Лазарев А.П. ЛГР-технология гибридных наноструктур ферромагнетик-полупроводник

А.С.Сигов¹, А.В. Абрамов², Л.А.Битюцкая¹, Е.В.Богатиков¹, Ю.И. Дикарев^З, А.П.Лазарев², Е.А.Панкратова^З, В.М.Рубинштейн^З
1МИРЭА, Москва, Россия, E-mail: rector@mirea.ra 
²ООО «Росбиоквант», Воронеж, Россия
³Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия, E-mail: mel44@phys.vsu.ru

Совместное использование зарядовых и магнитных свойств электронов в спинтронике является вызовом к исследователям в области микро- и наноэлектроники. В разработке и создании устройств спинтроники требуется интегрированный подход, основанный на принципах нанотехнологии: поиск магнитных материалов, совместимых с кремниевыми технологиями, квантоворазмерное моделирование магнитных наноструктур, развитие технологий, использующих неравновесные процессы формирования самоорганизованных наноструктур, разработка метрологии магнитных наноструктур и т.д.

Магнитные свойства свободных и осажденных на поверхности нанокластеров ферромагнитных материалов существенно отличаются от свойств массивных материалов [1]. Атомы на поверхности кластеров обладают пониженным координационным числом и узкой шириной плотности состояний на уровне Ферми. Это приводит к возрастанию спиновых и орбитальных моментов атомов кластеров. В работе при моделировании магнитных нанокластеров ферромагнитных металлов и их силицидов методом функционала плотности (DFT) в пакете Gaussian03 в квазимолекулярном приближении исследовано влияние соотношения числа атомов и их конфигурации на спиновую анизотропию. Обнаружено существенное влияние d-электронов на перераспределение электронной плотности, что открывает перспективу использования ансамблей из кластеров силицидов ферромагнитных металлов в качестве элементов памяти.

Для получения кластеров силицидов, обладающих магнитными свойствами, используется оригинальный метод авторов - локальное плазмохимическое безмасочное травление локализованным газовым разрядом (ЛГР), который позволяет в одном технологическом цикле реализовать три функции: очистку, размерное травление и локальное напыление ферромагнитных материалов, в том числе многослойных, на полупроводниковую и диэлектрическую подложку.

Рассматриваемая технология позволяет формировать систему как неупорядоченных, так и регулярных наноструктур с регулируемыми размерами нанокластеров и контролируемым качеством: интерфейса. Регулированием размеров и плотности распределения наноструктур решается проблема однодоменности и повышения точки Кюри магнитных полупроводников.

Решение проблемы качества интерфейса определяется совмещением функций очистки, размерного травления и локального напыления наноструктур, что реализуется только в неравновесных условиях плазменного разряда.

С использованием технологии ЛГР были получены магнитные нанокластеры силицидов кобальта и никеля с регулируемыми размерами менее 100 нм.
Полученные результаты показывают несомненное преимущество метода ЛГР при решении задач промышленной спинтроники перед традиционными плазмохимическими технологиями и другими технологиями (CVD, МВЕ).

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса на 2007-2012 годы», контракт № 02.513.11.3393.

1. К. Seo, K.S.Varadwaj, P.Mohanty et al., "Magnetic properties of single-crystalline CoSi nanowires", Nano Lett., 7, pp. 1240-1245, 2007.

К списку тезисов конференции