ФЕРРИМАГНИТНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МАТЕРИАЛ

ФЕРРИМАГНИТНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МАТЕРИАЛ


RU (11) 2142521 (13) C1

(51) 6 C30B29/46, C01G37/04, C01G43/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 97108631/12 
(22) Дата подачи заявки: 1997.05.26 
(45) Опубликовано: 1999.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Индосова В.М., Сухвало С.В. и др. Получение и свойства монокристаллов сульфохромита железа. Изв.АН СССР, Сер. "Неорганические материалы". 1983, т.19, N 2, с.197 - 199. SU 519213 A 1976. EP 0173642 A3, 1986. Еремин К.В. Конешова Т.И., Новоторцев В.М. Исследование физико-химического взаимодействия FeTe2 с Cr3Te4 в тройной системе Fe - Cr - Te. ЖНХ 1992, т.95, N 10, с.2629 - 2633. Белов К.П., Третьяков Ю.Д. и др. Магнитные полупроводниковые халькогенидные шпинели. - М.: Изд-во МГУ, 1981, с.279. 
(71) Заявитель(и): Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова РАН 
(72) Автор(ы): Конешева Т.И.; Филатов А.В.; Новоторцев В.М. 
(73) Патентообладатель(и): Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова РАН 
Адрес для переписки: 117907, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 31, ИОНХ РАН, Зам.директора Кузнецову Н.Т. 

(54) ФЕРРИМАГНИТНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МАТЕРИАЛ 

Изобретение относится к области изыскания материалов, которые могут найти применение как ферримагнитные полупроводники при создании элементов памяти, а также в многофункциональных приборах и интегральных схемах. Технический результат - создание материала, обладающего одновременно ферримагнитными свойствами при комнатной температуре и полупроводниковыми свойствами. Предложен ферримагнитный полупроводниковый материал, представляющий собой твердый раствор дителлурида железа в тетрателлуриде трихрома при следующем соотношении компонентов, мол.%: дителлурид железа 3-12, тетрателлурид трихрома 88-97. Предложенные твердые растворы обладают магнитными свойствами при комнатной температуре (температура Кюри 300 К), что позволяет их использовать в приборах не требующих специального охлаждения. Значение намагниченности составляет 90-100 у.е. По величине удельного сопротивления при различных температурах предложенный материал можно отнести к полупроводникам (удельное сопротивление при 300 К составляет (0,7-7,6)10 омсм, при 77 К 60-80 омсм). Уникальное сочетание полупроводниковых и магнитных свойств твердых растворов делает их перспективными для широкого практического использования. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к твердым растворам дителлурида железа в тетрателлуриде трихрома, которые могут найти применение как ферримагнитные полупроводники при создании элементов памяти, а также в многофункциональных приборах и интегральных схемах.

Данный твердый раствор относится к классу халькохромитов элементов восьмой и шестой групп Периодической системы [1].

Наиболее интересным с практической точки зрения из этого класса веществ являются твердые растворы железа Cr7-xFexTe8 и CrxFe2-xTe3 (x=0-2) в теллуриде хрома [2, 3]. Эти твердые растворы характеризуются тем, что они кристаллизуются в гексагональной сингонии с кристаллической структурой типа NiAs. Данные твердые растворы могут быть получены многократной прокалкой при 950oC соответствующих количеств элементов в эвакуированных кварцевых ампулах [4].

Однако описанные выше твердые растворы железа в теллуриде хрома обладают магнитными свойствами при комнатной температуре, но не обладают полупроводниковыми свойствами, что не позволяет при их использовании в электронных приборах применять для их управления одновременно магнитное и электрическое поле.

Ближайшим решением поставленной задачи является ферримагнитный полупроводниковый материал - сульфохромит железа FeCr2S4, имеющий температуру магнитного упорядочения 177 - 200. Сульфохромит железа получают путем взаимодействия карбонильного железа, серы и трихлорида хрома в эвакуированной кварцевой ампуле при 1170 - 1220 K с последующим удалением образовавшегося FeCl2 кипячением в дистиллированной воде [5].

Описанный материал обладает одновременно полупроводниковыми и магнитными свойствами, однако магнитные свойства присущи этому материалу только при пониженной температуре (т. е. ниже комнатной), что создает определенные трудности при использовании этого материала в различных приборах.

До настоящего времени не было найдено халькохромита элементов шестой и восьмой групп, обладающего одновременно магнитными свойствами при комнатной температуре и полупроводниковым характером проводимости.

Целью данного изобретения является изыскание материала, обладающего полупроводниковым характером проводимости и одновременно ферримагнитными свойствами при комнатной температуре.

Согласно изобретению указанная цель достигается тем, что ферримагнитный полупроводниковый материал представляет собой твердый раствор дителлурида железа FeTe2 в тетрателлуриде трихрома Cr3Te4 при следующем соотношении компонентов, мол.%: FeTe2 3 - 12; Cr3Te4 88 - 97.

