Низькотемпературні п’єзорезистивні характеристики ниткоподібних кристалів p-Si як чутливих елементів сенсорів механічних величин - Автореферат

Розвиток сучасної науки і техніки висуває на перший план проблему створення мініатюрних високочутливих сенсорів механічних величин, працездатних в складних умовах, зокрема за низьких температур та в сильних магнітних полях. В звязку з цим дослідження деформаційно-стимульованих ефектів (пєзоопір, пєзомагнітоопір, пєзотермо-е.р.с.) в легованих напівпровідниках за низьких температур поблизу переходу метал-діелектрик (ПМД) є актуальними, оскільки вони можуть дати інформацію про фізичні властивості таких матеріалів, а з іншого боку, вони є перспективними для створення на їх основі високочутливих сенсорів фізичних величин, працездатних за низьких температур. Це вказує на доцільність проведення дослідження деформаційно-стимульованих ефектів в цій області концентрацій, а також зясування можливості практичного застосування особливостей цих ефектів за низьких температур в легованих напівпровідниках, зокрема в Si р-типу провідності. Робота виконувалась відповідно до напрямку наукової діяльності кафедри напівпровідникової електроніки Національного університету “Львівська політехніка” за держбюджетними темами Міністерства освіти і науки України: “Розробка фізичних і технологічних основ створення елементної бази сенсорів фізичних величин, працездатних в складних умовах” (2002-2003 рр., номер державної реєстрації 0102U001197), “Дослідження низькотемпературних деформаційно-стимульованих ефектів в напівпровідникових мікрокристалах і структурах та розробка сенсорів на їх основі” (2004-2005 рр., номер державної реєстрації 0104U002303), “Дослідження низькотемпературних характеристик напівпровідникових мікрокристалів і структур в полях ефективного зовнішнього впливу для створення сенсорів” (2006-2007 рр., номер державної реєстрації 0106U001337), госпдоговірною темою № 7134 із Фізико-механічним інститутом ім. провести дослідження та встановити закономірності впливу зовнішніх дестабілізуючих чинників (температура, магнітне поле) на пєзорезистивні властивості НК Si р-типу як матеріалу, придатного для розроблення сенсорів механічних величин; пєзорезистивний ниткоподібний кристал сенсор розробити концепцію створення сенсорів механічних величин для низьких температур в результаті проведеного експериментального моделювання роботи пєзорезистивних сенсорів механічних величин на основі легованих НК Si за низьких температур;Проаналізовано результати досліджень впливу магнітного поля на зміну механізму транспорту носіїв заряду в кремнії та германії за низьких температур. Зокрема, наближення до переходу метал-діелектрик з діелектричного боку призводить до зміни механізму магнітоопору: якщо в глибокій діелектричній області - це сильна локалізація дірок внаслідок стиску хвильових функцій локалізованих дірок магнітним полем, то в області переходу і з металевого боку ПМД - це механізм слабкої локалізації дірок. Показано, що вдале поєднання зручних геометричних розмірів, морфології і особливих фізичних властивостей роблять НК Si зручними для створення на їх основі первинних перетворювачів різних фізичних величин (деформації, прискорення, тиску, температури) в електричний сигнал для різних типів вимірювальних приладів, а також функціональних елементів різних пристроїв. Для досліджень деформаційно-стимульованих ефектів в НК Si р-типу за низьких температур та в сильних магнітних полях використано методику створення одновісної деформації (стиску і розтягу) мікрокристалів за рахунок термічної деформації, яка виникає при закріплені НК Si на підкладках із матеріалів, коефіцієнт термічного розширення (КТР) яких відрізняється від КТР кремнію. Дослідження температурних залежностей питомого опору легованих НК Si показали, що для кристалів з концентрацією бору, що відповідає діелектричному боку ПМД, спостерігаються різні типи активаційних залежностей с(Т), які в загальному випадку можна описати формулою: (2) де сі - передекспоненційний множник, який слабо залежить від температури, E1 - енергія термоіонізації основного домішкового стану (у нашому випадку акцепторного), E2 - енергія активації стрибкової провідності по двічі окупованих домішкових станах, E3 - енергія активації стрибкової провідності з незалежними (некорельованими) стрибками по парах домішкових центрів.На основі досліджень деформаційно-стимульованих ефектів в легованих ниткоподібних кристалах кремнію р-типу провідності розроблено фізичні основи створення пєзорезистивних сенсорів механічних величин, працездатних за низьких температур та створено сенсори деформації і сенсори тиску кріогенних рідин. Показано, що за низьких температур в НК Si р-типу провідності з концентрацією акцепторної домішки поблизу переходу метал-діелектрик під дією одновісної деформації має місце перехід від класичного (сміттовського) пєзорезистивного ефекту до так званого некласичного, що зумовлений зміною механізму транспорту носіїв заряду. Коефіцієнт тензочутливості таких кристалів при 4,2 К досягає гігантського значення GF4,2К»-5,7Ч105, що є екстремально високим у порівнянні з класичним пєзоопором в Si р-типу за низьких

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