Способ получения магнитного полупроводникового материала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Трухан Владимир МихайловичМаренкин Сергей ФедоровичШлковая Татьяна Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения магнитного полупроводникового материала 2, при котором диарсенид кадмия, полученный из кадмия и мышьяка, германий, марганец и мышьяк в стехиометрическом соотношении помещают в кварцевую ампулу, покрытую пленкой углерода, вакуумируют ее и нагревают в течение 2,50,5 часов до температуры 650660 С, выдерживают при этой температуре в течение 0,5-1,0 часа, затем в течение 1,50,5 часов нагревают до температуры 930-950 С, проводят вибрационное перемешивание в течение 1,5-2,0 часов, понижают температуру до 610-620 С, проводят гомогенизирующий отжиг в течение 120 ч и закаливают со скоростью 5-10 град/с. Изобретение относится к области неорганической химии, а более конкретно к способу выращивания магнитного полупроводникового материала диарсенида кадмия-германия с марганцем - 2. Известно, что магнитные полупроводниковые материалы могут быть использованы в спинтронике, где спин электрона используется в качестве активного элемента для хранения и передачи информации, формирования интегральных и функциональных микросхем,для конструирования магнитооптоэлектронных приборов 1. Известен способ получения магнитного полупроводникового материала - твердого раствора 1-2 методом твердофазных химических реакций 2. В качестве материала-хозяина использовали монокристаллический 2. Вакуумное нанесение слоя марганца и последующая реакция, сопровождаемая диффузией М в подложку, была проведена в камере установки молекулярно-пучковой эпитаксии. Недостаток указанного способа в неравномерном распределении марганца по толщине подложки из 2 и появлении примесей фазы фосфида германия. 13391 1 2010.06.30 Наиболее близким к заявленному способу относится способ получения магнитного полупроводникового материала - диарсенида кадмия-германия с марганцем 2, который получают путем взаимодействия исходных компонентов (, ), взятых в стехиометрическом соотношении, в вакуумированной кварцевой ампуле, покрытой пленкой углерода 3. Ампулу откачивают до остаточного давления 210-3 Па и помещают в печь, температуру которой повышают до 770 С со скоростью 20 град/ч. При этой температуре ампулу выдерживают 180 ч, затем охлаждают до комнатной температуры со скоростью 5-15 град/с. Недостатком прототипа являются невысокий выход диарсенида кадмия-германия с марганцем медленный подъем температуры (38,5 ч) при синтезе образцов, нет обоснования температуры гомогенизирующего отжига. Задача, решаемая настоящим изобретением в повышении выхода диарсенида кадмиягермания с марганцем и уменьшении длительности процесса синтеза 2. Заявлен способ получения магнитного полупроводникового материала 2,при котором диарсенид кадмия, полученный из кадмия и мышьяка, германий, марганец и мышьяк в стехиометрическом соотношении помещают в кварцевую ампулу, покрытую пленкой углерода, вакуумируют ее и нагревают в течение 2,50,5 ч до температуры 650660 С, выдерживают при этой температуре в течение 0,5-1,0 ч, затем в течение 1,50,5 ч нагревают до температуры 930-950 С, проводят вибрационное перемешивание в течение 1,5-2,0 ч, понижают температуру до 610-620 С, проводят гомогенизирующий отжиг в течение 120 ч и закаливают со скоростью 5-10 град/с. Сущность изобретения состоит в том, что в предложенном способе получения 2 в качестве одного из исходных компонент использовали прекурсор диарсенида кадмия, который совместно с германием, марганцем и мышьяком нагревают в течение 2,50,5 ч до температур (650-660) С, выдерживают температуру 0,5-1 ч, затем в течение 1,50,5 ч повышают до (930-950) С и проводят вибрационное перемешивание в течение 1,5-2 ч, понижают температуру до (610-620) С с последующими гомогенизирующим отжигом в течение 120 ч и закалкой со скоростью 5-10 град/с. На фиг. 1 приведен результат рентгенофазового анализа образца