SE528394C2 - Mangandopade magnetiska halvledare - Google Patents
Mangandopade magnetiska halvledareInfo
- Publication number
- SE528394C2 SE528394C2 SE0401319A SE0401319A SE528394C2 SE 528394 C2 SE528394 C2 SE 528394C2 SE 0401319 A SE0401319 A SE 0401319A SE 0401319 A SE0401319 A SE 0401319A SE 528394 C2 SE528394 C2 SE 528394C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- doped
- manganese
- semiconductor material
- copper
- ferromagnetic
- Prior art date
Links
- 239000011572 manganese Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 15
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract 11
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 3
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000154 gallium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LWFNJDOYCSNXDO-UHFFFAOYSA-K gallium;phosphate Chemical compound [Ga+3].[O-]P([O-])([O-])=O LWFNJDOYCSNXDO-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- ZGAZQDZRSBOHRX-UHFFFAOYSA-N gallium;phosphite Chemical compound [Ga+3].[O-]P([O-])[O-] ZGAZQDZRSBOHRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QCUOBSQYDGUHHT-UHFFFAOYSA-L cadmium sulfate Chemical compound [Cd+2].[O-]S([O-])(=O)=O QCUOBSQYDGUHHT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 239000011686 zinc sulphate Substances 0.000 claims 1
- 235000009529 zinc sulphate Nutrition 0.000 claims 1
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 8
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 6
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 description 5
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100173450 Drosophila melanogaster Gmer gene Proteins 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 102100021164 Vasodilator-stimulated phosphoprotein Human genes 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N cadmium sulfide Chemical compound [Cd]=S CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001362 electron spin resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000001198 high resolution scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000005328 spin glass Effects 0.000 description 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
- H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
- H01F10/18—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
- H01F10/193—Magnetic semiconductor compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/22—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIBVI compounds
- H01L29/227—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIBVI compounds further characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
- H10B61/10—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having two electrodes, e.g. diodes or MIM elements
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
- H10N50/85—Magnetic active materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/40—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4
- H01F1/401—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4 diluted
- H01F1/402—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4 diluted of II-VI type, e.g. Zn1-x Crx Se
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/40—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4
- H01F1/401—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4 diluted
- H01F1/404—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4 diluted of III-V type, e.g. In1-x Mnx As
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Description
25 30 35 528 594 2 dare (DMS, dilute magnetic semiconductors), vilket beskrivs i följande fem doku- ment (referens 1-5). Forskningen har fokuserat på möjliga spintransportegenskaper vilka har många potentiellt intressanta tillämpningar för olika anordningar.
Bland de material som hittills har rapporterats har Mn-dopad GaAs visat sig vara ferromagnetisk med den högsta rapporterade (se referens 1) Curie-temperatu- ren, Tc ~ 110 K. Som en följd av detta fórutsade Dietl et al. (se referens 2) på teore- tisk grund att ZnO och GaN bör uppvisa ferromagnetism vid temperaturer över- skridande rumstemperatur då dessa dopas med Mn. Denna förutsägelse utgjorde startskottet for ett intensivt experimentarbete med olika dopade, utspädda, magne- tiska halvledare. Nyligen har Tc vid temperaturer överskridande rumstemperatur rapporterats i Co-dopad TiOz, ZnO respektive GaN (se referens 3, 8, 9). Dock åter- fanns icke homogen klusterbildning av Co i TiLXCOXO-sampelt (se referens 10).
Kim et al. (se referens 1 1) visade att medan homogen film av ZnLxCoxO uppvisade ett spinnglasuppträdande erhölls ferromagnetism vid rumstemperatur i inhomogena filmer vilketantas bero på närvaron av Co-kluster, vilka observerats. För tillämp- ningar i anordningar behöver vi uppenbarligen homogena filmer. Sökanden har redan en patentansökan baserad på mangandopad zinkoxid.
Sammanfattninëav uppfinnggg Uppfinningen är baserad på konceptet att skapa ferromagnetism i dopade, ut- spädda, magnetiska halvledare genom att dopa material med mangan (Mn), vilka material är icke-oxider eller oxider vilka redan är dopade med ett annat dopnings- material. Dessa båda materialgrupper benämns nedan som material. En kontrollerad ferromagnetism vid temperaturer överskridande rumstemperatur i bulkmaterial eller tunna filmlager har uppnåtts. I detta tillstånd bär Mn ett magnetiskt moment. Mät- data avseende ferromagnetisk resonans (FMR, ferromagnetic resonance) för dessa sampel bekräftar närvaron av ferromagnetiska egenskaper vid temperaturer t o m så höga som 500 K. I det paramagnetiska tillståndet visar mätdatat avseende paramag- netisk resonans att Mn befinner sig i 2+-tillståndet. Då bulkmaterialet sintras vid temperaturer överstigande glödgningstemperaturer om 500 K undertrycks ferro- magnetismen vid rumstemperatur fullständigt vilket ger upphov till den ofta rap- porterade s k ”ferromagnetiskliknande” tillståndet vid temperaturer underskridande 40 K. Materialet uppvisar även ferromagnetiska egenskaper vid rumstemperatur för ett flertal mikrometertj ocka, transparenta filmer avlagrade på olika substrat medelst Pulserande laser-avlagring med användande av samma bulkmaterial som mål. De ferromagnetiska, utspädda Mn-dopade materialen kan även erhållas som transpa- renta nanopartiklar.
Den visade, nya egenskapen gör det möjligt att realisera komplexa element för spintronikanordningar och andra komponenter. Mangandopade material med 10 15 20 25 30 35 40 528 594 3 ferromagnetiska egenskaper i det specificerade temperaturintervallet kan även till- verkas medelst ett forstoffningssystem, där antingen ett flertal metaller (t ex mangan och koppar) utgörande mål används samtidigt eller där ett sintrat målmaterial bestå- ende av materialet och dopningsmaterial i lämpliga koncentrationen Kortfattad beskrivning av figmer Fig. l visar beräknad tillståndsdensitet (DOS, density of states) för Mn-dopad Cd23S24 varvid F enninivån är satt till noll.
Fig. 2 visar magnetiska hystereskurvor för CdS:Mn 5% vid 300K (26,85°C) efter det att den linjära termen subtraherats. Ms~1,6lx10'3 emu/g. Det inre diagrammet visar kurvan med den linjära termen vid höga tältstyrkor.
F ig. 3a visar magnetiseringens temperaturberoende vid 1000 Oe, och, fig 3b visar det magnetiska susceptibilitetstalets temperaturberoende, l/X vid 1000 Oe.
Utförlig beskrivning av föredragna utfóringsforrner Föreliggande uppfinning är baserad på konceptet att skapa ferromagnetism i dopade, utspädda, magnetiska halvledare genom att dopa material (vilka ej är oxider eller vilka är oxidmaterial, vilka redan dopats) med mangan (Mn). Exempel på ma- terial vilka dopas med mangan är kadmiumsulfid, kadmiumselenid, zinksulfid, zinkselenid, galliumfosfit, koppardopad galliumnitrid, koppardopad galliumfosfit, koppardopad zinkoxid, koppardopad galliumarsenik.
Våra experiment visar framgångsrikt framställning av ferromagnetism vid temperaturer överskridande rumstemperatur i bulkmaterial vilka dopats med Mn.
Mn-dopningsgraden skall då vara mindre än 6 at-% (atomprocent) för bulkmaterial.
Teoretiskt finner vi den övre gränsen för ferromagnetism vid cirka 5 at-% Mn. Ex- perimentellt har vi funnit att på grund av materialproblem ñnns det en klar tendens för Mn-atomerna att bilda kluster vid Mn-koncentrationer överskridande 4 at-% vilka kluster då är antiferromagnetiska och vilka undertrycker den ferromagnetiska egenskapen. SEM-observationer visar, för sampel med en at-% överskridande 2 at- %, lokal klusterbildning och sampeln blir icke-homogena, vilket påverkar materialet så att den ferromagnetiska egenskapen vid och omkring rumstemperatur nära nog undertrycks vid 4 till 5 at-%.
