Магнитные и деформационные процессы в полупроводниковых структурах с магнитными слоями для микромеханических устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат физико-математических наук Горячев, Андрей Викторович

• Горячев, Андрей Викторович
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Горячев, Андрей Викторович

Содержание диссертации.

Введение.

Глава 1 . Сплавы с памятью формы.

1.1. Эффект памяти формы.

1.2. Магнитные сплавы с памятью формы.

1.3. Магнитные и структурные переходы в сплавах Гейслера.

1.3.1. Модельный термодинамический потенциал.

1.3.2. Влияние магнитного поля на структурный фазовый переход в ферромагнитном металле.

1.4. Выводы к главе 1.

Глава 2 . Методы АСМ/МСМ микроскопии и основные типы кантилеверов.

2.1. Основные режимы работы АСМ.

2.2. Типы кантилеверов.

2.2.1. Пленочные кантилеверы.

2.2.2. Кремниевые кантилеверы.

2.2.3. Специальные кантилеверы.

Глава 3 . Многозондовые картриджи: методы управления прогибом консоли и моделирование.

3.1. Моделирование теплового способа управления изгибом слоистой консоли.

3.1.1. Распределение температуры вдоль нагреваемой током консоли.

3.1.2. Расчет изгиба неравномерно нагретой консоли.

3.2. Пьезострикционный метод управления.

3.3. Магнитострикционный метод.

3.4. Сравнение методов управляемого изгиба консолей многозондового кантилевера.

3.4.1. Тепловое расширение.

3.4.2. Обратный пьезоэффект.

3.4.3. Магнитострикционный способ.

3.4.4. Результаты измерений зависимости величины изгиба консоли от токового разогрева.

3.5. Выводы к главе 3.

Глава 4 . Магнитные зонды АСМ.

4.1. Модель магнитного наконечника иглы МСМ.

4.2. Моделирование распределения намагниченности в магнитном покрытии иглы МСМ.

4.2.1. Микромагнитный пакет SpinPM.

4.3. Взаимосвязь магнитной структуры иглы и разрешающей способности.

4.4. Расчет эффективных параметров иглы МСМ.

4.4.1. Тестирование с использованием токовой петли.

4.4.2. Модель конической иглы.

4.4.3. Модель усеченного конуса с продольной намагниченностью.

4.4.4. Модель скругленного наконечника с перпендикулярной намагниченностью.

4.4.5. Сравнение моделей.

4.5. Исследование явлений деградации магнитных свойств кантилеверов.

4.6. Выводы к главе 4.

Глава 5 . Магнитомеханические преобразователи трения, давления и перемещения для магнитных МЭМС.

5.1. Гигантское магнитосопротивление (ГМС).

5.2. Особенности технологии создания магниторезистивных структур.

5.3. Гистерезис магниторезистивной системы.

5.4. Температурная зависимость гмс.

5\5. Оценка предельной чувствительности магниторезистивного мостового элемента.

ТМС-структура.

ГМС-структура с продольным протеканием тока.

5.6. Микромагнитные системы.

5.7. Магмэмс на основе гмс: датчик аэродинамического трения.

5.8. Расчет чувствительности магнитомеханического преобразователя.

5.9. Выводы к главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Магнитные и деформационные процессы в полупроводниковых структурах с магнитными слоями для микромеханических устройств»

Основой микроэлектромеханических систем (МЭМС) являются микромеханические элементы консольного, мостового и мембранного типа, создаваемые на основе кремниевой технологии с использованием модифицированных групповых технологических приемов микроэлектроники, объединенные с полупроводниковыми приборами и сочетающие характеристики электронных схем и механических компонентов. Важный стимул для развития этой технологии - возможность объединения с бурно развивающейся нанотехнологией. В частности, привлекает перспектива соединения достоинств развивающейся спинтроники, наномагнетизма и микромеханики. Тут можно выделить два важных прикладных аспекта этого развития - создание управляемых кантилеверов для зондовой микроскопии, включая создание многозондовых картриджей, и разработку многофункциональных МЭМС различного назначения, использующих упругие свойства микромеханических устройств консольного, мостового и мембранного типа в сочетании с микромагнитными и магниторезистивными элементами контроля перемещения и деформаций. Сами кремниевые кантилеверы зондов АСМ с композитными покрывающими слоями могут являться основой для таких многофункциональных МЭМС.

