. Teresiak Determination of the hyperfine parameters of a-FeSi2 by angle dependent Mossbauer spectroscopy on single crystal // J. Phys: Condensed Matter (letter to editor) 2001 — V. l3. — P. L225-L229.
- E.P. Elsukov, G.N. Konygin, V.A. Barinov, E.V. Voronina Local atomic environment parameters and magnetic properties of disordered crystalline and amorphous iron-silicon alloys // J. Phys: Condensed Matter 1992 — V.4. -P.7597−7606.
- J. Desimoni, F.H. Sanchez Epitaxial gamma-iron silicide grown on single crystal Si. Asummary of Mossbauer results // Hyp.Int. 1998 — V. l 13. — P.403−410.
- M. Fanciulli, G. Weyer, H. von Kanel, N. Onda Conversion electron mossbauer spectroscopy study of iron silicide films grown by MBE // Phys. Scripta 1994 — V.59. — P. 16−20.
- В.И. Николаев, A.M. Шипилин, И. Н. Захарова Об оценке размеров наночастиц с помощью эффекта Мессбауэра // ФТТ 2001 — Т.43. вып.8 -С.1455−1457.
- Белозерский Г. Н. Мессбауэровская спектроскопия как метод исследования поверхности / Г. Н. Белозерский М. гЭнергоатомиздат, 1990. — 352 с.
- Бабикова Ю.Ф. Электронная ЯГР-спектроскопия: Учеб. пособие /
- Ю.Ф. Бабикова, П. Л. Грузин, Ю. В. Петрикин М.:МИФИ, 1985. — 80 с.
- R.I. Khaibullin, V.A. Zhikharev, Yu.N. Osin, E.P. Zheglov, I.B. Khaibullin, B.Z. Rameev, B. Aktas // Structural and magnetic properties of iron and cobalt implanted silicone polymers // Nucl. Instr. and Meth. В 2000 — V.166−167. -P.897−902.
- X.D. Ma, Y.H. Liu, L.M. Mei Study of the coupling of interlayers in compositionally modulated FeSi/Si amorphous films by conversion electron Mossbauer spectroscopy // J. Phys: Condensed Matter 1991 — V.3. — P.7139−7144.
- Овчинников B.B. Мессбауэровские метода анализа атомной и магнитной структуры сплавов / В. В. Овчинников М.:Физматлит, 2002. — 256 с.
- I. Vavra, J. Bydzovsky, P. Svec, M. Harvanka, J. Derer Structural, electrical and magnetic properties of Fe/Si and Fe/FeSi multilayers // Acta Phys. Slovaca -1998. V.43 N6 — P.743−746.
- B.D. Sawicka, J.A. Sawicki, J. Stanek, T. Tyliszczak, J. Kowalski Temperature dependent conversion electron Mossbauer measurements of 57Fe implanted in silicon and germanium // Phys. Stat. Sol.(a) 1979 — V.56. — P.451−456.
- J. Sawicki, B. Sawicka, J. Stanek, J. Kowalski Mossbauer study of heat treated 57Fe implanted silicon // Phys. Stat. Sol.(b) 1976 — V.77. — K1-K4.
- B.D. Sawicka, J.A. Sawicki Evidence of the electric quadrupole coupling of 57Fe implanted in silicon // Phys. Letters A 1977 — V.64. — P.311−312.
- M. Dobler, H. Reuther, M. Betzl, M. Mader, W. Moller Investigations of ion implanted iron silicide layers after annealing and irradiation // Nucl. Instr. and Meth. В 1996 — V. l 17. — P. l 17−122.
- M. Dobler, H. Reuther CEMS study of iron disilicide formation by ironimplantation into silicon // Nucl. Instr. and Meth. В 1999 — V. l55. — P.468−478.
- F.H. Sanchez, M.B. Fernandez van Raap, J. Desimoni Structural composition dependence of amorphous silicon-iron prepared by ion implantation and by coevaporation: A Mossbauer study // Phys. Rev. Letters В 1991 — V.44. -P.4290−4295.
