Транспортные свойства гибридных структур Fe / SiO2 / p-Si

Выполнены исследования транспортных и магнитотранспортных свойств гибридной структуры Fe/SiO2/p-Si на постоянном токе [1]. Особенности транспортных свойств определяются переходом металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) с барьером Шоттки, который формируется на границе раздела SiO2/p-Si, рис. 1. Структура обнаруживает магниторезистивный эффект, причем в зависимости от условий (температура, ток смещения) наблюдается либо положительное магнитосопротивление (МС), либо отрицательное, рис. 2. Положительное МС связано с процессами, имеющими место при протекании тока в объеме полупроводника (p-Si), а отрицательное необходимо связывать с тонким инверсионным слоем, который формируется вблизи границы SiO2/p-Si. Не исключе-но, что определенную роль при этом играет ФМ состояние верхнего слоя структуры и спин-зависимое туннелирование электронов через SiO2/p-Si интерфейс.

Исследование импеданса структуры были выполнены в диапазоне частот 20 Гц – 2 ГГц. Обнаружено сильное увеличение магнитоимпеданса при понижении температуры в диапазоне частот 50-200 МГц. Анализ поведения импеданса при изменении температуры, смещения, частоты и магнитного поля позволил разделить вклады в магниторезистивный эффект от разных областей структуры, от типа носителей заряда. Полученные результаты открывают путь к установлению деталей механизмов, отвечающих за особенности транспортных свойств и за влияние магнитного поля на проводимость гибридных структур.

Рис. 2. Зависимость эффекта магнитосопротивления от тока. Рис. 3. Температурные зависимости электросопротивления структуры Fe/SiO2/p-Si. Под дейсвитей э/м облучения – красная кривая, без облучения – синяя.

Поиск эффективных путей управления транспортными свойствами гибридных структур привел к обнаружению фотоэлектрического эффекта в Fe/SiO2/p-Si. Изменение сопротивления структуры при облучении может достигать трех порядков, рис. 3. Спектральная зависимость фотоэлектрического эффекта носит пороговый характер ¬– наблюдается только для энергий фотона больше ~ 1 эВ. Механизм влияния облучения определяется генерацией электрон-дырочных пар в полупроводниковой подложке на границе с SiO2.

1. N.V. Volkov, A.S. Tarasov, E.V. Eremin, S.N. Varnakov, S.G. Ovchinnikov and S.M. Zharkov, Magnetic-field- and bias-sensitive conductivity of a hybrid Fe/SiO2/p-Si structure in planar geometry. Journal of Applied Physics v. 109, 123924 (2011).