Одной из важных проблем при разработке указанных устройств является поиск новых композитных материалов для управляющих покрытий кремниевых консольных зондирующих устройств, перспективных для управления микромеханическими устройствами с помощью внешних магнитных и электрических полей. Упругие свойства МЭМС определяют их силовые и скоростные характеристики. Одним из актуальнейших направлений здесь является применение новых материалов таких, как магнитные сплавы с памятью формы, структурные переходы в которых сопровождаются рекордно высокими значениями упругих деформаций - до 10%. Физика фазовых переходов (температурных, и магнитных), сопровождающихся сильными структурными искажениями, весьма разнообразна и до конца не изучена. Это в частности, касается многокомпонентных магнитных сплавов (сплавы Гейслера) с зонным эффектом Яна-Теллера. В настоящее время здесь очень актуальна задача поиска механизма наиболее сильного взаимовлияния магнитной и упругой подсистем в области структурных фазовых переходов и связанных с этим механизмом особенностей фазовых превращений. Решение этой задачи очень важно как в фундаметальном так и прикладном значении.

Изучение микромагнитных процессов в микро и наноразмерных магнитных элементах различной конфигурации необходимо для понимания особенностей работы микроэлектромеханических систем различного типа. Так, понимание особенностей намагничивания тонкого наконечника магнитного зонда атомно-силового микроскопа необходимо для разработки магнитных покрытий кантилеверов для АСМ/МСМ микроскопии с повышенным разрешением при визуализации магнитных изображений и оценки магнитной долговечности магнитных наконечников. Здесь отсутствует понимание механизмов связи магнитной деградации с ростом дефектности на самом наконечнике зонда. АСМ/МСМ микроскопия позволяет исследовать поверхность с точностью до нескольких ангстрем и изучать магнитную структуру исследуемого образца с точностью до десятков ангстрем и менее. Качество контроля при этом напрямую зависит от качества изготовления АСМ/МСМ зонда и его калибровки. Однако, здесь возникает ряд проблем связанных с тем, что магнитное поле тестирующих структур может меняться из-за магнитного взаимодействия с тестируемой иглой. С этой точки зрения более удобны токовые структуры, поля которых не зависят от полей рассеяния иглы МСМ. При этом, характеристики калибруемого зонда зависят только от размеров тестирующей структуры и методов калибровки. Поскольку конечной целью проводимых калибровочных измерений является использование получаемых результатов тестирования для дальнейшего проведения количественных МСМ-измерений, необходимо знать пределы применимости получаемых калибровочных параметров для магнитных иголок при визуализации и измерении объектов, которые в общем случае формой и размерами отличаются от тестирующих структур. В связи с этим представляется важным иметь достаточно простую модель магнитной иглы зонда МСМ, которая позволяет эффективно и адекватно проводить моделирование МСМ-визуализации и измерения объектов при известных калибровочных параметрах зонда. В данной работе рассматривается несколько таких моделей.

Как отмечалось выше одним из перспективных направлений разработки магнитных МЭМС является разработка микромеханических устройств различного типа в сочетании с микромагнитными и магниторезистивными элементами контроля перемещения и деформаций. Технология изготовления магниточувствительных (магниторезистивных) элементов совместима с технологическим циклом полупроводниковых микросхем, что позволяет интегрировать преобразователь и обрабатывающую электронику в один кристалл и резко снижает стоимость подобных систем по сравнению с другими решениями (например, основанных па оптических датчиках). Актуальность работ над данной технологией заключается в том, что она может быть легко трансформирована для создания сродных технологий для самых широких применений, например, датчиков измерения силы трения и скорости потоков газов, датчиков потоков жидкостей, мини-микрофонов и др. Однако здесь имеется ряд нерешенных проблем, связанных с использованием новых материалов и конструктивных особенностей датчиков. Поэтому актуальными здесь являются задачи создания упрощенных моделей и проведение анализа работы таких устройств при вариации магнитных и геометрических параметров составляющих элементов.

В связи с вышесказанным, целью настоящей диссертационной работы являлось исследование микроскопических механизмов возникновения структурных деформаций в магнитных сплавах, применяемых для создания актюаторов и магнитных МЭМС, особенностей процессов намагничивания и деформационных явлений в зондирующих консольных устройствах атомно-силовой микроскопии и магнитных МЭМС. В частности, в диссертации были решены следующие конкретные задачи:

1. Теоретический анализ калибровки магнитного наконечника зонда МСМ на основе токопроводящих тестирующих структур.

2. Исследование влияния дефектов магнитного наконечника МСМ зонда на его магнитные характеристики и магнитное изображение АСМ/МСМ.

3. Проведение сравнительного анализа методов управления прогибом консоли зонда АСМ.

4. Проведение анализа фазовых структурных превращений мартенсит-аустенит на основе зонной теории эффекта Яна-Теллера. Разработка модель структурного фазового перехода в магнитном поле.

