ДИСУЛЬФИД ХРОМА-МЕДИ-ЖЕЛЕЗА С АНИЗОТРОПИЕЙ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ
CHROMIUM-COPPER-IRON DISULPHIDE WITH MAGNETORESISTANCE ANISOTROPY

Изобретение относится к разработке новых сульфидных соединений, которые могут быть использованы для нужд микроэлектроники, в частности к созданию материалов с анизотропией магнитосопротивления при комнатной температуре.
Известны тонкопленочные слоистые структуры [С.А.Никитин, Гигантское магнитосопротивление, СОЖ. - 1996. - Т.8, №2. - С.93-98], обладающие магнитосопротивлением при комнатной температуре. Слоистые тонкопленочные структуры получают путем послойного вакуумного напыления последовательности металлов, например Fe, Cr, Fе, на диэлектрическую подложку, роль которой может играть кремний, арсенид галлия и т.д.
Недостатком указанных структур является высокая стоимость технологического процесса и техники напыления.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является магнитный ванадиевый дисульфид хрома-меди с гигантским магнитосопротивлением [патент РФ №RU 2324656 С2. Бюл. №14 от 20.05.2008, (прототип)], содержащий компоненты при следующем соотношении, ат.%: Ванадий 0,1-3,4; Хром 13,6-16,9; Медь 17-16; Сера 66-67.
Недостатком известного магнитного ванадиевого дисульфида хрома-меди с гигантским магнитосопротивлением при низких температурах является отсутствие магнитосопротивления при комнатной температуре, поликристаллический характер микроструктуры, что существенно сужает возможности его технического использования.
Техническим результатом изобретения является создание монокристаллического материала, обладающего анизотропией магнитосопротивления при комнатной температуре. Дисульфид хрома-меди используют в качестве матрицы для создания слоистой монокристаллической структуры атомного типа, при этом замещение ионом железа проводят в медных слоях кристаллической решетки дисульфида хрома-меди, в отличие от прототипа, где проведено замещение ионов хрома на ион ванадия.
Технический результат достигается тем, что дисульфид хрома-меди-железа, включающий серу, хром, медь, является монокристаллом и дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: железо 0,31-0,99; хром 28,93-28,95; медь 34,35-35,03; сера 35,71-35,73.
Слоистый дисульфид хрома-меди-железа с анизотропией магнитосопротивления отличается от прототипа качественным и количественным содержанием химических элементов, качеством микроструктурного строения, наличием анизотропии магнитосопротивления при комнатной температуре.
Слоистый монокристаллический дисульфид хрома-меди-железа синтезируется в два этапа. В первом этапе синтеза получают порошок путем сульфидирования смесей оксидов металлов в атомном соотношении Сu:Fe:Сr, равном 0,99-0,97:0,01-0,03:1. Составы шихты приведены в мас.% в таблице №1.
Таблица№1
Состав шихты
СuО мас.%
Cr<sub>2</sub>О<sub>3</sub> мас.%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> мас.%
I
50,63
48,86
0,51
II
50,12
48,86
1,02
III
49,60
48,86
1,54
Для сульфидирования шихты используют аммоний роданистый. Шихту в стеклоуглеродной лодочке помещают в кварцевый реактор, продуваемый аргоном. Шихту нагревают в токе сульфидирующего реагента, образуемого в отдельном реакторе при разложении роданида аммония при температуре 140-160°С. Синтез ведут в печи до 900°С в течение 16 час. В процессе синтеза образцы неоднократно подвергаются перетиранию с целью гомогенизации. Проверка полноты сульфидирования образцов контролируется их взвешиванием до постоянного веса и рентгенофазовым анализом. Монокристаллы дисульфида хрома-меди-железа получают путем нагревания порошкообразного вещества в парах серы в стеклоуглеродном контейнере с использованием индукционного нагрева до температуры плавления и последующим медленным охлаждением расплава при снижении мощности на индукторе. Скорость нагрева и охлаждения задается и контролируется с помощью терморегулятора с программным управлением. В результате кристаллизации получены слитки диаметром 10 мм, длинной до 20 мм, массой порядка 6 г, которые представляют собой сросшиеся монокристаллы гексагонального типа.
Приготовленные из слитков монокристаллические пластинки образцов для измерений электрических и магнитных свойств были однородными по составу. На фиг.1 и 2 представлены наиболее типичные результаты измерений при 300 К для изучаемых образцов из табл.1.
Величина магнитосопротивления определена
по формуле , где ρ(H=0) - электросопротивление в нулевом магнитном поле, ρ(Н≠0) - электросопротивление в заданном магнитном поле. Измерения сопротивления (фиг.1) выполнены при условии, когда направление магнитного поля параллельно (H ||, угол 0°, открытые кружки) и перпендикулярно (Н ⊥, угол 90°, закрытые кружки) направлению тока, протекающего через образец. Из фиг.1 видно, что при увеличении магнитного поля от 0 до 21 кЭ величины относительного электросопротивления R(H)/R(0) для обоих направлений магнитного поля возрастают, что соответствует положительному магнитосопротивлению. Вычисленные величины δН=0.6% для Н || и δН=0.95% для Н ⊥ (в поле 21 кЭ). На вставке (фиг.1) представлены результаты угловой зависимости относительного электросопротивления R(H)/R(0), а на фиг.2 (открытые кружки, кривая 2) показаны угловые зависимости электросопротивления, измеренные при Н=21 кЭ при вращении направления магнитного поля относительно плоскости образца. Такой характер изменения электросопротивления свидетельствует о наличии анизотропии магнитосопротивления, величина которой составляет 0.35% в магнитном поле 21 кЭ. На фиг.2 цифрами 1 (закрытые кружки) показана воспроизводимость результатов измерения.
Вещества могут использоваться в слаботочной микроэлектронике.