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

способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного ионами ферромагнитного металла, для спинтроники

Классы МПК:H01F41/20 путем испарения
C01F17/00 Соединения редкоземельных металлов, те скандия, иттрия, лантана или группы лантаноидов
C30B29/16 оксиды
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-07-18
публикация патента:

Изобретение относится к области получения тонких пленок материалов, которые могут быть использованы в устройствах систем полупроводниковой спиновой электроники. Способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного ионами ферромагнитного металла, включает распыление прекурсора на подложку в разряженной атмосфере при высоких температурах. Распыление осуществляют путем испарения исходного сыпучего порошка, легированного железом оксида европия (II) фракции 0,2-0,3 мм, в вакууме (1÷5)·10 -5 Торр при подаче его на раскаленный до 2500-3000°С испаритель со скоростью 1-10 мг/с, при этом подложку располагают над испарителем на расстоянии 8-12 см. Изобретение позволяет получить тонкие пленки полупроводникового спинтронного материала, обладающего высокой степенью намагниченности и способного являться спиновым инжектором в устройствах полупроводниковой спиновой электроники при комнатной и выше комнатной температурах. 4 ил., 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2360317

способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317 способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317 способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317 способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317

Изобретение относится к области получения тонких пленок материалов, способных являться при комнатных и выше температурах спиновым инжектором в создаваемых гетероструктурах ФП/П, где ФП - ферромагнитный полупроводниковый материал (или ферромагнитный композит), П-немагнитный полупроводник (спиновый приемник). Подобные структуры являются базовыми устройствами разрабатываемых систем полупроводниковой спиновой электроники, в том числе спиновой информатики, квантовых компьютеров и других спинтронных систем, работа которых основана на спиновом транспорте.

Известен способ получения тонкой пленки материала на основе оксидов, в частности на основе оксидов лантанидов, путем распыления мишени из смеси оксидов соответствующих металлов в атмосфере кислорода и аргона (заявка WO 2005009905, C01G 23/04, 2005 г.). Известный материал является ферромагнитным при комнатных температурах и может быть использован в устройствах для спинтроники.

Тем не менее, недостатком материала, полученного известным способом в виде тонкой пленки, является невысокая степень его намагниченности при комнатной температуре, которая составляет не более 10 еми/г.

Известен способ получения пленки спинтронного материала на основе диоксида титана, легированного ионами кобальта, включающий магнетронное распыление сплавной металлической мишени-прекурсора состава Ti0,92Co0,08 в аргонно-кислородной атмосфере (Л.А.Балагуров, С.О.Клименский, С.П.Кобелева, А.Ф.Фролов, Н.С.Петров, Д.Г.Яркин. "О природе ферромагнетизма в полупроводниковом оксиде TiO2-способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317 : Со", Письма в ЖЭТФ, 79(2), 111, (2004)). Получаемый пленочный материал является ферромагнитным полупроводником при комнатных температурах и может быть использован в электронных устройствах для спинтроники.

Однако степень его намагниченности насыщения при этом оказывается невысокой, не превышающей 10 еми/г, что существенно сказывается на величине возможного спинового транспорта (инжекции) из него.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения пленок спинтронного материала, обладающего высокой степенью намагниченности и способного являться спиновым инжектором в устройствах полупроводниковой спиновой электроники при комнатных (и выше) температурах.

Поставленная задача реализована в предлагаемом способе получения тонкопленочного оксидного материала, легированного ионами ферромагнитного металла, для спинтроники путем распыления прекурсора на подложку в разряженной атмосфере при высоких температурах, в котором распыление осуществляют путем испарения исходного сыпучего порошка, легированного железом оксида европия (II) фракции 0,2-0,3 мм, в вакууме (1÷5)·10 -5 Торр при подаче его на раскаленный до 2500-3000°С испаритель со скоростью 1-10 мг/с, при этом подложку располагают над испарителем на расстоянии 8-12 см.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения пленок оксидного спинтронного материала путем испарения исходного сыпучего порошка, легированного железом оксида европия (II) фракции 0,2-0,3 мм, в вакууме (1÷5)·10 -5 Торр при подаче порошка на раскаленный до 2500-3000°С испаритель со скоростью 1-12 мг/с.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Готовят фракцию исходного порошка-прекурсора состава (EuO)0,75-0,85 Fe0,25-0,15 с размером зерна 200-300 нм в количестве 1-10 мг (в зависимости от требуемой толщины получаемой пленки). Порошок загружают в устройство для подачи порошка на испаритель вакуумной напылительной установки. Устройство снабжено вакуумным колпаком, порошок поступает на испаритель по наклонному желобу порционно или одноразово. Процесс подачи порошка осуществляют в вакууме (1÷5)·10-5 Торр со скоростью от 1 до 12 мг/с на раскаленную до 2500-3000°С танталовую или вольфрамовую кювету-испаритель при пропускании через него тока силой до 200А. При этом происходит мгновенное испарение исходного порошка и его осаждение в виде тонкой пленки на подложке, например оптическом стекле, находящейся на расстоянии 8-12 см над испарителем, что позволяет подложке самопроизвольно разогреваться его излучением до температуры 250-300°C. В зависимости от необходимой толщины получаемой пленки процесс подачи порошка длится от одной секунды до нескольких десятков секунд. Перед подачей порошка на испаритель его взвешивают с точностью до 0,1 мг. Подложку с осажденной пленкой выдерживают в течение 2 минут, затем начинают охлаждение до комнатной температуры путем уменьшения тока испарителя до нулевого значения и последующего его охлаждения в вакууме в течение двух часов. После чего подложку с пленкой извлекают из напылительной установки и проводят аттестацию пленки по рентгеноструктурным и физическим характеристикам.