5. Разработка модели функционирования и расчет характеристик первичных магнитомеханических преобразователей аэродинамического трения, давления и перемещения для магнитных МЭМС Диссертационный материал ниже излагается по главам в соответствии с обсуждением указанных вопросов. Каждой проблеме при этом предшествует обзорный материал, описывающий состояние соответствующих исследований.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. В работе впервые проводился анализ температурных и полевых превращений на основе зонной теории эффекта Яна-Теллера, объединяющей достижения ранней упрощенной теории для двухзонного проводника с феноменологической моделью многозонного ферромагнетика. Анализ фазовых переходов в многокомпонентных магнитных сплавах Гейслера со структурными превращениями мартенсит-аустенит ранее не учитывал деталей взаимовлияния магнитной и упругой подсистем и проводился в основном на основе феноменологической теории.

2. Впервые проведено детальное исследование влияния дефектов магнитных покрытий на характеристики магнитного зонда и качество МСМ изображения. Выявлен магнитостатический механизм влияния дефектов магнитного наконечника МСМ зонда на магнитное изображение АСМ/МСМ, который снижает коэрцитивную силу перемагничивания наконечника по сравнению с магнитным покрытием балки.

3. Новым является сравнительный анализ методов управления консольными устройствами балочного типа.

Апробация результатов:

Основные результаты, изложенные в диссертации опубликованы в работах [ 1, 2, 3, 4], и докладывались автором на следующих конференциях:

• V Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика - 2005» (Москва, 2005)

• International Conference «Functional Materials» (ICFM' 2007, Крым, 2007)

• XVI Международная Конференция по Постоянным Магнитам (МКПМ-XVI, Суздаль, 2007)

• Euro-Asian Symposium "Magnetism on a Nanoscale" (EASTMAG-2007, Казань, 2007)

• Всероссийская межвузовская конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2007» (Москва, 2007)

• XX международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (НМММ-20, Москва, 2006)

• VII Международная научная конференция «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2007)

• XXXII Международная зимняя школа физиков-теоретиков «Коуровка-2008» («Зеленый мыс», г. Новоуральск, Свердловская обл., 2008г.)

• Международная научно-техническая конференция «Микроэлектроника и наноинженерия - 2008» (Москва, Зеленоград, 2008)

Заключение диссертации по теме «Физика полупроводников», Горячев, Андрей Викторович

1. Результаты исследования деградации магнитных кантилеверов со временем, в результате которого был определен срок, за который магнитные кантилеверы сохраняют свои магнитные свойства практически без изменений и дают приемлемый контраст МСМ изображений, могут быть полезны при выборе оптимального магнитного покрытия для МСМ/АСМ зонда. Результаты исследования деградации магнитного покрытия и калибровки МСМ зонда использованы, в частности, при разработке производства магнитных кантилеверов МСМ на технологической линейке ФГУП НИИФП.

2. Анализ микроскопического механизма влияния магнитной продсистемы на структурный переход в сплавах Гейслера может быть полезен при поиске новых материалов и постановке новых экспериментов при разработке МАГМЭМС с экстремальными характеристиками.

3. Расчеты управляемого упругого изгиба консоли кантилевера могут использоваться при разработке новых типов управляемых кантилеверов. Расчеты прогиба кантилеверов при тепловом способе управления использованы при разработке многозондового картриджа при проведении НИОКР «Картридж» на предприятии ФГУП НИИФП.

4. Исследование процессов намагничивания и упругих свойств магнитных МЭМС необходимо для разработки магнитосиловых микромеханических переключателей и детекторов давления консольного, мембранного и мостового типа.

Результаты проведенных исследований использованы также при разработке спецкурса по физике твердого тела и зондовой микроскопии.

Благодарности

Я хотел бы выразить самую искреннюю признательность и благодарность:

Анатолию Федоровичу Попкову, моему научному руководителю, за постановку задач, чуткое руководство, за постоянную помощь в работе над диссертацией и за весь научный опыт, который я приобрел за время моей работы с ним,

Владимиру Григорьевичу Шаврову (ИРЭ РАН), за ценные научные дискуссии, которые сыграли важную роль в моем образовании, а также за помощь в редактировании данной диссертации, начальнику отдела НИИФП Николаю Алексеевичу Дюжеву и коллективу инженеров и лаборантов за предоставленную возможность проведения экспериментов и помощь в реализации поставленных в диссертации задач, а также Ивану Георгиевичу Шкуропату и Надежде Константиновне Матвеевой за помощь при разработке технологических маршрутов и ценные советы,

