• JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
 
  Bookmark and Share
 
 
Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.76.2010.tde-18082010-081824
Document
Auteur
Nom complet
Fabio Aparecido Ferri
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2010
Directeur
Jury
Zanatta, Antonio Ricardo (Président)
Barbosa, Luiz Carlos
Marega Junior, Euclydes
Oliveira, Adilson Jesus Aparecido de
Silva, José Humberto Dias da
Titre en portugais
Síntese e caracterização de filmes à base de Si e Ge dopados com espécies magnéticas
Mots-clés en portugais
Ciência e tecnologia de filmes finos
Espalhamento Raman
Microscopia
Semicondutores amorfos
Semicondutores magnéticos
Técnicas espectroscópicas
Resumé en portugais
Recentemente, a dopagem de semicondutores (envolvendo compostos II-VI, IV-VI, III-V, e do grupo-IV) com espécies magnéticas tem sido extensivamente investigada em função do seu potencial em spintrônica. Neste contexto, semicondutores magnéticos baseados no Si e no Ge são atraentes devido à sua compatibilidade com a indústria de semicondutores existente. Entretanto, a solubilidade das espécies magnéticas nestes materiais em forma cristalina é muito baixa e, consequentemente, sua atividade magnética é limitada. Este não é o caso para o silício amorfo (a-Si) e o germânio amorfo (a-Ge), que podem conter elementos magnéticos além do limite de solubilidade de seus análogos cristalinos, e apresentar propriedades magnéticas notáveis. Motivado por estes fatos, este trabalho apresenta uma investigação abrangente de filmes finos de Si e Ge contendo diferentes quantidades de Mn e Co, trazendo informações úteis no entendimento das propriedades desta classe de materiais. As amostras foram preparadas por co-sputtering, e possuíram concentrações de Mn na faixa de ~ 0.1-24 at.%, e de Co na faixa de ~ 1-10 at.%. Após a deposição, os filmes foram submetidos a tratamentos térmicos cumulativos até 900 oC, e foram investigados por: espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDS); espalhamento Raman; difração de raios-x; transmissão óptica; microscopias eletrônica de varredura (SEM), de força atômica (AFM) e de força magnética (MFM); magnetometria SQUID; método de van der Pauw; etc. Para fins comparativos, amostras puras também foram preparadas, tratadas e caracterizadas de forma similar. Os presentes resultados indicam que os átomos de Mn e Co foram incorporados de forma efetiva e homogênea nas matrizes amorfas. Além disso, os filmes sem tratamento (puros ou contendo impurezas) são essencialmente amorfos. Ao contrário, tratamentos em altas temperaturas induzem a cristalização das amostras, e alterações em suas demais características, dependentes da introdução de dopantes. Desta forma: suas propriedades estruturais, ópticas, morfológicas, elétricas, e magnéticas, são notadamente afetadas pela inserção de Mn e Co, e pela temperatura de tratamento térmico. Estas observações foram sistematicamente investigadas e serão apresentadas e discutidas em detalhe.
Titre en anglais
Synthesis and characterization of Si and Ge based films doped with magnetic species
Mots-clés en anglais
Amorphous semiconductors
Magnetic semiconductors
Microscopy
Raman scattering
Science and technology of thin films
Spectroscopic techniques
Resumé en anglais
Along the last few years, the doping of semiconductors (either II-VI, IV-VI, III-V, and group-IV compounds) with magnetic species have been extensively studied due to their potential applications in spintronics. Among them, Si- and Ge-based magnetic semiconductors are very attractive because of their total compatibility with the well-established current semiconductor technology. In the crystalline form, however, these materials exhibit a low solubility limit to magnetic species and, consequently, limited magnetic activity. This is not the case for amorphous (a-)Si and a-Ge, which can contain magnetic elements beyond the solubility limit of their crystalline counterparts, and present improved magnetic properties. Motivated by these facts, this work contains a comprehensive investigation of Si and Ge thin films containing different amounts of Mn and Co, providing useful information concerning the properties of this class of materials. The samples were prepared by co-sputtering, rendering Mn concentrations in the ~ 0.1-24 at.% range, and Co contents in the ~ 1-10 at.% range. After deposition, the films were submitted to isochronal thermal annealing treatments up to 900 oC and investigated by: energy dispersive x-ray spectrometry (EDS); Raman scattering spectroscopy; x-ray diffraction; optical transmission measurements; scanning electron (SEM), atomic force (AFM) and magnetic force (MFM) microscopy techniques; SQUID magnetometry; van der Pauw technique; etc. For comparison purposes, pure samples were also prepared, annealed and characterized in a similar way. The present experimental results indicate that the Mn and Co atoms were effectively and homogenously incorporated into the amorphous hosts. Moreover, the as-deposited films (either pure or doped) are essentially amorphous. On the contrary, thermal annealing at increasing temperatures induces the crystallization of the samples, and changes in their further characteristics, that are dependent of the doping. In this way: their structural, optical, morphological, electrical, and magnetic properties, etc., are notably affected by the insertion of Mn and Co, and by the temperature of thermal annealing. These experimental observations were systematically studied and will be presented and discussed in detail.
 
