DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2019.1.159490

ВПЛИВ ЕЛЕКТРОННОГО ОПРОМІНЕННЯ НА МАГНІТНУ ЧУТЛИВІСТЬ МОНОКРИСТАЛІВ n-Si<P>

С. В. Луньов, А. І. Зімич, В. Т. Маслюк, І. Г. Мегела

Анотація


Прогнозований вплив радіації на напівпровідники дозволяє створювати на їх основі різні елементів сенсорної електроніки з необхідними характеристиками, зокрема напівпровідникові датчики Холла. Тому нами проводились дослідження впливу опромінення різними потоками швидких електронів з енергією 12 МеВ на магнітну чутливість монокристалів n-Si <P>. Для ідентифікації природи утворених радіаційних дефектів проводились вимірювання інфрачервоної Фур’є-спектроскопії та ефекту Холла. На основі проведених досліджень було встановлено, що основними радіаційними дефектами, які утворились в кремнії при електронному опроміненні, були комплекси Ci Oi , A-центри (комплекси VOi ) та A-центри, які додатково модифіковані домішкою фосфору (комплекси VOi P). На підставі одержаних температурних залежностей сталої Холла були обчисленні значення коефіцієнтів магнітної чутливості для неопромінених та опромінених зразків кремнію. Проведені розрахунки показали, що зі збільшенням потоку опромінення магнітна чутливість монокристалів n-Si зростає та суттєво залежить від температури. При температурах T≈170 K для найбільшого потоку опромінення електронами 2·1017 ел./см2 було одержано значне (більше як в 500 разів) зростання коефіцієнта магнітної чутливості по відношенню до неопромінених монокристалів n-Si <P> . Причиною такого зростання магнітної чутливості n-Si <P> є утворення комплексів Ci Oi , VOi та VOi P, які створюють в забороненій зоні кремнію глибокі енергетичні рівні, що виконують роль компенсуючих центрів по відношенню до основних носіїв заряду. Зростання ступеня компенсації монокристалів n-Si <P> при збільшенні потоку електронного опромінення призводить до зростання сталої Холла, а отже й магнітної чутливості. Одержані результати можуть знайти своє практичне використання для конструювання на основі опроміненого n-Si <P> датчиків Холла, які зможуть функціонувати в широкому діапазоні температур.

Ключові слова


монокристали n-Si <P>; радіаційні дефекти; стала Холла; магнітна чутливість

Повний текст:

PDF

Посилання


Ch. Schott, P. A. Besse, R. S. Popovic. Planar Hall effect in the vertical Hall sensor // Sensors and Actuators A: Physical, 85 (1-3), pp. 111–115 (2000).

A . Danilov. Sovremennyye promyshlennyye datchiki toka // Sovremennaya elektronika, 10, s. 26-35. (2004).

F. Aleynikov, V. A. Gridchin, M. P. Tsapenko. Datchiki (perspektivnyye napravleniya razvitiya). NGTU, Novosibirsk, 176 s. (k2001).

F. Kaperko. Analiz sostoyaniya, tendentsii razvitiya i novyye razrabotki datchikov preobrazovateley informatsii system izmereniya, kontrolya i upravleniya // Izmeritel’naya tekhnika, 1, s. 3-7 (1998).

G. Ya. Portnoy, O. A. Bolotin, K. P. Razumovskiy, S. A.Starkov, O. Ye. Yatsenko. Tokovyye kleshchi: novyy vzglyad na staryye pribory // Komponenty i tekhnologii, 1(162), s. 34-36 (2015).

V. A. Antropov, L. Kh. Antropova. Primeneniye gal’vanomagnitnykh yavleniy v poluprovodnikakh dlya sozdaniya priborov i ustroystv SVCH diapazona. PGU, Penza,166 s. (2011).

S. Tumanski. Modern magnetic field sensors – a review // Przeglad elektrotechniczny, 10, pp. 1–12 (2013).

V. S. Osadchuk, O. V. Osadchuk, O. P. Bilylivsʹka, O. M. Zhahlovsʹka. Ohlyad halʹvanomahnitnykh vymiryuvachiv parametriv mahnitnoho polya // Visnyk NTU «KHPI», 42 (948), s. 00-00. (2012).