Александру Михайловичу Алексееву (НТ-МДТ), за помощь в проведении экспериментов, ценные научные обсуждения и пояснения по теме диссертации,

Александру Михайловичу Медникову, за помощь в разработке и создании измерительных стендов,

Виктору Ивановичу Корнееву, за помощь при проведении математических расчетов и реализации вычислительных алгоритмов, заведующему кафедрой Общей Физики МИЭТ Николаю Ивановичу Боргардту и всем сотрудникам этой кафедры, с кем мне приходилось общаться во время обучения, за поддержку и оказываемую помощь,

Алексею Васильевичу Хвальковскому, за ценные пояснения по теории и практике микромагнитного моделирования, а также коллективу сотрудников ИОФАН под руководством Анатолия Константиновича Звездина за предоставленную возможность использования пакета программ SpinPM.

Публикации по теме диссертации

1. А.В. Горячев, А.Ф. Попков. «Калибровочные параметры зондирующей иглы магнитного силового микроскопа в поле тестирующей токовой петли». // Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 9, стр. 115-120.

2. Г.В. Акулова, В.В. Атепалихин, А.В. Горячев, С.Н. Кузнецов, А.Ф. Попков, А.Н. Шокин. «Контроль изгиба консоли многозондового кантилевера методом токового разогрева». // Журнал «Нано- и микросистемная техника» (НМСТ), 2006, №10, стр. 17-22.

3. А.Ф. Попков, А.И. Попов, А.В. Горячев, В.Г. Шавров. «Влияние магнитного поля на зонный эффект Яна-Теллера в проводящем ферромагнетике». // Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ), 2007, том 131, вып. 6, стр. 1081 - 1089.

4. А.В.Горячев, А.Ф.Попков. Упрощенная модель итинерантного ферромагнетика с зонным эффектом Яна-Теллера, // Сборник научных трудов «Нанотехнологии в электронике», МИЭТ, 2007.

5. Г.В. Акулова, В.В. Атепалихин, А.В. Горячев, С.Н. Кузнецов, А.Ф. Попков, А.Н. Шокин. «Разработка методов управляемого изгиба консолей многозондового кантилевера с применением токового разогрева». // Материалы V международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - 2005», стр.51.

6. А.В. Горячев, А.Ф. Попков, A.M. Алексеев. «Калибровочные параметры зондирующей иглы магнито-силового микроскопа», // Материалы тезисов конференции «Новые магнитные материалы микроэлектроники (НМММ-20)», физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2006г., стр. 197.

7. А.В. Горячев. Упрощенная модель итинерантного ферромагнетика с зонным эффектом Яна-Теллера. // Тезисы докладов 14-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2007», Зеленоград, 18 - 20 апреля 2007г.

8. M.Yu. Chinenkov, A.F.Popkov, A.V. Khvalkovskii, A.V. Goryachev. Influence of the shape of spin-valve patterns on their magnetic and magnetoresistive properties. // Euro-Asian Symposium "Magnetism on aNanoscale" (EASTMAG-2007), august 23- 26, 2007, Kazan. P. 44.

9. М.Ю. Чиненков, А.В. Горячев, A.M. Медников, А.Ф. Попков. Влияние формы спин-вентильных элементов на их магнитные характеристики. // XVI Международная конференция по постоянным магнитам (МКПМ-2007), 17-21 сентября 2007 г., Суздаль. Стр. 88-89.

10. А.Ф. Попков, А.В. Горячев, В.Г. Шавров. Влияние магнетизма на структурные фазовые превращения мартенситного типа в сплавах с памятью формы. // XVI Международная конференция по постоянным магнитам (МКПМ-2007), 17-21 сентября 2007 г., Суздаль. Стр. 110 - 111.

11. A.F. Popkov, A.V. Goryachev, V.G. Shavrov. Influence of Magnetic Ordering on the Structural Phase Transition in a Conducting Ferromagnet Having Degenerated Spin Subbands. // Материалы Международной конференции «Функциональные Материалы» ICFM' 2007, october 1-6, 2007, Ukraine, Crimea. P. 256.

12. А.М.Алексеев, А.В. Горячев, Н.А. Дюжев, А.Ф. Попков, Ф.А. Пудопин, А.Н. Шокин. Изготовление, тестирование и калибровка магнитных зондов атомно-силового микроскопа. // Материалы VII международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», 17-22 сентября 2007 г., г. Кисловодск, Россия, стр. 256 - 257.

13. А.Ф. Попков, В.Г. Шавров, В.В. Коледов, А.В. Горячев.Влияние магнитного поля на смещение температуры структурного перехода в ферромагнетике с зонным эффектом Яна-Теллера типа сплава Ni2MnGa. // Тезисы докладов XXXII Международной зимней школы физиков-теоретиков «Коуровка-2008», «Зеленый мыс», г. Новоуральск, Свердловская обл., 25 февраля - 2 марта 2008г.

