Магнитный полупроводниковый материал

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем тройным арсенидам германия и кадмия, которые могут найти применение в спинтронике, где электронный спин используется в качестве активного элемента для хранения и передачи информации, формирования интегральных и функциональных микросхем, конструирования новых магнитооптоэлектронных приборов. Предлагается полупроводниковый материал, характеризующийся температурой Кюри 329-355 К, который включает германий, кадмий, мышьяк и марганец, представляет собой тройное соединение арсенида германия и кадмия, легированное марганцем в количестве 1-6 мас.%, и отвечает формуле CdGeAs2<Mn>, при этом в указанном тройном соединении атомами марганца замещаются как атомы кадмия, так и атомы германия. Изобретение позволяет получить материал с уникальным сочетанием полупроводниковых и ферромагнитных свойств, что делает его перспективным материалом для широкого практического использования. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем тройным арсенидам германия и кадмия, которые могут найти применение в спинтронике, где электронный спин используется в качестве активного элемента для хранения и передачи информации, формирования интегральных и функциональных микросхем, конструирования новых магнитооптоэлектронных приборов.

Вышеуказанные тройные арсениды германия и кадмия относятся к классу арсенидов элементов второй и четвертой группы Периодической системы.

Известен арсенид галлия, легированный марганцем [Hideo Ohno. Properties of ferromagnetic III-Y semiconductors. Journal of magnetism and magnetic materials. 1999. V.209. P.110-129], с температурой магнитного упорядочения (температура Кюри) ТC≤110 К. Это вещество характеризуются тем, что оно кристаллизуются в кубической сингонии с кристаллической структурой типа цинковой обманки. Вышеуказанный арсенид может быть получен многократным прокаливанием соответствующих количеств исходных веществ в вакуумированных кварцевых ампулах.

К недостаткам описанного выше легированного арсенида галлия относится то, что он не может быть использован при создании элементов памяти, поскольку обладают низкой температурой Кюри, что исключает его применение в повседневных электронных приборах широкого спектра действия, работающих при комнатных температурах.

Ближайшим техническим решением поставленной задачи является магнитный полупроводник - тройной фосфид германия и кадмия, имеющий температуру Кюри ТC=320 К. [Новый магнитный полупроводник Cd1-xMnxGeP2. Г.А.Медведкин, Т.Ишибаши, Т.Ниши, К.Сато. ФТП, 2001, т.35, в.3, с.305-309].

К недостаткам указанного материала относятся:

- недостаточно высокая температура Кюри;

- неоднородное распределение элементов;

- невозможность изготовления объемных образцов.

Изобретение направлено на создание магнитного полупроводникового материала с температурой Кюри выше комнатной и с сочетанием полупроводниковых и ферромагнитных свойств.

Согласно изобретению, технический результат достигается тем, что предлагается магнитный полупроводниковый материал, характеризующийся температурой Кюри 329-355 К, который включает германий, кадмий, мышьяк и марганец, представляет собой тройное соединение арсенида германия и кадмия, легированное марганцем в количестве 1÷6 мас.%, и отвечает формуле CdGeAs2<Mn>, при этом в указанном тройном соединении атомами марганца замещаются как атомы кадмия, так и атомы германия.

Указанный интервал концентрации марганца обусловлен тем, что при содержании Mn менее 1 мас.% полученный материал не обладает ферромагнитными свойствами, необходимыми при создании элементов памяти, а при содержании Mn более 6 мас.% материал становится многофазным и неоднородным по электрофизическим свойствам.

Тройной арсенид германия и кадмия, легированный марганцем в количестве 1÷6 мас.%, получают путем взаимодействия стехиометрических количеств исходных компонентов в вакуумированной кварцевой ампуле, покрытой пленкой углерода. Ампулу откачивают до остаточного давления 2·10-3 Па, герметизируют и помещают в печь, температуру которой медленно (20 град/час) повышают до 770°С. Ампулу выдерживают при этой температуре 180 час, затем быстро охлаждают до комнатной температуры со скоростью 5÷15 град/с. Выход тройного арсенида германия и кадмия, легированного марганцем, составляет 99.9%.

