Магнитные полупроводниковые материалы

В магнитных полупроводниках процессы генерации носителей зарядов и прохождения электрического тока зависят от направления и значения индукции магнитного поля. В магнитоэлектронных приборах используют проявления магниторезистивного эффекта и эффекта Холла (см. подразд. 3.1) в собственном магнитном поле полупроводника. В магнитооптоэлектронике используют зависимость процесса возбуждения валентных электронов от направления спинов поглощаемых фотонов, что проявляется в виде зависимости ширины запретной зоны полупроводника от направления поляризации света. Если направление спинового момента фотона совпадает с направлением намагниченности полупроводника, то поглотивший его валентный электрон легче переходит в свободную зону, т. е. ширина запретной зоны становится меньше. Наоборот, если спин фотона направлен навстречу магнитному полю полупроводника, то для ионизации валентных электронов требуется большее значение энергии фотона, т. е. ширина запретной зоны становится больше. Среди магнитных полупроводников можно выделить три группы:

1 Магнитные полупроводниковые шпинели, применяемые в качестве кристаллов для магнитоуправляемых оптоэлектронных устройств; из них наиболее изучено соединение CdCr₂Se₄.

2 Полупроводниковые халькогениды и оксиды редкоземельных металлов, которые в виде тонких плёнок используют в конструкции магнитоэлектронных и магнитооптоэлектронных приборов. Из них наиболее изучены свойства халькогенидов европия, монооксида европия EuO и оксида европия-самария Eu_{1- X} Sm _X O.

3 Обычные полупроводниковые соединения, в которые, с целью придания им магнитных свойств, добавлены атомы магнитных или переходных металлов. Здесь наиболее разработана технология примеси марганца Mn к арсенидам индия InAs и галлия GaAs. Для образования связей с атомами других металлов атомы марганца достают электроны с внутренней недостроенной оболочки, и таким образом становятся магнитными.

Нанотехнология обеспечивает возможность магнитного управления процессами, происходящими в наноэлектронных приборах, на уровне спинов отдельных электронов и даже атомных ядер. Наноразмерную магнитоэлектронику назвали спинтронико й. Развитие спинтроники стимулирует разработку новых магнитных полупроводниковых соединений. Например, добавление небольшого количества хрома Cr в оксид индия In₂О₃ делает его магнитным. Такой материал помещается сверху на обычный кремниевый полупроводник и инжектирует в него электроны с определенной ориентацией спина.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1 Какие из химических элементов, обладающих свойствами полупроводников, имеют наибольшее значение для электротехники и электроники?

2 Что такое собственные полупроводники? Для чего их применяют?

3 Что такое фоторезистивный эффект? Эффект Холла? Эффект Ганна?

4 Какие примеси являются донорами, а какие акцепторами?

5 Как проводимость примесного полупроводника зависит от температуры?

6 Какие процессы происходят на контакте p - и n -полупроводников?

7 Какие технологические операции используют для очистки германия?

8 Как изготавливают монокристаллы германия?

9 Какие технологические операции используют для очистки кремния?

10 Какие преимущества кремния обусловили его широкое применение?

11 Что такое эпитаксия? В чем особенности и преимущества эпитаксиальных технологий?

12 Для чего применяют поликристаллический и аморфный кремний?

13 Что такое графены и для чего их применяют?

14 В чём особенности карбида кремния? Как его используют?

15 Как получают и для чего используют сплавы Si+Ge и Si+Ge+C?

16 Для чего применяют полупроводниковые соединения A ^III B ^V? В чём особенности их получения и применения?

17 Что такое твёрдые растворы и гетеропереходы?

18 Для чего и как используют халькогениды и оксиды?

19 Для чего и как используют органические полупроводники?

20 В чём заключаются особенности магнитных полупроводников?

 

 

 

Список литературы

 

1 Пасынков, В. В. Материалы электронной техники: учеб. для вузов / В. В. Пасынков, В. С. Сорокин. – 3-е изд. – СПб.: Изд–во «Лань», 2001. – 368 с.

2 Сорокин, В. С. Материалы и элементы электронной техники. Т.1. Проводники, полупроводники, диэлектрики: учеб. для вузов / В. С. Сорокин, Б. Л. Антипов, Н. П. Лазарева. – 2-е изд. – СПб.: Изд-во «Лань», 2015. – 448 с.

3 Богородицкий, Н. П. Электротехнические материалы: учеб. для вузов / Н. П. Богородицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев. – 7-е изд. – Л.: Энергоиздат, 1985. – 304 с.

4 Журавлёва, Л. В. Электроматериаловедение: учеб. для НПО / Л. В. Журавлёва.– 4-е изд., перераб. и испр. – М.: Академия, 2006. – 336 с.

5 Перерва, Г.И. Электротехнические материалы / Г. И. Перерва. – Гомель: Белгут, 1999. – 80 с.

6 Справочник по электрическим материалам / под ред. Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева. –Л.: Энергоиздат, 1988. – Т. 1–3.

7 Электротехнические и конструкционные материалы: учеб. пособие для СПО / В. Н. Бородулин [и др.]; под ред. В. А. Филикова. 2-е изд., стер. – М.: Академия, 2005. – 280 с.

8 Герасимов, В. Г. Электротехнический справочник: в 4 т. / В. Г. Герасимов. – 9-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоиздат, 2007. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы. – 440 с.

9 Алиев, И. И. Электротехнические материалы и изделия: Справочник / И. И. Алиев, С. Г. Калганова. – М.: Энергоиздат, 2006. – 352 с.