Спосіб одержання напівпровідникових матеріалів з феромагнітними властивостями при кімнатній температурі на основі шаруватих кристалів bi2se3, bi2te3

Реферат: Заявлений спосіб одержання напівпровідникових матеріалів, які мають феромагнітні властивості при кімнатній температурі, базується на методі електрохімічного інтеркалювання 2+ іонів кобальту Со у міжшаровий простір монокристалів шаруватих напівпровідників Bi2Se3, Ві2Те3. Процес впровадження іонів кобальту відбувається у зразки, які розташовані в постійному магнітному полі, направленому паралельно базовій площині кристалу та перпендикулярно напрямку електричного струму. UA 118064 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ З ФЕРОМАГНІТНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ ПРИ КІМНАТНІЙ ТЕМПЕРАТУРІ НА ОСНОВІ ШАРУВАТИХ КРИСТАЛІВ Bi 2Se3, Bi2Te3 UA 118064 U UA 118064 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології одержання напівпровідникових матеріалів з феромагнітними властивостями при кімнатній температурі і може бути використана у напівпровідниковому та спінтронному приладобудуванні, а також як об'єкти дослідження процесів взаємодії напівпровідникових та магнітних систем. Відомі способи отримання напівпровідникових інтеркалатних матеріалів [наприклад Товстюк К.Д. Полупроводниковое материаловедение. - К.: Наукова думка. 1984. - 264 с.: Григорчак І.І. Інтеркаляція: здобутки, проблеми, перспективи ФХТТ. - 2001. - Т.2. № 1. - С. 7-55]. які дозволяють впроваджувати в шаруваті напівпровідники різноманітні елементи. Методом, взятим за основу запропонованого рішення і електрохімічне впровадження за допомогою "тягнучого електричного поля" [Григорчак И. И… Ковалюк З.Д., Юрценюк СП. Получение и ІІІ VI свойства интеркалированных слоистых соединений типа А B // Изв. ЛИ СССР. Сер. Неорган, матер. - 1981. - Т. 17, № 3. - С. 412-415], який полягає у впровадженні домішкових катіонів (аніонів) розрядом з електроліту на халькогенідний катод (Bi2Se3, Ві2Те3). Як електроліт використовується насичений водний розчин солі CoSO 4. До недоліків даного методу належить обмеження на параметри режимів електрохімічною способу впровадження елементами трупи заліза, зумовлені їх невисоким потенціалом виділення (не звужує область регулювання потенціалами пронесу, при яких неможлива металізація поверхні, чи входження ОН-комплексів). Крім цього відсутні лапі про вплив магнітного поля на процес інтеркалювання та феромагнітні властивості напівпровідникових кристалів Bi2Se3, Ві2Те3, інтеркальованими елементами групи заліза. В основу корисної моделі поставлена задача отримати напівпровідникові матеріали, які б мали феромагнітні властивості при кімнатній температурі. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб одержання напівпровідникових матеріалів із феромагнітними властивостями при кімнатній температурі базується на методі електрохімічного 2+ інтеркалювання іонів кобальту Со у міжшаровий простір монокристалів шаруватих напівпровідників Bi2Se3, Ві2Те3, згідно з корисною моделлю, процес впровадження іонів кобальту відбувається у зразки, які розташовані в постійному магнітному полі, направленому паралельно базовій площині кристалу та перпендикулярно напрямку електричного струму. Згідно з корисною моделлю, вихідні зразки монокристалів Bi2Se3, Ві2Те3 в процесі впровадження розміщують в градієнтному магнітному полі, що створюється постійними магнітами Nd2Fe14B, в місці розташування зразка (на межі розділу фаз) величина градієнта магнітного поля становить 2  0.7 Т/см, а його значення змінюється від 0,08 до 0,12 Т /см. Спосіб забезпечує одержання напівпровідникових матеріалів з феромагнітними властивостями на основі шаруватих кристалів Bi2Se3, Ві2Те3, однорідно інтеркальованих по об'єму, що поєднують в собі напівпровідникові властивості з високими значеннями магнітних характеристик. Використання запропонованого способу забезпечує одержання шаруватих напівпровідникових кристалів Со0,15Bі2Sе3, Со0,15Bі2Те3 (x - кількість впроваджених атомів Со на одну формульну одиницю шаруватого кристалу) з вираженими феромагнітними властивостями при кімнатній температурі. Це пояснюється тим, що для сполук впровадження Со0,15Bі2Sе3, Со0,15Bі2Те3, одержаних впровадженням у градієнтному магнітному полі, залежність питомого магнітного моменту від напруженості магнітного поля, виміряна вздовж та впоперек шарів Со0,15Bі2Sе3, Со0,15Bі2Те3 має вигляд петлі гістерезису, на відміну від інтеркалатів Со0,15Bі2Sе3, Со0,15Bі2Те3 одержаних без накладання магнітного поля, для яких подібна залежність на спостерігається. Фіг. 1. Залежність питомого магнітного момент) під напруженості магнітного нуля при температурі Т = 300 К для кристалів Со0,15Bі2Sе3, інтеркальованих кобальтом в градієнтному  магнітному полі: І - магнітне поле мри вимірюванні направлено перпендикулярно осі c шаруватого кристалу. 