МАГНИТНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МАТЕРИАЛ

МАГНИТНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МАТЕРИАЛ


RU (11) 2282685 (13) C2

(51) МПК
C30B 29/10 (2006.01)
C30B 28/02 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004130185/15 
(22) Дата подачи заявки: 2004.10.13 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.10.13 
(43) Дата публикации заявки: 2006.03.20 
(45) Опубликовано: 2006.08.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: PICOZZI, SILVIA et al. Structural, electronic and magnetic properties of chalcopyrite magnetic semiconductors. A 1-st-principles study. "Journal of Vacuum Science & Technology, A: Vacuum, Surfaces and Films", 20 (6), 2002, p.p.2023-2026; STN International, Database CA, AN 138:214013. ZHAO, YU-JUN et al. Possible impurity-induced ferromagnetism
in II-Ge-V2 chalcopyrite semiconductors. "Physical Review В: Condensed Matter and Material Physics", 65 (9), 2002, 094415/1-094415/6; STN International, Database CA, AN 136:410278. SU 516321 A, 25.11.1976. US 6535327 B1, 18.03.2003. US 2004014244 A1, 22.01.2004.

(72) Автор(ы): Новоторцев Владимир Михайлович (RU); Маренкин Сергей Федорович (RU); Королева Людмила Ивановна (RU); Демин Роман Владимирович (RU); Аминов Тельман Газизович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (RU) 
Адрес для переписки: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский пр-кт, 31, Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН 

(54) 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. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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) Т C 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-xMnxGeP 2. 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) К Температура перехода полупроводник - металл (Т ) К 
1 329 400 
3 355 330 
6 355 310 


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 CdGeAs 2<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-x Ge1-yMnx+yAs2.

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




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


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.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru