Низькотемпературні характеристики ниткоподібних кристалів Si1-хgeх і їх застосування для створення елементної бази сенсорів температури та деформації - Автореферат

Прогрес сучасної науки і техніки значною мірою визначається станом розроблення сенсорів, серед яких чільне місце посідають сенсори теплових і механічних величин. Проведені для НК Si1-XGEX електрофізичні дослідження в умовах кріогенних температур та в сильних магнетних полях підтверджують сподівання щодо стабільності роботи сенсорів, створених на їх основі, в області низьких температур. Передбачається, що розроблені на основі НК твердого розчину Si1-XGEX сенсори, завдяки своїй мініатюрності, високій чутливості, широкому інтервалу робочих температур, температурній стабільності, знайдуть широке застосування в різних галузях народного господарства України, де існує потреба в низькотемпературних сенсорах теплових і механічних величин. Робота виконувалась відповідно до напрямків наукової діяльності кафедри напівпровідникової електроніки Національного університету ”Львівська політехніка” за темами Міністерства освіти і науки України: “Розробка фізичних і технологічних основ створення сенсорів фізичних величин нового покоління для різних температурних діапазонів на основі КНІ-структур і напівпровідникових мікрокристалів” (номер держреєстрації 0100U000499, 2000-2001 рр.); “Розробка фізичних і технологічних основ створення елементної бази сенсорів фізичних величин, працездатних в складних умовах” (номер держреєстрації 0102U001197, 2002-2003 рр.), а також у рамках міжнародного наукового співробітництва з Міжнародною лабораторією сильних магнітних полів та низьких температур (м. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше на основі комплексного дослідження низькотемпературних характеристик НК твердого розчину Si1-XGEX встановлено закономірності їх зміни при дії деформації і магнетного поля та створено елементну базу сенсорів температури і деформації для області низьких температур: - в області низьких температур встановлено домінуючий характер стрибкової провідності в НК Si1-XGEX з різним вмістом германію і ступенем легування та визначено енергії активації стрибкової провідності та їх зростання під впливом деформації, що важливо для прогнозування характеристик сенсорів;У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, визначено мету та основні завдання, відзначено наукову новизну та практичне значення.Проаналізовано дослідження впливу температури на процеси провідності, згаданих вище кристалів із різним ступенем легування, разом із поясненням на основі відомих теорій механізмів домішкової провідності в області низьких температур. Вивчення стрибкової провідності дозволяє зясувати залежність від температури механізмів перенесення носіїв заряду в невпорядкованих системах, де провідність реалізується локалізованими на домішкових атомах носіями заряду. Це спричиняє істотне збільшення ефективної маси електронів, зменшення радіуса Бора та локалізація електронів на домішкових атомах, однак у кремнії збільшення ефективної маси електронів при великих одновісних напруженнях звязано з непараболічністю D-долин, а в германії - L-D-інверсією типу абсолютного мінімуму. Одержано НК твердого розчину Si1-XGEX з оптимальними параметрами (складом, концентрацією домішки та геометричними розмірами) для виявлення впливу деформації та магнітного поля в області низьких температур на характеристики матеріалу з метою створення на їх основі елементної бази сенсорів фізичних величин. Вплив деформації на властивості НК Si1-XGEX досліджено в інтервалі температур (4,2?300 К).1 За допомогою консольної балки (пружного елемента), виготовленої з інварного сплаву, задавалися послідовний ряд деформацій обох знаків, як стискання, так і розтягу ± 1,26?10-3 відн. од., прикладених до того ж самого зразка, що дозволило порівняти їх вплив та одержати додаткову інформацію щодо деформаційно-стимульованих ефектів, які мають місце в НК Si1-XGEX при низьких температурах, а також промоделювати роботу сенсора деформації з широким робочим діапазоном.Встановлено, що за температури Т > 40 K спостерігали класичну поведінку пєзоопору: опір зростає при деформації розтягування та зменшується - при стискання; а в області низьких температур Т <40 K виявлено аномальний ефект - опір експоненційно зростає незалежно від знаку деформації, що пояснюються суттєвою зміною густини станів у верхній і нижній зонах Хаббарда під впливом деформації (рис. Промодельовано роботу сенсора деформації в межах величин деформації ± 1,26?10-3 відн. од. за допомогою пружного елемента (консольної балки) та вибрано оптимальні параметри вихідних експериментальних зразків, придатних для створення елементної бази сенсорів механічних величин на основі НК твердого розчину Si1-XGEX. На основі сильнолегованих НК твердого розчину Si1-XGEX (х = 0,03) з питомим опором r300 K = 0,008 Ом?см розроблено елементну базу сенсорів деформації (К = 200) з широким робочим діапазоном, як деформацій ± (1,4?10-3) відн. од., так і температур (4,2?300)К (рис. У четвертому розділі досліджено терморезистивні та термоелектричні властивості НК твердого розчину Si1-XGEX (х = 0,01?0,1) з різним ступенем л

Основний зміст