H. S. Nalwa. Silicon-Based Materials and Devices.Academic Press, San Diego, 609 p. (2001).

P. Siffert, E. Krimmel. Silicon. SpringerVerlag, Berlin Heidelberg, 550 p. (2004).

S. Fumio. Semiconductor Silicon Crystal Technology. Elsevier Science & Technology, 435 p. (2012).

L. S. Smirnov. Voprosyi radiatsionnoy tehnologii poluprovodnikov. Nauka, Novosibirsk, 291 s. (1980).

G. D. Watkins, J. W. Corbett. Defects in Irradiated Silicon. I. Electron Spin Resonance of the Si- A Center // Phys. Rev., 121(4), pp. 1001–1015 (1961).

J. W. Corbett, G. D. Watkins, R. M. Chrenko, R. S. McDonald. Defects in Irradiated Silicon. II. Infrared Absorption of the Si- A Center // Phys. Rev., 121(4), pp. 1015–1022 (1961).

S. Fumio. Oxygen in Silicon. Academic, London, 679 p. (1994).

V. P. Markevich, A. R. Peaker, L. I. Murin, N. V. Abrosimov. Vacancy-oxygen complex in Si1-xGex crystals // Appl. Phys. Lett., 82(16), pp. 2652-2654 (2003).

S. Pizzini. Point Defects in Group IV Semiconductors: Common Structural and Physico-chemical Aspects // Materials Research Forum LLC, 10, p. 134 (2017).

R. C. Newman. Oxygen diffusion and precipitation in Czochralski silicon // J. Phys.: Condens. Matter., 12(25), pp. R335-R365 (2000).

L. I. Murin, V. P. Markevich, T. Hallberg, J. L. Lindström. New infrared vibrational bands related to interstitial and substitutional oxygen in silicon // Sol. St. Phenomena, 69-70, pp. 309-314 (1999).

R. Bean, R. C. Newman. An infra-red study of defects produced in n-type silicon by electron irradiation at low temperatures // Sol. St. Commun., 9, pp. 271-274 (1971).

J. M. Trombetta, G.D. Watkins. Identification of an interstitial carbon‐interstitial oxygen complex in silicon // Appl. Phys. Lett., 51(14), pp. 1103-1106 (1987).

P. Pichler. Intrinsic Point Defects, Impurities, and their diffusion in Silicon. Springer-Verlag Wien, New York, 554 p. (2004).

G. D. Watkins, K. L. Brower. EPR Observation of the Isolated Interstitial Carbon Atom in Silicon // Phys. Rev. Lett., 36(22), pp. 1329-1332 (1976).

M. I. Hrytsenko, O. O. Kobzar, Yu. V. Pomozov, M. H. Sosnin, L. I. Khirunenko. Efektyvnistʹ vzayemodiyi mizhvuzlovynnoho vuhletsyu z kysnem, olovom ta vuhletsem zamishchennya v oprominenomu kremini // Ukr. fiz. zhurn., 55(2), s. 223-228 (2010).

G Davies, A. S. Oates, R. C. Newman et al. Carbon-related radiation damage centres in Czochralski silicon // J. Phys. C, 19(6), pp. 841-857 (1986).

L. I. Murin. On the electrical activity of the Ci‐Oi complex in silicon // Phys. Stat. Sol. (a), 101(2), pp. K107-K110 (1987).

E. N. Vologdin, A. P. Lysenko. Integral’nyye radiatsionnyye izmeneniya parametrov poluprovodnikovykh materialov. - M., Moskovskiy gosudarstvennyy institut elektroniki i matematiki (tekhnicheskiy universitet), 94 s. (1998).

P. Dolgolenko. Modification of radiat ion defects in Si and Ge by background impurity // Nuclear Physics and Atomic Energy, 14 (4), pp.377 – 383 (2013).

E. V. Kuchis. Galvanomagnitnyie effektyi i metodyi ih issledovaniya. – M., Radio i svyaz, 264 s. (1990).

S. Sysoyeva. Datchiki magnitnogo polya. Spektr vysokoob»yemnoy produktsii ot vedushchikh postavshchikov // Komponenty I tekhnologii, 1, s.19-32 (2012).

V. F. Mitin, N.S. Boltovets, V.V. Kholevchuk et al. Dual function sensors for concurrent measurement of temperature and magnetic field in cryogenic applications // Cryogenics, 48(9), pp.68-73. (2008).

S. Luniov, A. Zimych, M. Khvyshchun t a in. Temperaturna hraduyuvannya mahnitochutlyvoho elementa datchyka Kholla na osnovi germaniyi // Tekhnichni visti, 1 (45), 2 (46). - s. 110-113 (2017).




Copyright (c) 2019 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

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