en fr Epitaxial growth and magnetic properties of Mn5Ge3-Ge heterostructures for spintronic applications. Croissance épitaxiale et propriétés magnétiques dhétérostructures de Mn5Ge3 sur Ge pour des applications en électronReport as inadecuate




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1 Groupe Hétérostructures SiGe CINaM - Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille

Abstract : Spin-electronics based on ferromagnetic metal-semiconductor systems offer a pathway toward integration of information storage and processing in a single material. This emerging field aims to create a new generation of electronic devices where two degrees of freedom will be associated: spin and charge of carriers. In this context, the outcome of this thesis is to elaborate a novel ferromagnetic compound, namely Mn5Ge3, on Ge using molecular beam epitaxy method. The interests in this compound are manyfold: it can be stabilized as a unique phase on Ge111 in the form of epitaxial thin films, it is ferromagnetic until room temperature and it is compatible with Si-based conventional microelectronics. In this work, one major effort was devoted to the epitaxial growth of Mn5Ge3 on Ge using Solid Phase Epitaxy method. By combining structural and magnetic characterizations, we demonstrated high quality epitaxial thin Mn5Ge3 films with good magnetic properties. We also studied the effect carbon incorporation on the structural and magnetic properties of epitaxial Mn5Ge3 films. The carbon-doped films exhibit a high Curie temperature with an atomically smooth interface and a high thermal stability. All these results show that Mn5Ge3 is a promising candidate opening up the ways for spin injection via tunnel effect through the Schottky barrier into Ge.

Résumé : L-intégration de matériaux ferromagnétiques dans des hétérostructures semi-conductrices offre aujourd-hui de nouvelles perspectives dans le domaine de l-électronique de spin. Dans ce manuscrit sont présentés les résultats de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d- hétérostructures de Mn5Ge3 sur Ge111. Le Mn5Ge3 est un composé ferromagnétique jusqu-à température ambiante qui a l-avantage de pouvoir s-intégrer directement au Ge, semi-conducteur du groupe IV. S-agissant d-un matériau relativement nouveau, un des efforts majeurs a porté sur la maîtrise de la croissance des couches minces de Mn5Ge3 par la technique d-épitaxie en phase solide SPE. Un fort accent a été mis sur les caractérisations structurales, la détermination des relations d-épitaxie avec le Ge111, afin de les relier aux propriétés magnétiques des films. La seconde partie de ce travail a été consacrée à l-étude des processus cinétiques d-incorporation de carbone dans les couches minces de Mn5Ge3. La combinaison des différents moyens de caractérisations structurales et magnétiques a permis d-aboutir à une augmentation notable de la température de Curie tout en conservant une excellente qualité structurale de la couche et de l-interface avec le Ge et une stabilité thermique jusqu-à 850°C. Tous ces résultats indiquent que les couches minces de Mn5Ge3 épitaxiées sur Ge111 apparaissent comme des candidats à fort potentiel pour l-injection de spin dans les semi-conducteurs du groupe IV.

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Keywords : thin films ferromagnetism epitaxial growth metal molecular beam epitaxy SQUID magnetometry

Mots-clés : SQUID magnetometrie couches minces ferromagnétisme croissance par épitaxie hétérostructures métal ferromagnétique-semi-conducteur molecular beam epitaxy SQUID magnetometrie.





Author: Aurelie Spiesser -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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