патент
№ RU 2649047
МПК H01L21/203

Способ получения ферромагнитного композита AlSb-MnSb

Авторы:
Маренкин Сергей Федорович Аронов Алексей Николаевич Федорченко Ирина Валентиновна
Все (9)
Номер заявки
2017106593
Дата подачи заявки
28.02.2017
Опубликовано
29.03.2018
Страна
RU
Дата приоритета
16.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
2
Реферат

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к созданию новых композиционных материалов, состоящих из полупроводника антимонида алюминия и ферромагнетика антимонида марганца, которые могут найти применение для создания магниточувствительных диодных структур, магнитных переключателей и сенсоров магнитных полей на основе ферромагнитного композита. Предложен способ получения ферромагнитного композита AlSb-MnSb, заключающийся в том, что поочередно наносят тонкие пленки марганца, сурьмы и алюминия в их стехиометрических соотношениях на диэлектрическую подложку, при этом пленку сурьмы наносят между марганцем и алюминием, далее полученную гетероструктуру подвергают термической обработке в бескислородной среде при температуре от 400 до 450°С в течение 2-4 часов до образования пленки двухфазного композита MnSb-AlSb. Нанесение тонких пленок металлов на подложку осуществляют методом вакуумно-термического напыления. В качестве диэлектрической подложки используют кремний или сапфир. Термическую обработку полученной гетероструктуры осуществляют в вакууме или в инертной среде. Предлагаемый способ позволяет получать композит на основе антимонида алюминия с антимонидом марганца, пригодный для создания ферромагнитного материала с высокими значениями температуры Кюри и со свойствами широкозонного полупроводника. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

1. Способ получения ферромагнитного композита AlSb-MnSb, заключающийся в том, что поочередно наносят тонкие пленки марганца, сурьмы и алюминия в их стехиометрических соотношениях на диэлектрическую подложку, при этом пленку сурьмы наносят между марганцем и алюминием, далее полученную гетероструктуру подвергают термической обработке в бескислородной среде при температуре от 400 до 450°С в течение 2-4 часов до образования пленки двухфазного композита MnSb-AlSb.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение тонких пленок металлов на подложку осуществляют методом вакуумно-термического напыления.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической подложки используют кремний или сапфир.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку полученной гетероструктуры осуществляют в вакууме или в инертной среде.

Описание

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к созданию новых композиционных материалов, состоящих из полупроводника антимонида алюминия и ферромагнетика антимонида марганца, которые могут найти применение для создания магниточувствительных диодных структур, магнитных переключателей и сенсоров магнитных полей на основе ферромагнитного композита.

Известны способы получения ферромагнитных композитов на основе полупроводника и ферромагнетика путем непосредственного сплавления указанных соединений в стехиометрическом составе с дальнейшим напылением на подложку или путем совместного напыления полупроводника и ферромагнетика и последующей термической обработки при температуре выше температуры плавления композита. Получают как объемные композиты [I.V. Fedorchenko, L. Kilanski, I. Zakharchuk, P. Geydt, E. Lahderanta, P.N. Vasiliev, N.P. Simonenko, A.N. Aronov, W. Dobrowolski, S.F. Marenkin, Composites based on self-assembled MnAs ferromagnet nanoclusters embedded in ZnSnAs2 semiconductor // Journal of Alloys and Compounds, V. 650, (2015), pp. 277-284], так и пленочные гетероструктуры [Making ferromagnetic heterostructures Si/Zn(1-X)MnXSiAs2 and Ge/Zn(1-X)MnXGeAs2 / I.V. Fedorchenko, A. Rumiantsev, T. Kuprijanova, L. Kilanski, R.A. Szymczak, W. Dobrowolski, L.I. Koroleva // Solid State Phenomena, 2011, Vols. 168-169, 2011, pp. 313-316. - ISSN: 1662-9779].

К недостаткам указанных методик относится то, что получение композита AlSb-MnSb указанными способами невозможно в принципе, поскольку температура термического разложения антимонида марганца значительно ниже, чем температура плавления получаемого композита, т.е. антимонид марганца перитектически разлагается раньше, чем плавится композит, а значит, способы, основанные на плавлении не пригодны.

Наиболее близкой по технической сущности являются известные тонкие пленки разбавленного магнитного полупроводника In1-XMnxSb, где х = 0,0025 и 0,0135 [Diluted magnetic semiconductor (In,Mn)Sb: Transport and Magnetic properties, V.M. Ivanov, O.N. Pashkova, V.P. Sanygin, P.M. Sheverdyaeva, V.N. Prudnikov, N.S. Perov, A.G. Padalko // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 (2007) 2132-2134] (прототип), которые получают из раствора расплава исходного стехиометрического состава.

