Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами mn5ge3ox в матрице geo2

Изобретение относится к способу получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO при низких температурах. Получаемая Mn5Ge3Ox фаза может быть использована в качестве элементов спинтроники. Способ включает подготовку подложки, нанесение на нее слоя германийсодержащего вещества и слоя марганца и последующий отжиг полученного двухслойного образца. В качестве германийсодержащего вещества на подложку термически наносят слой моноокиси германия. Перед нанесением слоя марганца осуществляют охлаждение подложки с нанесенным слоем моноокиси германия до комнатной температуры. Отжиг полученного образца выполняют при температуре 300°C. Техническим результатом данного изобретения является уменьшение количества технологических циклов и требований к вакууму за счет снижения температуры образования Mn5Ge3Ox (фазы Новотного) до 300°C, при этом достигаются высокие магнитные характеристики: Ms=600 emu/cm3, Тс=420 K, что приводит к увеличению функциональных возможностей Mn5Ge3Ox-GeO2 пленочных образцов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области технологических процессов, связанных с получением ферромагнитных фаз в диэлектрической матрице при низких температурах. Получаемая Mn5Ge3Ox фаза может быть использована в качестве элементов спинтроники.

Известен способ получения материала, содержащего оксид металла и ферромагнитный металл, который может применяться в спинтронике. В качестве оксида металла используют монооксид европия, а в качестве ферромагнитного металла - α-железо, при следующем соотношении компонентов, вес %: монооксид европия EuO - 75-85; железо α-Fe - 25-15 [патент RU 2291134 С2, МПК С04В 35/50, С30В 29/22, опубл. 10.01.2007].

Недостатками данного изобретения являются низкая температура Кюри (Тс) равная 300 K, невысокая намагниченность (Ms) порядка 280 emu/cm3, высокие поля насыщения (Н) 10 кЭ. Самый главный недостаток - высокая стоимость европия и его химическая активность.

Известен способ получения полупроводниковой, ферромагнитной гетероструктуры, функционирующей при комнатной и выше температурах, состоящей из ферромагнитной пленки Mn-Si, осаждаемой методом магнетронного распыления монокристаллического кремния на подложку [патент CN 1885493 А, МПК H01L 21/203; С23С 14/35, опубл. 27.12.2006].

Недостатком данной технологии является неоднородность интерфейса Mn/Si, а также низкая намагниченность насыщения, температура Кюри чуть выше комнатной. Кроме того, из-за химической активности кремния требуется сверхвысокий вакуум, предварительная очистка поверхности, и нет возможности изготовления таких структур на гибких подложках.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является ферромагнитная фаза Mn5Ge3, обладающая намагниченностью выше, чем магнитные фазы в системе Mn/Si [В.Г. Мягков, В.С. Жигалов, А.А. Мацынин и др. Фазовые превращения в системе Mn-Ge и в разбавленных полупроводниках GexMn1-x. - Письма в ЖЭТФ, 2012, том 96, вып. 1, с. 42-45]. Известно, что в данной системе можно получить фазу Новотного, которая обладает еще более высокой намагниченностью насыщения и температурой Кюри по сравнению с Mn5Ge3. Эту фазу можно получить легированием образца углеродом с последующим отжигом при температуре около 500°C, получая соединение Mn5Ge3Cx.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа получения Mn5Ge3Ox-GeO2 диэлектрических пленок, обладающих ферромагнитными свойствами (высокой намагниченностью насыщения) при температурах выше комнатной.

Техническим результатом данного изобретения является способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2, в котором уменьшается количество технологических циклов и требования к вакууму, снижается температура образования Mn5Ge3Ox (фазы Новотного) до 300°C, достигаются высокие магнитные характеристики: Ms=600 emu/cm3, Тс=420 K.