Твердый раствор дителлурида железа в тетрателлуриде трихлора получают путем взаимодействия стехиометрических количеств железа, хрома и теллура в эвакуированной ампуле при температуре 950oC с последующим отжигом при 600oC в течение 800 часов. Выход поликристаллического продукта 98%.

Монокристаллы данного твердого раствора получают из предварительно синтезированного поликристаллического продукта методом направленной кристаллизации в печи с температурным градиентом.

При содержании FeTe2 выше 12% снижается намагниченность твердого раствора и температура перехода в ферримагнитное состояние (температура Кюри). При концентрации дителлурида железа менее 3% полупроводниковые свойства не проявляются.

Отличительной особенностью предлагаемого изобретения является то, что ферримагнитный полупроводниковый материал представляет собой твердый раствор дителлурида железа в тетрателлуриде трихрома при вышеуказанном соотношении компонентов.

Твердый раствор FeTe2 : Cr3Te4 имеет конгруэнтный характер плавления, Tпл = 1560oC, кристаллизуется в гексагональной сингонии с параметрами элементарной ячейки a=3,93 А, c=5,95 и величину микротвердости 80 ГПа. Величины удельного сопротивления составляют (0,7-7,6)10 Омсм при 300 K, при температуре 77 K - 60 Омсм.

Из приведенных характеристик видно, что величина удельного сопротивления уменьшается с ростом температуры, то есть полученный материал - полупроводник.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Навески 0,0089 г железа, 0,2226 г хрома и 0,7685 г теллура (что соответствует стехиометрическому составу твердого раствора, содержащего 10 мол.% FeTe2 и 90 мол.% Cr3Te4) загружают в кварцевые ампулы. Ампулы откачивают до остаточного давления 210-3 Па, отпаивают и помещают в печь, температуру которой медленно (20 град/час) повышают до 950oC и выдерживают при этой температуре 170 час, затем медленно охлаждают до комнатной. После синтеза образцы растирают в агатовой ступке, вновь загружают в кварцевые ампулы, которые затем откачивают, отпаивают и отжигают при 600oC 800 час. Выход твердого раствора составляет 0,9800 г (98%).

Из данного образца методом направленной кристаллизации получают монокристаллы размером 2x2x1 мм.

Параметры полученной фазы контролируют по данным дифференциально-термического анализа (на кривой нагревания до 1200oC присутствовал только один эффект при 600oC, соответствующий температуре фазового перехода в Cr3Te4), по данным рентгенофазового анализа на рентгенограмме отсутствовали линии, характерные для Cr3Te4 и FeTe2, а также линии, характерные дли Cr, Fe и Te; параметры элементарной ячейки фазы твердого раствора составляли a=3,93; c= 5,95. Эти данные свидетельствуют о том, что полученный твердый раствор однороден.

Аналогично получают твердые растворы других составов. Данные по магнитным и полупроводниковым свойствам образцов разных составов приведены в таблице.

По сравнению с ближайшими аналогами полученные твердые растворы дителлурида железа в тетрателлуриде трихрома отличаются тем, что обладают магнитными свойствами при комнатной температуре (температура Кюри 300 K), что позволяет их использовать в приборах, не требующих специальной системы охлаждения.

По величине удельного сопротивления при различных температурах данные твердые растворы можно отнести к полупроводникам, тогда как их аналог Cr3Te4 является металлом.

Уникальное сочетание полупроводниковых и магнитных свойств твердых растворов дителлурида железа в тетрателлуриде трихрома делает их перспективным материалом для широкого практического использования.

Литература

1. Белов К. П., Третьяков Ю.Д. и др. "Магнитные полупроводниковые халькогенидные шпинели", М., Изд-во МГУ, 1981, с. 279.

2. Makovetskyi G. I. Magnetic Proerties of the Cr7-xFexTe8 (x=0 to 3) System. Phys. Status Solidi (a) 1983, 78, K39.

3. Terzieff P. The Magnetism of the NiAs-Type Solid Solution CrxFe2Te3. Physica 1983, 122B, 43-48.

4. Еремин К.В., Конешова Т.И., Новоторцев В.М. Исстедование физико-химического взаимодействия FeTe2 с Cr3Te4 в тройной системе Fe-Cr-Te. ЖНХ 1992, т. 95, N 10, с. 2629-2633.

5. Индосова В.М., Сухвало С.В. и др. Получение и свойства монокристаллов сульфохромита железа. Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы, 1983, т. 19. N 2, с. 197-199. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Ферримагнитный полупроводниковый материал, включающий железо, хром и халькоген, отличающийся тем, что материал представляет собой твердый раствор дителлурида железа в тетрателлуриде трихрома при следующем соотношении компонентов в твердом растворе, мол.%:

Дителлурид железа - 3 - 12

Тетрателлурид трихрома - 88 - 97