Тензоэлектрический эффект в кремнии, компенсированном никелем и гадолинием, и структур на его основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

'ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 621.315.592

МАЫАТКАРИМОВ ОДИЛЮН ОХУНДЕДАЕВИЧ

ТЕН30ЭЛЕКТРИЧЕСКИР1 ЭФФЕКТ В КРЕМНИИ, КОМПЕНСИРОВАННОМ НИКЕЛЕМ И ГАДОЛИНИЕМ, И СТРУКТУР НА ЕГО ОСНОВЕ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Ташкент - 1993 г-

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Ташкентском Государственном Универси'гете.

Научные руководители: - доктор физико-математических

наук, Лауреат Гос. премии им. А.Р.Берунии Республики Узбекистан, профессор ЗАЯНАБИДИНОВ С.З. .- кандидат Физико-математических наук АБДУРАИМОВ А.

Официальные оппоненты: - Абдурахтнов К.П. - доктор физико математических наук, профессор, - Мирзамахмудов Т.М. - доктор физико-математических наук, профессор

Ведущая организация: Ташкентский Государственный Технический Университет им. Абу Райхана Беруний.

Защита состоится " // " 1993 г. в Л_часов

на заседании специализированного Совета № ДК 067.02.24 физического факультета Ташкентского государственного Университета по адресу: 700095, ГСП, Вузгородок, ТашГУ, физический факультет. >

С диссертацией моагно ознакомиться в научной библиотеке ТашГУ.

Автореферат разослан ", 4 " кеЛф 1993 г.

Учёный секретарь Специализированного Совета, доктор физико-матемчтических наук, .¿Л К'тулезский С.А.

Актуальность темы.

Бурное развитие современной электронной техники происходит благодаря широкому внедрению автоматических систем управления, ключевой основой которых являются датчики и преобразователи внешних воздействий: температуря, 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 тензо-дзтчики, тензорезисторы, тензопреобразователи и др., так и научной - для выявления таких важных характеристик полупроводников как механизмы дефектообразования, структура энергетических зон, значения эффективных масс й 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,тока 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 к .та с с 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 эзвокта в 51 , 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 решзние следующих задач:

1. Разработать и сконструировать универсальную установку всестороннего гидростатического сжатия (ВГС) с плавной регулируемой скоростью сжатия и разжатия исследуемых образцов, позволяющая исследовать их электрические, гальваномагнитные, тензо и термомагнитные свойства,, э^аекты 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.

2. Исследовать эйФекты барического распада примесных атомов N1 и .Са в кремнии при всестороннем гидростатическом сжатии.

3. Исследовать тензоэлектрические свойства образцов 31 <Ы1> и 51<Сс1> в зависимости от степени их компенсации при ВГС при различных температурах.

4. Исследовать влияние ВГС и ОУД на вольт-амперные характеристики барьеров Шоттки (БШ) типа Аи-ЭКЮ^-БЬ н Аи-БКС^-БЪ при различных температурах .

5. Усовершенствовать установку одноосного сжатия для исследований электрических и гальваномагнитных свойств в образцах

БКМЪ, 31<Сс1> и структур на их основе в зависимости от их степени компенсации и типа проводимости.

6. Определение возможностей практического использования результатов этих исследований. В частности:

- создание тензопреобразователея- всестороннего давления лабораторного образца:

- разработка и внедрение в производство электронных весов для измерения массы сыпучих веществ с использованием тензодатчи-ков на основе образцов компенсированного кремния .

• Научная новизна -

1. В результате экспериментальных исследований влияния ВГС и ОУД установлено, что тензопроводимость компенсированных образцов 51<К1>,51<Сб>,51<К1,Сс1> зависит от степени компенсации.

2. Показано, что наблюдаемые характерные особенности в изменениях тензосопротивлений образцов связаны с изменениями степени ионизации примесных уровней N1 и СсЗ и потенциалов взаимодействия носителей тока с рассеивавшими полями дефектов в кремнии.

. 3. Определены направления смещения глубоких компенсирующих уровней N1 и СА в при ВГД и ОУД и значения барических коэффициентов изменения их энергии ионизации.

4. На основе анализа результатов и существующих моделей тензоэффактов получены аналогичные, выражения барических зависимостей проводимости концентрации и подвижности носите пей тока.

5. Исследованы влияния ВГД и ОУД на ВАХ диодов с барьерами ЕЬттки типа Аи-51<Н1>-ЗЬ и Аи-31<Сс1>-5Ь при температурах I = 273 + 293 К. Определены барические коэффициенты изменения высоты потенциального барьера и значения коэффициента тензочувст-вительности диодов при различных температурах.

6. 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 пневмоусилитепем, позволяющая исследовать Эффекты тензосопротивления, комбинированных эффектов тензо-Хол-ла, тензо-термо-Холла и кинетику процессов распада в полупровод-

• - 6 -

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.

2. Усовершенствована установка одноосного давления, позволяющая исследовать тензосвояство, фото-Холл, оото-термо-Холл -эффекты в полупроводниковых материалах в интервале стабилизированных температур 100 + 400 К.