Параметры полученного материала контролировали посредством электронно-микрозондового, дифференциально-термического и рентгенофазового анализов. Данные анализов свидетельствуют о том, что полученный тройной арсенид германия и кадмия, легированный марганцем, однофазен.

На фиг.1 представлены кривые температурной зависимости намагниченности тройного арсенида германия и кадмия, легированного 1÷6 мас.% Mn.

На фиг.2 представлена зависимость параметра а элементарной ячейки от содержания марганца в CdGeAs2<Mn>.

Ниже приведены примеры предложенных составов заявленного материала.

Пример 1. Навески 0,317 г кадмия, 0,210 г германия, 0,463 г мышьяка и 0,01 г марганца, что соответствует составу арсенида германия и кадмия с 1 мас.% марганца. Полученный образец имеет температуру Кюри ТC=329 К.

Пример 2. Навески 0,297 г кадмия, 0,210 г германия, 0,463 г мышьяка и 0,03 г марганца, что соответствует составу арсенида германия и кадмия с 3 мас.% марганца. Полученный образец имеет температуру Кюри ТC=355 К.

Пример 3. Навески 0,267 г кадмия, 0,210 г германия, 0,463 г мышьяка и 0,06 г марганца, что соответствует составу арсенида германия и кадмия с 6 мас.% марганца. Полученный образец имеет температуру Кюри ТC=355 К.

Магнитные и электрофизические характеристики CdGeAs2<Mn> приведены в таблице.

Таблица.
Содержание Mn в CdGeAs2<Mn> масс.%Температура Кюри (ТC) КТемпература перехода полупроводник - металл (Тρ) К
1329400
3355330
6355310

Как видно из таблицы и фиг.1, заявленный материал является ферромагнетиком с температурой Кюри ТC=329÷355 К, при этом обладает полупроводниковыми свойствами до достаточно высоких температур.

Из фиг.2 следует, что зависимость параметра а элементарной ячейки от состава твердых растворов CdGeAs2<Mn> не подчиняется закону Вегарда. С возрастанием концентрации Mn вначале параметр а уменьшается, а затем увеличивается вплоть до неоднофазной области. Такой характер зависимости свидетельствует о том, что марганец до содержания 3 мас.% преимущественно замещает кадмий, а затем начинает замещать германий вплоть до концентрации 6 мас.%. Можно утверждать, что заявленные составы твердых растворов CdGeAs2<Mn> в области концентраций марганца 3÷6 мас.% соответствуют химической формуле Cd1-xGe1-yMnx+yAs2.

Уникальное сочетание полупроводниковых и ферромагнитных свойств делает его перспективным материалом для широкого практического использования.

Магнитный полупроводниковый материал, характеризующийся температурой Кюри 329-355 К, который включает германий, кадмий, мышьяк и марганец, представляет собой тройное соединение арсенида германия и кадмия, легированное марганцем в количестве 1-6 мас.%, и отвечает формуле CdGeAs2<Mn>, при этом в указанном тройном соединении атомами марганца замещаются как атомы кадмия, так и атомы германия.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению монокристаллических материалов и пленок и может использоваться в технологии полупроводниковых материалов для изготовления солнечных элементов, интегральных схем, твердотельных СВЧ-приборов.

Изобретение относится к области технологии получения полупроводниковых тонких пленок многокомпонентных твердых растворов. .

Изобретение относится к электронной технике, конкретно к технологии материалов для создания устройств отображения и обработки информации. .

Изобретение относится к электронной технике, конкретно к технологии материалов, предназначенных для создании приборов и устройств обработки и передачи информации.

Изобретение относится к выращиванию искусственных кристаллов (ZnO, SiO2, СаСО3, Al2О3). .

Изобретение относится к области получения монокристаллов, в частности к способу получения раствор-расплавов для выращивания монокристаллов -ВаВ2О4 (ВВО) во флюсе. .

Изобретение относится к способам получения оптического кальцита (исландского шпата). .

Изобретение относится к технике, связанной с выращиванием кристаллов из пересыщенных растворов типа КДР, ДКДР, ТГС и т.п. .

