Электрофизические процессы в пленках магнитного полупроводника Eu1-xSm x O Кабанов, Владимир Федорович

Введение к работе

Актуальность тема,

Е связи с интенсивны,! развитием фунюиональноЗ мккрсолек-рокшст актуальной является проблема поиска, исследования войств и^- использования новых материалов, облаяагаих ценчь&и ачествами.. Значительное место среди таких материалов занимает кислы редкоземельных элементов СОРЗЭл. часть из которых явля-тся магнитными полупроводниками С МТС. т.е. имеет одновременно олупроводниковуи проводимость и магнитное упорядочение.

Практический интерес к: МП" обусловлен везможностьп управлена их электрическими и^- оптическими свойствами путем изменения емпературы. или магнитного поля, э магнитный характеристиками при помешя освещения или внешнего электрического поля.

Е rpynrs магнитныгс полутроЕодников ссссое. место занимает
оноокс'лд езропия EuQV которьй является магнитсмяпгам, слабо
низотропньм ферромагнетиком. Интерес к нему обусловлен такими
соеєнностямн. данного материала, как: ферромагнитный механизм
имена, эффекты значительного С до 10^s! отрицательного магнето-
опротивлеяи»'» температурньЯ' переход, металл -изолятор -Спри кон-
энтрашш нссйтёлеЛ заряда ~ І0¹⁹" см.^-3}; гигантский' сдвиг -,
рая; поглощения 4Г - Е*' Сдо G.25 зВЗ.. наблюдавшиеся вблизи
згнитното. фазового перехода, простая кристаллическая структу-
э.. ее- хюрошее к^ист'аллографяческое- согласозание- с. кремнием fe_
-Д*. " .- -.''.. Ч .. ' , ^v''~" .-; /

Однако низка* тешература магнитного фазового перехода
Г_с. - 6Э. HJv вблизи '-которого., наблвдаптся указаннье
(івктрофизическаіе свойства и эффекты, ограничивает широкое
ззпльзование'-даннега' материала в твердотельной, михроэиектренн-
э.. Опубликованные данные¹ свидетельствует;, что твердиэ растворы-'
зноокиси европия и самария имеют температуру Кври. значения
эторойЕ вследствие уменьшения, постоянной решетки я увеличения
именного взаимодействия вше- температуры кипения жидкого азота
і десятки градусов. Это позволило в- последнее время говорить о
їсширеншп облает» иг. технических применений. . _;--. .

Анализ известных . ліггературньвс , даннньпе показывает, что тектричэекиеС магнитоэлектрические, фотоэлектрически а другие"..

4.

свойства монооксида евро-ия и твердых растворов на его основе. находящихся в тонкопленочном состоянии, исследованы недостаточно: практически не изучены механизмы токопереноса и процессы. протекашие при различных внешних воздействиях; отсутствуют либо противоречивы сведения о ряде электрофизических параметров пленок магнитного полупроводника из рассматриваемого класса материалов.

Цель работы:

- исследование электрофизических свойств пленок ОРЗЭ С в
' частности, Eu₁__xSm_x03 на кремниевой подложке при различных

внешних воздействиях: электрическое и магнитное поля, освещение, температура;

выявление особенностей проводимости и фотопроводимости вблизи температуры магнитного фазового перехода;

определение основных электрофизичеасих параметров исследуемых пленок.

Для достикения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать., процессы токопереноса. в пленках ОРЗЭ, нанесенных на кремниевую юдловсу; выяснить доминирующий механизм, электропроводности. .Пий-, различных внешних условиях; температура., напряженность электрического полл.

2. Определить основные электрофизические . параметры
исследуемых пленок по результатам анализа вольтамперных
характеристик, спектральной и люксамперной характеристик.
температурной зависимости проводимости и фотопроводимости и
т.п.

3. Изучить особенности фотоэлектрических свойсте магнитных
пленок ОРЗЭ вблизи температуры фазового перехода.

4. Исследовать электрические свойства пленок теэрдогс раствора Eu₁__KSm_j40:B постоянном магнитном пола.

Научная новизна.

Проведено целенаправленное исследование электрофизических свойств магнитных 'пленок оксидов редкоземельных.элементов ЕиО, .Ей, Sm 0, созданных- на 'шнокристаллическсй кремниевой

ПОДЛОККе. -I ": ' '

Обнаружен.'микдьщы. из температурной зависимости фотопроводимости,' который, адк-показано в работе, имеет жсто при темпе-

ратуре. равной температуре Кври. .

Теоретический анализ тетячерзтурнсй зависимости подвижности ji в блннне'й парамагнитной области температур на основании предположения о дсмяниру едем механизме рассеяние на флуктузци-ях намагниченности Смагнитных кластераxJ позволил получить зависимость дСТ). которая согласуется с экспериментальными результатами.

