Спосіб одержання феромагнітного напівпровідникового матеріалу

Реферат: Спосіб одержання феромагнітного напівпровідникового матеріалу ґрунтується на методі електрохімічного впровадження (інтеркалювання) іонів кобальту у міжшаровий простір монокристалів шаруватого напівпровідника GaSe. Процес впровадження іонів кобальту відбувається у зразки, які розташовані в постійному магнітному полі, направленому перпендикулярно напрямку електричного струму. UA 70598 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ФЕРОМАГНІТНОГО НАПІВПРОВІДНИКОВОГО МАТЕРІАЛУ UA 70598 U UA 70598 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до технології одержання феромагнітних напівпровідникових матеріалів і може бути використана у напівпровідниковому та спінтронному приладобудуванні, а також як об'єкти дослідження фізичних явищ та процесів взаємодії напівпровідникових та магнітних систем. Відомі способи отримання напівпровідникових інтеркалатних матеріалів (наприклад, Григорчак І.І. Інтеркаляція: здобутки, проблеми, перспективи // ФХТТ, - 2001. - Т. 2, № 1. - С. 755), які дозволяють впроваджувати в шаруваті напівпровідники різноманітні елементи. Методом, взятим за основу запропонованого рішення є електрохімічне впровадження за допомогою «тягнучого поля» (Григорчак И.И., Ковалюк З.Д., Юрценюк С.П. Получение и свойства ІІІ VI интеркалированных слоистых соединений типа A B // Изв. АН СССР. Сер. Неорган, матер. 1981. - Т.17, № 3. - С. 412-415), який полягає у впровадженні домішкових катіонів (аніонів) розрядом з електроліту на халькогенідний катод (GaSe). Як електроліт використовується насичений водний розчин солі CoSO4. До недоліків даного методу належить обмеження на параметри режимів електрохімічного способу інтеркалювання елементами групи заліза, зумовлені їх невисоким потенціалом виділення (що звужує область регулювання потенціалами процесу, при яких неможлива металізація поверхні, чи входження гідратованих комплексів). Крім того, відсутні дані про вплив магнітного поля на процес інтеркалювання та феромагнітні властивості напівпровідникових кристалів GaSe, інтеркальованими елементами групи заліза. В основу корисної моделі поставлена задача отримати напівпровідниковий матеріал, який би мав феромагнітні властивості при кімнатній температурі. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання напівпровідникового матеріалу із феромагнітними властивостями, який полягає у впровадженні у ван-дер-ваальсові щілини 2+ монокристалів GaSe атомів Со , згідно з корисною моделлю, вихідні зразки в процесі впровадження розміщують в постійному магнітному полі, яке створюється постійними неодимовими магнітами, величина магнітного поля в місці розташування зразка становила 4 кЕ. Спосіб забезпечує отримання феромагнітного напівпровідникового матеріалу на основі GaSe, однорідно інтеркальованого по об'єму, що поєднує в собі напівпровідникові властивості з високими значеннями магнітних характеристик. Використання запропонованого способу забезпечує отримання шаруватих напівпровідникових кристалів Со0,15GaSe (x - кількість впроваджених атомів Со на одну формульну одиницю GaSe) з вираженими феромагнітними властивостями. Це пояснюється тим, що для інтеркалатів Co0,15GaSe, отриманих впровадженням у магнітному полі, залежність питомого магнітного моменту від напруженості магнітного поля, виміряна вздовж та впоперек шарів інтеркалатів Co0,15GaSe, має вигляд петлі гістерезису, на відміну від інтеркалатів Co0,15GaSe, отриманих без магнітного поля, для яких подібна залежність не спостерігається. На кресленні зображений графік залежності питомого магнітного моменту від напруженості магнітного поля для інтеркалатів, отриманих електрохімічним інтеркалюванням в магнітному полі, виміряна вздовж (а) та впоперек (б) шарів Co0,15GaSe. Процес одержання напівпровідникового матеріалу, згідно із запропонованим способом, починається із виготовлення та відбору вихідних зразків GaSe. Монокристали GaSe були вирощені методом Бріджмена із розплаву стехіометричного складу. При кімнатній температурі 13 14 -3 зразки мали р-тип провідності з концентрацією носіїв заряду р=10 ÷Н0 см та рухливість 2 μ=25÷30 см /В·с. Методом Вайсенберга встановлено, що отримані кристали структури ε-GaSe (просторова група D1 h 3 ). Ширина ван-дер-ваальсової щілини GaSe становить ≈3,755 А, тоді як  50 55 іонний радіус кобальту (Со) rCо=0,82 A , що дозволяє реалізувати ефективне інтеркалювання зразків GaSe без їх руйнування. Електрохімічна інтеркаляція кобальту здійснювалась методом «тягнучого» електричного поля. Як електроліт використовували насичений водний розчин CoSO4. Для інтеркалювання використовували зразки GaSe, розміром 10×5×1 мм. Оскільки dелементи мають невисокий потенціал виділення, впровадження проводили в 2 гальваностатичному режимі струмами, густина яких не перевищувала 0,4 мА/см , при цьому не спостерігалось осадження впроваджуваної домішки або її солей на зразках та електродах електрохімічної комірки. Під дією зовнішнього постійного електричного поля відбувалось впровадження іонів Со в міжшаровий простір кристалу GaSe. Режими інтеркалювання задавались величиною густини струму j, степінь інтеркалювання (концентрація інтеркалянта) визначалась добутком jt. Для інтеркалювання використовували зразки, сколені з однієї шайби, вплив концентрації впровадженого кобальту на властивості GaSe визначався на одній і тій же групі зразків шляхом доінтеркаляції. Впровадження відбувалось у закритій електрохімічній комірці типу ЯСЕ-2 без захисної атмосфери при кімнатній температурі (Т=293 К). Магнітні 1 UA 70598 U 5 10 характеристики інтеркалатів Co0,15GaSe визначали методом магнітометрії на вібраційному магнітометрі «Vibrating Magnetometer 7404 VSM» в магнітних полях, напруженістю до 3000 ерстед без захисної атмосфери при кімнатній температурі (Т=293 К). З метою визначення впливу постійного магнітного поля В на впровадження елементів групи заліза (Со) в шаруваті напівпровідники, інтеркалювання проводили як у відсутності магнітного поля, так і при його накладанні паралельно й перпендикулярно кристалографічній осі С кристалу. Магнітне поле створювали постійними неодимовими магнітами, відстані між якими становила 1 см. Зразки GaSe розташовували посередині між магнітами, паралельно площині останніх; величина магнітного поля в місці розташування зразка становила 4 кЕ. Дослідження залежності питомого магнітного моменту від напруженості магнітного поля для інтеркалатів Co0,15GaSe, отриманих електрохімічним інтеркалюванням в магнітному полі, проілюстровані на кресленні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб одержання феромагнітного напівпровідникового матеріалу, який ґрунтується на методі електрохімічного впровадження (інтеркалювання) іонів кобальту у міжшаровий простір монокристалів шаруватого напівпровідника GaSe, який відрізняється тим, що процес впровадження іонів кобальту відбувається у зразки, які розташовані в постійному магнітному полі, направленому перпендикулярно напрямку електричного струму. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2