mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2013-4-29-33mateltech-89Research ArticleМатериаловедение и технология. Магнитные материалыMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. MAGNETIC MATERIALSУСИЛЕННЫЙ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В МАССИВАХ НАНОСТОЛБИКОВ НИКЕЛЯ НА КРЕМНИЕВЫХ ПОДЛОЖКАХENHANCED MAGNETORESISTIVE EFFECT IN NICKEL NANOPILLAR ARRAYS ON SILICON SUBSTRATESФедотоваЮ. А.FedotovaYu. A.

доктор физ.−мат.наук, зав. лабораторией, Национальный центр физики частиц и высоких энергий БГУ, Республика Беларусь, 220040, г. Минск, ул. М. Богдановича, д. 153

ИвановД. К.IvanovD. K.

кандидат хим. наук, доцент, Белорусский государственный университет, Республика Беларусь, 220030, г. Минск, просп. Независимости, д. 4

ИвановаЮ. А.IvanovaYu. A.

канд. хим. наук, доцент, Белорусский государственный университет, Республика Беларусь, 220030, г. Минск, просп. Независимости, д. 4

СаадА.SaadA.

профессор, Al−Balqa Applied University, P.O. Box 4545, Amman 11953, Jordan

МазаникА. В.MazanikA. V.

канд. физ.−мат. наук, доцент, Белорусский государственный университет, Республика Беларусь, 220030, г. Минск, просп. Независимости, д. 4

СвитоИ. А.SvitoI. A.

младший научный сотрудник, Белорусский государственный университет, Республика Беларусь, 220030, г. Минск, просп. Независимости, д. 4

СтрельцовЕ. А.StreltsovE. A.

доктор хим. наук, зав. кафедрой, Белорусский государственный университет, Республика Беларусь, 220030, г. Минск, просп. Независимости, д. 4

ФедотовА. К.FedotovA. K.

доктор физ.−мат. наук, зав. кафедрой, Белорусский государственный университет, Республика Беларусь, 220030, г. Минск, просп. Независимости, д. 4

fedotov@bsu.byТютюнниковС. И.TyutyunnikovS. I.

доктор физ.−мат. наук, нач. отделения научно−методических исследований и инноваций ЛФВЭ им. В. И. Векслера и А. М. Балдина, Объединенный институт ядерных исследований, 141980, г. Дубна, ул. Ж. Кюри, д. 6

АпельП. Ю.ApelP. Yu.

доктор физ.−мат. наук, заместитель по научной работе начальника Центра прикладной физики ЛЯР им. Г. Н. Флерова, Объединенный инсти- тут ядерных исследований, 141980, г. Дубна, ул. Ж. Кюри, д. 6

 

Национальный центр физики частиц и высоких энергий БГУБеларусьNational Center for Physics of Particles and High Energies Belarus State UniversityBelarusБелорусский государственный университетБеларусьBelarus State UniversityBelarusAl−Balqa Applied UniversityИорданияAl−Balqa Applied UniversityJordanОбъединенный институт ядерных исследованийРоссияInstitute for Nuclear Research Enhanced Magnetoresistive Effect in Nickel Nanopillar Arrays on Silicon SubstratesRussian Federation201316032015042933Copyright © Федотова Ю.А., Иванов Д.К., Иванова Ю.А., Саад А., Мазаник А.В., Свито И.А., Стрельцов Е.А., Федотов А.К., Тютюнников С.И., Апель П.Ю., 20152015Федотова Ю.А., Иванов Д.К., Иванова Ю.А., Саад А., Мазаник А.В., Свито И.А., Стрельцов Е.А., Федотов А.К., Тютюнников С.И., Апель П.Ю.Fedotova Y.A., Ivanov D.K., Ivanova Y.A., Saad A., Mazanik A.V., Svito I.A., Streltsov E.A., Fedotov A.K., Tyutyunnikov S.I., Apel P.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/89

