RU2649047C1 - METHOD FOR OBTAINING A FERROMAGNETIC COMPOSITE AlSb-MnSb - Google Patents

METHOD FOR OBTAINING A FERROMAGNETIC COMPOSITE AlSb-MnSb Download PDF

Info

Publication number
RU2649047C1
RU2649047C1 RU2017106593A RU2017106593A RU2649047C1 RU 2649047 C1 RU2649047 C1 RU 2649047C1 RU 2017106593 A RU2017106593 A RU 2017106593A RU 2017106593 A RU2017106593 A RU 2017106593A RU 2649047 C1 RU2649047 C1 RU 2649047C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite
manganese
aluminum
mnsb
alsb
Prior art date
Application number
RU2017106593A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Федорович Маренкин
Алексей Николаевич Аронов
Ирина Валентиновна Федорченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority to RU2017106593A priority Critical patent/RU2649047C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2649047C1 publication Critical patent/RU2649047C1/en

Links

Images

Classifications

    • H01L21/203

Landscapes

  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of inorganic chemistry, specifically to the creation of new composite materials consisting of an aluminum antimonide semiconductor and a manganese antimonide ferromagnet, which can be used to create magnetically sensitive diode structures, magnetic switches and magnetic field sensors based on a ferromagnetic composite. Method for producing an AlSb-MnSb ferromagnetic composite is proposed, which consists in alternately applying thin films of manganese, antimony and aluminum in their stoichiometric ratios to a dielectric substrate, while the antimony film is applied between manganese and aluminum, further, the obtained heterostructure is subjected to heat treatment in an oxygen-free environment at a temperature of 400 to 450 °C for 2–4 hours prior to the formation of a two-phase composite MnSb-AlSb film. Deposition of thin films of metals on the substrate is carried out by vacuum-thermal spraying. Silicon or sapphire is used as the dielectric substrate. Thermal treatment of the obtained heterostructure is carried out in a vacuum or in an inert medium.
EFFECT: proposed method makes it possible to obtain a composite based on aluminum antimonide with manganese antimonide, suitable for creating a ferromagnetic material with high Curie temperature values and with the properties of a wide-gap semiconductor.
4 cl, 2 dwg

Description

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.The invention relates to the field of inorganic chemistry, specifically to the creation of new composite materials consisting of a semiconductor of aluminum antimonide and a ferromagnet manganese antimonide, which can be used to create magnetosensitive diode structures, magnetic switches and magnetic field sensors based on a ferromagnetic composite.

Известны способы получения ферромагнитных композитов на основе полупроводника и ферромагнетика путем непосредственного сплавления указанных соединений в стехиометрическом составе с дальнейшим напылением на подложку или путем совместного напыления полупроводника и ферромагнетика и последующей термической обработки при температуре выше температуры плавления композита. Получают как объемные композиты [I.V. Fedorchenko, L. Kilanski, I. Zakharchuk, P. Geydt, E. Lahderanta, P.N. Vasiliev, N.P. Simonenko, A.N. Aronov, W. Dobrowolski, S.F. Marenkin, Composites based on self-assembled MnAs ferromagnet nanoclusters embedded in ZnSnAs2 semiconductor // Journal of Alloys and Compounds, V. 650, (2015), pp. 277-284], так и пленочные гетероструктуры [Making ferromagnetic heterostructures Si/Zn(1-X)MnXSiAs2 and Ge/Zn(1-X)MnXGeAs2 / I.V. Fedorchenko, A. Rumiantsev, T. Kuprijanova, L. Kilanski, R.A. Szymczak, W. Dobrowolski, L.I. Koroleva // Solid State Phenomena, 2011, Vols. 168-169, 2011, pp. 313-316. - ISSN: 1662-9779].Known methods for producing ferromagnetic composites based on a semiconductor and a ferromagnet by directly fusing these compounds in a stoichiometric composition with further sputtering on a substrate or by co-spraying a semiconductor and a ferromagnet and subsequent heat treatment at a temperature above the melting temperature of the composite. Obtained as bulk composites [IV Fedorchenko, L. Kilanski, I. Zakharchuk, P. Geydt, E. Lahderanta, PN Vasiliev, NP Simonenko, AN Aronov, W. Dobrowolski, SF Marenkin, Composites based on self-assembled MnAs ferromagnet nanoclusters embedded in ZnSnAs 2 semiconductor // Journal of Alloys and Compounds, V. 650, (2015), pp. 277-284], and film heterostructures [Making ferromagnetic heterostructures Si / Zn (1-X) Mn X SiAs 2 and Ge / Zn (1-X) Mn X GeAs 2 / IV Fedorchenko, A. Rumiantsev, T. Kuprijanova, L. Kilanski, RA Szymczak, W. Dobrowolski, LI Koroleva // Solid State Phenomena, 2011, Vols. 168-169, 2011, pp. 313-316. - ISSN: 1662-9779].