Недостатком прототипа является узкая ширина запрещенной зоны InSb 0,13эВ [Group IV Elements, IV-IV and III-V Compounds. Part b - Electronic, Transport, Optical and Other Properties,Volume 41A1b of the series - Group III Condensed Matter pp 1-5], что приводит к вырождению полупроводниковой матрицы при добавлении антимонида марганца, что в принципе не позволяет получить туннельное магнитное сопротивление на таких магнитных структурах.

Технической задачей является создание ферромагнитного композита, состоящего из фаз AlSb и MnSb.

Предлагаемое изобретение направлено на изыскание способа получения композита на основе антимонида алюминия с антимонидом марганца, пригодного для создания ферромагнитного материала с высокими значениями температуры Кюри на основе широкозонного полупроводника.

Высокотемпературный ферромагнетизм определяется наличием в структуре антимонида марганца, известного ферромагнетика, с температурой Кюри 587К [Electronic and Magnetic Properties of MnSb Compounds, R. Masrour, E.K. Hlil, M. Hamedoun, A. Benyoussef, O. Mounkachi, H.El Moussaoui // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 2015, V. 28, Issue 6, pp 1815-1819], а большая ширина запрещенной зоны определяется матрицей антимонида алюминия, полупроводника с шириной запрещенной зоны 1.61эВ [The 6.1 family (InAs, GaSb, AlSb) and its heterostructures: a selective review, H. Kroemer // Physica E 20 (2004) 196-203].

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения ферромагнитного композита AlSb-MnSb, заключающийся в том, что поочередно наносят тонкие пленки марганца, сурьмы и алюминия в их стехиометрических соотношениях на диэлектрическую подложку, при этом пленку сурьмы наносят между марганцем и алюминием, далее полученную гетероструктуру подвергают термической обработке в бескислородной среде при температуре от 400 до 450°С в течение 2-4 часов до образования пленки двухфазного композита MnSb-AlSb.

Целесообразно, что нанесение тонких пленок металлов на подложку осуществляют методом вакуумно-термического напыления.

Целесообразно также, что в качестве диэлектрической подложки используют кремний или сапфир.

Указанный результат достигается также тем, что термическую обработку полученной гетероструктуры осуществляют в вакууме или в инертной среде.

Температура термической обработки определяется тем, что при температуре ниже 400°С реакция идет очень медленно, а ввиду мелкодисперсности нанесенных слоев и, как следствие, большой реакционной способности компонентов нагрев выше 450°С может приводить к образованию дополнительных фаз.

Время термической обработки определяется тем, что при термической обработке менее двух часов при заданных температурах реакция не успевает пройти до конца из-за медленной скорости диффузии, а при отжиге более четырех часов существенных изменений в композите не наблюдается.

Сущность изобретения состоит в том, что предложен уникальный способ получения композита из тонких пленок марганца, сурьмы и алюминия без достижения температуры плавления собственно композита, что позволяет избежать перитектического разложения антимонида марганца.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими прилагаемыми иллюстрациями:

Фиг. 1. Микрофотография поверхности гетероструктуры из тонких пленок марганца, сурьмы и алюминия (по данным атомно-силовой микроскопии).

Фиг. 2. Микрофотография композита AlSb-MnSb после термической обработки гетероструктуры (по данным атомно-силовой микроскопии).

Заявляемый композит получали следующим образом:

С помощью метода вакуумно-термического напыления на подложку из кремния и сапфира последовательно наносили тонкие пленки сначала марганца, затем сурьмы и алюминия, соответствующие стехиометрическому составу композита. При этом порядок нанесения пленок является существенным условием, т.к. адгезия между пленками алюминия и марганца отсутствует (материал шелушится и отслаивается). Подложки с нанесенными пленками помещали в кварцевые ампулы, которые затем вакуумировали и подвергали термической обработке при температуре от 400 до 450°С от 2 до 4 часов.

По данным атомно-силовой микроскопии до термической обработки поверхность гетероструктуры из тонких пленок марганца, сурьмы и алюминия является гладкой, Фиг. 1, а после термообработки наблюдается образование субмикронных, 400-900 нм, кластеров композита MnSb-AlSb Фиг. 2.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать композит на основе антимонида алюминия с антимонидом марганца, пригодного для создания ферромагнитного материала с высокими значениями температуры Кюри и со свойствами широкозонного полупроводника.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты