ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура

Классы МПК:C30B29/10 неорганические соединения или композиции
H01L21/02 изготовление или обработка полупроводниковых приборов или их частей
H01L21/18 приборов, в которых полупроводниковые подложки содержат элементы четвертой группы периодической системы или соединения AIIIBV с примесями или без них, например материалы с легирующими добавками
H01L21/203 физическим осаждением или напылением, например вакуумным распылением или разбрызгиванием
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2006-01-17
публикация патента:

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем тройным арсенидам кремния и цинка, расположенным на монокристаллической подложке кремния, которые могут найти применение в устройствах спинтроники, для инжекции электронов с определенным спиновым состоянием. В устройствах спинтроники электронный спин используется в качестве активного элемента для хранения и передачи информации, формирования интегральных и функциональных микросхем, конструирования новых магнитооптоэлектронных приборов. Предлагается ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура, включающая цинк, кремний, мышьяк и марганец, которая представляет собой тройное соединение арсенида цинка и кремния, легированное марганцем в количестве 1-6 мас.%, указанное соединение синтезировано на подложке монокристаллического кремния и отвечает формуле ZnSiAs 2:Mn/Si, при этом гетероструктура получена путем напыления пленки марганца и диарсенида цинка на подложку кремния с последующей термической обработкой. Уникальное сочетание полупроводниковых и ферромагнитных свойств гетероструктуры с температурой Кюри значительно выше комнатной и совместимость с кремниевой технологией делает ее перспективным продуктом для широкого практического использования. 2 ил.

(56) (продолжение):

CLASS="b560m"Journal of Korean Physical Society. 46 (4), 2005, 977-980, (реферат [он-лайн] [найдено 26.10.2006]. STN International. Database. CA. AN 143: 237409.

Рисунки к патенту РФ 2305723

ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура, патент № 2305723 ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура, патент № 2305723

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем тройным арсенидам кремния и цинка, расположенным на монокристаллической подложке кремния, которые могут найти применение в устройствах спинтроники, для инжекции электронов с определенным спиновым состоянием. В устройствах спинтроники электронный спин используется в качестве активного элемента для хранения и передачи информации, формирования интегральных и функциональных микросхем, конструирования новых магнитооптоэлектронных приборов.

Вышеуказанные тройные арсениды кремния и цинка относятся к классу арсенидов элементов второй и четвертой группы Периодической системы.

В настоящее время, наиболее перспективными материалами для спинтроники считаются соединения на основе полупроводников А3B5, легированные Mn, Co, Fe [M.L.Reed, M.K.Ritums, H.H.Stadelmaier, M.J.Reed, C.A.Parker, S.M.Bedair, and N.A.El-Masry, Mater. Lett, 2001, 51, 500; M.L.Reed, N.A.El-Masry, H.Stadelmaier, M.E.Ritums, N.J.Reed, C.A.Parker, J.C.Roberts, and S.M.Bedair, Appl. Phis. Lett, 2001, 79, 3473; N.Theodoropoulou, A.F.Hebard, M.E.Overberg, C.R.Adernathy, S.J.Pearton, S.N.G.Chu, and R.G.Wilson, Phys. Rev. Lett., 2002, 89, 107203; Hideo Ohno. Properties of ferromagnetic III-Y semiconductors. Journal of magnetism and magnetic materials. 1999. V.209. P.110-129]. Лучшие результаты в этой группе соединений были получены на образцах (Ga, Mn) N с температурой магнитного упорядочения (температура Кюри ТC), равной 312К [G.T.Thaler, M.E.Overberg, B.Gila, R.Frazier, C.R.Abemathy, SJ.Pearton, J.S.Lee, S.Y.Lee, Y.D.Park, Z.G.Khim, J.Kim, and f.ren, appl. Phys. Lett, 2002, 80, 3964]. К недостаткам этих материалов относятся структурные несовершенства, большое количество дефектов, недостаточно высокая температура Кюри и существенная разница в кристаллических структурах между полупроводниками А 3B5 и кремнием, что затрудняет получение эпитаксиальных структур и делает их несовместимыми с кремниевой технологией. Следует отметить, что подавляющее большинство элементной базы приборов твердотельной электроники выполнено на кремниевой основе.