К недостаткам указанных методик относится то, что получение композита AlSb-MnSb указанными способами невозможно в принципе, поскольку температура термического разложения антимонида марганца значительно ниже, чем температура плавления получаемого композита, т.е. антимонид марганца перитектически разлагается раньше, чем плавится композит, а значит, способы, основанные на плавлении не пригодны.The disadvantages of these methods include the fact that obtaining an AlSb-MnSb composite by these methods is impossible in principle, since the temperature of thermal decomposition of manganese antimonide is much lower than the melting temperature of the resulting composite, i.e. manganese antimonide peritectically decomposes before the composite melts, which means that methods based on melting are not suitable.

Наиболее близкой по технической сущности являются известные тонкие пленки разбавленного магнитного полупроводника In1-XMnxSb, где х = 0,0025 и 0,0135 [Diluted magnetic semiconductor (In,Mn)Sb: Transport and Magnetic properties, V.M. Ivanov, O.N. Pashkova, V.P. Sanygin, P.M. Sheverdyaeva, V.N. Prudnikov, N.S. Perov, A.G. Padalko // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 (2007) 2132-2134] (прототип), которые получают из раствора расплава исходного стехиометрического состава.The closest in technical essence are the known thin films of the diluted magnetic semiconductor In 1-X Mn x Sb, where x = 0.0025 and 0.0135 [Diluted magnetic semiconductor (In, Mn) Sb: Transport and Magnetic properties, VM Ivanov, ON Pashkova, VP Sanygin, PM Sheverdyaeva, VN Prudnikov, NS Perov, AG Padalko // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 (2007) 2132-2134] (prototype), which are obtained from a melt solution of the original stoichiometric composition.

Недостатком прототипа является узкая ширина запрещенной зоны InSb 0,13эВ [Group IV Elements, IV-IV and III-V Compounds. Part b - Electronic, Transport, Optical and Other Properties,Volume 41A1b of the series

Figure 00000001
- Group III Condensed Matter pp 1-5], что приводит к вырождению полупроводниковой матрицы при добавлении антимонида марганца, что в принципе не позволяет получить туннельное магнитное сопротивление на таких магнитных структурах.The disadvantage of the prototype is the narrow band gap of InSb 0.13 eV [Group IV Elements, IV-IV and III-V Compounds. Part b - Electronic, Transport, Optical and Other Properties, Volume 41A1b of the series
Figure 00000001
- Group III Condensed Matter pp 1-5], which leads to degeneration of the semiconductor matrix with the addition of manganese antimonide, which, in principle, does not allow to obtain tunneling magnetic resistance on such magnetic structures.

Технической задачей является создание ферромагнитного композита, состоящего из фаз AlSb и MnSb.The technical task is to create a ferromagnetic composite consisting of AlSb and MnSb phases.

Предлагаемое изобретение направлено на изыскание способа получения композита на основе антимонида алюминия с антимонидом марганца, пригодного для создания ферромагнитного материала с высокими значениями температуры Кюри на основе широкозонного полупроводника.The present invention is directed to finding a method for producing a composite based on aluminum antimonide with manganese antimonide, suitable for creating a ferromagnetic material with high Curie temperatures based on wide-gap semiconductor.

