Введение к работе
Актуальность темы.
Бурное развитие современной электронной техники происходит благодаря широкому внедрению автоматических систем управления, ключевой основой которых являются датчики и преобразователи внешних воздействий: температура, силы, давления, радиации, светового излучения и др. Чувствительными элементами этих датчиков и преобразователей в настоящее время в основном являются полупроводниковые материалы и структуры на их основе.
Известны два основных научно-технических направления по улучшению Физических характеристик полупроводниковых датчиков й преобразователей: первое -инженерные совершенствования конструкций существующих- изделий, и второе - создание новых более чувствительных к внешним воздействиям полупроводниковых материалов. Современный этап развития науки и техники показывает, что первый путь исчерпывает свои возможности. В связи с этим перспективным направлением по повышению чувствительности, обеспечению стабильности работы, миниатюризации габаритов и увеличению Функциональных возможностей электронных изделий являются разработка и создание новых, более чувствительных к внешним воздействиям полупроводниковых материалов и структур на их основе.
Исследования электрофизических свойств полупроводниковых материалов при внешних воздействиях, в частности, при воздействии механических давлений представляются актуальными как с практической точки зрения - создания новых приборов типа тензодатчики, тензорезисторы, тензопреобразователи и др., так и научной - для выявления таких важных характеристик полупроводников как механизмы дефектообразования, структура энергетических зон, значения эффективных масс и времени жизни носителей тока и т.д., которые определить другими методами намного сложнее. .
Особый интерес представляют исследования влияния высоких внешних давлений на общеизвестные физические явления как перенос носителей,тога в полупроводниках и многослойных полупроводниковых структурах, деградация их параметров, а также механизмы возникновения барических эффектов в полупроводниках
Как известно кремний, компенсированный и сильно компенсированный примесными атомами, создающими глубокие уровни в запрещённой зоне, представляет собой новый класс полупроводниковых
материалов, в котором наблюдается ряд уникальных по своей природе и практической значимости явлений, которые мало исследованы при воздействии внешнего механического давления.
Отсутствие достаточного количества экспериментальных и теоретических данных исследований влияния деформации на барическую стабильность, состояния глубокоуровневых примесных атомов, электрические и гальваномагнитные свойства компенсированного и сильно компенсированного кремния с глубокими уровнями и особенности токопрохокдения в многослойных структурах, созданных на их основе, ограничивают возможность создания принципиально новых чувствительных датчиков и преобразователей внешних давлений в электрическую энергию, применяемых в современных электронных изделиях и установления механизмов процессов барических преобразований в компенсированных полупроводниках.
Цель и задача работы заключалась в комплексном исследовании тензоэлехтричаского эйвокта в Si , компенсированном примесными атомами никеля и гадолиния при всестороннем и одноосном давлениях и определение возможности их практического использования в науке.и технике. Для достижения поставленная цели необходимо было решение следующих задач:
-
Разработать и сконструировать универсальную установку всестороннего гидростатического сжатия (ВГС) с плавной регулируемся скоростью сжатия и разжатия исследуемых образцов, позволяющая исследовать их электрические, гальваномагнитные, тензо и термомагнитные свойства,. э$йекты барического распада примесных атомов и т.д. в широком интервале электрических, магнитных полея и температур в статическом и динамическом режимах воздействия давления в диапазоне Р = 0 * 15-10 Па.
-
Исследовать эйФекты барического распада примесных атомов N1 и.Са в кремнии при всестороннем гидростатическом сжатии.
-
Исследовать тензоэлектрические свойства образцов Si
и Si в зависимости от степени их компенсации при ВГС при различных температурах. -
Исследовать влияние ВГС и ОУД на вольт-амперные харак-. теристнки барьеров Шоттки (БШ) типа Au-Si
-Sb и Au-Si -Sb при различных температурах . -
Усоверизнствовать установку одноосного сжатия для исследований электрических и гальваномагнитных свойств в образцах
- 5 -SKN1>, Si
6. Определение возможностей практического использования результатов этих исследований. В частности:
создание тензопреобразователей- всестороннего давления лабораторного образца:
разработка и внедрение в производство электронных весов для измерения массы сыпучих веществ с использованием тензодатчи-ков на основе образцов компенсированного крзкния .
Научная новизна -
-
В результате экспериментальных исследований влияния ВГС и ОУД установлено, что тензопрсводимость компенсированных образцов Si
,Si ,Si -
Показано, что наблюдаемые характерные особенности в изменениях тензосопротивлении образцов связаны с изменениями степени ионизации примесных уровней ІЇІ и Си и потенциалов взаимодействия носителей тока с рассеивающими полями дефектов в кремнии.
. 3. Определены направления смещения глубоких компенсирующих уровней N1 и Gd в Si при ВГД и ОУД и значения барических коэффициентов изменения их энергии ионизации.