состава 0,90,12. На фиг. 2 приведены термограммы твердого раствора 0,900,102 1 - кривая нагрева, 2 - кривая охлаждения (результат дифференциально-термического анализа). На фиг. 3 приведен результат элементного анализа (рентгеновские спектры) образца состава 0,90,12. В таблице приведены конкретные температуры, время и скорость подъема-понижения температур при синтезе 2. Режимы синтеза 2 Этапы синтеза Процесс получения диарсенида кадмия-германия с марганцем, ведут в кварцевой ампуле, покрытой пленкой углерода, в которую помещают диарсенид кадмия, германий,марганец и мышьяк, взятых в стехиометрическом соотношении. Откаченную до 10-2 Па и отпаянную кварцевую ампулу помещают в печь сопротивления, температура в которой контролируется регулятором температуры (РИФ-101). После достижения температур плавления (650-660) С и (930-950) С включают вибрационное перемешивание, темпера 2 13391 1 2010.06.30 туру понижают до (610-620) С и проводят гомогенизирующий отжиг в течение 120 ч с последующей закалкой образцов. После закалки образцов печь выключают. На фиг. 4 представлен температурно-временной график синтеза кристаллов 2. Указанные температуры синтеза 2 - это оптимальные температуры при получении 2 из диарсенида кадмия, германия и марганца. Обоснованность температур подтверждается результатами ДТА (фиг. 2). Способ реализуется следующим образом мелкоизмельченные поликристаллический диарсенид кадмия, германий, марганец и мышьяк загружают в кварцевую ампулу, которая подвергалась специальной обработке в смеси плавиковой и серной кислот с последующим промыванием бидистиллированной водой и сушкой. Длина ампулы составляет 70-80 мм,внутренний диаметр 8-12 мм. В ампулу, покрытую пленкой углерода, помещают исходные компоненты, откачивают и вакуумируют. Синтез 2 осуществляют в однозонной печи сопротивления. Включают печь и температуру в зоне установки ампулы с мелкодисперсной шихтой за 2,50,5 ч увеличивают до (650-660) С, выдерживают эту температуру в течение 0,5-1 ч и снова в течение 1,5-2 ч повышают до (930-950) С, при которой проводят вибрационное перемешивание расплава. Через 1,50,5 ч температуру понижают до (610-620) С, выдерживают ее в течение 120 ч и закаливают материал со скоростью 5-10 град/с. На фиг. 5 показана полевая зависимость намагниченности состава 0,90,12, измеренная при различных температурах. Полученная зависимость характерна для ферромагнетика. Пример. Для получения 10 грамм магнитного полупроводникового материала 2,содержащего 10 молМ, берут предварительно измельченные исходные компоненты(2)7,1716 г.,2,2062 г.,0,1669 г.,0,4553 г., которые помещают в графитизированную кварцевую ампулу диаметром 10 мм и длиной 70 мм. Ампулу вакуумируют до 10-2 Па, запаивают и помещают в вертикальную однотемпературную печь сопротивления, температуру в которой контролируют регулятором температуры РИФ-101. В печи предусмотрено размещение вибрационного устройства. Включают печь и в течение 2,5 ч достигают температуру 655 С, через 0,5 ч увеличивают температуру в течение 1,5 ч до 940 С, включают вибрационное устройство на 2 ч и затем температуру понижают до 615 С, при которой проводят гомогенизирующий отжиг в течение 120 ч, после которого образец охлаждают со скоростью 10 град/с. Качество полученных кристаллов подтверждается рентгенофазовым анализом(ДРОН-3), электронным микроанализом (рентгеновские микроанализаторы МВХ, -6400 и -360 в комплексе со спектрометром АН 10000) и измерением намагниченности (вибрационный магнитометрВ). Преимуществом заявленного способа является 100 выход конечного материала 2 и уменьшение времени процесса синтеза. Источники информации 1. Иванов В.А. и др. Спинтроника и спинтронные материалы // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2004. -11. - С. 2255-2303. 2. Медведкин Г.А. и др. Новый магнитный полупроводник 1-2 // ФТП. 2001. - Т. 35. -3. - С. 305-309. 3. Патент РФ 2282685, МПК 7 С 30 В 29/10, С 30 В 28/02, 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4