Mätdata avseende ferromagnetisk resonans (FMR, ferromagnetic resonance) bekräftar närvaron av ferromagnetiska egenskaper vid temperaturer så höga som 425K både i pellets och tunna filmer. I det paramagnetiska tillståndet visar EPR- spektrat att Mn befinner sig i sitt T-tillstånd (Mnf). Dessutom observeras ferro- magnetism vid temperaturer överskridande rumstemperatur i det kalcinerade (under 10 15 20 25 30 35 528 394 4 500°C) pulvret. Våra första beräkningar bekräftar ovanstående fynd. Om sintring av det Mn-dopade materialet utförs vid högre temperaturer uppvisar det dopade materi- alet ett ytterligare stort paramagnetiskt tillskott vid rumstemperatur och den fer- romagnetiska komponenten blir försumbar. Då bulkmaterialet sintras vid temperatu- rer överstigande 7 00°C undertrycks ferromagnetismen kring rumstemperatur full- ständigt vilket ger upphov till det ofta rapporterade s k ”ferromagnetiskt-liknande” tillståndet under 40 K. Experiment med sintringtemperaturer om 7 00°C, 800°C och 900°C har bekräftat detta faktum. ' Ferromagnetiska egenskaper vid rumstemperatur har även erhållits i 2-3 um tjocka filmer avlagrade på substrat av smält kvarts vid temperaturer underskridande 600°C, medelst pulserande laseravlagring eller iörstoffiiing med användande av samma bulkmaterial som mälmaterial. Dopningskoncentrationen i dessa filmmate- rial skall vara mindre än 6 at-% för att erhålla kontrollerad homogenitet. Experiment har visat att sampel underskridande 2 at-% kan framställas på ett kontrollerat sätt så att dessa blir homogena i sin sammansättning med mindre variationer men utan kluster. Vid laserablation påverkar substratets temperatur Mn-koncentrationen i fil- men. Filmer avlagrade vid högre temperaturer har visat sig ha en hög koncentration av Mn i jämförelse med filmer avlagrade vid lägre temperaturer. Detta innebär att temperaturen kan användas för att styra Mn-koncentrationen.
Sintreringstemperaturens påverkan avseende de magnetiska egenskaperna för nominellt dopade material med 2% Mn studerades. Vi farm ferromagnetiska egen- . skaper vid temperaturer överskridande rumstemperatur (Tc > 420 K). Det ferro- magnetiska tillståndet vid rumstemperatur som en funktion av sintringstemperatur, som påvisas av M(H)-mätningar. En grundämnesmappning för pelleten vilken sintrats vid 500°C visar en jämn fördelning av Mn i samplet. Dock observerades betydligt lägre (~ 0,3 at-%) Mn-koncentrationer än den nominella sammansättningen. Vi utvärderar den magnetiska mätningen för det ferromagnetiska tillståndet och fastställer momentet per Mn-atom till 0,16 uB, med beaktande av detta faktum. Vid några tillfällen observerar vi ett linjärt paramagnetiskt tillskott i den magnetiska hystereskurvan vid höga fält utöver den ferromagnetiska komponenten, då pelletar sintras i temperaturintervallet om 600°C till 700°C. Då pelletar sintras vid temperaturer överskridande 700°C undertrycks dock fullständigt ferromagnetism vid rumstemperatur. Den dopade, utspädda halvledaren kan även bearbetas genom tuval baserat på kornstorlek, till transparenta och ferromagnetiska nanopartiklar.
Mangandopade material kan tillverkas med ett förstoffriingssystem, där an- tingen två metalliska (material och mangan) målmaterial används saintidigt eller används ett sintrat keramiskt målmaterial såsom beskrivits ovan. Då tvâ metallmaterial används som målmaterial justeras förstoffningsenergin på materialet 528 594 5 och manganmaterialet utgörande málmaterial på ett sådant sätt att den resulterande mangankoncentrationen är i intervallet 1-6%. Ett exakt recept måste justeras till att passa förstoffningsutrustningen som används och beror på energi, geometri och gaser. Substratets temperatur på avlagringssubstratet är i samma intervall som då 5 laseravlagring används.
