Structure et magnétisme de couches minces de germaniure de fer déposées sur Ge(111)

par Rached Jaafar

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Carmelo Pirri.

Soutenue en 2008

à Mulhouse .


  • Résumé

    La thématique croissance de couches minces ferromagnétiques sur semiconducteur est en plein essor ces demières années en raison des potentielles applications de ces systèmes dans ce qu'on appelle couramment l'électronique de spin. Il a en particulier été montré récemment qu'il est possible d'injecter un courant polarisé en spin d'une électrode ferromagnétique dans le semiconducteur dans le cas par exemple du système Fe/GaAs. L'inconvénient majeur de ces hétérostructures FM/SC est qu'une forte interdiffusion apparaît à l'interface dès que la température devient bien supérieure à 300K. Dans le cas présent nous nous sommes intéressés à la croissance et aux propriétés magnétiques de couches minces de l'alliage intermétallique FexGe sur Ge(111). Ces couches sont obtenues par codépôt à 300K suivi d'un recuit thermique. L'influence du recuit sur la morphologie et l'homogénéité des couches a été analysée par microscopie à effet tunnel (STM). La surface des couches est optimale (parfaitement plane à l'échelle du µm) pour TR proche de 600K. Les images de microscopie électronique à transmission (TEM) montrent que l'interface entre la couche et le substrat est parfaitement abrupte. La structure cristallographique des couches a été déterminée à partir de clichés de diffraction TEM, de mesures de diffraction de rayons X (XRD) ainsi que des mesures de diffraction de photoélectrons (XPD). Les couches sont monocristallines et adoptent la structure de type InNi2 (B82) de symétrie hexagonale. De plus, le recuit thermique entre 300K et 700K ne modifie ni cette stmcture cristallographique, ni la qualité de l'interface entre la couche et le substrat. Les mesures magnétiques réalisées à l'aide d'un dispositif d'effet Kerr magnéto-optique à température variable montre que les couches présentent un axe de facile aimantation dans le plan des couches avec une anisotropie magnétique d'ordre 6 en accord avec la structure cristallographique. Les variations de l'amplitude du signal Kerr en fonction de l'épaisseur de la couche suggèrent l'absence de couches magnétiques mortes à l'interface entre la couche et le substrat et confirment la grande stabilité thermique de cette interface.

  • Titre traduit

    Room temperature ferromagnetism of th in epitaxial Fe,Gc laycrs grown on Ge(Ill)


  • Résumé

    Semiconductor-based spin electronic devices have raised considerable interest in the last few years. Ln particular, room temperature spin injection from a ferromagnet (FM) into a semiconductor (SC) requires FM/SC heterostructures with high Curie temperature, single crystal quality, abrupt interface and no magnetically dead layer at the interface. Until now, only one promising FM/Ge heterostructure, namely the Fe3Si/Ge(lll) system, has been found. Here we report the epitaxial growth of ultrathin ferromagnetic iron germanide layer on Ge( I l l ) thal could be another attractive candidate for spintronic applications. Morphology, crystallographic structure and magnetic properties of the iron germanide films have been investigated in situ by STM, LEED, XPD and ex situ by H RTEM, XRD and MOKE. Iron germanide layers were obtained through Fe and Ge codeposition at RT and subsequent annealing up to 300°C. These single crystal layers adopt the hcxagonal lnNi2 (B82) structure. The interface between the germanide layer and the Ge substrate is of high perfection. Layers are ferromagnctie wilh a Curie temperature well above room temperature for thickness above 2nm. Whatever the thickness the magnetic easy axis lies in the film plane and the magnetic anisotropy is extremely small. We have detected a slight reduction of the magnetization at th interfaces but no magnetically dead interfacial layer forms. Lnterestingly, both the high crystalline order and the abrupt interface are thermally stable up to 300°C. Moreover the post-annealing leads to an unexpected perfect smoothing of the germanide surface and do not affect the magnetization, in particular at the interface. This result opens the way for the fabrication of high quality iron germanide/Ge heterostructures.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (137 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 129-137

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  • Bibliothèque : Université de Haute-Alsace (Mulhouse). Service Commun de l'Université. Section Lettres et Sciences humaines.
  • Non disponible pour le PEB
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