Технический результат достигается тем, что способ получения на подложке диэлектрической пленки включает подготовку подложки, нанесение на нее слоя германийсодержащего вещества, нанесение слоя марганца и отжиг полученного двухслойного образца, новым является то, что в качестве германийсодержащего вещества на подложку термически наносят слой моноокиси германия, а перед нанесением слоя марганца осуществляют охлаждение подложки с нанесенным слоем моноокиси германия до комнатной температуры, при этом отжиг полученного образца выполняют при температуре 300°C.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое изобретение отличается от известного тем, что в качестве диэлектрика на подложку наносят моноокись германия, после охлаждения подложки до комнатной температуры наносят слой марганца и отжигают образец при температуре 300°C.

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «новизна».

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены при изучении других известных технических решений в данной области техники и, следовательно, обеспечивают ему соответствие критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена петля гистерезиса образца GeO/Mn после вакуумного отжига при 300°C.

Пример осуществления

В пленочном состоянии магнитный нанокомпозит Mn5Ge3Ox-GeO2 получают в следующей технологической последовательности:

1. Подготовка подложки: стеклянную подложку или другой полимерный материал очищаем с помощью водных растворов и перекиси водорода, высушиваем в парах изопропилового спирта.

2. При высоком вакууме нагреваем подложки до температуры 250°C для обезгаживания и лучшей адгезии пленки с подложкой.

3. Осаждаем моноокись германия на подложку с помощью термического метода напыления. Расстояние между испарителем и подложкой составило 30 см, вакуум 10-6 Torr, толщина напыляемого слоя 150 нм, она контролировалась с помощью кварцемера.

4. После остывания первого слоя моноокиси германия до комнатной температуры, чтобы избежать вторичных реакций, осаждаем слой марганца при комнатной температуре толщиной 15 нм, при тех же условиях, что и моноокись германия.

5. Далее полученные двухслойные образцы GeO/Mn подвергались вакуумному отжигу при температуре 300°C и длительностью 60 минут. Этого времени достаточно, чтобы полностью прошли последовательные твердофазные реакции (1) и (2):

Намагниченность насыщения Ms измерялась на вибрационном магнитометре и на крутильном магнетометре, температура Кюри Тс измерялась на SQUID-магнетометре MPMS-XL фирмы Quantum Design в магнитном поле до 5 кЭ. Идентификация образующихся фаз была проведена на дифрактометре ДРОН-4-07.

Полученные образцы являются диэлектриками и обладают следующими магнитными характеристиками: Ms=600 emu/cm3, Тс=420 K.

Благодаря невысокой температуре образования нанокомпозитных пленок Mn5Ge3Ox-GeO2 данная технология может быть использована для нанесения их на различные подложки (включая гибкие), которые выдерживают температуру 300°C.

Получаемые нанокомпозитные Mn5Ge3Ox-GeO2 пленки, содержащие ферромагнитные Mn5Ge3Ox нанокластеры, вложенные в непроводящую GeO2 матрицу, могут быть использованы в современных элементах спинтроники и микроэлектроники. Это связанно с тем, что представленные материалы обладают одновременно полупроводниковыми (диэлектрическими) и магнитными свойствами. Данные материалы используются для разработки прототипов компьютерной памяти, процессоров и других элементов, построенных на совершенно новых принципах, отличных от принципов построения современной электроники, где единицей информации является не электрический заряд, а электрон (электроны) со строго определенным спином.

Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2, включающий подготовку подложки, нанесение на нее слоя германийсодержащего вещества и слоя марганца и последующий отжиг полученного двухслойного образца, отличающийся тем, что в качестве германийсодержащего вещества на подложку термически наносят слой моноокиси германия, а перед нанесением слоя марганца осуществляют охлаждение подложки с нанесенным слоем моноокиси германия до комнатной температуры, при этом отжиг полученного образца выполняют при температуре 300°C.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение предусматривает способ получения шаблона для эпитаксиального выращивания. Способ содержит стадию поверхностной обработки, включающий диспергирование Ga-атомов на поверхности сапфировой подложки, и стадию эпитаксиального выращивания AlN-слоя на сапфировой подложке, где при распределении концентрации Ga в направлении глубины перпендикулярно поверхности сапфировой подложки во внутренней области AlN-слоя, исключая зону вблизи поверхности до глубины 100 нм от поверхности AlN-слоя, полученной вторичной ионно-массовой спектрометрией, положение в направлении глубины, где Ga - концентрация имеет максимальное значение, находится в области вблизи границы раздела, расположенной между границей раздела сапфировой подложки и положением, на 400 нм отстоящим от границы раздела к стороне AlN-слоя, и максимальное значение Ga-концентрации составляет 3×1017 атом/см3 или более и 2×1020 атом/см3 или менее.

