ФІЗИЧНІ ОСНОВИ СТВОРЕННЯ СЕНСОРІВ МЕХАНІЧНИХ ВЕЛИЧИН ДЛЯ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР НА ОСНОВІ МІКРОКРИСТАЛІВ КРЕМНІЮ

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

Анотація


Проведено комплексне дослідження електропровідністі, магнітоопору і п’єзоопору мікрокристалів кремнію р-типу, легованих бором, з орієнтацією <111> в діапазоні температур 4,2–300 К і магнітних полях до 14 Тл. Досліджено вплив одновісної деформації на питомий опір і магнітоопір мікрокристалів Si з різною концентрацією бору при низьких температурах. В мікрокристалах р-Si з концентрацією бору поблизу переходу метал-діелектрик (ПМД) з діелектричного боку при гелієвих температурах виявлено гігантський некласичний п’єзоопір, коефіцієнт тензочутливості таких кристалів при 4,2 К дорівнює GF4.2K=–5.7Ч105 при деформації стиску. Некласичний п’єзоопір зумовлений стрибковою провідністю в цих кристалах при низьких температурах; визначено енергії активації E2  і E3, їх значення змінюються під дією деформації при кріогенних температурах. Вимірювались тензометричні характеристики цих кристалів, закріплених на пружних елементах з інвару, в широкому діапазоні температур 4,2–300 К і деформацій ε=0–±1,2Ч10-3 відн. од. Одержані характеристики дозволяють прогнозувати параметри п’єзорезистивних сенсорів механічних величин на основі цих кристалів. Показано можливість створення надчутливих сенсорів механічних величин для роботи при кріогенних температурах на основі некласичного п’єзоопору в мікрокристалах Si(B). Наведено приклади розроблених сенсорів деформації, сенсора тиску та сенсора рівня кріогенних рідин.

Ключові слова


п’єзоопір; кремній; мікрокристали; кріогенні температури; сенсори механічних величин

Повний текст:

PDF

Посилання


Дружинин А.А., Марьямова И.И., Лавитская Е Н., Кутраков А.П., Панков Ю.М. Полуп-

роводниковые сенсоры механических величин на основе микрокристаллов кремния для экстремальных условий // Микросистемная техника. — 2001. — № 9. — C. 3-8.

Дружинин А.А., Марьямова И.И., Лавитская Е. Н., Кутраков А.П., Панков Ю.М.. От полупроводниковых тензорезисторов к мик-

роэлектронным датчикам // Датчики и системы. — 2001. — № 6. — C. 2-7.

Шкловский В.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. — М.: Наука, 1979. — 416 с.

Chrobochek J.A., Pollak R.H., Staunton H.F. Impurity conduction in silicon and effect of uniaxial compression on p-type silicon // Philosophical Magazine B. — 1984. — Vol. 50, No. 1. — P. 113-156.

Bogdanovich S., Sarachik M.P., Bhatt R.N. Conductivity of metallic Si:B near the metal-insulator transition: comparison between unstressed and uniaxially stressed samples // Phys. Rev. B — 1999. — Vol. 60, No. 4. — P. 2292-2298.

Druzhinin A., Lavitska E., Maryamova I., Oszwaldowski M., Berus T., Kunert H. Studies of piezoresistance and piezomagnetoresistance in Si whiskers at cryogenic temperatures // Crystal Research and Technology. — 2002. — Vol. 37, No. 2-3. — P. 243-257.

Druzhinin A.A., Maryamova I.I., Kutrakov O.P., Pavlovskyy I.V. Silicon microcrystals with high piezoresistance at cryogenic temperatures for sensors application // Сенсорна електроніка та мікросистемні технології. — 2004. — № 1. — С. 69-77.

Дружинін А.О., Павловський І.В. Деформаційні залежності магнітоопору ниткоподібних кристалів кремнію в області фазового переходу метал-діелектрик // V Міжнародна школа-конференція “Актуальні проблеми фізики напівпровідників”. Тези доповідей. — Дрогобич: НВЦ “Каменяр”. — 2005. — С. 216-217.

Дружинін А.О., Мар’ямова І.Й., Кутраков О.П., Павловський І.В. Тензометричні характеристики мікрокристалів кремнію при кріогенних температурах // Сенсорна електроніка та мікросистемні технології. — 2005. — № 3. — С. 74–81.




DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2006.3.112460

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Copyright (c) 2006 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

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