14. А.В. Горячев, Н.А. Дюжев, Е.П. Кириленко, А.Ф. Попков, A.M. Алексеев, Ф.А. Пудонин, Е.Е. Шалыгина, Исследование явлений деградации магнитных свойств АСМ/МСМ зондов с магнитным покрытием СоСг и CoNi. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Микроэлектроника и наноинженерия - 2008», 25 - 27 ноября 2008 г., Москва, Зеленоград, МИЭТ, стр.1617

15. В.А. Власенко, С.Н. Беляев, А.Г. Ефимов, Э.А. Ильичев, М.Д. Маленкович, В.Э. Немировский, Э.А.Полторацкий, А.В. Горячев, А.Ф. Попков, Г.В. Фролова, M.JI. Шупегин. «Микроэлектромеханические переключатели на основе аморфных алмазоподобных углеродных пленок». // Письма в ЖТФ, 2009, том 35, вып. 15, стр. 105-110.

16. А.В. Горячев, М.Ю. Чиненков. Влияние формы спинвентильных элементов на их магнитные и магниторезистивные характеристики. // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2009, Vol. 1, 75, pp. 33-39.

17. Н.А. Дюжев, Е.П. Кириленко, А.Ф. Попков, A.M. Алексеев, Ф.А. Пудонин, Е.Е. Шалыгина, К.А. Звездин. «Исследование деградации тонкопленочных магнитно-силовых зондов с покрытиями СоСг и CoNi». Материалы тезисов конференции «Новые магнитные материалы микроэлектроники (HMMM-XXI)», физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова, 2009г., стр.848-850.

18. В.А. Власенко, С.Н. Беляев, А.Г. Ефимов, Э.А. Ильичев, М.Д. Маленкович, В.Э. Немировский, Э.А.Полторацкий, А.В. Горячев, А.Ф. Попков, Г.В. Фролова, M.JI. Шупегин. «Микроэлектромеханические коммутаторы для радиочастотных схем». Журнал «Нано- и микросистемная техника» (НМСТ), 2009, №10.

Заключение

Проведенные в работе исследования взаимовлияния магнитных и упругих свойств магнитных сплавов с памятью формы, влияния дефектов магнитных покрытий на качество изображения МСМ, анализ методов управления изгибом балочных МЭМС позволяют сделать следующие выводы:

1. Анализ температурных и полевых превращений на основе зонной теории эффекта Яна-Теллера, объединяющей достижения ранней упрощенной теории для двухзонного проводника с феноменологической моделью многозонного ферромагнетика показал, что при учете энгармонизма третьего порядка переход из мартенситного состояния в аустенитное происходит на линии потери устойчивости метастабильной фазы скачком. При этом линия потери устойчивости мартенситной фазы не совпадает с линией потери устойчивости аустенитной фазы и структурный переход является фазовым переходом первого рода. Существенным условием наличия гистерезиса температуры и реализации фазового перехода первого рода является наличие ангармонического члена третьего порядка. Полевая зависимость температурных точек структурного перехода зависит от начального расположения уровня Ферми относительно пика плотности состояний вырожденной подзоны, ответственной за эффект Яна-Теллера, и от величины обменного расщепления спиновых подзон.

2. Сравнительный анализ влияния дефектов магнитного покрытия зонда МСМ показал, что дефекты на наконечнике зонда МСМ сильно изменяют петлю гистерезиса, что приводит к ухудшению контраста МСМ изображения.

Исследование показало, что появление немагнитных включений или сколов на поверхности иглы зонда МСМ уменьшает коэрцитивную силу на 30%.

3. Исследование временной деградации магнитных зондов МСМ позволило установить срок их годности. Так кобальт-хромовые кантилеверы сохраняют свои магнитные свойства в течении 6 месяцев.

4. Разработаны модели контролируемого управления изгибом консолей многозондового кантилевера на основе теплового, пьезострикционного и магнитострикционного эффектов. Сделаны необходимые оценочные расчеты, по результатам которых были определены максимальные величины прогибов консоли кантилевера для этих способов управления. По полученным данным был выбран вариант управления изгибом консоли дающий наибольший прогиб (тепловой) и изготовлен тестовый прибор. Для теплового метода управления проведено сравнение прогибов, полученных при моделировании и при экспериментальном тестировании разработанного макета четырехзондового кантилевера, показавшее адекватность разработанной модели.

