КЕРАМИЧЕСКИЙ МАГНИТНЫЙ МАТЕРИАЛ Советский патент 1995 года по МПК C04B35/50 

Изобретение относится к области радио- и электронной технике в частности к материалам твердотельной микроэлектроники.

Известен ферромагнитный керамический материал на основе халькогенидных соединений меди, хрома со структурой шпинели, который содержит, мас. медь 21,5, хром 35,1, серу 43,4.

Этот материал может применяться при комнатной температуре и боле высоких температурах, поскольку его точка Кюри равна 380 К. Основной недостаток материала металлический тип проводимости и малое удельное электросопротивление (10^-4 ˙Ом см, характерное для металлов), что существенно сужает его функциональные возможности. Известен также ферромагнитный керамический материал на основе халькогенидного соединения меди, кобальта, хрома со структурой шпинели со следующим соотношением ингредиентов, мас. медь 10,8-17,4, кобальт 4,2-10,2, хром 35,1-35, сера 43,4-43,5.

Этот материал является вырожденным полупроводником, что ограничивает область его применения в интервале температур выше комнатной. Техническим решением, наиболее близким к данному, является ферромагнитный керамический материал на основе соединения меди, хрома, серы и селена со структурой шпинели со следующим соотношением ингредиентов, мол. медь 14,29, хром 28,57; сера 42,85, селен 14,29.

Основным недостатком этого магнитного материала является его невысокое электросопротивление при комнатной температуре и очень малая зависимость электросопротивления от температуры, т.е. он является вырожденным полупроводником. Недостатком является также то, что он обладает только ферромагнитным типом магнитного упорядочения, что ограничивает область его применения. Функциональные возможности этого материала ограничены только импульсным характером эксплуатации.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей магнитного материала путем обеспечения магнитного упорядочения при температурах, выше комнатной в сочетании со свойствами невырожденного полупроводника, способного эксплуатироваться без применения криотехники как в импульсном, так и в непрерывном режиме.

Указанная цель достигается тем, что керамический магнитный материал на основе соединения меди, хрома, серы или селена со структурой шпинели дополнительно содержит галлий или индий, или алюминий при следующем соотношении компонентов, мол. медь 7,14-8,60; хром 28,45-28,86; сера или селен 56,86-57,31; галлий или индий или алюминий 5,72-7,14, причем состав материала соответствует химической формуле
Cu Me Cr_2-y X_4-z где Me Al, Ga, In, X S, Se, a 0 ≅X ≅ 0,2, -0,02≅ y ≅ 0,02 0,02≅ z≅ 0,02.

Керамический материал магнитный невырожденный полупроводник изготавливают следующим образом: порошкообразные смеси элементов меди, хрома, серы или селена и галлия (или индия, или алюминия) в указанном интервале соотношений гомогенизируют и прессуют в таблетки. Спрессованные таблетки порошкообразных смесей отжигают в эвакуированных кварцевых ампулах при 700^оС двое суток, затем гомогенизируют и повторно отжигают в эвакуированных кварцевых ампулах при 1050^оС четверо суток. Экспериментальная проверка материалов показала, что за счет указанного соотношения получены ферро- и ферримагнитные материалы с точками Кюри выше комнатной температуры, являющиеся невырожденными полупроводниками.

Рентгеноструктурным анализом установлено, что все образцы однофазны и имеют кубическую структуру типа шпинели.

В таблицах 1-6 приводятся физические свойства прототипа, а также свойства составов, лежащих в указанных пределах и выходящих за них и уже не являющихся магнитными полупроводниками с температурой Кюри выше комнатной температуры.

Из данных таблицы следует, что заявленные магнитные материалы имеют следующие качественные и количественные преимущества перед прототипом:
материалы являются невырожденными полупроводниками, в отличие от прототипа, имеющего свойства вырожденного полупроводника;
удельное электросопротивление на 2-3 порядка выше, чем у прототипа, что делает возможным эксплуатацию этих материалов не только в импульсном, но и в непрерывном режиме;
в зависимости от состава, данные полупроводники могут быть ферри- и ферромагнетиками, что расширяет функциональные возможности для использования в магнитоуправляемых системах при температурах, выше комнатной.

Данные материалы можно использовать в монолитных цепях при комнатной и более высоких температурах одновременно в качестве магнитных (дроссели, циркуляторы, фазовращатели, фильтры и т.д.) и полупроводниковых (диоды, триоды и т.д.) элементов, в устройствах дискретной памяти, технике СВЧ, в лазерной технике для модуляции на электронных частотах и т.д. как в импульсном, так и в непрерывном режимах эксплуатации. Применение новых материалов может привести к существенной экономии высокочистых дорогостоящих полупроводниковых веществ, например германия, а также к значительной экономии магнитомягких материалов на основе редкоземельных металлов, например лантана и гадолиния.

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАГНИТНЫЙ МАТЕРИАЛ на основе соединения меди, хрома, серы или селена со структурой шпинели, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения магнитного упорядочения при температурах выше комнатной в сочетании со свойствами невырожденного полупроводника, он дополнительно содержит галлий, или индий, или алюминий при следующем соотношении компонентов, мол.

Медь 7,14 8,60
Хром 28,45 28,86
Сера или селен 56,86 57,31
Галлий, или индий, или алюминий 5,72 7,14
причем состав материала соответствует химической формуле

где Me Al, Ga, Zn;
X S, Se, 0 ≅ x ≅ 0,2;
0,02 ≅ y ≅ 0,02; -0,02 ≅ z ≅ 0,02.