Mätningar för såväl bulkmaterialct som de tunna mangandopade filmmateria- len vilka vi erhållit har genom mätningar av såväl röntgenstrålningsdiffraktion som med högupplösande SEM-grundämnesanalyser ej visat några spår av kluster- bildning eller fördelning i dessa. 10 Av en händelse erhöll vi i både bulkmaterialct och de transparenta filmmaterialen deras ferromagnetiska resonansspektra vilket utgör övertygande be- visning om närvaron av ferromagnetism. Den visade nya förmågan gör det möjligt att realisera komplexa element för spintronikanordningar. Dessa typer av filmmate- rial är transparenta och kan användas för magnetiska-optiska komponenter. Dessa 15 typer av material har stor elektromekanisk kopplingskoefficient och är därför även lämpade för piezoelektriska tillämpningar och kombinationer för optiska, magne- tiska och mekaniska sensorer eller komponentlösningar.
Tabellen nedan visar resultaten av magnetiska mätningar nå CdS:Mn sampel 20 CdS sampel dopade med Mn, märkta som sampel-1 (5%) och sampel-2 (4%) undersöktes avseende deras magnetiska egenskaper. Följande mätningar utfördes för varje sampel. 1) Magnetiseringens, M (T), temperaturberoende vid ett mätfält om 1000 Oe. 2) Magnetiseringens, M (T), fältberoende vid 300K och SK. 25 Magnetiseringsmättnaden Ms, erhållen efter att ha subtraherat den linjära delen vilken visar sig vid högre fältstyrkor i M (H)-kurvor, och motsvarande koercivitetsvärden, Hc är återgivna i nedanstående tabell. sampel Ms vid 300 K Ms vid 5 K Hc vid 300 K i Hc vid 5 K (emu/g) (emu/g) (Oe) (Oe) 1 ~1,61x1o'3 ~1,s9x10'2 ~1o5 ~25o 2 ~3,o7x1o'3 ~3,s4x1o'2 ~1oo ~9s 30 Fig 1 visar den beräknade densiteten av tillstånd för mangandopad kadmium- sulfid.
Fig. 2 M(H) vid 300 K visar den ferromagnetiska fasen, för mangandopad zinksulfid, erhållen efier det att den linjära termen subtraherats från rádata. Koerci- 528 394 6 viteten är ~l30 Oe och magnetiseringsmättnaden är ~7,45 E'4 emu/g.
Det mindre inre diagrammet visar rådata uppvisande en paramagnetisk term vid höga fältstyrkor.
Fig. 3 visar kadrniumsulfid dopad med 5% mangan. Fig. 3(a) M(T) vid 5 1000 Oe och fig. 3(b) 1/X vid 1000 Oe. 20 25 30 35 528 394 Referenser 10. 11. 12. 14. 15.
Ohno, H. Making Nonmagnetic semiconductors ferromagnetic. Science 281, 951-956 (1998); se även en nyligen gjord undersökning: S.J. Pearton et al JAP 93, 1 (2003). i Dietl, T. et al. Zener model description of ferromagnetism in zinc-blende magnetic semiconductors. Science 287, 1019-1022 (2000).
Matsumoto, Y. et al. Room-temperature ferromagnetism in transparent transition metal-doped titanium dioxide. Science 291, 854-856 (2001).
Ando- K et al. Magneto-optical properties of ZnO-based dilute magnetic semiconductors. J. Appl. Phys. 89(11), 7284-7286 (2001).
Takamura, K. et al. Magnetic properties of (A1, Ga, Mn)As. Appl. Phys.
Letts 81(14), 2590-2592 (2002).
Chambers, S.A. A potential role in spintronics. materials today, 34-39 (april 2002).
Ohno, H,. Matsukura, F. & Ohno, Y. Semiconductor spin electronics. J SAP international 5, 4-13 (2002).
Ueda, K., Tabata, H. & Kawai, T. Magnetic and electric properties of transition-metal-doped ZnO ñlms. 'fhalen G.T. et al. magnetic properties of n-GaMnN thin ñlms. Appl. Phys.
Letts. 80(21), 3964-3966 (2002).
Stampe, P.A. et al. Investigation of the cobalt distribution in TiO2:Co thin ñlms. J. Appl. Phys. 92(12), 7114-7121 (2002).
