close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15345

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 30B 29/10 (2006.01)
H 01F 1/40 (2006.01)
C 01G 28/00 (2006.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО
МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: a 20101269
(22) 2010.08.26
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное
объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Трухан Владимир Михайлович (BY); Маренкин Сергей Федорович (RU); Шёлковая Татьяна
Васильевна (BY)
BY 15345 C1 2012.02.28
BY (11) 15345
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр
Национальной академии наук Беларуси по материаловедению" (BY)
(56) НОВОТОРЦЕВ В.М. и др. Неорганическая химия. - 2008. - Т. 53. - № 1. С. 28-35.
КОРОЛЕВА Л.И. и др. ФТТ. - 2007. Т. 49. Вып. 11. - С. 2022-2026.
BY 13391 C1, 2010.
RU 2282685 C2, 2006.
RU 2305723 C1, 2007.
(57)
Способ получения магнитного полупроводникового материала диарсенида цинкагермания с марганцем Zn1-xMnxGeAs2, где 0 < х ≤ 0,18, при котором смесь диарсенида
цинка, полученного из цинка и мышьяка, германия, марганца и мышьяка, взятых в стехиометрическом соотношении, помещают в кварцевую ампулу, покрытую внутри пленкой
углерода, вакуумируют ее и нагревают до температур синтеза диарсенида цинка-германия
с марганцем с последующей закалкой до комнатной температуры, отличающийся тем,
что ампулу со смесью нагревают в течение 2,5 ± 0,5 часа до температуры 790-810 °С, выдерживают при этой температуре 1,0-1,5 часа для взаимодействия расплава диарсенида
цинка с германием, марганцем и мышьяком, затем в течение 1,5 ± 0,5 часа температуру
повышают до 1050-1070 °С и проводят вибрационное перемешивание в течение 2,0 ± 0,5 часа, затем понижают температуру до 820-830 °С и проводят гомогенизирующий отжиг в
течение 48 часов.
Изобретение относится к области неорганической химии, а более конкретно к способу
выращивания магнитного полупроводникового материала диарсенида цинка-германия с
марганцем Zn1-xMnxGeAs2.
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 диарсенида цинка-германия с марганцем Zn1-xMnxGeAs2, который получают пу-
BY 15345 C1 2012.02.28
тем взаимодействия исходных компонентов (Zn, Ge, As, Mn), взятых в стехиометрическом
соотношении, в вакуумированной кварцевой ампуле, покрытой пленкой углерода [2]. Недостаток указанного способа - в незначительной растворимости марганца в диарсениде
цинка - германия, менее 1 мол. %.
Наиболее близким к заявленному способу является способ получения магнитного полупроводникового материала диарсенида цинка-германия с марганцем -Zn1-xMnxGeAs2,
который получали путем смешивания компонентов, состоящих из диарсенида цинка, марганца, германия и дополнительной навески мышьяка, которые помещали в кварцевую ампулу, покрытую внутри пленкой пиролитического углерода, откачивали до остаточного
давления 10-2 Па и отпаивали. Состав шихты готовили согласно гипотетическому разрезу
ZnGeAs2 - MnGeAs2 [3]. Температурный режим синтеза был следующим: нагревание до
1053 K (780 °С) в течение 60 часов и выдержка при этой температуре 48 часов, затем
подъем температуры до 1150 K (877 °С) в течение 20 часов, выдержка при 1150 °K
(780 °С) в течение 48 часов для обеспечения гомогенизации расплава, режим закалки до
комнатной температуры со скоростью 5-10 град/с.
Недостатками прототипа являются: медленный подъем температуры при синтезе
диарсенида цинка-германия с марганцем; нет обоснования температур гомогенизирующего отжига и закалки.
Задача, решаемая настоящим изобретением, - в сокращении времени синтеза диарсенида цинка-германия с марганцем и в оптимизации температур гомогенизирующего отжига и закалки Zn1-xMnxGeAs2.
В способе получения магнитного полупроводникового материала диарсенида цинкагермания с марганцем Zn1-xMnxGeAs2, где 0 < х ≤ 0,18, смесь диарсенида цинка, полученного из цинка и мышьяка, германия, марганца и мышьяка, взятых в стехиометрическом
соотношении, помещают в кварцевую ампулу, покрытую внутри пленкой углерода, вакуумируют ее и нагревают до температур синтеза диарсенида цинка-германия с марганцем с
последующей закалкой до комнатной температуры.
Новым, по мнению авторов, является то, что ампулу со смесью нагревают в течение
2,5 ± 0,5 часа до температуры 790-810 °С, выдерживают при этой температуре 1,0-1,5 часа
для взаимодействия расплава диарсенида цинка с германием, марганцем и мышьяком, затем в течение 1,5 ± 0,5 часа температуру повышают до 1050-1070 °С и проводят вибрационное перемешивание в течение 2,0 ± 0,5 часа, затем понижают температуру до 820830 °С и проводят гомогенизирующий отжиг в течение 48 часов.
На фиг. 1 приведены режимы синтеза по прототипу и по настоящему изобретению.
На фиг. 2 приведен результат рентгенофазового анализа образцов состава
Zn0,9Mn0,1GeAs2.
На фиг. 3 приведены термограммы твердого раствора Zn0,90Mn0,10GeAs2:
1 - кривая нагрева, 2 - кривая охлаждения (результат дифференциально-термического
анализа).
На фиг. 4 приведен результат микроструктурного анализа образца состава
Zn0,90Mn0,10GeAs2.