Известен спинтронный композиционный материал состава (EuO)0,75-0,85Fe0,25-0,15 с повышенной (до 50 еми/г) намагниченностью насыщения при комнатных температурах (патент РФ № 2291134, С04В 35/50, 2006 г.). Однако существование известного материала в объемном виде не дает возможности использовать его в электронных устройствах для полупроводниковой спинтроники в качестве спинового инжектора в структурах ФП/П, поскольку такое использование возможно только в случае получения материала в виде пленки.

На приводимых ниже фиг.1 и фиг.2 показаны рентгенограммы исходного порошка-прекурсора и тонкой пленки толщиной - 200 нм, осажденной на оптическое (предметное) стекло по предлагаемому способу. Видно, что рентгенограммы идентичны, что указывает на идентичность состава пленки и исходного порошка. Увеличение толщины пленки только подтверждает эту закономерность, одновременно делая пленку монокристаллической.

Поведение удельных намагниченностей (способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317 ) исходного порошка-прекурсора и пленки толщиной ~450 нм того же состава в области температур 77-1000 К приведены на фиг.3 и фиг.4. Измерения выполнены статическим пондеромоторным методом в поле Н=0,86 Тл. Из этих данных также видно полное подобие в поведении их зависимостей способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317 (Т) и близость абсолютных значений намагниченностей при комнатных температурах. Эти данные также отражены в таблице, где приведены, кроме того, величины удельных электросопротивлений исходного порошка-прекурсора и пленки. Последние величины измерялись стандартным четырехконтактным методом на промышленной установке.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Готовят фракцию исходного порошка-прекурсора состава (EuO)0,75-0,85Fe0,25-0,15 с размером зерна 0,2-0,3 мм в количестве 10 мг. Порошок загружают в устройство для подачи порошка на испаритель вакуумной напылительной установки. Устройство снабжено вакуумным колпаком, порошок поступает на испаритель по наклонному желобу порционно. Процесс подачи порошка осуществляют в вакууме 5·10-5 Торр со скоростью 10 мг/с на раскаленную до 2500°С танталовую кювету-испаритель при пропускании через него тока силой 150 А. При этом происходит мгновенное испарение исходного порошка и его осаждение в виде тонкой пленки на подложке из оптического стекла, находящейся на расстоянии 12 см над испарителем, что позволяет подложке самопроизвольно разогреваться его излучением до 250°C. Перед подачей порошка на испаритель его взвешивают с точностью до 0,1 мг. Подложку с осажденной пленкой выдерживают в течение 2 минут, затем начинают охлаждение до комнатной температуры путем уменьшения тока испарителя до нулевого значения и последующего охлаждения в вакууме в течение двух часов. После чего подложку с пленкой извлекают из напылительной установки и проводят аттестацию пленки по рентгеноструктурным и физическим характеристикам (фиг.1-4). Получают пленку толщиной ~450 нм, обладающую удельной намагниченностью при комнатной температуре, равной способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317 =45 еми/г.