Получено возрастание поперечного тока через пленку исследуемого материала I с ростом напряженности магнитного полл в блихней 'ферромагнитной области температур, линейность

полученной характеристики І (Ю. а также степенная зависимость

і/? " I от температуры С-Т 3. позволили сделать вывод о том. что

измеряемый электрический сигнал определяется камагниченностьв

образца.

Обнаружены эффекты уменьшения намагниченности образца и0

с ростом освещенности. в блиЕней ферромагнитной СбЛаСТП

температур при поглощении света, зызызатаем переходы носителей

с 4f-уровней атомов европия з зону проводимости, которые

объясняется уменьшением концентрации магнитных ионов европия

Ей²⁴. Наряду с этим, з пленках твердого раствора.. Ей 2л О

.обнаружено увеличение намагниченности при малых освещенностях.

которое обусловлено увеличением -концентрации магнитных ионов

самария и ' изменением в - соотношении концентраций и

'соответственно вклада з намагниченность образна ионов Eu²* а

~„з+

г>а . . .

В результате обработки экспериментальных результатов получен ряд вазньн электрофизических параметров исследуемых пленок Eu,: S;n 0 таких, как': глубина залегания основного донорного -уроЕЙя. плотность' состояний на этом уровне; оценен спектр распределения мелких ловушек вблизи дна зоны проводимости, рассчитана величина подвижности свободных носителей заряда . и т. д.

Практическая; -ценность. - Нз оснований сбойкенйй результатов теоретического анализа и экспериментальных данных .дано Физическое обоснование -возможности практического >использования пленок -0РЗЭ, з' частности EuC. .Еа₁__хоіті 0, . при разработке многофункциональной .ЧЛП-структуры, где эти пленки - играют 'роль магниточуЕствйтельксго диэлектрика.

^..

Апробирована кетолп:-. і расчета электрофизических параметров исследуемых пленок по анализу точек перегиба на вольтамперной характеристике, которая показывает хорошее согласие с классическими подходам*- С по температурной зависимости ?лектропроводкостк к т.д.). Ланная методика кспользозалась при разработке сверхпроводяушх устройств, на что б соавторстве получены два авторских свидетельства.

Представлена возможность оценки намагниченности материала ъ ближней ферромагнитной областр. по величине изменения поперечного тока в магнитном поле. Значимость такого решения следует из того что пряное измерение намагниченности б малокассивных образцах Стонкие пленки) затруднено.

Возможно использование эффекта повышенной чувствительности пленок к внешним вбздействиям (электрическое в магнитное поле, освещенность) вблизи температуры магнитного фазового перехода при разработке датчиков. Обнаруженное противоположное воздействие электрического боля й освещенности на максимум соотношения I Л вблизи Т позволяет управлять свойствами исследуемых пленок, как рабочего вещества датчиков.

Основные "положения, вкмосимые на зашиту.

1. Линейный характер зависимости функций In с - V^a/2 и

in с - 1/Г в пленках Eu Sm_x0 вызван дошпирурдим вкладом в электропроводность механизма Пула-Френкеля в области относительно сильных электрических полей: Ю⁵ В/см < Е' < 10^й В^сы; в области слабых полей Е ^ 10³'В^см и низких температур ' Т < 150 К имеет место прьшшвый характер движения носителей заряда. -.

1. Наблюдаемый минимум на температурной зависимости фотопроводимости, соответствуший температуре магнитного фазового перехода в интервале 100 К- Т_с ^ 150 К для большинства образцов» является следствием рассеяния свободных носителей заряда на фпуктуациях намагниченности в этой температурной области.

2. Линейный -характер зависимости изменения тока ь магнитном поле для зіленки Eu^Sii^O в ферромагнитной области температур определяется „поведением намагниченности данного материала.

"4. Обнаруженные процессы намагничивания и размагничивания

ря - оснещснкг! пленок Zu₁_J^n.p з облает:: максимального оглоідєння при Т < Т обусловлены. изменением а соотношении

г- с '

онцентрашкї її соответственно вклада з намагниченность образца агнптных кокоз самария (Snt³*) я еврсгш (Еи²*).

Апообаї.'ия работы. Основные результаты работы докладывались з ІУ Всесоюзной конференции по физике и хйши редкоземельных злупроводн/ков (Новосибирск. 19S7). У Всесосзнел конференции э физике и химии редкоземельных полупроЕодникоз (Саратов. 330). УІЛ Веессшнои школе по актуальным проблемам физики и ими;; редкоземельных соединений (Апатиты. 1S913. средневолгсхсм ?гиональном семінаре "Физика поверхности и молекулярная элект-зника" (Ульяновск. 19913. научно-технической конференции Оксидные магнитные материалы, элементы, устройства, примене-ІЯ" (С.-Петербург. 19923.

Публикации. По теме диссертации опубликовано \.Ц нзучттх 5бст. перечисленных з конце автореферата.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, этырех глав, выводов я списка литературы, содержит 103 страмнії машинописного текста. 42 рисунка. 8 списке литературы 9*^ именований.