Соединениями, совместимыми с кремниевой технологией, являются моносилициды переходных металлов Fe1-x MnxSi и Fe1-yCO ySi, где x<0,8; y<0,3 [N.Manyala, Y.Sidis, J.F.DiTusa, G.Aeppli, D.P.Young, and Z.Y.Fisk, Nature Materials, 2004, 3, 255]. В этих соединениях наивысшая температура Кюри Т c=53К достигнута у соединения Fe1-y COySi, которое имеет электронную проводимость, являясь при y<0,3 ферромагнетиком. К недостатку указанного материала относится низкая температура Кюри, что не позволяет создавать спинтронные устройства, работающее при комнатных температурах, то есть при температурах выше 20°С.

Наиболее близким к изобретению по магнитным и полупроводниковым свойствам является ферромагнитный полупроводник Cd1-xMn xGeP2, легированный переходными d-элементами, с высокой температурой Кюри, относящийся к семейству тройных полупроводников с общей формулой А2B 4С5 2 [Новый магнитный полупроводник Cd1-xMn xGeP2. Г.А.Медведкин, Т.Ишибаши, Т.Ниши, К.Сато. ФТП, 2001, т.35, в.3, с.305-309]. Недостатком этих соединений является плохая совместимость с кремниевой технологией.

Предлагаемое изобретение направлено на изыскание ферромагнитного полупроводникового продукта с температурой Кюри значительно выше комнатной, получение которого может быть реализовано в промышленно распространенной кремниевой технологии.

Технический результат достигается тем, что предлагается ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура, включающая цинк, кремний, мышьяк и марганец, которая представляет собой тройное соединение арсенида цинка и кремния, легированное марганцем в количестве 1-6 мас.%, указанное соединение синтезируется на подложке монокристаллического кремния и отвечает формуле ZnSiAs2:Mn/Si, при этом гетероструктура получается путем напыления пленки марганца и диарсенида цинка на подложку кремния с последующей термической обработкой.

Указанный интервал концентрации марганца определяется тем, что при содержании Mn менее 1 мас.% полученный материал не обладает ферромагнитными свойствами, необходимыми при создании элементов памяти, а при содержании Mn более 6 мас.% материал становится многофазным и неоднородным по электрофизическим свойствам.

Гетероструктуру ZnSiAs2:Mn/Si получают путем взаимодействия пленок марганца и диарсенида цинка с кремниевой подложкой. Пленки наносят с помощью вакуумно-термического испарения на ориентированную в направлении (111) монокристаллическую кремниевую подложку при температуре 30-100°С с последующей термической обработкой в парах диарсенида цинка при температуре 800-1000°С.

Параметры полученного материала контролировались посредством сканирующего электронного микроскопа (состав, толщина пленки), рентгенофазового анализов (состав). Электропроводность образцов оценивалась по методу Ван-дер-Пау, магнитные измерения в интервале температур от гелиевых до 600К проводились с помощью СКВИД-магнетометра.

На Фиг.1 представлена кривая температурной зависимости намагниченности тройного арсенида кремния и цинка, легированного Mn. На Фиг.2 - характеристика электропроводности ZnSiAs2 :Mn в зависимости от температуры.

Ниже приведены примеры предложенных составов заявленной гетероструктуры.

Пример 1. Марганец напыляют на подложку кремния до толщины пленки 0,145 мкм, а диарсенид цинка до толщины пленки 3,46 мкм и отжигают. Содержание марганца в арсениде кремния и цинка составляет 5,5 мас.%. Полученный образец имеет температуру Кюри Т C=503К (Фиг.1, кривая 1).

Пример 2. Марганец напыляют на подложку кремния до толщины пленки 0,145 мкм, а диарсенид цинка до толщины пленки 12,76 мкм и отжигают. Содержание марганца в арсениде кремния и цинка составляет 1% мас.%. Полученный образец имеет температуру Кюри ТC=460К (Фиг.1, кривая 2).

Пример 3. Марганец напыляют на подложку кремния до толщины пленки 0,125 мкм, а диарсенид цинка до толщины пленки 1,85 мкм и отжигают. Содержание марганца в арсениде кремния и цинка составляет 6,0 мас.%. Полученный образец имеет температуру Кюри ТC=475К (Фиг.1, кривая 3).

Как видно из Фиг.1, заявленный продукт является ферромагнетиком с температурой Кюри значительно выше комнатной Т C=490÷503К, а кривая Фиг.2 указывает на полупроводниковый характер проводимости.

