Формирование ферромагнитных слоев GaMnAs имплантацией ионов Mn в ускорителе с вакуумно-дуговым источником
Российский научный фонд, Проведение инициативных исследований молодыми учеными, 24-72-00047
Данилов Ю.А.1, Антонов И.Н.1, Бачурин В.И.2, Ведь М.В.1, Вихрова О.В.1, Дудин Ю.А.1, Калентьева И.Л.1, Крюков Р.Н.1, Нежданов А.В.1, Парафин А.Е.3, Симакин С.Г.2, Юнин П.А.3
1Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
2НИЦ "Курчатовский институт" "Отделение Физико-технологического института им. К.А. Валиева, ЦНИТ-Ярославль, Ярославль, Россия
3Институт физики микроструктур Российской академии наук, Нижний Новгород, Россия

Email: ved@nifti.unn.ru, vikhrova.olga@gmail.com
Поступила в редакцию: 18 апреля 2025 г.
В окончательной редакции: 23 октября 2025 г.
Принята к печати: 26 ноября 2025 г.
Выставление онлайн: 5 марта 2026 г.
Исследована возможность формирования ферромагнитных слоев GaMnAs методом ионной имплантации марганца с использованием ускорителя с вакуумно-дуговым источником и последующего импульсного лазерного отжига. Показано, что имплантация ионов Mn с дозами 2-5· 1016cm-2 и последующий отжиг с плотностью энергии ~ 300 mJ/cm2 позволили получить ферромагнитные полупроводниковые слои с температурой Кюри вплоть до 120 K. Методами вторичной ионной масс-спектрометрии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии изучены профили распределения марганца и изменения состава матрицы GaAs. Исследование оптических свойств слоев, включая спектры КРС, подтвердило наличие связанной плазмон-фононной моды, что характерно для сильнолегированных полупроводников p-типа. Гальваномагнитные измерения выявили аномальный эффект Холла и отрицательное магнетосопротивление при температурах ниже температуры Кюри. Полученные результаты показали перспективность использования ускорителя с вакуумно-дуговым источником ионов для создания ферромагнитных полупроводниковых структур. Ключевые слова: ионное легирование, импульсный лазерный отжиг, ферромагнетизм, разбавленный магнитный полупроводник, GaMnAs, ускоритель с вакуумно-дуговым источником.
- S. Zhou. J. Phys. D: Appl. Phys., 48, 263001 (2015). DOI: 10.1088/0022-3727/48/26/263001
- M.A. Scarpulla, R. Farshchi, P.R. Stone, R.V. Chopdekar, K.M. Yu, Y. Suzuki, O.D. Dubon. J. Appl. Phys., 103, 073913 (2008). DOI: 10.1063/1.2890411
- C. Xu, M. Wang, X. Zhang, Y. Yuan, S. Zhou. Nuclear Inst. Methods Phys. Res. B, 442, 31 (2019). DOI: 10.1016/j.nimb.2018.12.049
- Y. Yuan, Y. Xie, N. Yuan, M. Wang, R. Heller, U. Kentsch, T. Zhai, X. Wang. Materials, 14, 4138 (2021). DOI: 10.3390/ma14154138
- M. Tian, Q. Yang, Y. Yuan, U. Kentsch, K. Liu, M. Tang, Z. Xie, L. Li, M. Wang. Results Phys., 58, 107508 (2024). DOI: 10.1016/j.rinp.2024.107508
- Ю.А. Данилов, H. Boudinov, О.В. Вихрова, А.В. Здоровейщев, А.В. Кудрин, С.А. Павлов, А.Е. Парафин, Е.А. Питиримова, Р.Р. Якубов. ФТТ, 58 (11), 2140 (2016). DOI: 10.21883/ftt.2016.11.43727.4k
- I.G. Brown. Rev. Sci. Instrum., 65 (10), 3061 (1994). DOI: 10.1063/1.1144756
- A.I. Ryabchikov, N.M. Arsubov, N.A. Vasilyiev, S.V. Dektyarev. Nuclear Instr. Meth. Phys. Res. B, 59-60, 124 (1991). DOI: 10.1016/0168-583X(91)95190-O
- A.I. Ryabchikov, S.V. Dektjarev, I.B. Stepanov. Rev. Sci. Instrum., 65 (10), 3126 (1994). DOI: 10.1063/1.1144766
- I.L. Kalentyeva, O.V. Vikhrova, Yu.A. Danilov, M.V. Dorokhin, B.N. Zvonkov, Yu.M. Kuznetsv, A.V. Kudrin, D.V. Khomitsky, A.E. Parafin, P.A. Yunin, D.V. Danilov. J. Magn. Magn. Mater., 556, 169360 (2022)
- Электронный ресурс. Режим доступа: www.SRIM.org
- Ю.А. Данилов, Ю.А. Агафонов, В.И. Бачурин, В.А. Быков, О.В. Вихрова, В.И. Зиненко, И.Л. Калентьева, А.В. Кудрин, А.В. Нежданов, А.Е. Парафин, С.Г. Симакин, П.А. Юнин, А.А. Яковлева. ФТТ, 65 (12), 2230 (2023). DOI: 10.61011/FTT.2023.12.56767.230
- Х. Риссел, И. Руге. Ионная имплантация (Наука, М.,1983), 360 с
- A.V. Boryakov, S.I. Surodin, R.N. Kryukov, D.E. Nikolichev, S.Yu. Zubkov. J. Electron Spect. Related Phenomena, 229, 132 (2018)
- Ю.И. Уханов. Оптические свойства полупроводников (Наука, М.,1977), 367 с
- П.Ю.М. Кардона. Основы физики полупроводников (Физматлит, М., 2002), 560 с
- W. Limmer, M. Glunk, S. Mascheck, A. Koeder, D. Klarer, W. Schoch, K. Thonke, R. Sauer, A. Waag. Phys. Rev. В, 66, 205209 (2002). DOI: 10.1103/PhysRevB.66.205209
- M.J. Seong, S.H. Chun, H.M. Cheong, N. Samarth, A. Mascarenhas. Phys. Rev. В, 66, 033202 (2002). DOI: 10.1103/PhysRevB.66.033202
- Н.Г. Галкин, С.В. Ваванова, К.Н. Галкин, Р.И. Баталов, Р.М. Баязитов, В.И. Нуждин. ЖТФ, 83 (1), 99 (2013)
- Ю.А. Данилов, В.А. Быков, О.В. Вихрова, Д.А. Здоровейщев, И.Л. Калентьева, Р.Н. Крюков, А.Е. Парафин, Ю.А. Агафонов, В.И. Зиненко, Р.И. Баталов, В.Ф. Валеев, В.И. Нуждин. ФТТ, 66 (6), 871 (2024). DOI: 10.61011/FTT.2024.06.58239.24HH