Показано, что магниторезистивные свойства наноструктур n−Si/SiO2/Ni, содержащих наногранулированные никелевые стержни в вертикальных порах в слое SiO2, существенно отличаются от аналогичных свойств в ранее исследованных наногранулированных пленках Ni, электроосажденных на пластины n−Si. С точки зрения  электрофизических свойств изученные наноструктуры аналогичны системе двух диодов Шотки Si/Ni, включенных навстречу друг другу. В интервале температур 2—300 К и магнитных полей  до 8 Тл исследовано магнитосопротивление таких структур. Установлено, что при температурах 17—27 K структуры обладают положительным  магниторезистивным эффектом, величина которого зависит от приложенного к структуре поперечного напряжения и возрастает по мере уменьшения силы продольного (вдоль  столбиков) тока. При токе 100 нА относительное магнитосопротивление в поле 8 Tл возрастает от 500 до 35000  % при изменении поперечного напряжения от 0 до −2 В. Наблюдаемый магниторезистивный эффект, повидимому, связан с влиянием магнитного поля на процессы ударной ионизации примесей,  приводящие к лавинному пробою барьера Шотки Ni/Si. Доказана возможность управления магниторезистивным эффектом в темплатных структурах  n−Si/  SiO2/Ni, прикладывая к наноструктуре дополнительное (поперечное) электрическое поле между кремниевой подложкой (как третьим электродом) и никелевыми столбиками.

We show that the magnetoresistive properties of n−Si/SiO2/Ni nanostructures containing nanogranular nickel pillars in verticals pores of the SiO2 layer differ considerably from those properties of previously studied nanogranular Ni films electrodeposited onto n−Si wafers. The electrophysical properties of these nanostructures are similar to those of a system consisting of two opposite−connected Si/Ni Shottky diodes. We studied the magnetoresistance of these structures in the 2—300 K temperature range and in magnetic fields of up to 8 Tl. The studies suggest that at 17—27 K the structures have a posi- tive magnetoresistive effect the magnitude of which depends on the transverse bias applied to the structure and increases with a decrease in the longitudinal current (along the pillars). At 100 nA current, the relative magnetoresistance in a 8 Tl field increased by 500 to 35,000% as the transverse bias varies from 0 to −2 V. The magnetoresistive effect observed in the structures is likely to be related to the effect of the magnetic field on the impact ionization of the impurities causing an avalanche breakdown of the Si/Ni Shottky diode. We prove the possibility of controlling the magnetoresistive effect in n−Si/SiO2/Ni template structures by applying an additional (transverse) electric field to the nanostructure between the silicon substrate (functioning as the third electrode) and the nickel nanopillars.

 