Высокотемпературный ферромагнетизм определяется наличием в структуре антимонида марганца, известного ферромагнетика, с температурой Кюри 587К [Electronic and Magnetic Properties of MnSb Compounds, R. Masrour, E.K. Hlil, M. Hamedoun, A. Benyoussef, O. Mounkachi, H.El Moussaoui // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 2015, V. 28, Issue 6, pp 1815-1819], а большая ширина запрещенной зоны определяется матрицей антимонида алюминия, полупроводника с шириной запрещенной зоны 1.61эВ [The 6.1

Figure 00000002
family (InAs, GaSb, AlSb) and its heterostructures: a selective review, H. Kroemer // Physica E 20 (2004) 196-203].High-temperature ferromagnetism is determined by the presence in the structure of manganese antimonide, a known ferromagnet, with a Curie temperature of 587 K [Electronic and Magnetic Properties of MnSb Compounds, R. Masrour, EK Hlil, M. Hamedoun, A. Benyoussef, O. Mounkachi, H. El Moussaoui // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 2015, V. 28, Issue 6, pp 1815-1819], and the large band gap is determined by the aluminum antimonide matrix, a semiconductor with a band gap of 1.61 eV [The 6.1
Figure 00000002
family (InAs, GaSb, AlSb) and its heterostructures: a selective review, H. Kroemer // Physica E 20 (2004) 196-203].

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения ферромагнитного композита AlSb-MnSb, заключающийся в том, что поочередно наносят тонкие пленки марганца, сурьмы и алюминия в их стехиометрических соотношениях на диэлектрическую подложку, при этом пленку сурьмы наносят между марганцем и алюминием, далее полученную гетероструктуру подвергают термической обработке в бескислородной среде при температуре от 400 до 450°С в течение 2-4 часов до образования пленки двухфазного композита MnSb-AlSb.The technical result is achieved by the fact that a method for producing an AlSb-MnSb ferromagnetic composite is proposed, which consists in applying thin films of manganese, antimony and aluminum in their stoichiometric proportions on a dielectric substrate, while an antimony film is applied between manganese and aluminum, the resulting heterostructure subjected to heat treatment in an oxygen-free environment at a temperature of from 400 to 450 ° C for 2-4 hours until the formation of a film of a two-phase composite MnSb-AlSb.

Целесообразно, что нанесение тонких пленок металлов на подложку осуществляют методом вакуумно-термического напыления.It is advisable that the deposition of thin films of metals on a substrate is carried out by the method of vacuum thermal spraying.

Целесообразно также, что в качестве диэлектрической подложки используют кремний или сапфир.It is also advisable that silicon or sapphire is used as the dielectric substrate.

Указанный результат достигается также тем, что термическую обработку полученной гетероструктуры осуществляют в вакууме или в инертной среде.The specified result is also achieved by the fact that the heat treatment of the obtained heterostructure is carried out in vacuum or in an inert medium.

Температура термической обработки определяется тем, что при температуре ниже 400°С реакция идет очень медленно, а ввиду мелкодисперсности нанесенных слоев и, как следствие, большой реакционной способности компонентов нагрев выше 450°С может приводить к образованию дополнительных фаз.The temperature of the heat treatment is determined by the fact that at temperatures below 400 ° C the reaction is very slow, and due to the fineness of the deposited layers and, as a consequence, the high reactivity of the components, heating above 450 ° C can lead to the formation of additional phases.

Время термической обработки определяется тем, что при термической обработке менее двух часов при заданных температурах реакция не успевает пройти до конца из-за медленной скорости диффузии, а при отжиге более четырех часов существенных изменений в композите не наблюдается.The time of heat treatment is determined by the fact that when heat treatment is less than two hours at given temperatures, the reaction does not have time to go through due to the slow diffusion rate, and when annealing for more than four hours, there are no significant changes in the composite.

Сущность изобретения состоит в том, что предложен уникальный способ получения композита из тонких пленок марганца, сурьмы и алюминия без достижения температуры плавления собственно композита, что позволяет избежать перитектического разложения антимонида марганца.The essence of the invention lies in the fact that a unique method is proposed for producing a composite from thin films of manganese, antimony and aluminum without reaching the melting temperature of the composite itself, which avoids the peritectic decomposition of manganese antimonide.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими прилагаемыми иллюстрациями:The essence of the invention is illustrated by the following accompanying illustrations:

Фиг. 1. Микрофотография поверхности гетероструктуры из тонких пленок марганца, сурьмы и алюминия (по данным атомно-силовой микроскопии).FIG. 1. Micrograph of the surface of the heterostructure from thin films of manganese, antimony and aluminum (according to atomic force microscopy).