Уникальное сочетание полупроводниковых и ферромагнитных свойств заявленной гетероструктуры и совместимость с кремниевой технологией делают ее перспективным продуктом для широкого практического использования.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура, включающая цинк, кремний, мышьяк и марганец, которая представляет собой тройное соединение арсенида цинка и кремния, легированное марганцем в количестве 1-6 мас.%, указанное соединение синтезировано на подложке монокристаллического кремния и отвечает формуле ZnSiAs 2:Mn/Si, при этом гетероструктура получена путем напыления пленки марганца и диарсенида цинка на подложку кремния с последующей термической обработкой.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2305723

patent-2305723.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C30B29/10 неорганические соединения или композиции

Патенты РФ в классе C30B29/10:
способ создания на подложках монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма -  патент 2507317 (20.02.2014)
подложка для выращивания эпитаксиальных слоев арсенида галлия -  патент 2489533 (10.08.2013)
способ получения эпитаксиальных пленок твердого раствора (sic)1-x(aln)x -  патент 2482229 (20.05.2013)
тигель для выращивания монокристаллического слитка карбида кремния с нитридом алюминия и гетероструктур на их основе -  патент 2425914 (10.08.2011)
ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура -  патент 2425184 (27.07.2011)
способ получения трехмерного фотонного кристалла на основе пленки опала с кремнием -  патент 2421551 (20.06.2011)
способ получения оптической среды на основе наночастиц sio2 -  патент 2416681 (20.04.2011)
способ получения на подложке кальций-фосфатного покрытия -  патент 2372101 (10.11.2009)
подложка для выращивания эпитаксиальных слоев нитрида галлия -  патент 2369669 (10.10.2009)
способ получения композиционного материала на основе фотонных кристаллов из оксида кремния -  патент 2358895 (20.06.2009)

Класс H01L21/02 изготовление или обработка полупроводниковых приборов или их частей

Патенты РФ в классе H01L21/02:
способ изготовления микроэлектромеханических структур и устройство для его осуществления -  патент 2511282 (10.04.2014)
способ сборки трехмерного электронного модуля -  патент 2492549 (10.09.2013)
изготовление самостоятельных твердотельных слоев термической обработкой подложек с полимером -  патент 2472247 (10.01.2013)
невоспламеняющиеся композиции, содержащие фторированные соединения, и применение этих композиций -  патент 2469016 (10.12.2012)
способ изготовления тонких пленок на основе моносульфида самария -  патент 2459012 (20.08.2012)
повышение разборчивости речи с использованием нескольких микрофонов на нескольких устройствах -  патент 2456701 (20.07.2012)
ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура -  патент 2425184 (27.07.2011)
способ пассивации и защиты граней резонатора полупроводниковых лазеров -  патент 2421856 (20.06.2011)
способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии -  патент 2407101 (20.12.2010)
способ изготовления детектора короткопробежных частиц -  патент 2378738 (10.01.2010)

Класс H01L21/18 приборов, в которых полупроводниковые подложки содержат элементы четвертой группы периодической системы или соединения AIIIBV с примесями или без них, например материалы с легирующими добавками

Класс H01L21/203 физическим осаждением или напылением, например вакуумным распылением или разбрызгиванием

Патенты РФ в классе H01L21/203:
способ получения тонких эпитаксиальных слоев -sic на кремнии монокристаллическом -  патент 2524509 (27.07.2014)
способ изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности и реактор для осуществления способа -  патент 2522812 (20.07.2014)
способ напыления в вакууме структур для приборов электронной техники, способ регулирования концентрации легирующих примесей при выращивании таких структур и резистивный источник паров напыляемого материала и легирующей примеси для реализации указанного способа регулирования, а также основанный на использовании этого источника паров способ напыления в вакууме кремний-германиевых структур -  патент 2511279 (10.04.2014)
способ получения массивов наноколец -  патент 2495511 (10.10.2013)
способ создания мелкоблочных пленок с совершенной структурой блоков -  патент 2474005 (27.01.2013)
установка вакуумного напыления -  патент 2473147 (20.01.2013)
способ получения монокристаллических пленок и слоев теллура -  патент 2440640 (20.01.2012)
способ формирования упорядоченных наноструктур на подложке -  патент 2421394 (20.06.2011)
исследовательский комплекс для формирования и изучения наноструктур и способ формирования наноструктур -  патент 2417156 (27.04.2011)
способ выращивания кремний-германиевых гетероструктур -  патент 2407103 (20.12.2010)


Наверх