барьеры Шоткикремниймагнитосопротивлениемагниторезистивный эффектнаноструктурыникельschottky’s barrierssiliconmagnetoresistancemagneto−resistive effectnanostructuresnickelГПНИ «Функциональные и машиностроительные материалы, наноматериалы» Республика БеларусьReferencesImry, Y. Nanostructures and mesoscopic systems / Y. Imry. − New York Academic : 1992. − P. 11.Imry, Y. Nanostructures and mesoscopic systems / Y. Imry. − New York Academic : 1992. − P. 11.Baibich, M. N. Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices / M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich, J. Chazelas // Phys. Rev. Lett. − 1988. − V. 61. − P. 2472—2475.Baibich, M. N. Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices / M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich, J. Chazelas // Phys. Rev. Lett. − 1988. − V. 61. − P. 2472—2475.Garcia, N. Magnetoresistance in excess of 200% in ballistic Ni nanocontacts at room temperature and 100 Oe / N. Garcia, M. Munoz, Y.−W. Zhao // Ibid. − 1999. − V. 82. − P. 2923—2926.Garcia, N. Magnetoresistance in excess of 200% in ballistic Ni nanocontacts at room temperature and 100 Oe / N. Garcia, M. Munoz, Y.−W. Zhao // Ibid. − 1999. − V. 82. − P. 2923—2926.Schmidt, G. Spintronics in semiconductor nanostructures / G. Schmidt, C. Gould, L. W. Molenkamp // Physica E. − 2004. − V. 25. − P. 150—159.Schmidt, G. Spintronics in semiconductor nanostructures / G. Schmidt, C. Gould, L. W. Molenkamp // Physica E. − 2004. − V. 25. − P. 150—159.Template−based synthesis of nanorod or nanowire arrays // Springer Handbook of nanotechnology / Ed. by Bharat Brush- an − Heidelberg; Dordrecht; London; New York : Springer, 2007. − P. 161—178.Template−based synthesis of nanorod or nanowire arrays // Springer Handbook of nanotechnology / Ed. by Bharat Brush- an − Heidelberg; Dordrecht; London; New York : Springer, 2007. − P. 161—178.Nanofunctional materials, nanostructures and novel devices for biological and chemical detection / Ed. by C. Li, A. Zribi, L. Nagahara, M. Willander. − Warrendale (PA), 2007.Nanofunctional materials, nanostructures and novel devices for biological and chemical detection / Ed. by C. Li, A. Zribi, L. Nagahara, M. Willander. − Warrendale (PA), 2007.Magnetic ultrathin films: multilayers and surfaces/interfaces and characterization / Ed. by B. T. Jonker et al. − Warrendale (PA), 1990.Magnetic ultrathin films: multilayers and surfaces/interfaces and characterization / Ed. by B. T. Jonker et al. − Warrendale (PA), 1990.Fink, D. Etched ion tracks in silicon oxide and silicon oxyni- tride as charge injection or extraction channels for novel electronic structures / D. Fink, A. V. Petrov, K. Hoppe, W. R. Fahrner, R. M. Pa- paleo, A. S. Berdinsky, A. Chandra, A. Chemseddine, A. Zrineh, A. Biswas, F. Faupel, L. T. Chadderton // Nuclear Instrum. and Meth. in Phys. Res. B. − 2004. − V. 218. − P. 355—361.Fink, D. Etched ion tracks in silicon oxide and silicon oxyni- tride as charge injection or extraction channels for novel electronic structures / D. Fink, A. V. Petrov, K. Hoppe, W. R. Fahrner, R. M. Pa- paleo, A. S. Berdinsky, A. Chandra, A. Chemseddine, A. Zrineh, A. Biswas, F. Faupel, L. T. Chadderton // Nuclear Instrum. and Meth. in Phys. Res. B. − 2004. − V. 218. − P. 355—361.Streltsov, E . A . Effect of Cd(II) on electrodeposition of textured PbSe / E. A. Streltsov, N. P. Osipovich, L. S. Ivashkevich, A. S. Lyakhov // Electrochim. Acta. − 1999. − V. 44. − P. 2645—2652.Streltsov, E . A . Effect of Cd(II) on electrodeposition of textured PbSe / E. A. Streltsov, N. P. Osipovich, L. S. Ivashkevich, A. S. Lyakhov // Electrochim. Acta. − 1999. − V. 44. − P. 2645—2652.Fink, D. Nanotechnology with ion track — tailored media / D. Fink, D. Sinha, J. Opitz− Coutureau, A. V. Petrov, S. E. Demyanov, W. R. Fahrner, K. Hoppe, A. K. Fedotov, L. T. Chadderton, A. S. Berdinsky // Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. Mater. of the «Nanomeeting−2005». − Minsk (Belarus), 2005. − P. 474.Fink, D. Nanotechnology with ion track — tailored media / D. Fink, D. Sinha, J. Opitz− Coutureau, A. V. Petrov, S. E. Demyanov, W. R. Fahrner, K. Hoppe, A. K. Fedotov, L. T. Chadderton, A. S. Berdinsky // Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. Mater. of the «Nanomeeting−2005». − Minsk (Belarus), 2005. − P. 474.Ivanova, Yu. A. Electrochemical deposition of Ni and Cu onto monocrystalline n−Si(100) wafers and into nanopores in Si/SiO2 template / Yu. A. Ivanova, D. K. Ivanou, A. K. Fedotov, E. A. Streltsov, S. E. Demyanov, A. V. Petrov, E. Yu. Kaniukov, D. Fink // J. Mater. Sci. − 2007. − V. 42. − P. 9163—9165.Ivanova, Yu. A. Electrochemical deposition of Ni and Cu onto monocrystalline n−Si(100) wafers and into nanopores in Si/SiO2 template / Yu. A. Ivanova, D. K. Ivanou, A. K. Fedotov, E. A. Streltsov, S. E. Demyanov, A. V. Petrov, E. Yu. Kaniukov, D. Fink // J. Mater. Sci. − 2007. − V. 42. − P. 9163—9165.Fedotova, J. Magnetoresistance in n−Si/SiO2/Ni nanos-tructures manufactured by swift heavy ion−induced modification technology / J. Fedotova, D. Ivanou, Yu. Ivanova, A. Fedotov, A. Mazanik, I. Svito, E. Streltsov, A. Saad, S. Tyutyunnikov, T. N. Koltunowicz, S. Demyanov, V. Fedotova // Acta Physica Polonica A. − 2011. − V. 120. − P. 133—135.Fedotova, J. Magnetoresistance in n−Si/SiO2/Ni nanos-tructures manufactured by swift heavy ion−induced modification technology / J. Fedotova, D. Ivanou, Yu. Ivanova, A. Fedotov, A. Mazanik, I. Svito, E. Streltsov, A. Saad, S. Tyutyunnikov, T. N. Koltunowicz, S. Demyanov, V. Fedotova // Acta Physica Polonica A. − 2011. − V. 120. − P. 133—135.Fedotova, J. Gigantic magnetoresistive effect in n−Si/SiO2/ Ni nanostructures fabricated by the template−assisted electrochemical deposition / J. Fedotova, A. Saad, D. Ivanou, Yu. Ivanova, A. Fedotov, A. Mazanik, I. Svito, E. Streltsov, S. Tyutyunnikov, T. N. Koltunowicz // Electrical Rev. − 2012. − V. 88. − P. 305—308.Fedotova, J. Gigantic magnetoresistive effect in n−Si/SiO2/ Ni nanostructures fabricated by the template−assisted electrochemical deposition / J. Fedotova, A. Saad, D. Ivanou, Yu. Ivanova, A. Fedotov, A. Mazanik, I. Svito, E. Streltsov, S. Tyutyunnikov, T. N. Koltunowicz // Electrical Rev. − 2012. − V. 88. − P. 305—308.Delmo, M . P. Large positive magnetoresistive effect in silicon induced by the space − charge effect / M. P. Delmo, Sh. Yamamoto, Sh. Kasai, T. Ono, K. Kobayashi // Nature. − 2009. − V. 457. − P. 1112—1115.Delmo, M . P. Large positive magnetoresistive effect in silicon induced by the space − charge effect / M. P. Delmo, Sh. Yamamoto, Sh. Kasai, T. Ono, K. Kobayashi // Nature. − 2009. − V. 457. − P. 1112—1115.Lanyon, H. P. D. Magnetoresistance of silicon diodes reverse biased into breakdown / H. P. D. Lanyon, W. S. Neal // Phys. status solidi (a). − 1974. − V. 21. − P. 605—616.Lanyon, H. P. D. Magnetoresistance of silicon diodes reverse biased into breakdown / H. P. D. Lanyon, W. S. Neal // Phys. status solidi (a). − 1974. − V. 21. − P. 605—616.Lanyon, H. P. D. Magnetoresistance of avalanching semiconductor diodes / H. P. D. Lanyon // Ibid. − 1974. − V. 21. − P. 197— 207.Lanyon, H. P. D. Magnetoresistance of avalanching semiconductor diodes / H. P. D. Lanyon // Ibid. − 1974. − V. 21. − P. 197— 207.Lutsev, L . V. Giant magnetoresistance in semiconduc- tor / granular film heterostructures with cobalt nanoparticles / L. V. Lutsev, A. I. Stognij, N. N. Novitskii // Phys. Rev. B. − 2009. − V. 80. − P. 184423.Lutsev, L . V. Giant magnetoresistance in semiconduc- tor / granular film heterostructures with cobalt nanoparticles / L. V. Lutsev, A. I. Stognij, N. N. Novitskii // Phys. Rev. B. − 2009. − V. 80. − P. 184423.Fedotova, J. Magnetotransport in nanostructured Ni films electrodeposited on Si substrate / J. Fedotova, A. Saad, D. Ivanou, Yu. Ivanova, A. Fedotov, A. Mazanik, I. Svito, E. Streltsov, S. Tyutyunnikov, T. N. Koltunowicz // Electrical Rev. − 2012. − V. 88. − P. 90—92.Fedotova, J. Magnetotransport in nanostructured Ni films electrodeposited on Si substrate / J. Fedotova, A. Saad, D. Ivanou, Yu. Ivanova, A. Fedotov, A. Mazanik, I. Svito, E. Streltsov, S. Tyutyunnikov, T. N. Koltunowicz // Electrical Rev. − 2012. − V. 88. − P. 90—92.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.