Semicondutor Magntico Diludo DMS Germano Maioli Penello PIBICCNPq
Semicondutor Magnético Diluído (DMS) Germano Maioli Penello (PIBIC/CNPq) Orientadores: Mauricio Pamplona Pires Coorientador: Marcelo Martins Sant’anna
Motivação Semicondutor Base da tecnologia de processamento dos computadores atuais; Ex. : Transistores, diodos; Materiais Magnéticos Armazenamento de informação. Ex. : Disco Rígido, disquete; • Desenvolver um semicondutor magnético diluído(DMS), e então caracterizá-lo;
Introdução • O DMS (Semicondutor magnético diluído) é estudado para aplicações na spintrônica, com a intenção de controlar tanto a carga quanto o spin do elétron; • Existem diferentes maneiras de se produzir um DMS, nossa intenção é de se produzir via implantação iônica. Produzir o feixe de Mn+ Caracterizar os substratos de Ga. As implantados
Um modelo para o DMS (SRIM) Ga. As Mn+ 100 μm Feixe de 1000 íons a 0º (200 Ke. V) Feixe de 1000 íons a 0º (400 Ke. V)
Para a implantação: Acelerador do La. CAM-IF Feixe de Mn+ Gás de N 2 Feixe da fonte de íons Feixe final de Mn+ Imã Mn. O- Acelerador de 1. 7 MV NEC Tandem
Implantação iônica Porta amostra (vista superior) Braço móvel Porta amostra Ga. As (semicondutor) Feixe de Mn+ Medidor de Pressão
Automação da tomada de dados Seletor de velocidade Antigo controle manual Novo controle automático
Adaptações e testes no acelerador Câmara para os testes iniciais Braço mecânico Feixe Espaçador para a linha do acelerador (bomba adicional) Vista superior
Produzindo o feixe de Mn+ • Preparação da pastilha: 1. Mn. O 2 + W ( 70% + 30%); 2. Prensamos essa mistura em um cadinho de cobre; • Esta pastilha é colocada no acelerador, onde partículas de Cs+ colidem com a mistura liberando Mn. O-, que depois é quebrado em Mn+.
Produzindo o feixe de Mn+ Gás de N 2 Feixe da fonte de íons Mn. O+ Mn. Mn Feixe final Mn. O- Imã Mn. O- O Acelerador de 1. 7 MV NEC Tandem Mn+
Problemas e Modificações: Contaminação do feixe Cadinho de cobre:
Problemas e Modificações: Contaminação do feixe Cadinho de cobre: Cadinho de prata:
Dose • Dose é a quantidade de partículas implantadas por área; • Na literatura as doses variam entre 1015 ~ 1017 cm-2; Representação pictórica dos avanços
Dose • Com nossas primeiras medidas, atingir dose de 1015 cm-2 levaria 6 dias e dose de 1016 cm -2 levaria 2 meses!! • Depois de aperfeiçoada a tomada de dados: 1015 cm-2 em 5 horas e 1016 cm-2 em 2 dias! • Devemos fazer novas modificações!!
Novas modificações • Melhoramos e sistematizamos a produção das pastilhas de Mn. O 2; • Aumentamos a energia de implantação (300 Ke. V), com isso melhoramos a focalização do feixe; • Conseguimos produzir o feixe com uma corrente suficiente para implantações em um tempo não muito longo (~2 h);
Ga. As Substrato puro Dopagem Substrato dopado p i Implantação + Annealing Propriedades magnéticas? n
Recozimento (Annealing) • Tratamento térmico na amostra para obtermos um rearranjo das suas moléculas; • Etapa crítica na fabricação do DMS; • A temperatura e o tempo de recozimento influenciam drasticamente as medidas que são feitas na amostra;
Amostras Nome Ga. Mn. As 001 Ga. Mn. As 002 Ga. Mn. As 003 Undoped undoped C – doped (n) 300 300 4 x 1014 2 x 1015 Corrente média(n. A) 6. 3 7. 0 Tempo (min) 40 183 195 9 x 10 -9 4. 6 x 10 -8 Substrato Energia (Ke. V) Dose (cm-2) Massa de Mn (g)
Ga. Mn. As 001 Cozimento 800º - 20 min. As implanted Magnetization (Am 2) Undoped Dose : 4 x 1014 Applied Field (T) Resposta diamagnética! Applied Field (T)
Ga. Mn. As 002 Magnetization (Am 2) As implanted. Undoped Dose : 2 x 1015 Applied Field (T) Resposta paramagnética.
Ga. Mn. As 002 Recozida Undoped Dose : 2 x 1015 800º - 20 min. Resposta ferromagnética!
Ga. Mn. As 003 C-doped (n) Dose : 2 x 1015 Magnetization (Am 2) As implanted Applied Field (T) Diamagnética.
Ga. Mn. As 003 Recozida Magnetization (Am 2) 800º - 20 min. Applied Field (T) Diamagnética! C-doped (n) Dose : 2 x 1015
Caracterização das amostras • • • Microscopia de força atômica Microscopia eletrônica de tunelamento Difração de raios-x Efeito Hall Magneto-luminescência Medição de sua magnetização através de um SQUID
Agradecimentos • Mauricio Pamplona Pires • Marcelo Sant’Anna • João Paulo Sinnecker • Miguel Novak • Pedrinho • CNPq
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