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.

Способ относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов методом молекулярно-лучевой эпитаксии. В способе подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава остаточного оксидного слоя.
Изобретение относится к способу получения тонких пленок, в частности к получению аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти, и может быть использовано в качестве рабочего слоя в приборах записи информации.

Изобретение относится к способу получения эпитаксиальной пленки дисилицида европия на кремниевой подложке и может быть использовано для создания контактов истока/стока в технологии производства полевых МОП транзисторов с барьером Шоттки (SB-MOSFET), а также для создания устройств спинтроники в качестве контакта-инжектора/детектора спин-поляризованных носителей.
Изобретение относится к способу получения тонких аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти и может быть использовано в качестве рабочего слоя в устройстве энергонезависимой фазовой памяти для электронной техники.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллического SiC - широкозонного полупроводникового материала, используемого для создания на его основе интегральных микросхем.

Изобретение относится к сублимационному выращиванию эпитаксиальных массивов самоорганизованных монокристаллических наноостровков кремния на сапфировых подложках и может быть использовано в качестве нанотехнологического процесса, характеризующегося повышенной стабильностью формирования однородных по размерам наноостровков кремния с пониженной степью дефектности их структуры.

Изобретение относится к области технологий осаждения полупроводниковых наночастиц халькогенидов свинца на прозрачные диэлектрические поверхности и может быть использовано при получении новых устройств на основе наносистем для микро- и оптоэлектроники, солнечных батарей, светодиодных ламп и других областей полупроводниковой техники.

Изобретение относится к технологии эпитаксии кремний-германиевой гетероструктуры, основанной на сочетании сублимации кремния с поверхности источника кремния, разогретого электрическим током, и осаждения германия из германа в одной вакуумной камере, и может быть использовано для производства полупроводниковых структур.
Изобретение относится к способу формирования нанокристаллического поверхностного слоя на деталях из алюминиевых сплавов (варианты) и может быть использовано для обработки лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к области медицины, а именно к способу нанесения антиадгезивного антибактериального покрытия на ортопедические имплантаты из титана и нержавеющей стали, включающему нанесение покрытия на предварительно обработанную поверхность металлического имплантата, при этом поверхность металлических имплантатов из титана и нержавеющей стали подвергают очистке методом ионного травления в герметичной камере, которую предварительно вакуумируют до остаточного давления 9⋅10-5-1⋅10-6 Торр, с последующим заполнением камеры аргоном и вакуумированием камеры до остаточного давления 4⋅10-4-1⋅10-3 Торр, а ионное травление выполняют ионами аргона с энергией 0,7-3,0 кэВ в течение 4-8 мин, затем на поверхность ортопедических имплантатов из титана и из нержавеющей стали наносят дуальным распылением с двух магнетронных источников антиадгезивное антибактериальное покрытие в виде атомов серебра и углерода в виде тетраэдрического алмаза типа ta-C, причем используют магнетронный источник углеродной плазмы с мощностью 95-108 Вт, источник атомов серебра с мощностью 2-20 Вт и ионный источник стимулирования процесса нанесения покрытия ионами аргона с энергией ионов инертного газа аргона от 0,1 до 1,5 кэВ, а процесс нанесения антиадгезивного антибактериального покрытия продолжают в заполненной аргоном и вакуумированной до остаточного давления 4⋅10-4-1⋅10-3 Торр камере, при этом наносят на металлическую поверхность ортопедических имплантатов двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной от 9 до 1180 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра не ниже 99,9% чистоты размером 4,5-9,5 нм со сформированным на их поверхности сплошным покрытием углерода в виде тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,4-1,2 нм.

