В настоящее время огромное внимание уделяется поиску новых материалов, обеспечивающих эффективную генерацию спин-поляризованного тока при комнатной температуре, т. е. так называемых новых материалов для спинтроники. К началу XXI века стало ясно, что наиболее подходящими материалами для спинтроники могут быть не идеальные кристаллы, а кристаллы, содержащие вакансии, в частности, кремниевая вакансия VSi в карбиде кремния SiC. Энергия образования кремниевых вакансий в SiC чрезвычайно высока, поэтому в настоящее время их получают облучением пучками высокоэнергетичных частиц. Вакансий с нужными свойствами получается при облучении очень мало, порядка 108-1012 см-3.

Недавно в лаборатории структурных и фазовых превращений Института проблем машиноведения РАН была впервые разработана технология, позволяющая получать требуемые кремниевые вакансии в SiC в нужном количестве 1020-1021 см-3.

Ключевая идея новой технологии, разработанной в ИПМаш РАН, состоит в том, что кремниевые вакансии создаются не в самом карбиде кремния, а в кремниевой подложке, что несопоставимо проще. Лишь затем верхняя часть кремния с вакансиями превращается в эпитаксиальный слой карбида кремния за счет химической реакции с монооксидом углерода. Часть вакансий в кремнии просто превращаются в вакансии в карбиде кремния химическим путем. Концентрация кремниевых вакансий при этой технологии достигает значений 1020-1021 см-3, т. е. примерно в 1010 раз больше, чем при облучении. Толщина высококачественного эпитаксиального карбида кремния при этом способе роста получается от 100 до 1000 нм, граница раздела с кремнием практически идеальная и не содержит дислокаций несоответствия решеток. Исследования, проведенные в ИПМаш РАН, показали, что данный материал обеспечивает высокую плотность спин-поляризованного тока, т. е. является коммерчески пригодным.

Публикации: 1.Kukushkin, S.A.; Osipov, A.V. Dielectric Function and Magnetic Moment of Silicon Carbide Containing Silicon Vacancies. Materials, 2022, 15(13), 4653. https://doi.org/10.3390/ma15134653.

Источник: Институт проблем машиноведения РАН.