WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 5 Эффект положительного магнитосопротивления в пленках ферромагнитного полупроводника Eu1-xSmxO © В.Ф. Кабанов, А.М. Свердлова Саратовский государственный университет, Саратов, Россия (Получена 12 мая 1996 г. Принята к печати 8 июля 1996 г.) Рассмотрен эффект положительного магнитосопротивления в пленке ферромагнитного полупроводника Eu1-xSmxO, который не является характерным для данного класса материалов. Исследовано влияние на эффект положительного магнитосопротивления внешних магнитного и электрического полей, температуры.

Показано, что величина магнитосопротивления /0 определяется рассеянием свободных носителей заряда на пространственных флуктуациях намагниченности, которые обусловлены неравномерным распределением дефектов в структурно-неупорядоченной системе (квазиаморфная пленка).

Известно, что некоторые оксидные соединения редко- Величина /0 (рис. 4) обнаруживает достаточно земельных элементов, в частности, монооксид европия резкий спад в области температуры Кюри Tc иприT >Tc EuO и твердые растворы на его основе Eu1-xSmxO, снижается практически до нулевых значений. Здесь же помещена зависимость (T ).

являются ферромагнитными материалами. Настоящая работа посвящена исследованию эффекта положитель- Для объяснения эффекта положительного магнитосопротивления в пленках магнитных полупроводников мы ного магнитосопротивления, обнаруженного в пленках Eu1-xSmxO и не характерного для данного класса маг- воспользовались моделью магнитных кластеров [1], которая ранее применялась для анализа механизмов рассеянитных полупроводников.

ния в ближней парамагнитной области температур [2].

В работе исследованы свойства пленок оксида твердоВокруг различного рода нарушений благодаря более го раствора европия с самарием, полученных на моносильной ферромагнитной связи между дефектами и рекристаллической кремниевой подложке n-типа проводигулярнымимагнитнымиионамиEu2+ образуется область мости термическим испарением в вакууме соответствую(магнитный кластер) с аномально большим магнитным щей лигатуры и последующим окислением. Толщина племоментом K, значительно превышающим величину спинок составляля 0.1 мкм. В качестве электродов использона иона европия SEu. Исследуемые пленки являются вались алюминиевые контакты. Измерялся поперечный сильно дефектными, квазиаморфными структурами [3], в ток через структуру в режиме обогащения на границе которых возможно существование магнитных кластеров.

оксид редкоземельного элемента –кремний. Измерения Величина момента кластера является геометрической сопротивления проводились в температурном диапазоне суммой соответствующих проекций ионов, входящих 77300 K в магнитном H = 3.07.6 кЭ и электрическом в кластер, на выбранное направление намагничивания.

E = 103 106 В/см полях.

Таким образом имеющие место флуктуации намагниченПолученные результаты представлены на рис. 1–4. В ности могут быть доминирующими центрами рассеяния ферромагнитной области температур обнаружен эффект свободных носителей заряда (в данном случае электроположительного магнитосопротивления. Как видно из нов).

рис. 1, 2, имеет место линейная зависимость изменения В образцах с эффектом отрицательного магнитосопроудельного магнитосопротивления /0 от напряжентивления (характерного для обычных ферромагнитных ности магнитного поля в рассматриваемом диапазополупроводников типа EuO) при T Tc внешее магнитне. Такой вид характеристики практически не зависел ное поле вызывает подавление флуктуаций намагниченот ориентации вектора магнитного поля относительности. Это сопровождается увеличением подвижности но электрического (рис. 2). Величина эффекта при носителей и уменьшением сопротивления в магнитном H = 7.6 кЭ достигала обычно единиц процентов, на отполе.

дельных образцах была значительно выше (до 20 %).

В нашем случае во внешнем магнитном поле также Величина удельного магнитосопротивления от надолжно быть подавление флуктуаций. Однако в условиях пряженности электрического поля (при фиксированных высокой концентрации дефектов в исследуемых пленках значениях температуры и напряженности магнитного и низкой температуры T Tc существенную роль мополя — см. рис. 3) для различных образцов имеет жет играть неоднородность магнитных свойств пленки.

максимум при E (2 3) · 105 В/см, подъем в области В слабом магнитном поле благодаря пространственнополей (0.7 2) · 105 В/см, пологий спад в интервале неоднородной намагниченности может происходить уси(4 10) · 105 В/см. Для сравнения на рис. 3 приведена ление флуктуаций намагниченности (неоднородно раскривая зависимости удельной электропроводности () положенных кластеров). Это позволяет объяснить поот напряженности электрического поля. ложительное магнитосопротивление, обусловленное расЭффект положительного магнитосопротивления в пленках ферромагнитного полупроводника... Рис. 1. Зависимость удельного магнитосопротивления /0 Рис. 3. Зависимость удельного магнитосопротивления /от напряженности магнитного поля H. 1, 2 — различные (1) и удельной электропроводности (2) от напряженности образцы. T = 77 K, E = 2.5 · 105 В/см. электрического поля E. T = 77 K, H = 7.6кЭ.

Рис. 2. Зависимость удельного магнитосопротивления /0 Рис. 4. Температурная зависимость удельного магнитосопроот напряженности магнитного поля H. 1 — H j, 2 — H j.

тивления /0 при E = 3 · 105 В/см, H = 7.6кЭ (1) и T = 77 K, E = 2.5 · 105 В/см.

удельной электропроводности при E = 103 В/см (2).