- S. Kruijer, W. Keune, M. Dobler, H. Reuther Depth analysis of phase formation in Si after high-dose Fe ion implantation by depth-selective conversion electron Mossbauer spectroscopy // Appl. Phys. Lett. 1997 — V.70 No.20 — P.2696−2698.
- M. Dobler, H. Reuther, W. Moller Microdisperse iron silicide structures produced by implantation of iron ions in silicon // Hyp. Int. 1998 — V. l 12(¼) -P.185−188.
- M. Walterfang, S. Kruijer, M. Dobler, H. Reuther, W. Keune Phase analysis in a-Fe after high-dose Si ion implantation by depth-selective conversion-electron Mossbauer spectroscopy (DCEMS) // Hyp. Int. 2000 — V. 126 — P.219−222.
- Вонсовский C.B. Магнетизм / C.B. Вонсовский M.: Наука, 1971. — 1032 с.
- В.Ю. Петухов, И. Б. Хайбуллин, М. М. Зарипов, Р. А. Манапов Магнитные свойства кремния, имплантированного ионами железа // ФТТ 1984 — Т.26 — С.1392−1397.
- Петухов В.Ю. Радиационная физика твердого тела: Учебно-методическое пособие / В. Ю. Петухов, М. И. Ибрагимова, И. А. Файзрахманов, Г. Г. Гумаров Казань, 1998 — 108 с.
- Емцев В.В. Примеси и точечные дефекты в полупроводниках / В. В. Емцев, Т. В. Машовец М.:Радио и связь, 1981. — 248 с.
- Гумаров Г. Г. Ионно-лучевой синтез силицидов металлов подгруппы железа в кремнии / Г. Г. Гумаров- Казанский Физико-Технический Институт Казань, 2001 — 220 с.
- Н. Busse, J. Kandler, В. Eltester, К. Wendelt, G.R. Castro, J.J. Hinarejos, P. Segovia, J. Chrost, E.G. Michel, R. Miranda Metastable iron silicide phase stabilized by surface segregation on Fe3Si (100) // Surface Science 1997 -V.381. — P.133−141.
- H.J. Kim, D.Y. Noh, J.H. Je, Y. Hwu Evolution of the surface morphology during Fe/Si (l 11) and Fe/Si (001) heteroepitaxy // Phys. Rev. B. 1999. — V.59, N7 — P.4650−4653.
- D. Sander, A. Enders, J. Kirschner Stress evolution during the growth of ultrathin layers of iron and iron silicide on Si (l 11) // Appl. Phys. Lett. 1995. -V.67,N13 -P.1833−1835.
- Y. Takagi, A. Nishimura, A. Nagashima, J. Yoshino Formation of iron silicide nanodots on Si (l 1 II Surface Science 2002 — V.514. — P.167−171.
- Н.Г. Ивойлов, E.H. Дулов, Д. М. Хрипунов, B.A. Чистяков Многоуровневая мессбауэровская спектроскопия // Известия РАН, серия физическая 2001 — Т.65. N7 — С. 1068−1072.ещ
- D. Liljequist, М. Ismail Depth-selective Fe conversion-electron Mossbauer spectroscopy. I. Theory-improved accuracy, angular effects // Phys. Rev. В -1985 V.31. -P.4131−4136.
- D. Liljequist, M. Ismail Depth-selective 57Fe conversion-electron Mossbauer spectroscopy. II. Experimental test-angular effects, accuracy // Phys. Rev. В -1985-V.31.-P.4137−4142.
- D. Liljequist Escape probability of low-energy electrons emitted in a heterogeneous solid source, and depth distribution analysis in conversion electron Mossbauer spectroscopy // Nucl. Instr. and Meth. В 2001 — V.174. -P.351−360.
- D. Liljequist Escape probability of low energy electrons and positrons emittedin random direction beneath a plane solid surface // Nucl. Instr. and Meth. В -1998-V.142. -P.295−307.
- J.M. Fernandez-Varea, D. Liljequist, S. Csillag, R. Raty, F. Salvat Monte Carlo simulation of 0.1−100 keV electron and positron transport in solids using optical data and partial wave method // Nucl. Instr. and Meth. В 1996 — V.108. -P.35−50.