На фиг. 5 приведена температурная зависимость намагниченности состава
Zn0,90Mn0,10GeAs2 (образец охлаждался в магнитном поле 0,6 kOe от 400 до 77 K, при этом
измерялась его намагниченность).
Указанные температуры синтеза Zn1-xMnxGeAs2 - это оптимальные температуры при
получении магнитного полупроводникового материала диарсенида цинка-германия с марганцем Zn1-xMnxGeAs2, где 0 < х ≤ 0,18, из диарсенида цинка, германия, марганца и мышьяка. Обоснованность температур подтверждается результатами РФА (фиг. 2), ДТА (фиг. 3)
и микроструктурным анализом (фиг. 4). На фиг. 5 показана температурная зависимость
намагниченности твердого раствора состава Zn0,9Mn0,1GeAs2.
Способ реализуется следующим образом. Мелкоизмельченные поликристаллический
германий, марганец, мышьяк и диарсенид цинка загружают в кварцевую ампулу, покры2
BY 15345 C1 2012.02.28
тую внутри пленкой углерода, в указанной последовательности, ампулу длиной 70-80 мм
и внутренним диаметром 8-12 мм откачивают до 10-2 Па и отпаивают. Синтез
Zn1-xMnxGeAs2 осуществляют в однозонной печи сопротивления. Устанавливают ампулу в
рабочую зону печи, температуру которой поднимают в течение 2,5 ± 0,5 часа до 790810 °С, выдерживают эту температуру в течение 1,0-1,5 часа для взаимодействия расплава
диарсенида цинка с германием, марганцем и мышьяком, затем температуру повышают за
1,5 ± 0,5 часа до 1050-1070 °С и проводят вибрационное перемешивание расплава. Через
1,5 + 0,5 часа температуру понижают до 820-830 °С и выдерживают ее в течение 48 часов.
После гомогенизирующего отжига проводят закалку образцов до комнатной температуры.
Пример 1.
Для получения 20 г магнитного полупроводникового материала Zn1-xMnxGeAs2, содержащего 10 мол. % Mn, берут предварительно измельченные исходные компоненты:
m(ZnAs2) = 13,508 г, m(Ge) = 5,064 г, m(Mn) = 0,383 г, m(As) = 1,045 г, и в указанной последовательности загружают в графитизированную кварцевую ампулу внутренним диаметром 10 мм и длиной 75 мм. Откачанную до 10-2 Па и запаянную кварцевую ампулу
устанавливают в рабочую зону однотемпературной печи сопротивления с вибрационным
устройством, контроль температуры в которой осуществляют регулятором температуры
РИФ-101. В течение 2,5 часа устанавливают температуру в рабочей зоне печи и соответственно в ампуле 800 °С, выдерживают при этой температуре 1,25 часа, затем нагревают в
течение 1,5 часа до температуры 1060 °С, включают на 1,5 часа вибрационное устройство
и понижают температуру до 825 °С. Проводят гомогенизирующий отжиг в течение
48 часов и охлаждают со скоростью 10 град/с до комнатной температуры.
Температурные режимы опытов по синтезу твердых растворов Zn1-xMnxGeAs2, проведенные по описанному методу, и их результаты сведены в таблицу.
Длитель№ Темпера- Темпера- Темпера- Время ность про- Скорость
Конечный реопы- тура I эта- тура II эта- тура отжи- отжига,
цесса
закалки,
зультат
та
ч
выращиваград/с
па, °С
па, °С
га, °С
ния, ч
Zn1-xMnxGeAs2
1
790
1050
820
72
5
∼60
(0≤х≤0,18)
Zn1-xMnxGeAs2
2
810
1070
830
72
15
∼60
(0<х≤0,18)
увеличение
3
820
1080
830
72
5-15
длительности
∼70
синтеза*
появление
4
780
1040
820
72
5-15
∼50
примеси**
* Длительность синтеза твердых растворов увеличивается.
** Уменьшение температуры синтеза приводит к появлению примеси.
Из приведенной таблицы видно, что при соблюдении режимов синтеза, гомогенизирующего отжига и закалки получают твердые растворы Zn1-xMnxGeAs2 (0≤х≤0,18), качество которых подтверждено рентгенофазовым анализом (ДРОН-3), микроструктурным
анализом (микроскоп металлографический инвертированный GX41-OLYMPUS) и измерением намагниченности (вибрационный магнитометр Cryogenic B).
Преимуществом заявленного способа синтеза твердых растворов Zn1-xMnxGeAs2
(0≤х≤0,18) является сокращение времени синтеза диарсенида цинка-германия с марганцем
при оптимальных температурах гомогенизирующего отжига и закалки.
3
BY 15345 C1 2012.02.28
Источники информации:
1. Иванов В.А. и др. Спинтроника и спинтронные материалы // Известия Академии
наук. Серия химическая. - 2004. - № 11. - С. 2255-2303.
2. Matsushita H., Watgabe M., Katsui A. Phase diagram, crystal growth and characterization
of Mn-substituted ZnGeAs2 system // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 2008. Vol. 69, Issues 2-3. - P. 408-410.
3. Новоторцев В.М., Маренкин С.Ф., Варнавский С.А. и др. Ферромагнитный полупроводник ZnGeAs2(Mn) с температурой Кюри 367 K // Журнал неорганической химии. 2008. - Т. 53. - № 1. - С. 28-35.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
4
BY 15345 C1 2012.02.28
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
692 Кб
Теги
by15345, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа