Medžiagotyra (Nov 2011)
Įvairialyčiai lantano ir mangano oksido ir multiferoinio bismuto ferito heterodariniai
Abstract
Pastaruoju metu naujų elektronikos prietaisų gamyboje buvo pasiekta didelė pažanga auginant, tyrinėjant ir pritaikant plonasluoksnes struktūras, sudarytas iš įvairių daugiakomponenčių funkcinių oksidų. Šiai oksidų grupei priklauso superlaidieji kupratai, mangano oksidai (manganitai), pasižymintys magnetovaržos reiškiniu, taip pat kiti feromagnetiniai, feroelektriniai, multiferoiniai oksidai. Manganitams (jų bendra formulė Ln1-xAxMnO3, kur Ln = La, Nd,..., o A - dvivalentis katijonas, toks kaip Ba, Sr ar Ca) skiriama daug dėmesio dėl jų įdomių elektrinių savybių bei tinkamumo įvairiems spintronikos prietaisams kurti. Multiferoikai (feroelektriniai feromagnetai) pasižymi magnetoelektriniu efektu, duodančiu unikalią galimybę elektrinėms ir magnetinėms medžiagos savybėms valdyti panaudoti elektrinius ir magnetinius laukus. Bismuto feritas BiFeO3 (BFO), turintis romboedriškai deformuotą perovskito struktūrą, šiuo metu yra vienas labiausiai tyrinėjamų šios klasės junginių. Organiniai puslaidininkiai (OP) taip pat atveria daug naujų galimybių elektronikai. Jų pranašumas yra didelė organinių junginių įvairovė ir palyginti paprasta ir pigi plonų sluoksnių gamybos technologija. Be to, OP pasižymi neįprastai didelėmis sukinių relaksacijos laiko vertėmis, todėl ateityje jie gali būti naudojami naujiems spintronikos prietaisams gaminti. Šiame straipsnyje apžvelgiami pastarųjų metų darbo autorių ir jų kolegų atlikti anksčiau minėtų medžiagų tyrimai. Daugiausia dėmesio skiriama magnetovaržinėmis savybėmis pasižyminčių lantano ir mangano oksidų (manganitų) bei multiferoinio BiFeO3 (BFO) junginio plonųjų sluoksnių ir heterodarinių auginimui, tarpfazinių ribų tarp minėtų oksidų, laidžiojo SrTiO3<Nb> ir organinio puslaidininkio (Alq3) sudarymui, taip pat elektrinėms heterodarinių savybėms. Plonieji La2/3A1/3MnO3 (A = Ca, Sr, Ba, Ce) sluoksniai, kurių storis d @ (100¸200) nm, buvo auginami magnetroninio dulkinimo būdu ant elektrai laidžių Nb legiruotų SrTiO3 padėklų, kurių temperatūra auginimo metu siekė 700 °C - 750 °C. Užauginti sluoksniai buvo papildomai prisotinami deguonies atkaitinant juos deguonies atmosferoje (PO2 @ 105 Pa). BiFeO3 (BFO) ir Bi0.9Nd0.1FeO3 (BNFO) sluoksniai (d @ 200 nm - 250 nm) buvo auginami kintamosios srovės (RF) magnetroninio garinimo būdu ant SrTiO3(100), ZrO2<Y> (YSZ) , SrTiO3(100)<Nb> (STON) bei n- Si(111) padėklų esant 650 °C - 700 °C temperatūrai ir Ar/O2 (1:1) dujų mišinio slėgiui P = 6 Pa - 10 Pa. Rentgeno difrakcijos tyrimai parodė, kad užauginti BNFO sluoksniai yra vienfaziai ir jų kristalografinės (100) plokštumos yra lygiagrečios su padėklo paviršiumi. Organinio Alq3 puslaidininkio sluoksniai (d @ 100 nm ÷ 300 nm) buvo gaminami terminio garinimo būdu vakuume (p » 4´10-6 Torr). Heterodarinių elektrinėms charakteristikoms matuoti pro specialią diafragmą magnetroninio dulkinimo būdu buvo suformuojami (2´2) mm2 ploto metaliniai (Ag, Au) elektrodai. Visais atvejais matuojant heterodarinių voltamperines charakteristikas per bandinius tekančios srovės kryptis buvo statmena padėklo plokštumai. Heterodarinių elektrinės bei magnetovaržinės savybės buvo tiriamos plačiame temperatūrų ruože (78 K - 400 K). Darinių, sudarytų iš manganito sluoksnio ant laidaus SrTiO3<Nb> padėklo, voltamperinės charakteristikos tiek kambario, tiek azoto temperatūroje buvo netiesinės ir nesimetrinės, t. y. pasižymėjo puslaidininkiniam diodui būdingomis lyginimo savybėmis. Priklausomai nuo srovės dydžio ir krypties buvo išmatuotos tiek neigiamos, tiek teigiamos jų magnetovaržos vertės. Alq3/LSMO darinių voltamperinės charakteristikos nedaug priklausė nuo srovės krypties, tačiau jų magnetovaržos vertės buvo palyginti didelės (apie 11 %, kai T = 240 K ir B = 1 T). Netiesinės elektrinės heterodarinių savybės buvo paaiškintos naudojant įvairius teorinius modelius, t. y. Shottky tipo termojoninę emisiją, krūvio tuneliavimą per sanglaudos ribą ir erdvinio krūvio ribotas sroves. Netiesinės ir ryškios Ag/(BFO, BNFO)/STON darinių lyginimo savybės parodė, kad kambario temperatūroje jų elektrines savybes gerai paaiškina Shottky sandūros modelis, o temperatūrai žemėjant iki 78 K, vis didesnę įtaką įgauna erdvinio krūvio ribotos srovės. Krūvininkų judėjimas Alq3/p-Si dariniuose buvo modeliuojamas įskaitant vyraujančią termojoninės emisijos įtaką Shottky tipo sandūroje, o Alq3/LSMO darinių netiesinėms elektrinėms savybėms aiškinti buvo panaudotas krūvio tuneliavimo per sanglaudą bei erdvinio krūvio ribotų srovių modelis. http://dx.doi.org/10.5755/j01.ms.17.4.769
Keywords