Пример 2. Готовят фракцию исходного порошка-прекурсора состава (EuO)0,75-0,85Fe0,25-0,15 с размером зерна 0,2-0,3 мм в количестве 1 мг. Порошок загружают в устройство для подачи порошка на испаритель вакуумной напылительной установки. Устройство снабжено вакуумным колпаком, порошок поступает на испаритель по наклонному желобу одноразово. Процесс подачи порошка осуществляют в вакууме 1·10-5 Торр со скоростью 1 мг/с на раскаленную до 3000°C вольфрамовую кювету-испаритель при пропускании через него тока силой 200 А. При этом происходит мгновенное испарение исходного порошка и его осаждение в виде тонкой пленки на подложке, например оптическом стекле, находящейся на расстоянии 8 см над испарителем, что позволяет подложке самопроизвольно разогреваться его излучением до 300°C. Перед подачей порошка на испаритель его взвешивают с точностью до 0,1 мг. Подложку с осажденной пленкой выдерживают в течение 2 минут, затем начинают охлаждение до комнатной температуры путем уменьшения тока испарителя до нулевого значения и последующего охлаждения в вакууме в течение двух часов. После чего подложку с пленкой извлекают из напылительной установки и проводят аттестацию пленки по рентгеноструктурным и физическим характеристикам (фиг.1-4). Получают пленку толщиной ~200 нм, обладающую удельной намагниченностью при комнатной температуре способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного   ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, патент № 2360317 =32 еми/г.

Сравнительные характеристики исходного порошка-прекурсора и пленки из него, нанесенной на стеклянную подложку
ОбразецНамагниченность Т=300 К, еми/гУдельное электросопротивление, Т=300 К, Ом·см
Исходный порошок (фракция ~0,3 мм) 556
Пленка (толщина ~450 нм)45 >4,5
Пленка (толщина ~200 нм) 323,0

Таким образом, предлагаемый способ получения тонких пленок спинтронного материала позволяет получать в них повышенные физические характеристики. Это делает реальным применение пленок в качестве инжекторов спинов в спинтронных базовых устройствах полупроводниковой спиновой электроники ФП/П.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения тонкопленочного оксидного материала, легированного ионами ферромагнитного металла, для спинтроники, путем распыления прекурсора на подложку в разряженной атмосфере при высоких температурах, отличающийся тем, что распыление осуществляют путем испарения исходного сыпучего порошка, легированного железом оксида европия (II) фракции 0,2-0,3 мм в вакууме (1÷5)·10-5 Торр при подаче его на раскаленный до 2500-3000°С испаритель со скоростью 1-10 мг/с, при этом подложку располагают над испарителем на расстоянии 8-12 см.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2360317

patent-2360317.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H01F41/20 путем испарения

Класс C01F17/00 Соединения редкоземельных металлов, те скандия, иттрия, лантана или группы лантаноидов

Патенты РФ в классе C01F17/00:
способ кристаллизации фосфатов рзм из растворов экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2529228 (27.09.2014)
способ извлечения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты при переработке хибинских апатитовых концентратов -  патент 2528692 (20.09.2014)
новый желтый неорганический пигмент из самария и соединений молибдена и способ его получения -  патент 2528668 (20.09.2014)
способ получения сольвата хлорида неодима с изопропиловым спиртом для неодимового катализатора полимеризации изопрена -  патент 2526981 (27.08.2014)
способ извлечения редкоземельных металлов из фосфогипса -  патент 2526907 (27.08.2014)
способ извлечения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2525947 (20.08.2014)
способ извлечения редкоземельных элементов из гидратно-фосфатных осадков переработки апатита -  патент 2524966 (10.08.2014)
способ очистки фосфатно-фторидного концентрата рзэ -  патент 2523319 (20.07.2014)
композиция на основе оксидов циркония, церия и другого редкоземельного элемента при сниженной максимальной температуре восстанавливаемости, способ получения и применение в области катализа -  патент 2518969 (10.06.2014)
способ выделения гадолиния экстракцией фосфорорганическими соединениями -  патент 2518619 (10.06.2014)

Класс C30B29/16 оксиды

Патенты РФ в классе C30B29/16:
способ выращивания кристаллов парателлурита гранной формы и устройство для его осуществления -  патент 2507319 (20.02.2014)
способ получения микро- и наноструктурированных массивов кристаллов оксида цинка -  патент 2484188 (10.06.2013)
способ получения фотонно-кристаллических структур на основе металлооксидных материалов -  патент 2482063 (20.05.2013)
способ получения наноструктурированных массивов кристаллов оксида цинка -  патент 2478740 (10.04.2013)
способ соединения деталей из тугоплавких оксидов -  патент 2477342 (10.03.2013)
способ получения монокристалла оксида цинка -  патент 2474625 (10.02.2013)
способ получения наноразмерных частиц сложных оксидов металлов -  патент 2461668 (20.09.2012)
способ выращивания кристаллов оксида цинка -  патент 2460830 (10.09.2012)
способ выращивания латерально расположенных нитевидных нанокристаллов оксида цинка -  патент 2418110 (10.05.2011)
тонкопленочный материал и способ его изготовления -  патент 2353524 (27.04.2009)


Наверх