Изобретение относится к области кристаллографии и может быть использовано для выращивания монокристаллов и сростков кристаллов в домашних условиях для декоративных целей.
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов, и может быть использовано в технологии полупроводников, в том числе, для создания детекторов ионизирующих излучений.
Изобретение относится к способам получения поликристаллических керамических материалов на основе оксидов и может быть использовано в металлургии, химии, машиностроении, энергетике и т.п.
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов и может использоваться для получения объемного материала с высокой механической твердостью
Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно фторидной керамики, имеющей наноразмерную структуру и усовершенствованные оптические, лазерные и генерационные характеристики

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO 4)2(H2PO4)3 , который может быть использован в качестве твердого протонпроводящего материала

Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно фторидной керамики, имеющей наноразмерную структуру и усовершенствованные оптические, лазерные и генерационные характеристики

Изобретение относится к области материаловедения, в частности, к способу получения поликристаллических боратов, которые могут найти применение в качестве катализаторов и твердых электролитов. Двойной борат лития и цинка LiZnBO3 получают путем термической обработки, при этом в качестве исходных компонентов используют смесь из предварительно полученного LiBO2 (37,80 мас.%), ZnO (61,79 мас.%), Н3ВО3 (0,41 мас.%) при ступенчатом подъеме температуры от 350°С до 700°С течение 260 часов. Борат лития LiBO2 предварительно получают из смеси Li2CO3 и Н3ВО3, взятых в молярном соотношении 1:1, которую отжигают на воздухе при 650°С в течение 50 часов. Технический результат - сокращение продолжительности синтеза путем использования доступных и недорогих реактивов. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к технологии синтеза полупроводниковых материалов и может быть использовано при массовом производстве тензочувствительных материалов на основе сульфида самария (SmS). Для синтеза материала состава Sm1+xS, где 0≤x≤0,17, берут в измельченном виде Sm2S3 и Sm в мольном соотношении (1+3x):1. Взятые вещества перемешивают и брикетируют. Затем выдерживают при температуре твердофазной реакции в сосуде, заполненном инертным газом, в течение времени t, которое превышает или равно значению, рассчитанному по формуле nL2exp(m/T), где t - время выдержки, с; Т - температура твердофазной реакции, К; L - максимальный поперечный размер частиц порошка Sm2S3, мкм; n - эмпирический коэффициент, равный 2·10-8 с/мкм2; m - эмпирический коэффициент, равный 2,25·104 К. Изобретение позволяет упростить синтез, уменьшить его длительность, обеспечить возможность варьирования заданного состава материала Sm1+xS и высокую степень соответствия составов полученного и заданного материалов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к технологии получения кристаллического материала, являющегося твердым раствором общей формулы Ва4-xSr3+x(ВО3)4-yF2+3y, где 0≤x≤1 и 0≤y≤0,5, пригодного для регистрации рентгеновского излучения. Кристаллический материал Ва4-xSr3+х(ВО3)4-yF2+3y имеет центры окраски, образованные под воздействием рентгеновского излучения - стабильные дырочные центры [(ВО3)О]4-, устойчивые при комнатной температуре в течение не менее трех месяцев, обуславливающие поглощение в видимой области спектра и изменение окраски кристаллов до темно-фиолетового и релаксацию после облучения интенсивным источником света с длиной волны 300-400 нм. Данный материал является монокристаллическим, характеризуется низкой гигроскопичностью и может быть синтезирован на воздухе в отсутствие высокотоксичных элементов. 5 ил., 2 пр.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4, который может быть использован в качестве среднетемпературного твердого протонпроводящего материала. Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 получают методом твердофазного синтеза из шихты с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4:CsH5(PO4)2, равным 3:2:1, при температуре 60-90°C. Полученный Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 в виде поликристаллического порошка обладает большим значением протонной проводимости и меньшим значением температуры фазового перехода. 2 ил.

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем тройным арсенидам кремния и цинка, расположенным на монокристаллической подложке кремния, которые могут найти применение в устройствах спинтроники, для инжекции электронов с определенным спиновым состоянием
Наверх