-
На основе анализа результатов и существующих моделей тензоэвФактов получены аналогичные, выражения барических зависимостей проводимости концентрации и подвижности носите пей тока.
-
Исследованы влияния ВГД и ОУД на ВАХ диодов с барьерами ЕЬттки типа AibSKNi>-Sb и Au-SKGd>-Sb при температурах I = 273 + 293 К. Определены барические коэффициенты изменений высоты потенциального барьера и значения коэффициента тензочувст-вительности диодов при различных температурах.
-
Предложен физический механизм процессов токопрохожде-ния через _БШ при ВГС и ОУД , удовлетворяющий экспериментальным результатам. ,
Практическая значимость работы заключается в следующем: 1. Разработана и создана установка всестороннего гидростатического давления с пневмоусилитвпем, позволяющая исследовать Эффекты тензосопротивления, комбинированных эффектов тензо-Хол-ла, тензо-термо-Холла и кинетику процессов распада в полупровод-
пиковых материалах в сочетании г. всесторонним гидростатическим давлением в статическом и динамическом режимах ее воздействия и нагрева в интервалах Р = 0 + 15-10* Па и Т = 279 + 500 К, соответственно.
-
Усовершенствована установка одноосного давления, позволяющая исследовать тензосвоястве, фото-Холл, фото-термо-Холл -эффекты в полупроводниковых материалах в интервале стабилизированных температур 100 4 400 К.
-
Экспериментально показаны возможности создания статических и динамических тензолреоСразователея, отличавшихся боль-ним'коэффициентом тензочувствительности с расширенным диапазоном измеряемых давления и рабочих температур.
-
Создан электронный весовоя дозатор с применением тензо-датчиков, созданных на основа образцов Si
и SKGd> и структур с БШ типа Au-Si -Sb и Au-SKGd>-Sb .
5.. Создан преобразователь механических давления на электрический сигнал с коэффициентом тензочувствительности S г 500.
6. Разработана методика исследования деформационных и дру-.их параметров глубоких уровней в полупроводниках при импульсном воздействии ВГС в интервале температур 200 + 400 К.
Защищаемые положения:
.1. Физические принципы и механизмы действия разработанных установок ВГС и ОУД, позволявших исследовать тензоэвфекты комбинированных тензо-терко-Холл Эффектов и кинетику процессов распада пересыщенных полупроводниковых твердых растворов при условиях статического и динамического воздействия ВГД.
-
Установленные характерные особенности тензосолротивле-ния при ВГС образцов Sl
, SKGdv, Si -
Особэнности теіізосопретивлания. и физических механизмов его проявления при ОУД в компенсированных образцах &1
и.51 s заеисниости от их типа прсаодиностеп и стопєн;і компенсации. -
Предпозэзшдае физические ?эзсагшзмы токопрохоадення в диодах с Сарьарои Шоттхн на отлова комлвисирозпнных Sl
,Si
и Si
5. Экспериментальное потверждение возможности создания на основе сильфжомпенсированных образцов Si
Апробация работы.
Основные результаты работ докладывались и обсуждались на:
Межзональной коноеренции молодий ученых республики Узбекистан "Роль молодых ученых и специалистов в репвнии региональных проблем" ( г. Фергана , мая 1990 г.),
Всесоюзной научно-технической консеренции "Перспективные материалы твердотельной электроники - преоброзователи в автоматика и роботе-технике" (г. Минск , октябрь 1991 г.),
Отчётной-шучнеп коноеренции по итогам научно-исследовательских работ "Физика полупроводников и кристаллов" (г. Ташкент, декабрь 1992 г.),
Первой национальной коноеренции "Дееекты в полупроводниках" (г. Санкт-Петербург ; апрель 1992 г.),
Второй Республиканской научной коноеренции молодых ученых ИЯФ (г. Таихент , оевраль 1993 г.),
Республиканской научной коноеренции "Актуальные проблеми полупроводниковых структурных элементов" <г. Фергана, декабрь 1993 г.),
ежегодном объединенном научном семинаре оизического Факультета ТасГУ в 1991 - 1993 годах,
- международное научно-технической коноеренции "Физические ас-
'пекты надежности, методы и средства диагностирования инте
гральных схем (19-20 мая 1993 г., г. Воронен),
Международной "Первой Российской конференции по оизике полупроводников" (г. Нижний Новгород, 10-14 сентября 1993 г.),
Международной научной коноеренции "Многослойные, варизонные и периодические полупрозодникозые структуры и приборы на их ос-нове'Чг. Нукус, 28-30 .сентября 1993 г.).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 13 научных трудов, в том числе запишем один патент, 5 статей и 7 тезисов докладез.
Структуры и обшм работ: Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и заключения. Основное содержание изложено
на 136 страницах машинописного текста, включая 32 рисунка, 2 таблицы, 93 наименований библиографии.
Похожие диссертации на Тензоэлектрический эффект в кремнии, компенсированном никелем и гадолинием, и структур на его основе
