МІКРОКРИСТАЛИ КРЕМНІЮ З ВИСОКИМ П’ЄЗООПОРОМ ПРИ КРІОГЕННИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ В СЕНСОРАХ

Анотація

Проведено дослідження п’єзоопору ниткоподібних кристалів (НК) кремнію р-типу з кристалографічною орієнтацією [111], легованих бором, на пружних елементах з інварного сплаву в широкому діапазоні деформацій ε=±1,26×10-3 відн. од. і температур 4,2–300 К. Вимірювання проводились в гелієвому кріостаті. Досліджувались НК кремнію з різною концентрацією бору: 1) сильно леговані кристали з металевою провідністю; 2) поблизу переходу метал-діелектрик (ПМД) з металевого боку; 3) поблизу ПМД з діелектричного боку. Визначалися залежності відносної зміни опору НК р-Si, закріплених на балках з інвару, від деформації розтягу і стиску при фіксованих температурах: 4,2 К, 77 К і 300 К, а також температурні залежності коефіцієнта тензочутливості цих кристалів у діапазоні температур 4,2–300 К. В сильно легованих НК р-Si у всьому діапазоні температур спостерігався класичний п’єзорезистивний ефект. В НК Si з концентрацією бору поблизу переходу метал-ізолятор при гелієвих температурах був виявлений некласичний п’єзоопір. Величина коефіцієнта тензочутливості в НК Si з концентрацією бору, що відповідає діелектричному боку ПМД, при 4,2 К досягала значень К 4,2К≈–10000 при деформації стиску і К4,2К≥8000 при деформації розтягу. Отримані характеристики НК кремнію р-типу, закріплених на пружних елементах, дозволяють прогнозувати характеристики п’єзорезистивних сенсорів механічних величин на їх основі. Показано можливість створення на основі цих кристалів сенсорів механічних величин (деформації, тиску та ін.) двох типів: для широкого діапазо- ну температур 4,2–300 К на основі сильно легованих НК Si p-типу і високочутливих сенсорів на основі кристалів кремнію з концентрацією бору поблизу ПМД для систем контролю і сигналізації при кріогенних температурах.