Радиационно-стимулированные и короноэлектретные изменения структуры и свойств феррогранатовых гетерокомпозиций (26.10.2009)

Автор: Костишин Владимир Григорьевич

КОСТИШИН ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ

РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННЫЕ И КОРОНОЭЛЕКТРЕТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ФЕРРОГРАНАТОВЫХ ГЕТЕРОКОМПОЗИЦИЙ

Специальность 01.04.10 – «Физика полупроводников и диэлектриков»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре технологии материалов электроники ФГОУ ВПО «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Научные консультанты: доктор технических наук, профессор

Летюк Леонид Михайлович

доктор технических наук, профессор

Шипко Михаил Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Бублик Владимир Тимофеевич

(МИСиС, г. Москва)

доктор физико-математических наук,

профессор Рыков Владимир Александрович

(ФЭИ, г. Обнинск)

доктор физико-математических наук,

профессор Степович Михаил Адольфович

(КалуГПУ, г. Калуга)

Ведущая организация: Московский энергетический институт

(технический университет), г. Москва

Защита состоится «24» декабря 2009 г. в 15-00 часов на заседании диссертацион- ного Совета Д 212.132.06 в ФГОУ ВПО «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» по адресу: 119049,

г. Москва, Крымский вал, д. 3, ауд. 421.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке МИСиС

Автореферат разослан « » декабря 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета доктор физико-математических

наук, профессор В.В. Гераськин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эпитаксиальные монокристаллические пленки ферритов-гранатов (ЭМПФГ; феррогранатовые гетерокомпозиции) в настоящее время принадлежат к наиболее популярным материалам современной магнитной микроэлектроники, физики магнитных материалов и физики диэлектриков и применяются для производства микроэлектронных устройств прикладной магнитооптики и СВЧ-техники. Обладая высокой изоморфной емкостью, данные материалы сочетают в себе целый комплекс интересных магнитных, оптических и электрофизических свойств и, таким образом, являются уникальнейшими объектами научных исследований. На сегодняшний день научный интерес к данным объектам усиливается в связи с интенсивным развитием магнитной наноэлектроники, так как во многих случаях магнитные наночастицы представляют собой наночастицы ферритов или наночастицы оксидов железа. Переход от микро к наноматериалам сопровождается открытием качественно новых квантовых свойств материалов и реализацией в них принципиально новых физических эффектов, понимание которых во многих случаях – невозможно без полных знаний свойств данных материалов в микро- и макроис-

полнении.

Активизации дальнейшей исследовательской деятельности в области физики данных материалов способствует, прежде всего, тот факт, что стремление к снижению геометрических размеров магнитных носителей информации вступило в противоречие с теорией магнитной стабильности частиц (тонких пленок). На сегодняшний день установлены закономерности изменения физических свойств тонкопленочных материалов, которые лимитируются так называемыми эффектами конечного размера: влиянием открытой поверхности как структурного дефекта, наличием межфазных границ «пленка-подложка» и др.

Влияние указанных факторов на магнитные свойства тонких ЭМПФГ усугубляется наличием большого разнообразия возможных типов точечных дефектов ввиду сложного химического состава и структуры этих материалов. Отклонение от стехиометрии при неизовалентном замещении, часто используемом для получения феррит-гранатовых гетерокомпозиций с необходимыми магнитными параметрами, приводит к количественным и качественным изменениям набора присутствующих точечных дефектов. Данные факторы формируют в материале метастабильные состояния, разрушающиеся в процессе эксплуатации устройств на его основе или при различных физических воздействиях. Следует отметить, что существуют довольно привлекательные возможности использования таких состояний в ЭМПФГ для управления их оптическими, электрическими и магнитными свойствами с помощью низкоэнергетических (например, униполярный коронный разряд) и радиационных воздействий. Однако, надежные сведения об особенностях влияния радиационных воздействий на энергетическое состояние и концентрацию различных дефектов в эпитаксиальных ферритах-гранатах практически отсутствуют. Возможность изменения эксплуатационных характеристик тонких магнитных диэлектричеких пленок, в частности ЭМПФГ, путем их электретирования в униполярном коронном разряде до работ автора не высказывалась даже гипотетически.

Несомненно, что использование радиационных воздействий и воздействия униполярного коронного разряда для повышения уровня и стабильности свойств ЭМПФГ, предопределяет необходимость выяснения природы влияния этих воздействий на кристаллохимическую структуру, энергетическое состояние дефектов и физические свойства указанных объектов исследования различных составов. Однако, понимание механизмов радиационно-стимулированных и короноэлектретных изменений структуры и свойств феррогранатовых гетерокомпозиций – невозможно без знаний структуры и свойств основных видов генетических дефектов данных материалов. Несмотря на наличие на сегодняшний день в мировой научной литературе огромного количества публикаций по изучению дефектов в эпитаксиальных ферритах-гранатах, понимание и теоретические трактовки механизмов связи свойств нестехиометрических диэлектрических оксидных магнетиков с их дефектностью, валентным состоянием ионов еще весьма далеки от совершенства. Наименее изученными остаются дефекты анионной подрешетки (кислородные вакансии, их комплексы, дырочные центры внешних электронных оболочек анионной подсистемы). Указанными обстоятельствами, в некоторой мере, объясняются значительные трудности в получении феррит-гранатовых пленок с уровнем свойств, приближающихся к потенциально возможным, или значительно улучшенными. Следует отметить, что облучение не только приводит к созданию новых дефектов, но и может служить инструментом, позволяющим выявлять генетические дефекты, а в ряде случаев и «залечивать» их. Кроме того, изучение радиационно-стимулированных изменений напрямую связано с вопросами дозиметрии излучений и записи информации. И, наконец, исследования по влиянию радиации на физические свойства и структуру материалов могут дать информацию, необходимую для надежности устройств, работающих в условиях радиационных воздействий.

Поскольку ЭМПФГ являются магнитными диэлектриками (так, у Y3Fe5O12 удельное сопротивление ? = 1012 – 1014 Ом?см; ширина запрещенной зоны Eg ~ 2,5 эВ), их обработка в униполярном коронном разряде приведет к формированию в пленке электретного состояния. Путем изменения поверхностного заряда такой тонкой магнитной пленки в электретном состоянии можно эффективно управлять ее магнитными характеристиками. Таким образом, подобные исследования позволят сформировать предпосылки для создания целого класса приборов микро- и наноэлектроники, основанных на управлении магнитными характеристиками рабочего слоя путем изменения его электретного состояния.

Цель и основные задачи работы.

Целью настоящей работы являлось комплексное изучение изменений структуры и свойств феррогранатовых гетерокомпозиций разных составов под воздействием ?-квантов Co60 (E? = 1,25 МэВ), быстрых электронов (Ee = 6 МэВ) и отрицательного коронного разряда (ОКР), разработка физических основ модификации эксплуатационных параметров устройств на основе ЭМПФГ. Для достижения указанной цели, с учетом проведенного анализа состояния настоящих проблем, в работе решались следующие основные задачи:

- изучение влияния типа раствора-расплава и параметров роста на формирование ге-нетических дефектов в ЭМПФГ различных составов;


загрузка...