AVERTISSEMENT - Regarde ce document est soumise à votre acceptation des conditions d'utilisation suivantes:
Ce document est uniquement à des fins privées pour la recherche et l'enseignement. Reproduction à des fins commerciales est interdite. Cette droits couvrent l'ensemble des données sur ce document ainsi que son contenu. Toute utilisation ou de copie de ce document, en totalité ou en partie, doit inclure le nom de l'auteur.
Date de Publication
2010-08-21
 
AVERTISSEMENT: Le matériau se réfère à des documents provenant de cette thèse ou mémoire. Le contenu de ces documents est la responsabilité de l'auteur de la thèse ou mémoire.
  • FERRI, F A, and ZANATTA, A R. Structural, optical and morphological characterization of amorphous Ge [doi:10.1088/0022-3727/42/3/035005]. Journal of Physics D: Applied Physics [online], 2009, vol. 42, n. 3, p. 035005.
  • FERRI, F A, PEREIRA-DA-SILVA, M A, and ZANATTA, A R. Evidence of magnetic vortices formation in Mn-based sub-micrometre structures embedded in Si–Mn films [doi:10.1088/0022-3727/42/13/132002]. Journal of Physics D: Applied Physics [online], 2009, vol. 42, n. 13, p. 132002.
  • FERRI, F. A., et al. Effect of Mn concentration and atomic structure on the magnetic properties of Ge thin films [doi:10.1063/1.3520661]. Journal of Applied Physics [online], 2010, vol. 108, n. 11, p. 113922.
  • FERRI, F.A., and PEREIRA-DA-SILVA, M.A.. The composition, structure and optical properties of weakly magnetic Co-containing amorphous Si and Ge films [doi:10.1016/j.matchemphys.2012.02.044]. Materials Chemistry and Physics [online], 2012.
  • FERRI, F.A., PEREIRA-DA-SILVA, M.A., and ZANATTA, A.R.. Development of the MnSi1.7 phase in Mn-containing Si films [doi:10.1016/j.matchemphys.2011.03.064]. Materials Chemistry and Physics [online], 2011, vol. 129, n. -1, p. 148-153.
  • FERRI, F.A.. Low-temperature metal-induced crystallization of Mn-containing amorphous Ge thin films [doi:10.1016/j.jnoncrysol.2011.08.018]. Journal of Non-Crystalline Solids [online], 2012, vol. 358, n. 1, p. 58-60.
  • FERRI, F.A., et al. Effect of Mn concentration and atomic structure on the magnetic properties of Ge thin films. In XXXIV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Foz do Iguaçu, 2011. Foz do Iguaçu : Sociedade Brasileira de Física, 2011.
  • FERRI, F.A., et al. Exponential decrease of neutral dangling bonds density in rare-earth doped amorphous Si films. In XXXII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2009. Águas de Lindóia : Sociedade Brasileira de Física, 2009.
  • FERRI, F.A., et al. Photoelectron spectroscopic investigation of Mn-containing amorphous silicon and germanium films. In VII Encontro da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais, Guarujá, 2008. Guarujá : Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais, 2008.
  • FERRI, F.A., et al. Síntese e Caracterização de Filmes de Silício e Germânio Amorfo Dopados com Manganês. In XXXI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2008. Águas de Lindóia : Sociedade Brasileira de Física, 2008.
  • FERRI, F.A., and ZANATTA, A.R.. Growth, structure and morphology of Mn-containing amorphous silicon films deposited by sputtering. In XXXII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2009. Águas de Lindóia : Sociedade Brasileira de Física, 2009.
  • FERRI, F.A., and ZANATTA, A.R.. Influence of Mn onto the material properties of amorphous SiMn and GeMn thin films. In XXXII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2009. Águas de Lindóia : Sociedade Brasileira de Física, 2009.
  • FERRI, F.A., and ZANATTA, A.R.. On the composition, structure and optical properties of Co-doped amorphous Si and Ge films. In XXXIII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2010. Águas de Lindóia : Sociedade Brasileira de Física, 2010.
  • FERRI, F.A., and ZANATTA, A.R.. Structure and morphology of GeMn films prepared by sputtering. In 23rd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors, Utrecht, 2009. Utrecht : 23rd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors, 2009.
  • FERRI, F.A., PEREIRA-DA-SILVA, M.A., and ZANATTA, A.R.. Development of the MnSi1.7 phase in Mn-containing Si films. In XXXIV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Foz do Iguaçu, 2011. Foz do Iguaçu : Sociedade Brasileira de Física, 2011.
  • FERRI, F.A., PEREIRA-DA-SILVA, M.A., and ZANATTA, A.R.. Evidence of magnetic vortices formation in Mn-based sub-micrometer structures embedded in SiMn films. In 23rd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors, Utrecht, 2009. Utrecht : 23rd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors, 2009.
Tous droits de la thèse/dissertation appartiennent aux auteurs
Centro de Informática de São Carlos
Bibliothèque Numérique de Thèses et Mémoires de l'USP. Copyright © 2001-2023. Tous droits réservés.