- L.V. Spencer, J. Coyne Theory of the deep penetration of electrons and charged particles // Phys. Rev. 1962 — V.128, N5 — P.2230−2238.
- F. Salvat, J. Parellada Theory of conversion electron Mossbauer spectroscopy (CEMS) //Nucl. Instr. and Meth. В 1984 — V.l. — P.70−84.
- J.A. Sawicki, B.D. Sawicka Experimental techniques for conversion electron Mossbauer spectroscopy // Hyp. Int. 1983 — V. l3. — P. l99−219.
- E.V. Voronina, N. V. Ershov, A.L. Ageev, Yu.A. Baranov Regular algorithm for the solution of the inverse problem in Mossbauer spectroscopy // Phys. Stat. Sol.(b) 1990 — V.160. — P.625−634.
- Русаков B.C. Мессбауэровкская спектроскопия локально неоднородных систем / B.C. Русаков Алматы, 2000. — 431 с.
- Вертеш А. Мессбауэровская спектроскопия замороженных растворов / Ред. А. Вертеша, Д. Надя М.:Мир, 1998.-398 с.
- Пытьев Ю.П. Математические методы интерпретации эксперимента: Учеб. пособие для вузов / Ю. П. Пытьев М.: Высшая школа, 1989. — 351 с.
- Н.Г. Ивойлов, Е. С. Романов, Е. Р. Акст, P.M. Баязитов Конверсионная мессбауэровская спектроскопия тонких магнитных пленок // Парамагнитный резонанс: Сб. ст. Казань, 1992. — С.89−151.
- Lixin Dou, R.J.W Hodgson, D.G. Rancourt Bayesian inference theory applied tohyperfine parameter distribution extraction in Mossbauer spectroscopy // Nucl. Instr. and Meth. В 1995 — V. 100. — P.511−518.
- J. Odeurs, G.R. Hoy, Caroline L’Abbe Enhanced resolution in Mossbauer spectroscopy // J. Phys: Condensed Matter 2000 — V.12. — P.637−642.
- Rudolf L. Mossbauer The discovery of the Mossbauer effect // Hyp.Int. 2000 -V.126-P.1−12.
- R. Giovanelli, A. Orefice Physical discussion of the Mossbauer effect // Physica В 2000 — V.293. — P. 155−163
- A.B. Степанов Полуклассический подход к описанию ядерного гамма-резонанса в кристаллах // УФН 2000 — Т. 170 N1 — С.83−91.
- Фраунфельдер Г. Эффект Мессбауэра / Г. Фраунфельдер М.:Атомиздат, 1964.- 140 с.
- Уайт P.M. Квантовая теория магнетизма / P.M. Уайт М.:Мир, 1972. -306 с.
- Худсон Д. Статистика для физиков / Д. Худсон М.:Мир, 1967. — 243 с.
- Дулов Е.Н., Хрипунов Д. М. Метод максимального правдоподобия в задаче аппроксимации мессбауэровских спектров // Тезисы IX международной конференции «Мессбауэровская спектроскопия и ее применения» Екатеринбург 2004. — С.197.
- Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы / С. М. Ермаков -М.:Наука, 1971 -328 с.
- V.A. Muravsky, S.A. Tolstov, A.L. Kholmetskii Comparison of the least squares and the maximum likelihood estimators for gamma-spectrometry // Nucl. Instr. and Meth. В 1998 — V.145. — P.573−577.
- Paulo A. de Souza Jr. Advanced in Mossbauer data analysis // Hyp. Int. 1998. -V. 113. -P.383−390.
- K. Lagarec, D.G. Rancourt Extended Voigt-based analytic lineshape method for determining N-dimensional correlated hyperfine parameter distribution in Mossbauer spectroscopy // Nucl. Instr. and Meth. В 1997 — V.129. — P.266
- D. Guenzburger, D.E. Ellis, Z. Zeng First-principles calculations of mossbauer hyperfine parameters for solids and large molecules // Hyp. Int. 1998 — V. l 13. — P.25−36.
