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

A. A. Druzhinin, I. I. Maryamova, O. P. Kutrakov, I. V. Pavlovsky

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.


Ключові слова


п’єзоопір; кремній; ниткоподібні кристали; кріогенні температури; сенсори механічних величин

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Bir G.Z., Pikus B.F., Symmetry and Strain-Induced Effects in Semiconductors. — New York: Wiley, 1974.

Shklovskyi B.I., Efros A.Z., Electronic Properties of Doped Semiconductors. — Berlin: Heidelberg, 1984. — 416 p.

Chroboczek J.A., Pollak F.H. and Staunton H.F., Impurity conduction in silicon and effect of uniaxial compression on p-type Si. // Phil. Mag. — 1987. — Vol. B50, № 1. — P. 113-156.

Bogdanovich S., Simonian D., Kravchenko S.V. et al., Hopping conduction in uniaxially stressed Si:B near the insulator-metal transition. // Phys. Rev. — 1999. — Vol. B60. — P. 2286-2290.

Maryamova I., Druzhinin A., Lavitska E. et al., Low temperature semiconductor mechanical sensors. // Sensors and Actuators. — 2000. — Vol. A85. — P. 153-157.

Druzhinin A., Lavitska E., Maryamova I., et al., Studies of piezoresistance and piezomagnetoresistance in Si whiskers at cryogenic temperatures. // Cryst. Res. Technol. — 2002. — Vol.37, № 2-3. — P. 243-257.

Druzhinin A., Lavitska E., Maryamova I., Palewski T. and Kutrakov A., Semiconductor microcrystals with ultra-high sensitivity to mechanical strain at cryogenic temperatures. // J. Phys. IV France. — 2002. — 12. — Pr. 3-79 — 3-82.

Druzhinin A.A., Lavitska E.N., Maryamova I.I., Pavlovsky I.V., Studies of piezoresistance in Si and Ge microcrystals at cryogenic temperatures in the vicinity of metal-semiconductor transition for sensors application. // Photoelectronics. — 2003. — № 12. — P. 80-84. (in Ukrainian).

Voronin V.A., Maryamova I.I., Ostrovskaya A.S., Morphology and structure especialities of semiconductor whiskers grown by CVD-method. // Crystal Properties and Preparation. — 1991. — Vol. 36-38. — Р. 340-348.

Voronin V., Maryamova I., Zaganyatch Y. et al., Silicon whiskers for mechanical sensors. // Sensors and Actuators. — 1992. — Vol. A30. — P. 27-33.

Druzhinin A., Lavitska E., Maryamova I., Medical pressure sensors on the basis of silicon microcrystals and SOI layers. // Sensors and Actuators. — 1999. — Vol. B58. — Р. 415-519.

Druzhinin A.A, Lavitska E.N., Maryamova I.I. et al., From semiconductor strain gauges to microelectronic sensors. // Sensors & Systems. — 2001. — № 6. — P. 2-7. (in Russian).

Novikova S.I., Temperature expansion of solids. — Moscow: Nauka, 1974. — 294 p. (in Russian)




DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2004.1.111838

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Copyright (c) 2004 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)