Изобретение относится к области изготовления тонкопленочных материалов и может быть использовано для создания полупроводниковых приборов, в частности тепловых приемников.

Изобретение относится к конструкционным изделиям ИК-оптики, обеспечивающим, наряду с основной функцией пропускания излучения в требуемом спектральном диапазоне, защитные функции приборов и устройств от воздействий внешней среды.

Изобретение относится к способу получения эпитаксиальной пленки дисилицида европия на кремниевой подложке и может быть использовано для создания контактов истока/стока в технологии производства полевых МОП транзисторов с барьером Шоттки (SB-MOSFET), а также для создания устройств спинтроники в качестве контакта-инжектора/детектора спин-поляризованных носителей.

Изобретение относится к изготовлению теплоизлучающих элементов. Способ включает размещение сетки на основе, изготовленной из первого металлического материала, и формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки либо путем распыления гранулированных частиц, полученных из второго металлического материала, оксид которого имеет коэффициент отражения 70% и более, отличного от первого металлического материала, и частиц из оксида второго металлического материала, либо путем напыления металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, и их окисления, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее, после чего сетку удаляют.

Изобретение относится к области физики наноразмерных структур, а именно способу получения тонких металлических пленок, которые могут быть использованы в качестве тест объектов оптических приборов.

Способ включает размещение изделия с жаростойким покрытием в камере распыления, заполненной смесью кислорода и инертного газа, нагрев изделия, магнетронное распыление мишени из сплава на основе циркония с образованием керамического слоя и термообработку изделия и отличается тем, что нагрев изделия осуществляют хотя бы частично потоком газоразрядной магнетронной плазмы до температуры 200-800°C и используют мишень из сплава циркония, иттрия, гадолиния и гафния следующего состава, мас.%: иттрий - 6-10, гадолиний - 6-10, гафний 3-7, цирконий - остальное.

Изобретение относится к области физики наноразмерных структур, а именно способу получения тонких металлических пленок, в частности, системы Ni-Al. На стеклянную подложку в вакууме при остаточном давлении не ниже 10-5 Торр наносят не менее шести металлических слоев толщиной 30-60 нм в последовательности Ni/Al/Ni/Al/Ni/Al и осуществляют химическую реакцию между слоями путем нагрева многослойной тонкопленочной металлической системы от комнатной температуры до 600°C с умеренной скоростью 1 град/с для осуществления объемного синтеза.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Наносят нижний слой из нитрида титана.

Изобретение относится к составам и способам получения износостойких покрытий для защиты от изнашивания и может быть использовано в парах трения в машиностроении, металлообработке и нефтедобыче.

Изобретение относится к способу получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO при низких температурах. Получаемая Mn5Ge3Ox фаза может быть использована в качестве элементов спинтроники. Способ включает подготовку подложки, нанесение на нее слоя германийсодержащего вещества и слоя марганца и последующий отжиг полученного двухслойного образца. В качестве германийсодержащего вещества на подложку термически наносят слой моноокиси германия. Перед нанесением слоя марганца осуществляют охлаждение подложки с нанесенным слоем моноокиси германия до комнатной температуры. Отжиг полученного образца выполняют при температуре 300°C. Техническим результатом данного изобретения является уменьшение количества технологических циклов и требований к вакууму за счет снижения температуры образования Mn5Ge3Ox до 300°C, при этом достигаются высокие магнитные характеристики: Ms600 emucm3, Тс420 K, что приводит к увеличению функциональных возможностей Mn5Ge3Ox-GeO2 пленочных образцов. 1 ил.

Наверх