5. Предложена конструкция датчика аэродинамического трения на основе магниторезистивного чувствительного элемента. Описанный первичный преобразователь может служить основой для параметрического ряда преобразователей таких параметров, как напряжение трения, давление, линейное ускорение и др. Динамический диапазон и частотные свойства преобразователя будут определяться упругими свойствами мостовой консоли. и максимально допустимым диапазоном ее бокового смещения. МАГМЭМС сочетает в себе достоинства емкостных и тензорезисторных МЭМС, что позволит разработать новые, перспективные конструкции датчиков для измерения физических величин.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

• Магнитостатический механизм влияния дефектов магнитного наконечника МСМ зонда на магнитное изображение АСМ/МСМ, который снижает коэрцитивную силу перемагничивания наконечника по сравнению с магнитным покрытием балки. Механизм заключается в том, что зародышеобразование фазы перемагничивания облегчается в магнитном наконечнике благодаря возникновению вихревого образования на дефекте магнитной иголки в полях ее размагничивания, что затруднительно в планарной пленочной структуре.

• Модельные расчеты эффективных параметров магнитного наконечника и теоретическое обоснование на их основе процесса калибровки магнитного наконечника зонда АСМ с применением токопроводящих тестирующих структур. Эффективные параметры магнитного наконечника зонда АСМ/МСМ такие, как эквивалентный магнитный диполь и «магнитный заряд» зависят от толщины, угла скоса и намагниченности покрытия. Их определение позволяет количественно измерять магнитный рельеф полей рассеяния тестируемого образца.

• Сравнительный анализ методов управления прогибом консоли зонда АСМ, который показывает, что при тепловом способе управления достигается наибольший прогиб консоли по сравнению с пьезоэлектрическим и магнитострикционным методами управления. Применение сплавов Гейслера со структурным переходом для управления прогибом может дать выигрыш по мощности управления на порядок величины.

• Модель редуцированного описания структурного фазового перехода в магнитном поле в многокомпонентном магнитном сплаве Гейслера с зонным эффектом Яна-Теллера. Модель заключается в выделении актуальных вырожденных зон в энергетическом спектре свободных электронов в многокомпонентном сплаве с характерным пиком плотности состояний, который играет определяющую роль в структурном переходе, а также энергетических зон, определяющих магнитные свойства сплава. Магнитное влияние на структурный переход связывается при этом изменением Ян-Теллеровского расщепления пика при смещении вблизи указанного характерного пика плотности состояний электрохимического потенциала, перенормированного обменным взаимодействием и магнитным полем.

• Расчитанные характеристики первичных магнитомеханических преобразователей аэродинамического трения, давления и перемещения для магнитных МЭМС.

Практическая значимость.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Горячев, Андрей Викторович, 2009 год

1. А.В.Горячев, А.Ф.Попков. Упрощенная модель итинерантного ферромагнетика с зонным эффектом Яна-Теллера. Сборник научных трудов «Нанотехнологии в электронике». 2007.

2. А.Ф.Попков и др. Влияние магнитного поля на зонный эффект Яна-Теллера в проводящем ферромагнетике. Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ). 131, 6, 1081 1089.

3. А.В. Горячев, А.Ф. Попков. Калибровочные параметры зондирующей иглы магнитного силового микроскопа в поле тестирующей токовой петли. Журнал технической физики. 2006, 76, 9, 115-120.

4. Г.В. Акулова, и др. Контроль изгиба консоли многозондового кантилевера методом токового разогрева. Журнал «Нано- и микросистемная техника» (НМСТ). 2006, 10, 17-22.

5. Солнцева, под. ред. Ю.П. Металлы и сплавы. Справочник. Издательство Профессионал, Санкт-Петербург 2003.

6. P.-F. Indermiihle, et al. Fabrication and characterization of cantilevers with integrated sharp tips and piezoelectric elements for actuation and detection for parallel AFM applications. Sensors and Actuators A. 1997, 60, 186-190.

7. S. Fujii, S. Ishida, S. Asano. Electronic structure and lattice transformation in Ni2MnGa and Co2NbSn. J. Phys. Soc. Jap., 58(10), 1989,3657-3665.

8. K.Ullakko, J.K.Huang, C. Kantner et al. Appl. Phys. Lett., 69, 1996.

9. S. Morito, K.Otsuka. Mater. Sci. Engng A, 47, 1996, 208.

10. A.A.Cherechukin, I.E.Dikshtein, D.I.Ermakov et al. Snape memory effect due to magnetic field-induced thermoelastic martensitic transformation in policrystaline Ni-Mn-Fe-Ga alloy., Phys. Lett. A, 291, 2001, 175-183.

11. Aaltio, K.Ulakko. Proc.7-th Int. Conf. New Actuators, Actuator 2000. Bremen, Germany : s.n., 2000.

12. В.Д. Бучельников, A.H. Васильева, B.B. Коледов, C.B. Таскаев, B.B. Ховайло, В.Г. Шавров. Магнитные сплавы с памятью формы: фазовые переходы и функциональные свойства. УФН, 176, 8, 2006, 900-906.

13. А.Н. Васильев, А. Д. Божко, В. В. Ховайло и др. Structural and magnetic phase transitions in shape-memory alloys Ni2+xMnl-xGa. Phys. Rev. B, 59, 2, 1999-11, 11131120.

14. J.Labbe, J.Friedel, J. Phys., 27, 1966, 153.

15. A.T.Zayak et al. Phys. Rev. B, 68, 2003, 133402.

16. S.Ishida, M.Furugen, S.Asano, Int. J. Appl. Electromagnetics and Mechanics, 12, 2000,41.

17. J.C.Suits. Sol.St.Comm., 18, 1976, 423.

18. J.Labbe, Paramagnetic susceptibility in the V3Si type of compounds in the normal state. Phys.Rev. 158, 1967, 647.

19. D.K.Ray, J.P.Jardin, Elastic and magnetic interactions in a narrow twofold-degenerate band. Phys. Rev. B, 33, 1986, 5021.

20. D.K. Ray, S.K.Ghatak, Phys. Rev. B. 36, 1987, 3868 .

21. G.G.Reddy et al. Phys. Rev. B. 74, 2006, 134403-09.

22. Л.Д. Ландау, E.M. Лифшиц. Статистическая физика. Москва : Наука, 1964, 568.

23. M.Shimizu, Proc.Phys. Soc. 86, 1965, 147.

24. В.А. Власенко и др. Микроэлектромеханические переключатели на основе аморфных алмазоподобных углеродных пленок. Письма в ЖТФ. 35, 15, 2009, 105110.

25. G. Binnig, II.Rohrer, Scanning tunneling microscopy. Helvetica Physica Acta. 55, 1982, 726.

26. N.A.Burnham, RJ.Colton, Force Microscopy / Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy, Chapter 7. New York : s.n., 1994, 191-249.

27. R.Weisendanger, Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy. Cambridge : Cambridge University Press, 1994.

28. G.Binnig, C.F.Quate, Ch.Gerber, Atomic force microscopy. Phys. Rev. Lett. 56, 9, 1986, 930-933.

29. G.Binnig et al. Atomic resolution with atomic force microscope. Surface scince., 189/190, 1987, 1-6.

30. Т.Шермергор. Знакомьтесь: атомно силовой. Наука и жизнь. 9, 1991, 7-9.

31. Л.Ландау, Е.Лифшиц. Теория упругости, 1987.

32. В. И.Феодосьев, Сопротивление материалов. Москва : Наука, 1972. стр. 126,143,501.

33. U. Rabe, K.Janser, W.Arnold. 9, 1996, Rev. Sci. Instrum. 67 (9), 3281(1996),

34. R.Howland, L.Benatar, A practical guide to scanning probe microscopy. Park Scientific Instruments. 1996.

35. E.Meyer, Atomic Force Microscopy // Progress in Surface Science. 41/1,1992. 3-49.

36. J.P.Spatz et al. Forces affecting the substrate in resonant tapping force microscopy. Nanotechnology, 6, 1995, 40-44.

37. U.Hartmann, Theory of Noncontact Force Microscopy/Scanning Tunneling Microscopy III. ed. by R. Wiensendanger and J.-II. Guntherodt. Theory of STM and Related Scanning Techniques. Berlin : Springer, 1985.

38. R.Luthi et al. Progress in noncontact dynamic force microscopy. J. Vac. Sci. Technol. 3, 1994, 1673-1676.

39. В.А.Быков, М.И.Лазарев, А.В.Тавров, Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности. Компьютерра. 1997.

40. Ю.Н.Моисеев и др. Экспериментальное и теоретическое исследование сил и пространственного разрешения в атомно-силовом микроскопе. ЖТФ, 60, 1, 1990, 141-148.

41. К.Wilder et al. Electron beam and scanning probe litography: a comparison. J. Vac. Sci. Technol. B. 16, 1998, 3864-3873.

42. D.Niarchos, Magnetic MEMS: key issues and some applications. Sensors and Actuators A. 109, 2003, 166-173.

43. Y.Yee et al. PZT actuated micromirror for fine-tracking of laser beam or high-density optical data storage. Sensors and Actuators A. 89, 2000, 166-173.