сеянием на увеличенных в магнитном поле магнитных следующее объяснение этого эффекта. В антиферромагмоментах кластеров, и линейно возрастающее с напря- нетике слабое магнитное поле способствует образоваженностью поля, как следует из эксперимента. нию ферромагнитных кластеров, рассеяние на которых Данная точка зрения подтверждается тем, что изме- и увеличивает сопротивление [5], что использовано нами при обсуждении.

нение направления магнитного поля H по отношению к вектору плотности тока носителей j, совпадающему с Для анализа зависимости магнитосопротивления от вектором E, не влияет на характеристики. Наблюдаемые напряженности электрического поля в образце необхоразличия значений /0 в зависимости от параллель- димо учитывать, что электрическое поле в магнитных ного или перпендикулярного расположения векторов H материалах изменяет не только электрические свойства, и j объясняются известным эффектом магнитной анизо- но и магнитное упорядочение. Известно [1], что для тропии в исследуемых пленках [4]. существования магнитоэлектрического эффекта электриРанее эффект положительного магнитосопротивления ческое поле должно быть неоднородным. В исследуемых наблюдался на образцах антиферромагнетиков EuSe, нами образцах данная ситуация удачно реализуется, EuTe. Для сильно дефектных материалов было дано так как в них имеют место различные по величине 8 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 628 В.Ф. Кабанов, А.М. Свердлова межкристаллитные барьеры, распределенные по образцу. Исследовано влияние на эффект положительного магниПоказано [6], что в пленках Eu1-xSmxOосновной вклад тосопротивления внешних магнитного и электрического в механизм электропроводности дает эффект Пула– полей, температуры. Показано, что величина /Френкеля, связанный с понижением барьеров в указан- определяется рассеянием свободных носителей заряда ном интервале напряжений. В электрических полях до на пространственных флуктуациях намагниченности, ко3 · 105 В/см наблюдается резкое увеличение концен- торые обусловлены неравномерным распределением детрации свободных электронов (рост на рис. 3), и фектов в структурно-неупорядоченной системе (квазипри сохранении электрических барьеров можно говорить аморфная пленка).

о существенно неоднородном распределении плотности совободных электронов по образцу. Увеличение конСписок литературы центрации электронов в окрестности дефекта усиливает ферромагнитную связь вблизи него и приводит к локаль[1] Э.Л. Нагаев. Физика магнитных полупроводников (М., ному возрастанию намагниченности. Рассеяние носитеНаука, 1979).

лей увеличивается, подвижность падает, положительное [2] В.Ф. Кабанов. ФТП, 26, 1837 (1992).

магнитосопротивление растет. [3] О.С. Вдовин, В.Н. Котелков, В.А. Рожков и др. Пленки оксидов редкоземельных элементов в МДМ и МДП В электрических полях, больших 3 · 105 В/см, барьеры структурах (Саратов, Изд-во Сарат. ун-та, 1983).

снижаются, что приводит к более равномерному распре[4] В.Г. Бамбуров, А.С. Борухович, А.А. Самохвалов. Введение делению плотности носителей заряда, соответственно в физико-химию ферромагнитных полупроводников (М., ослабевают и флуктуации намагниченности, рассеяние Металлургия, 1988).

на них снижается, величина /0 падает.

[5] В.А. Кашин, Э.Л. Нагаев, Письма ЖЭТФ, 21, 126 (1975).

Как видно, зависимость величины удельного магнито[6] В.Ф. Кабанов, А.М. Свердлова. ФТП, 25, 1388 (1991).

сопротивления от напряженности электрического поля Редактор Л.В. Шаронова имеет максимум при E 3 · 105 В/см в условиях эксперимента (T < Tc и слабые магнитные поля).

Указанное значение E было получено нами ранее [6], и Effect of positive magnetoresistance in оно соответствовало напряжению изменения механизма films of ferromagnetic Eu1-xSmxO токопрохождения в исследуемых пленках. В более сильsemiconductor ных полях доминирующим становится механизм термоV.F. Kabanov, A.M. Sverdlova полевой ионизации ловушек.

Полученная в работе температурная зависимость Saratov State University, Saratov, Russia /0 (рис. 4) обнаруживает резкий спад при T Tc, который имеет место благодаря уменьшению величины

Abstract

A study has been made of the effect of positive магнитного момента кластера с ростом температуры magnetoresistance in a ferromagnetic Eu1-xSmxO semiconductor.

|K| 1/T. Это происходит в связи с температурThe effect is not charactaristic of this class of materials. The results ным разуплотнением магнитных ионов внутри кластера indicate that the value of positive magnetoresistance is determined и, возможно, разрушением самого кластера при более by carrier scattering by magnetic moments of disordered regions, высоких значениях T. В области T Tc величина which take place thanks to the uneven distribution of defects in a /0 практически не изменяется, хотя получено, что disordered–structure system (a quasi–amorphous film).

в этой области температур электропроводность образцов увеличивается вследствие увеличения подвижности из-за спонтанной намагниченности.

Это свидетельствует о том, что эффект положительного магнитосопротивления имеет место только при температурах порядка Tc и ниже, когда существующая в этой области температур спонтанная намагниченность отражает неоднородность свойств в образце. Неоднородность намагничения увеличивается внешним магнитным полем, что вызывает увеличение рассеяния носителей, уменьшение подвижности и появление эффекта положительного магнитосопротивления. При высоких температурах, T > Tc, исчезает спонтанная намагниченность и, соответственно, эффект положительного магнитосопротивления.

Таким образом, в данной работе рассмотрен эффект положительного магнитосопротивления в пленке ферромагнитного полупроводника Eu1-xSmxO, который не является характерным для данного класса материалов.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.