2 - магнітне поле при вимірюванні направлено паралельно осі С. Фіг. 2. Залежність питомого магнітного моменту піл напруженості магнітного поля при температурі Т= 300 К для кристалі" СО0,15Bі2Те3, інтеркальованих кобальтом в градієнтному магнітному полі: І - магнітне поле при вимірюванні направлено перпендикулярно осі с  шаруватого кристалу, 2 магнітне поле при вимірюванні направлено паралельно осі c . Процес одержання напівпровідникового матеріал), згідно із запропонованим способом, починається із виготовлення та підбору вихідних зразків Bi2Se3, Ві2Те3. Монокристали Bi2Se3, Ві2Те3 були вирощені методом Бріджмена із компонент в стехіометричному співвідношенні. Отримані кристали кристалізувались в шарувату структуру, шари якої перпендикулярні осі 5 симетрії третього порядку та мають ромбоедричну структуру з просторовою групою D 3d(R3m). Параметри кристалічної ґратки склали відповідно для Bi2Se3: а=4,147 Å, с=28,681 Å і Ві2Те3: 1 UA 118064 U 5 10 15 20 25 30 а=4.3838Å, с=30,487Å. Зразки для досліджень отримували з монокристалічних зливків простим сколюванням лезом скальпеля вздовж площини шарів (0001). Ширина міжшарового простору монокристалів Bi2Se3, Ві2Те3 більша за величину іонного радіусу кобальту (Со) rCo=0.82 Å, що дозволяє реалізувати ефективне інтеркалювання зразків Bi2Se3, Ві2Те3 без їх фізичного руйнування. Електрохімічна інтеркаляція кобальту здійснювалась методом "тягнучого електричного поля". Як електроліт використовували насичений водний розчин CoSO4. Для інтеркалювання використовували зразки Bi2Se3, Ві2Те3, розмірами 5×5×1 мм. Оскільки d-елементи мають невисокий потенціал виділення, впровадження проводили в 2 гальваностатичному режимі струмами, густина яких не перевищувала 0,4 мА/см , що забезпечує відсутність осадження впроваджуваної домішки або її солей на зразках та електродах електрохімічної комірки. Під дією зовнішнього постійного електричного поля 2+ відбувалось впровадження іонів С в міжшаровий простір кристалів Bi2Se3, Ві2Те3. Режими інтеркалювання задавались величиною густини струму j, концентрація інтеркалянта визначалась добутком jt (t - час інтеркалюнання). Для інтеркалювання використовували зразки, сколені з однієї шайби, вплив концентрації впровадженого кобальту на властивості Bi2Se3, Ві2Те3 визначався на одній і тій же групі зразків шляхом доінтеркаляції. Впровадження відбувалось в закритій електрохімічній комірні тип) ЯСЕ-2 без захисної атмосфери при кімнатній температурі (Т=300 К). Магнітні характеристики інтеркалатів Со 0,15Bі2Sе3, Со0,15Bі2Те3 визначали методом магнітометрії па вібраційному магнітометрі "Vibrating Magnetometer 7404 VSM" в магнітних полях, напруженістю до 3000 ерстед без захисної атмосфери при кімнатній температурі (Т=300 К). З метою визначення вплину постійного магнітного поля В та впровадження елементів групи заліза (Со) в шаруваті напівпровідники, інтеркалювання проводили як у відсутності магнітного  поля, так і при його накладанні паралельно її перпендикулярно кристалографічній осі c кристалу. Градієнтне магнітне поле створювали магнітами Nd 2Fe14B, відстані між якими становила 10 мм. Зразки Bi2Se3, Ві2Те3 розташовували посередині між магнітами, перпендикулярно більшій площині останніх: в місці розташування зразка (на межі розділу фаз) величина градієнта магнітного поля становила 0,7 Т/см, а його значення змінюється від 0,08 до 2 0,12 Т /см. Дослідження залежностей питомою магнітного момент) від напруженості магнітного поля для інтеркалатів Со0,15Bі2Sе3 та Со0,15Bі2Те3, отриманих електрохімічним інтеркалюванням в градієнтному магнітному полі, проілюстровані на фіг. 1-2 відповідно. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб одержання напівпровідникових матеріалів, які мають феромагнітні властивості при кімнатній температурі, що базується на методі електрохімічного інтеркалювання іонів кобальту 2+ Со у міжшаровий простір монокристалів шаруватих напівпровідників Bi2Se3, Ві2Те3, який відрізняється тим, що процес впровадження іонів кобальту відбувається у зразки, які розташовані в постійному магнітному полі, направленому паралельно базовій площині кристалу та перпендикулярно напрямку електричного струму. 2 UA 118064 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3