Kim. J .H. et al. Magnetic properties of epitaxially grown semicondueting Znl-xCoxO thin film by pulsed laser diposition. J. App.l. Phys. 92(10), 6066-6071 (2002).
Fukumura, T. et al. An oxide-diluted magnetic semiconductor: Mn-doped ZnO. Appl. Phys. Letts. 75(21), 3366-3368 (1999).
Fukumura, T. et al. Magnetic properties of Mn-doped ZnO. Appl. Phys.
Letts. 78(7), 958-960 (2001).
Jung, S.W. et al. Ferromagnetic properties of ZnI-XMnXO epitaxial thin ñlms. Appl. Phys. Letts. 80(24), 4561-4563 (2002) .
Tiwari, A. et al. Structural, optical and magnetic properties of diluted magnetic semiconducting Znl-xMnxO ñlms. Solid State Commun. 121, 371-374 (2002) Totala energiberäkningar utfördes med användande av den proj ektorfór- stärkta vågmetoden (PAW, proj ector augmented-wave) uppstartad genom VASP-programpaketet baserat på den generaliserade gradientapproxima- tionen (GGA, generalized- gradient approximation), Parametriseringen för 528 394 8 utbytet och korrelationspotentialen föreslagen av Perdew et al. användes. Vi använde PAW-potentialer med valenstillstánd 3p, '3d och 4s för Mn, 3d och 4s for Zn och 2s och 2p för O för ifrågavarande beräkningar. Angreppssättet med periodisk supercell används och energinivån vid avstängning var 600 eV. Geometrin har optimerats (ioniska koordinater och ola-förhållande), med användande av Hellman-Feynman-krafter på atomema och belastningar på supercellen för varje volym. För att sampla kilen vilken ej kan fórminskas i Brillouin-zonen använde vi k-punktsnät om 4x4x2 för att optimera geometrin och 8x8x4 för den slutliga beräkningen vid jämviktsvolymen.
Claims (1)
1. 0 15 20 25 30 35 528 394 9 PATENTKRAV Ett halvledarmaterial, vilket är ett icke-oxidmaterial eller ett dopat oxidmaterial, dopat med mangan, Mn, kännetecknat av att nämnda mangandopade halvledarmaterial är något av följande: kadmiumsulfid dopat med mangan, kadmiumselenid dopat med mangan, zinksulfid dopat med mangan, zinkselenid dopat med mangan, galliumfosfit dopat med mangan, koppardopad galliumnitrid dopat med mangan, koppardopad galliumfosfit dopat med mangan, koppardopad zinkoxid dopat med mangan, koppardopad galliumarsenik dopat med mangan, varvid mangankoncentrationen ej överstiger 6 at% fór det mangandopade halvledarmaterialet och varvid det mangandopade halvledarmaterialet är ferromagnetiskt vid någon temperatur överskridande 30°C. Ett halvledarmaterial enligt patentkravet 1, kännetecknat av att nämnda man- gandopade materials mangankoncentration är mindre än 4 at%. Ett halvledarmaterial enligt patentkraven 1 eller 2 ikännetecknat av att nämnda mangandopade material är piezoelektriskt. Ett halvledarmaterial enligt patentkraven 1 eller 2 kännetecknat av att nämnda mangandopade material är transparent. Ett substrat försett med en tunn film avlagrad på sin yta, varvid nämnda film har en tjocklek i storleksordningen om pm kännetecknat av att nämnda film innefattar ett material enligt något av patentkraven 1-4. En komponent att användas i spintronikanordningar kännetecknad av att den innefattar materialet enligt något av patentkraven 1-4. Komponenten enligt patentkravet 6 kännetecknad av att nämnda komponent är någon av följ ande: ett magnetiskt minne, en hårddisk, ett magnetiskt halvledarminne, ett MRAM, en spinstyrd transistor, en spinstyrd ljusdiod, ett beständigt minne, en logikanordning, en optisk isolator, en sensor, en optisk omkopplare. En dator kännetecknad av att den innefattar en komponent enligt patentkravet 6 eller 7.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0401319A SE528394C2 (sv) | 2004-05-18 | 2004-05-18 | Mangandopade magnetiska halvledare |