44. M.Kohl et al. Optical scanner based on a NiMnGa thin film microactuator. J. Phys. IV France. 112, 2003, 1185-1188.

45. S. S.Lee, R. M.White, Piezoelectric cantilever voltage-to-frequency converter. Sensors and Actuators A. 71, 1998, 153-157.

46. W.M.Huang et al. Micro NiTi-Si cantilever with three stable positions. Sensors and Actuators A. 2004.

47. W.M.Huang et al. Design, testing and simulation of Ni-Ti shape memory alloy thin film based microgrippers. J. Microlitogr. Microfabrication Microsyst. 2, 2003, 185-190.

48. A.Ludwig, E.Quandt, Giant magnetostrictive thin films for applications in microelectromechanical systems. J. Appl. Phys. 78, 9, 2000, 4691-4695.

49. C.Huang, Y.Y.Lin, T.A.Tang, Study on the tip-deflection of a piezoelectric bimorth cantilever in the static state. J. Micromech. Microeng. 14, 2004, 530-534.

50. P.Grutter, H.J.Mamin, D.Rugar, Scanning Tunneling Microscopy II. ed. by R. Wiesendanger and PI.-J. Guntherodt. Springer, Berlin : s.n. pp. 151-207.

51. А.В.Хвальковский, Магнитные свойства и транспорт спин-поляризованных электронов в магнитных наноструктурах с доменными границами, Кандидатская диссертация. Москва : ИОФРАН, 2006.

52. К.А.Звездин. Моделирование физических процессов в магнитных наноструктурах, Кандидатская диссертация. Москва : ИОФРАН, 2001.

53. J.Fidler, Th.Schrefl. J. Phys. D: Appl. Phys. R 33, 2000, 135.

54. D.Rugar et al. Magnetic force microscopy: General principles and application to longitudinal recording media. J. Appl. Phys. 68, 3, 1990, 1169-1183.

55. S.Khizroev, et al. IEEE Trans. Magn., 34, 1998, 2030.

56. R.B.Proksch, T.E.Shaffer, B.M.Moskowitz, Appl. Phys. Lett., 66, 1995, 2582. •

57. Linshu Kong, Stephen Y.Chou. Quantification of magnetic force microscopy using a micronscale current ring. Appl. Phys. Lett. 70, 16, 1997, 2043-2045.

58. E.F.Wassermann et al. Magnetization measurements on the nanometer-scale. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 239, 2002, 220 223.

59. Song Sheng Xue, Nurul Amin, Patrick Joseph Ryan, John Stuart Wright, Jeffery Kenneth Berkowitz, Insik Jin. Magnetic mems device. 20070209437 US, 02 09, 2007.

60. J.Moodera et al. Phys. Rev. Lett. 74, 1995, 3273.

61. J. M.Daughton, JMM. 192, 1999, 334-342.

62. D.Wang, J.Anderson, J. M.Daughton, IEEE Trans. Magn. 33, 1997, 3520.

63. А.В.Горячев, М.Ю.Чиненков, Влияние формы спинвентильных элементов на их магнитные и магниторезистивные характеристики. Известия высших учебных заведений. Электроника. 1, 75, 2009, 33-39.

64. P. P.Freitas et al. Magnetoresistive sensors. Journal of Physics Condensed Matter. 19, 2007, 165221.

65. P. LeClair. Ph.D. thesis. Eindhoven, The Netherlands : Eindhoven University of Technology, 2002, Fundamental aspects of spin polarized tunneling.

66. P.LeClair et al. Appl. Phys. Lett. 80, 2002, 625.

67. H.J.M.Swagten, Spin-Dependent Tunneling in Magnetic Junctions, ed. by K.H.J.Bucshow. Elsevier B.V. Handbook of Magnetic Materials. 17, 1,2008, 1-106.

68. Analog Devices, Designer's reference manual. 1996.

69. M.N.Babich et al. Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices. Phys.Rev. Lett., 61, 1988, 2472.

70. K.H.J.Buschow, H.M.van Nort, D.B. de Mooij, Magnetic and structural properties of Nd2Fel4B, Th2Fel4B, Nd2Col4B and related materials. J.Less-Com.Met. 109, 1985, 79-83.

71. В.А.Глебов, А.В.Глебов, Е.И.Ильяшенко, Способ формирования высокоградиептного магнитного поля и устройство для разделения веществ на его основе. № 2005106208 RU, 03 04, 2005. Патентная заявка".

72. В.Н.Самофалов и др. Сильные магнитные поля рассеяния в системах из высокоанизотропных магнетиков. Физика металлов и металловедение. 97, 3, 2004, 15-23.