Новый способ синтеза тонких ферромагнитных пленок для микросхем

Ученые Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН совместно с коллегами научились синтезировать тонкие кристаллические ферромагнитные пленки и разработали технологию придания им нужной формы. Такие пластины могут использоваться в электронных и спинтронных микросхемах.

Исследователи создали пленки из силицидов железа толщиной от сотен до десятков нанометров. Они синтезированы на подложке из кремния. Силицид железа — это соединение кремния и железа, которое, как правило, при определенной температуре обладает ферромагнитными свойствами. Но существуют и «немагнитные» силициды железа с уникальными для практического применения оптическими свойствами.

Такие пленки используются в качестве активных частей в устройствах оптики, в фотонике и в интегральных электронных и спинтронных микросхемах. Ферромагнитные тонкие пленки очень перспективны для спинтроники, которая позволяет создавать устройства для хранения и обработки информации. Такие устройства обладают более низким энергопотреблением и высокой скоростью по сравнению с традиционными электронными приборами.

Однако для создания таких устройств нужны пленки очень строгой геометрии. Это значит, что на синтезированные пленки нужно нанести шаблон и «вырезать» пленку в соответствии с ним. Для этого ученые уже давно используют травление: оно бывает жидким (химическим) и сухим (ионно-плазменным, реактивно-ионным или просто ионным). В процессе жидкостного травления пленку помещают в специальную жидкость — травитель, который растворяет излишек. Перед этим ученые с помощью фотолитографии наносят на пленки маски, чтобы задать нужный «рельеф» — маска не дает нужной части пленки раствориться. В сухом травлении этого же результата ученые добиваются с помощью газа, который физически или химически разрушает материал.

«Мы расширили область применения подхода, распространили его на новые железо-кремниевые сплавы и показали, что он работает. Также мы определили скорость травления пленок и изготовили микроустройство. Аналогичный подход может быть использован для изготовления различных структур для электроники, фотоники и других приложений», — рассказал один из авторов статьи Антон Тарасов, научный сотрудник Института физики имени Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН и старший преподаватель Сибирского федерального университета.

Большое преимущество разработанных пленок – не только их электронные и магнитные свойства, но и совместимость с наиболее распространенными технологическими полупроводниками. Это значит, что такие пленки можно выращивать на подложках из кремния, германия и арсенида галлия. Таким образом физики будут получать тонкие пленки высокого качества специфической формы и геометрии более простым и доступным способом. Более того, полученные результаты увеличивают выбор материалов, которые ученые могут применять при создании разных устройств.

«С помощью этой технологии можно создать устройства спинтроники или фотоники, потому что силициды железа обладают свойствами, полезными именно в этих областях науки. Сейчас мы с помощью разработанного подхода создаем пленки и изучаем зависимые от их топологии эффекты», — заключил ученый.

Автор публикации Екатерина Бурчевская