| US11/596,342 US20070190367A1 (en) | 2004-05-18 | 2005-05-17 | Manganese Doped Magnetic Semiconductors |
| EP05740910A EP1756855A1 (en) | 2004-05-18 | 2005-05-17 | Manganese doped magnetic semiconductors |
| PCT/SE2005/000712 WO2005112086A1 (en) | 2004-05-18 | 2005-05-17 | Manganese doped magnetic semiconductors |
| CNA2005800161784A CN1985359A (zh) | 2004-05-18 | 2005-05-17 | 锰掺杂磁半导体 |
| JP2007527112A JP2007538400A (ja) | 2004-05-18 | 2005-05-17 | マンガンがドーピングされた磁性半導体 |
| KR1020067026686A KR20070039496A (ko) | 2004-05-18 | 2005-05-17 | 망간 도핑된 자성 반도체 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0401319A SE528394C2 (sv) | 2004-05-18 | 2004-05-18 | Mangandopade magnetiska halvledare |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0401319D0 SE0401319D0 (sv) | 2004-05-18 |
| SE0401319L SE0401319L (sv) | 2005-11-19 |
| SE528394C2 true SE528394C2 (sv) | 2006-11-07 |
Family
ID=32589779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0401319A SE528394C2 (sv) | 2004-05-18 | 2004-05-18 | Mangandopade magnetiska halvledare |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070190367A1 (sv) |
| EP (1) | EP1756855A1 (sv) |
| JP (1) | JP2007538400A (sv) |
| KR (1) | KR20070039496A (sv) |
| CN (1) | CN1985359A (sv) |
| SE (1) | SE528394C2 (sv) |
| WO (1) | WO2005112086A1 (sv) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE0300352D0 (sv) * | 2003-02-06 | 2003-02-06 | Winto Konsult Ab | Ferromagnetism in semiconductors |
| KR101028907B1 (ko) | 2009-02-23 | 2011-04-12 | 서울대학교산학협력단 | 망간이 도핑된 나노결정의 제조방법 |
| CN102956814B (zh) * | 2012-11-20 | 2014-07-16 | 浙江大学 | 一种镧锶铜锰硫氧稀磁半导体材料及其制备方法 |
| CN103045235A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-04-17 | 上海交通大学 | 乙酰丙酮酸稳定的Mn2+掺杂CdS荧光量子点的水相合成方法 |
| CN103382100B (zh) * | 2013-06-26 | 2014-12-03 | 蚌埠市高华电子有限公司 | 一种软磁铁氧体磁芯材料及其制备方法 |
| CN107204225B (zh) * | 2016-03-18 | 2019-04-05 | 中国科学院物理研究所 | 氟基铁磁半导体材料及其制备方法 |
| CN110634639A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-31 | 松山湖材料实验室 | 调节稀磁半导体磁性能的方法及其制品 |
| CN111809158A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-10-23 | 延安大学 | 一种过渡金属掺杂ZnO纳米线阵列、制备方法及其应用 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3531179A (en) * | 1965-10-01 | 1970-09-29 | Clevite Corp | Electro-optical light modulator |
| US3520781A (en) * | 1967-11-29 | 1970-07-14 | Eastman Kodak Co | Method for lowering dark conductivity of thin semiconducting films |
| US6780242B2 (en) * | 2000-07-26 | 2004-08-24 | Nec Laboratories America, Inc. | Method for manufacturing high-quality manganese-doped semiconductor nanocrystals |
| US6545329B1 (en) * | 2001-10-23 | 2003-04-08 | Mcnc | High sensitivity polarized-light discriminator device |
| US6642538B2 (en) * | 2001-10-24 | 2003-11-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Voltage controlled nonlinear spin filter based on paramagnetic ion doped nanocrystal |
| US7343059B2 (en) * | 2003-10-11 | 2008-03-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Photonic interconnect system |
-
2004
- 2004-05-18 SE SE0401319A patent/SE528394C2/sv unknown
-
2005
- 2005-05-17 CN CNA2005800161784A patent/CN1985359A/zh active Pending
