Разработка физико-химических основ технологий темплатного синтеза композиционных и многослойных наноструктур металл-неметалл для создания нового поколения магнитоэлектронных устройств : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научные руководители А. К. Федотов и Е. А. Стрельцов

Abstract

Объектом исследования являлись монокристаллы кремния и арсенида галлия, покрытые нанопористыми слоями диоксида кремния и анодного оксида алюминия и заполненые магнитными и немагнитными металлами (Ni, Cu), а также магнитные и электрические свойства данных систем. Цель работы заключалась в разработке физико-технологических основ темплатного синтеза на полупроводниковых подложках массивов наногранулированных композиционных/многослойных структур, проявляющих эффект гигантского магнитосопротивления, с возможностью подстройки электрических и магнитных свойств для создания на их основе мезаэлектронных устройств широкого спектра применений. В результате проведенных исследований проведена адаптация методики электроосаждения для темплатного синтеза массивов наноструктурированных столбиков магнитных и немагнитных металлов (Ni, Cu), а также композиционных осадков на их основе в нанопористых структурах на основе SiO2 и анодного оксида алюминия. Методом спектроскопии ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения показано, что при электрохимическом осаждении никеля в нанопоры гетероструктуры SiO2/Si, сформированной методом трековой технологии на твердотельной гетерогранице кремний/никель, высока вероятность формирования нестехиометрических силицидов никеля, роль которых следует учитывать не только в процессах зарядового транспорта в таких гетероструктурах, но и в обеспечении эффектов гигантского магнитосопротивления. Показано, что в транспорте электронов в наноструктурах Ni/Si и Ni/GaAs большую роль играет подложка, а также их рассеяние на спиновых магнитных моментах атомов никеля, приводящее к анизотропному магнеторезистивному эффекту при высоких температурах и в сильных магнитных полях. Установлено, что отжиг пленок Ni на полупроводниковых подложках существенно изменяет ход температурных зависимостей электросопротивления R(T), приводя к понижению электросопротивления вследствие отжига дефектов в никеле, но несущественно влияет на полевые зависимости и величину магниторезистивного эффекта. Методом изучения вольт-амперных характеристик в структурах Ni/Al2O3/GaAs обнаружено, что в электрическом смысле наноструктуры, состоящие из наностолбиков никеля, погруженных в Al2O3, ведут себя как два последовательно включенных навстречу друг другу барьера Шоттки. Установлено, что температурные зависимости магнитосопротивления наногетероструктуры Ni/SiO2/Si зависят от величины рабочих токов, сдвигаясь в область больших значений при уменьшении рабочего тока с 1000 до 10 нА. При этом величина магнитосопротивления достигает 1200 % при токе 10 нА в области температур 10 – 40 К и 30 – 50 % при температурах анизотропного магниторезистивного эффекта (выше 200 К). Гигантский магниторезистивный эффект в области низких температур связан с примесным пробоем в магнитном поле на границе раздела никель-кремний.