МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ КОМПОЗИТ Российский патент 2017 года по МПК C01G45/00 C01G30/00 C01G15/00 H01F1/01 C30B29/40 

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

Известна гетероструктура на основе композиционного материала, состоящего из арсенида индия и арсенида марганца [Ferromagnetic semiconductor InMnAs layers grown by pulsed laser deposition on GaAs, Yu.A. Danilov, A.V. Kudrin, O.V. Vikhrova, B.N. Zvonkov, Yu.N. Drozdov, M.V. Sapozhnikov, S. Nicolodi, E.R. Zhiteytsev, N.M. Santos, M.C. Carmo, N.A. Sobolev // J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 035006 (5pp)].

Недостатком указанного композиционного материала является низкая температура Кюри, не превышающая 27°С, что обусловлено присутствием арсенида марганца, обладающего относительно низкой температурой Кюри. Указанный недостаток не позволяет использовать его для изготовления изделий, работающих в коммерческом температурном диапазоне (от 0 до +70°С).

Известна также гетероструктура на основе разбавленного магнитного полупроводника InMnSb на подложке антимонида индия [Spin-dependent magnetotransport in а р-InMnSb/n-InSb magnetic semiconductor heterojunction, J.A. Peters, N. Rangaraju, C. Feeser, B.W. Wessels // APPLIED PHYSICS LETTERS 98, 193506, 2011]. Недостатком указанной гетероструктуры является то, что разбавленный магнитный полупроводник не обладает высокой чувствительностью в слабом магнитном поле.

Наиболее близкими по технической сущности являются известные тонкие пленки разбавленного магнитного полупроводника In_1-xMn_xSb, где х=0,02 и 0,035 [Magnetotransport properties of InMnSb magnetic semiconductor thin films, J.A. Peters, N.D. Parashar, N. Rangaraju, B.W. Wessels // Phys. Rev. В 82, 205207 (2010)].

Недостатком ближайшего аналога является относительно низкое значение магнитосопротивления при комнатной температуре из-за относительно низкого содержания антимонида марганца, что делает применение таких структур малоэффективным.

Свойства разбавленных магнитных полупроводников определяется тем, что d-элемент (Мn) входит в состав кристаллической решетки полупроводника с образованием однородной по составу гомогенной фазы, а это не позволяет в принципе достичь содержания антимонида марганца выше указанного 0,035.

Раскрытие изобретения

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание композита с повышенным содержанием антимонида марганца для достижения высоких значений магнитосопротивления.

Технический результат достигается за счет того, что предложен магниточувствительный композит, состоящий из индия, сурьмы и марганца и представляющий собой двухфазную систему, отвечающую формуле (InSb)_1-x(MnSb)_x, где х=0,04-0,1, и полученную термической обработкой указанных компонентов при температуре от 550 до 800°С.

Подробное описание изобретения

В настоящем изобретении предложена двухфазная система, отвечающая формуле (InSb)_1-x(MnSb)_x, где х=0,04-0,1. Выбор диапазона мольных соотношений состава композита обусловлен тем, что при содержании антимонида марганца менее 0,04 наблюдается недостаточно высокое магнитосопротивление композита в низких магнитных полях, а при содержании антимонида марганца выше 0,1 происходит образование перколяционных кластеров, что также приводит к снижению магнитосопротивления композита.

Температура термической обработки определяется тем, что при температуре ниже 550°С двухфазная система InSb - MnSb, находится в твердой фазе, а при температуре выше 800°С происходит разложение антимонида марганца с образованием дополнительных фаз.

Предложенная гетерогенная двухфазная система InSb - MnSb имеет относительно более высокое содержанием антимонида марганца, а это позволяет достичь высокого значения магнитосопротивления в слабых магнитных полях.

Заявляемый композит получали следующим образом.

Навески антимонида индия от 0,96 до 0,90 моль и антимонида марганца от 0,04 до 0,10 моль подвергали термической обработке при температуре от 550 до 800°С. Получали композит (InSb)_1-x(MnSb)_x, где х = от 0,04 до 0,1, магнитосопротивление пленки которого достигало 900% при магнитном поле 0,15 Тл и температуре 300 К.

Определения температуры Кюри во всех заявленных составах композита показали значения от 540 до 570 К.

Ниже приведен пример, иллюстрирующий промышленную применимость заявленного технического решения.

0,93 моля антимонида индия и 0,07 моля антимонида марганца сплавляли при температуре 800°С до образования однородного расплава. Расплав охлаждали до комнатной температуры. Полученный продукт использовался в качестве мишени для нанесения тонкой пленки композита на монокристаллическую подложку антимонида индия.

Композит (InSb)_0,93(MnSb)_0,07 наносили на подлодку методом распыления лазерным излучением.

Свойство полученной диодной структуры поясняется на прилагаемом чертеже, где приведена вольт-амперная характеристика диодной структуры при температуре 300 К, в которой в качестве магнитного слоя используется (InSb)_1-x(MnSb)_x при х=0,07. Кривая 1 отвечает измерению при напряженности магнитного поля 0 Тл; кривая 2 отвечает измерению при напряженности магнитного поля 0,15 Тл, в плоскости гетероперехода, магнитосопротивление диодной структуры составило 600%. Кривая 3 отвечает измерению при напряженности магнитного поля 0,15 Тл, перпендикулярно плоскости гетероперехода, магнитосопротивление диодной структуры составило 900%.

Таким образом, данное изобретение позволяет получать магниточувствительный композит, с более высокими значениями температуры Кюри от 540 до 570 К и более высоким, до 900%, магнитосопротивлением в магнитных полях от 0,15 Тл, нежели у известных аналогов.

Изобретение может быть использовано при создании магниточувствительных диодных структур, магнитных переключателей и сенсоров магнитных полей на основе ферромагнитного композита. Магниточувствительный композит состоит из индия, сурьмы и марганца и представляет собой двухфазную систему, отвечающую формуле (InSb)_1-x(MnSb)_x, где x=0,04-0,1. Указанная система получена термической обработкой антимонида индия и антимонида марганца при температуре от 550 до 800°C. Изобретение позволяет получить магниточувствительный композит с высоким значением магнитосопротивления в магнитных полях от 0,15 Тл за счет повышенного содержания антимонида марганца и высокими значениями температуры Кюри от 540 до 570 К. 1 ил., 1 пр.

Магниточувствительный композит, состоящий из индия, сурьмы и марганца и представляющий собой двухфазную систему, отвечающую формуле (InSb)_1-x(MnSb)_x, где x=0,04-0,1, и полученную термической обработкой указанных компонентов при температуре от 550 до 800°C.