Фиг. 2. Микрофотография композита AlSb-MnSb после термической обработки гетероструктуры (по данным атомно-силовой микроскопии).FIG. 2. Micrograph of the AlSb-MnSb composite after heat treatment of the heterostructure (according to atomic force microscopy).

Заявляемый композит получали следующим образом:The inventive composite was prepared as follows:

С помощью метода вакуумно-термического напыления на подложку из кремния и сапфира последовательно наносили тонкие пленки сначала марганца, затем сурьмы и алюминия, соответствующие стехиометрическому составу композита. При этом порядок нанесения пленок является существенным условием, т.к. адгезия между пленками алюминия и марганца отсутствует (материал шелушится и отслаивается). Подложки с нанесенными пленками помещали в кварцевые ампулы, которые затем вакуумировали и подвергали термической обработке при температуре от 400 до 450°С от 2 до 4 часов.Using the method of vacuum thermal spraying, thin films of manganese, then antimony and aluminum, corresponding to the stoichiometric composition of the composite, were successively applied to a silicon and sapphire substrate. In this case, the procedure for applying films is an essential condition, since there is no adhesion between aluminum and manganese films (the material peels and peels off). The substrates with the deposited films were placed in quartz ampoules, which were then evacuated and subjected to heat treatment at a temperature of 400 to 450 ° C for 2 to 4 hours.

По данным атомно-силовой микроскопии до термической обработки поверхность гетероструктуры из тонких пленок марганца, сурьмы и алюминия является гладкой, Фиг. 1, а после термообработки наблюдается образование субмикронных, 400-900 нм, кластеров композита MnSb-AlSb Фиг. 2.According to atomic force microscopy, before the heat treatment, the surface of the heterostructure from thin films of manganese, antimony, and aluminum is smooth, FIG. 1, and after heat treatment, the formation of submicron, 400-900 nm, clusters of the MnSb-AlSb composite is observed. FIG. 2.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать композит на основе антимонида алюминия с антимонидом марганца, пригодного для создания ферромагнитного материала с высокими значениями температуры Кюри и со свойствами широкозонного полупроводника.Thus, the proposed method allows to obtain a composite based on aluminum antimonide with manganese antimonide, suitable for creating a ferromagnetic material with high Curie temperatures and with the properties of a wide-gap semiconductor.

Claims (4)

1. Способ получения ферромагнитного композита AlSb-MnSb, заключающийся в том, что поочередно наносят тонкие пленки марганца, сурьмы и алюминия в их стехиометрических соотношениях на диэлектрическую подложку, при этом пленку сурьмы наносят между марганцем и алюминием, далее полученную гетероструктуру подвергают термической обработке в бескислородной среде при температуре от 400 до 450°С в течение 2-4 часов до образования пленки двухфазного композита MnSb-AlSb.1. The method of producing the AlSb-MnSb ferromagnetic composite, which consists in applying thin films of manganese, antimony and aluminum in their stoichiometric ratios to the dielectric substrate, the antimony film being applied between manganese and aluminum, then the resulting heterostructure is subjected to heat treatment in an oxygen-free medium at a temperature of from 400 to 450 ° C for 2-4 hours until the formation of a film of a two-phase composite MnSb-AlSb. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение тонких пленок металлов на подложку осуществляют методом вакуумно-термического напыления.2. The method according to p. 1, characterized in that the deposition of thin films of metals on a substrate is carried out by the method of vacuum thermal spraying. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической подложки используют кремний или сапфир.3. The method according to p. 1, characterized in that as the dielectric substrate using silicon or sapphire. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку полученной гетероструктуры осуществляют в вакууме или в инертной среде.4. The method according to p. 1, characterized in that the heat treatment of the obtained heterostructure is carried out in vacuum or in an inert medium.
RU2017106593A 2017-02-28 2017-02-28 METHOD FOR OBTAINING A FERROMAGNETIC COMPOSITE AlSb-MnSb RU2649047C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106593A RU2649047C1 (en) 2017-02-28 2017-02-28 METHOD FOR OBTAINING A FERROMAGNETIC COMPOSITE AlSb-MnSb

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106593A RU2649047C1 (en) 2017-02-28 2017-02-28 METHOD FOR OBTAINING A FERROMAGNETIC COMPOSITE AlSb-MnSb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2649047C1 true RU2649047C1 (en) 2018-03-29

