RU2655507C1 - Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2 - Google Patents

Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2 Download PDF

Info

Publication number
RU2655507C1
RU2655507C1 RU2017117817A RU2017117817A RU2655507C1 RU 2655507 C1 RU2655507 C1 RU 2655507C1 RU 2017117817 A RU2017117817 A RU 2017117817A RU 2017117817 A RU2017117817 A RU 2017117817A RU 2655507 C1 RU2655507 C1 RU 2655507C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
substrate
germanium
geo
matrix
Prior art date
Application number
RU2017117817A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Александрович Мацынин
Виктор Григорьевич Мягков
Виктор Степанович Жигалов
Людмила Евгеньевна Быкова
Михаил Николаевич Волочаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО 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 научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН)
Priority to RU2017117817A priority Critical patent/RU2655507C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2655507C1 publication Critical patent/RU2655507C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58After-treatment
    • H01L21/203

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

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.

Description

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):
Figure 00000001
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.

Claims (1)

  1. 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.
RU2017117817A 2017-05-22 2017-05-22 Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2 RU2655507C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117817A RU2655507C1 (ru) 2017-05-22 2017-05-22 Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117817A RU2655507C1 (ru) 2017-05-22 2017-05-22 Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2655507C1 true RU2655507C1 (ru) 2018-05-28

Family

ID=62560516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017117817A RU2655507C1 (ru) 2017-05-22 2017-05-22 Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655507C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723125C1 (ru) * 2020-02-10 2020-06-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" СПОСОБ СОЗДАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ГЕРМАНЕНА EuGe2 И SrGe2 С ВЫСОКОЙ ПОДВИЖНОСТЬЮ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU308459A1 (ru) * Тонкопленочный элемент памяти
RU2119693C1 (ru) * 1996-04-03 1998-09-27 Научно-исследовательский институт измерительных систем Способ обработки пластин монокристаллического кремния
EP1021246B1 (en) * 1997-10-10 2004-06-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Catalyst for membrane electrode assembly and method of making
CN1885493A (zh) * 2005-06-24 2006-12-27 中国科学院半导体研究所 在硅衬底上磁控溅射制备铁磁性锰硅薄膜的方法
RU2291134C2 (ru) * 2004-08-25 2007-01-10 Государственное учреждение "Институт химии твердого тела "Уральского Отделения Российской Академии наук" Спинтронный композиционный материал
RU2395620C1 (ru) * 2008-12-29 2010-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) Способ получения покрытия и устройство для его осуществления
RU2467851C2 (ru) * 2006-02-23 2012-11-27 Пикодеон Лтд Ой Солнечный элемент и способ и система для его изготовления

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU308459A1 (ru) * Тонкопленочный элемент памяти
RU2119693C1 (ru) * 1996-04-03 1998-09-27 Научно-исследовательский институт измерительных систем Способ обработки пластин монокристаллического кремния
EP1021246B1 (en) * 1997-10-10 2004-06-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Catalyst for membrane electrode assembly and method of making
RU2000116757A (ru) * 2000-06-23 2002-04-27 Научно-исследовательский институт измерительных систем Способ геттерирующей обработки полупроводниковых пластин
RU2291134C2 (ru) * 2004-08-25 2007-01-10 Государственное учреждение "Институт химии твердого тела "Уральского Отделения Российской Академии наук" Спинтронный композиционный материал
CN1885493A (zh) * 2005-06-24 2006-12-27 中国科学院半导体研究所 在硅衬底上磁控溅射制备铁磁性锰硅薄膜的方法
RU2467851C2 (ru) * 2006-02-23 2012-11-27 Пикодеон Лтд Ой Солнечный элемент и способ и система для его изготовления
RU2395620C1 (ru) * 2008-12-29 2010-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) Способ получения покрытия и устройство для его осуществления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723125C1 (ru) * 2020-02-10 2020-06-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" СПОСОБ СОЗДАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ГЕРМАНЕНА EuGe2 И SrGe2 С ВЫСОКОЙ ПОДВИЖНОСТЬЮ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Magnetic control of large room-temperature polarization
Park et al. Structural and magnetic characteristics of yttrium iron garnet (YIG, Ce: YIG) films prepared by RF magnetron sputter techniques
Fujii et al. Ilmenite–hematite solid solution films for novel electronic devices
Han et al. High-quality thin SiO2 films grown by atomic layer deposition using tris (dimethylamino) silane (TDMAS) and ozone
RU2655507C1 (ru) Способ получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO2
Li et al. Structural, electrical and magnetic properties of Gd-doped and (Al, Gd) codoped ZnO films
CN105399339A (zh) 一种含掺杂元素的铁酸铋基薄膜及其制备方法
CN113241253B (zh) 一种铁磁/氧化物多层膜的制备方法及铁磁/氧化物多层膜
EP1340716A1 (en) Ferrite thin film for high frequency and method for preparation thereof
CN101211764A (zh) 一种铬掺杂二氧化钛室温铁磁薄膜的制备方法
Liu et al. The effect of the vacuum extraction and the Fe/Ba ratio on the phase formation of barium ferrite thin film synthesized by sol–gel method
Kim et al. Stable ferroelectric poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) film for flexible nonvolatile memory application
Lei et al. The tunable dielectric properties of sputtered yttrium oxide films
Wei et al. Room‐Temperature Magnetism in 2D MnGa4‐H Induced by Hydrogen Insertion
WO2015065507A1 (en) Magnetic material
Duan et al. Magnetoelectric composite films of La0. 67Sr0. 33MnO3 and Fe-substituted Bi4Ti3O12 fabricated by chemical solution deposition
Seol et al. Development of an annealing process for rapid fabrication of solution-based Y3Fe5O12 thin films
CN101230446A (zh) 一种降低尖晶石铁氧体薄膜材料退火温度的制备方法
Myagkov et al. Phase transformations in the Mn-Ge system and in Ge x Mn 1− x diluted semiconductors
CN111129286B (zh) 一种柔性磁电异质结及其制备方法
Zhigalov et al. Magnetic and structural properties of granular films Al2O3-FePd3 synthesized by aluminothermy
Cheng et al. Electrical properties of La 0.6 Ca 0.4 MnO 3–Bi 3.4 Nd 0.6 Ti 3 O 12 thin films derived by a sol–gel process
Cho et al. Enhanced thermal stability of high-dielectric Gd 2 O 3 films using ZrO 2 incorporation
CN111549317B (zh) 钴基Heusler合金结构及提升其有序化的制备方法
Han et al. Ultrathin SiO2 films grown by atomic layer deposition using tris (dimethylamino) silane (TDMAS) and ozone