- 2005-05-17 EP EP05740910A patent/EP1756855A1/en not_active Withdrawn
- 2005-05-17 WO PCT/SE2005/000712 patent/WO2005112086A1/en active Search and Examination
- 2005-05-17 JP JP2007527112A patent/JP2007538400A/ja not_active Withdrawn
- 2005-05-17 US US11/596,342 patent/US20070190367A1/en not_active Abandoned
- 2005-05-17 KR KR1020067026686A patent/KR20070039496A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007538400A (ja) | 2007-12-27 |
| CN1985359A (zh) | 2007-06-20 |
| SE0401319D0 (sv) | 2004-05-18 |
| EP1756855A1 (en) | 2007-02-28 |
| US20070190367A1 (en) | 2007-08-16 |
| SE0401319L (sv) | 2005-11-19 |
| KR20070039496A (ko) | 2007-04-12 |
| WO2005112086A1 (en) | 2005-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Room temperature ferromagnetism in Mn-doped ZnO films mediated by acceptor defects | |
| Xing et al. | Defect-induced magnetism in undoped wide band gap oxides: Zinc vacancies in ZnO as an example | |
| CN104379800B (zh) | 溅射靶 | |
| Ha et al. | Stable metal–insulator transition in epitaxial SmNiO3 thin films | |
| Murugan et al. | Defect assisted room temperature ferromagnetism on rf sputtered Mn doped CeO2 thin films | |
| US20070190367A1 (en) | Manganese Doped Magnetic Semiconductors | |
| Riaz et al. | Effect of Bi/Fe ratio on the structural and magnetic properties of BiFeO 3 thin films by sol-gel | |
| Ramírez Camacho et al. | Superparamagnetic state in La0. 7Sr0. 3MnO3 thin films obtained by rf-sputtering | |
| Ning et al. | Controllable Self‐Assembled Microstructures of La0. 7Ca0. 3MnO3: NiO Nanocomposite Thin Films and Their Tunable Functional Properties | |
| Il’Ves et al. | Influence of Fe‐Doping on the Structural and Magnetic Properties of ZnO Nanopowders, Produced by the Method of Pulsed Electron Beam Evaporation | |
| Ryu et al. | Enhancement of multiferroic properties in BiFeO3–Ba (Cu1/3Nb2/3) O3: film fabricated by aerosol deposition | |
| US7527983B2 (en) | Ferromagnetic material | |
| Stognij et al. | Properties of Mg (Fe 0.8 Ga 0.2) 2 O 4+ δ ceramics and films | |
| JPWO2006028299A1 (ja) | 反強磁性ハーフメタリック半導体及びその製造方法 | |
| Quan et al. | Influence of Crystallization Temperature on Structural, Ferroelectric, and Ferromagnetic Properties of Lead‐Free Bi0. 5 (Na0. 8K0. 2) 0.5 TiO3 Multiferroic Films | |
| Yamahara et al. | Spin-glass behaviors in carrier polarity controlled Fe3− xTixO4 semiconductor thin films | |
| Li et al. | Diluted magnetic oxides | |
| Kamalianfar et al. | Effect of thickness on structural, optical and magnetic properties of Co doped ZnO thin film by pulsed laser deposition | |
| Lee et al. | Influence of Vacuum Annealing on Structural, Optical, Electrical, and Magnetic Properties of Zn $ _ {0.94} $ Co $ _ {0.05} $ Al $ _ {0.01} $ O Diluted Magnetic Semiconductor Thin Films | |
| CN105575771B (zh) | 一种掺杂磁性半导体梯度材料的制备方法 | |
| Semisalova et al. | Above room temperature ferromagnetism in dilute magnetic oxide semiconductors | |
| Krishna et al. | Effect of annealing on structural, optical and magnetic properties of Fe doped In2O3 thin films | |
| Beedel | One-dimensional Nanostructures of Hafnium Oxides: Fabrication with and without Ti/Fe Doping, and Magnetic Properties | |
| Ait‐El‐Aoud et al. | Ferromagnetism in post‐annealed sputtered Cr‐doped In2 O 3 thin films | |
| Xie et al. | Microstructure, ferroelectric and optical properties of lead free (1− x) BiFeO 3–xBi (Zn 0.5 Ti 0.5) O 3 thin films |