Family

ID=61867064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106593A RU2649047C1 (en) 2017-02-28 2017-02-28 METHOD FOR OBTAINING A FERROMAGNETIC COMPOSITE AlSb-MnSb

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649047C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700896C1 (en) * 2018-12-07 2019-09-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН) Method of producing a ferromagnetic composite mnsb-gamn-gasb

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU900983A1 (en) * 1980-04-24 1982-01-30 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Проблем Материаловедения Ан Усср Method of obtaining manganese monoantimonide
US20050141147A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-30 Tdk Corporation Magnetoresistance effect element and magnetic head
EA200800197A1 (en) * 2005-07-01 2008-06-30 Синвеншен Аг MEDICAL DEVICES CONTAINING NET COMPOSITE MATERIAL
RU2465378C1 (en) * 2011-07-07 2012-10-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Magnetic semiconductor material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU900983A1 (en) * 1980-04-24 1982-01-30 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Проблем Материаловедения Ан Усср Method of obtaining manganese monoantimonide
US20050141147A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-30 Tdk Corporation Magnetoresistance effect element and magnetic head
EA200800197A1 (en) * 2005-07-01 2008-06-30 Синвеншен Аг MEDICAL DEVICES CONTAINING NET COMPOSITE MATERIAL
RU2465378C1 (en) * 2011-07-07 2012-10-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Magnetic semiconductor material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Diluted magnetic semiconductor (In,Mn)Sb: Transport and Magnetic properties, V.M. Ivanov, et al. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 (2007) 2132-2134. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700896C1 (en) * 2018-12-07 2019-09-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН) Method of producing a ferromagnetic composite mnsb-gamn-gasb

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Optoelectronic characteristics of a near infrared light photodetector based on a topological insulator Sb 2 Te 3 film
He et al. Review of 3D topological insulator thin‐film growth by molecular beam epitaxy and potential applications
Ishikawa et al. Fabrication of fully epitaxial Co2MnSi∕ MgO∕ Co2MnSi magnetic tunnel junctions
US10543545B2 (en) Method of initializing multiferroic element
CN105951055B (en) A kind of preparation method of two dimension tin alkene material
RU2649047C1 (en) METHOD FOR OBTAINING A FERROMAGNETIC COMPOSITE AlSb-MnSb
Tomaka et al. High-temperature stability of electron transport in semiconductors with strong spin-orbital interaction
Ichinokura et al. Vortex-induced quantum metallicity in the mono-unit-layer superconductor NbS e 2
US9613905B2 (en) Electronic interconnects and devices with topological surface states and methods for fabricating same
Hamaya et al. Finely Controlled Approaches to Formation of Heusler-Alloy/Semiconductor Heterostructures for Spintronics
Watanabe et al. Emergence of interfacial conduction and ferromagnetism in MnTe/InP
Twardowski Diluted magnetic III-V semiconductors
Kilanski et al. Zn_1-x(Mn,Co)_xGeAs_2 Ferromagnetic Semiconductor: Magnetic and Transport Properties
McFadden et al. Oxygen migration in epitaxial CoFe/MgO/Co2MnSi magnetic tunnel junctions
JP2008047624A (en) Anti-ferromagnetic half metallic semiconductor
JP2006517175A (en) Ferromagnetic material
Lou et al. Flexoelectronic doping of degenerate silicon and correlated electron behavior
Kochura et al. Magnetotransport properties of InSb-MnSb nanostructured films
RU2633538C1 (en) Magnetic-sensitive composite
Zhang et al. Growth and properties of magnetic two-dimensional transition-metal chalcogenides
RU2700896C1 (en) Method of producing a ferromagnetic composite mnsb-gamn-gasb
Kochura et al. Growth and magnetic properties of Mn‐doped ZnSiAs2/Si heterostructures
Druzhinin et al. Weak Localization in GaSb Whiskers under Strain Influence
Reisi et al. The Study of Half-Metallicity in Zincblende CrBi (001) and VBi (001) Surfaces and CrBi/InSb (001) and VBi/InSb (001) Interfaces
Novotortsev et al. New ferromagnetic material based on ZnSiAs 2 containing manganese