- F. Neese Prediction and interpretation of the 57Fe isomer shift in Mossbauer spectra by density functional theory // Inorganica Chimica Acta 2002 — V.337. -P. 181−192.
- D.C. Price Empirical lineshape for computer fitting of spectral data // Aust. J. Phys.- 1981 V.34. -P.51−56.
- T. Ida, M. Ando, H. Toraya Extended pseudo-Voigt function for approximating the Voigt profile // J. of Appl. Cryst. 2000 — V.33. — P.1311−1316.
- Вержбицкий B.M. Основы численных методов: Учебник для вузов / В. М. Вержбицкий М.: Высш. шк., 2002 — 840с.
- Бахвалов Н.С. Численные методы / Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков М.: Физматлит: Лаборатория Базовых Знаний, 2002 — 632 с.
- G.A. Muller, R. Gupta, К.-Р. Lieb, P. Schaaf Determination of spin distribution in ion-beam magnetic textured iron films by magnetic orientation Mossbauer spectroscopy // Appl. Phys. Lett. 2003. — V.82, N1 — P.73−75.
- P. Schaaf, A. Muller, E. Carpene, M. Kahle Thin films made fast and modified fast // Hyp. Int. 2002 — V.144/145. — P. l 29−139.
- J. Qin, T. Gu, X. Bian A study on the medium range order in molten Fe3Si and FeSi alloys // J. Phys.: Cond. Matt. 2004. — V. l6 — P.4753−4760.
- B.-D. Choi, D.K. Schroder, S. Koveshnikov, S. Mahajan Latent iron in silicon // Jpn J. Appl. Phys. 2001. — V.40 — P. L915-L.917.
- В.Г. Казаков Тонкие магнитные пленки // Соросовский Образовательный Журнал 1997 -N1 — С.107−114.
- Е.И. Кондорский Микромагнетизм и перемагничивание квазиоднодоменных частиц // Известия АН СССР 1978 — Т.42, N8 -С.1638−1645.
- Ю.П. Калмыков, C.B. Титов К расчету продольной восприимчивости суперпарамагнитных частиц // ФТТ 2003 — Т.45 вып.11 — С.2037−2042.
- J. Fidler, Т. Schrefl Micromagnetic modeling the current state of art // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2000. — V.33. — P. R135-R136.
- П.В. Харитонский Магнитостатическое взаимодействие суперпарамагнитных частиц, рассеянных в тонком слое // ФТТ 1997 -Т.39. N1 — С. 185−186.
- В.И. Береснев, Б. Н. Филиппов, Л. Г. Корзунин Влияние магнитной анизотропии на подвижность доменных границ в тонких магнитных пленках // Письма в ЖТФ 1998 — Т.24, N2 — С.42−46.
- Л.И. Антонов, A.C. Жукарев, П. А. Поляков, Д. Г. Скачков Поле вектора намагниченности одноосной ферромагнитной пленки // ЖТФ 2004 — Т. 74 вып. З — С.83−84.
- K.M. Хёрд Многообразие видов магнитного упорядочения в твердых телах // УФН 1984 — Т. 142 вып.2 — С. ЗЗ 1−355.
- Дулов E.H., Ивойлов Н. Г., Хрипунов Д. М., Чистяков В. А. Многоуровневая мессбауэровская спектроскопия // Тезисы международной конференции «Эффект Мессбауэра: магнетизм, материаловедение, гамма оптика» Казань 2000. — С.95.
- Дулов E.H., Ивойлов Н. Г., Хрипунов Д. М. Исследования тонких магнитных пленок, полученных высокодозной имплантацией ионов железа в кремний // Тезисы международной конференции «Мессбауэровская спектроскопия и ее применения» Санкт-Петербург -2002.-С.21.
- Дулов E.H. Хрипунов Д. М. Исследования тонких магнитных пленок, полученных имплантацией ионов железа в кремний // Тезисы IV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов РТ 2001. -Казань 2001, С. 29.
- Дулов E.H., Хрипунов Д. М. О возможности повышения качествамессбауэровских спектров // Тезисы IX международной конференции «Мессбауэровская спектроскопия и ее применения» Екатеринбург 2004. — С.196.