3. Экспериментально показаны возможности создания статических и динамических тензолреобразователея, отличавшихся боль-ним'коэффициентом тензочувствительности с расширенным диапазоном измеряемых давления и рабочих температур.

4. Создан электронный весовой дозатор с применением тензо-датчиков, созданных на основе образцов Si<rll> и Sl<Gd> и структур с БИ типа Au-Si<Ní>-Sb и Au-Sl<Gd>-Sb .

5.. Создан преобразователь механических давления на элек-Тричэскил 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.

2. Установленные характерные особенности тензосопротивле-ния при ВГС образцов Sl<Ni>, Sl<Gd>, Si<Gd,Nl> в зависимости от их степ&ки компенсации. Показано, что эти особенности связаны Со скеаэниями глубоки« уровней N1, Gd и с деформационной перестройкой рассеивавших центров примесных и дефектных образований в кремнии.

3. ОсоСанности тензосопрстивления и физических механизмов его проявления при ОУД в компенсированных образцах Si <Ni> и SI <Cd> s заеисииости от их типа прсзодимостап и степени компенсации.

4. ПредпохвШ!Ыв физические токопроховдения в диодах с Сарьарш Взтткм на сггтова коыпексироэпнньгх Sl<Nl>,SÍ<Gd>

и 51<Сс!,Н1> при всестороннем гидростатическом и одноосном упругом давлениях.

5. Экспериментальное потверждение возможности создания на основе силь'гжомпенсированных образцов Б1<?Ш и Б1<Сс5> чувствительных тензспреобразовтелея и датчиков механических величин.

Апробация работы.

Основные результаты работ докладывались и обсуждались на:

- Межзональной коноеренции молодых ученых республики Узбекистан "Роль молодых ученых и специалистов в реизнии региональных проблем" ( г. Фергана , мая 1990 г.),

- Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективные материалы твердотельной электроники - преоброзователи в автоматика и рсбото-технике" (г. Минск , октябрь 1991 г.),

- Отчётной-шучнсп коноеренции по итогам научно-исследовательских работ "Физика полупроводников и кристаллов" (г. Ташкент, декабрь 1992 г.),

- Первой национальной коноеренции "Дефекты в полупрозодниках" (г. Санкт-Петербург ; апрель 1992 г.),

- Второй Республиканской научной конференции молодых ученых ИЯФ (г. Ташкент , февраль 1993 г.),

- Республиканской научной конференции "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элементов" <г. Фергана, декабрь 1993 г.),

- ежегодном объединенном научном семинаре физического Факультета ТасГУ в 1991 - 1993 годах,

- международной научно-технической конференции "Физические ас-'пекты надежности, методы и средства диагностирования интегральных схем <19-20 кая 1993 г., г. Воронен),

- Международной "Первой Российской конференции по физике полупроводников" (г. Нижний Новгород, 10-14 сентября 1993 г.),

- Международной научной конференции "Многослойные, варизонныв и периодические полупроводниковые 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 ? тезисов докладсз.

Структуры и общи 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.

Содержание работы:

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, изложены цели и задачи, научная новизна и практическая значимость работы и представлены основные положения, которые выносятся на защиту.

Первая глава пссвякена литературному обзору исследования тензоэлектрическсго эввекта в полупроводниках. Описызаются основные понятия теории упругости, тензоэаоекта в полупроводниках И результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния всестороннего и одноосного давления на их электрические свойства.

Показано, что для проведения этих исследований применен широкий круг мзтодоз: это исследования под внешним давлением в Полупроводниках эффектов Холла, термо-магнитных, фотоэлектрических, оптических явлений, циклотронного и электронного парамагнитного резонанса и др. Полученные результаты исследований тензосвояств полупроводников,связанные с межминимумным перераспределением носителей в многодолинных полупроводниках и с вырожденной валентной зоной, хорошэ описызаются в рамках физически;; представлений, развитых Смиттсм и Херрингом <1554 ~ 1955 г.) и механизмов тензосопротивлэния, предложенных проф. П-И-Баранским. Также приведены результаты исследований влияния давления на токолрохождения в полупроводниковых диодных структурах. Физические механизмы проявления тензоэойекта в данных структурах, в основном, объясняются барическими изменениями высоты потенциальных барьеров. Из анализа литературы следует, что исследованию тензоэфОекта в .полупроводниках с мелкими примесными уровнями, в частности кремнии и германии, посвяшэко достаточно много теоретических и экспериментальных работ, однако исследования тензосвойств компенсированных и сильнекомпенсированных полупроводников с примесями, создающими глубокие уровни в запрещённой зоне и структур на их основе пока ещё далеки от свое-1 го завершения.

В настоящее время в литературе практически отсутствует данные по исследованию тензосопротивления кремния, компенсиро-рованного никелем и гадолинием при ОУД и, особенно, при ВГД в

зависимости от степени их компенсации, типа проводимости и кристаллографического направления, данные по исследовании влияния деоормации на барическую стабильность параметров полупроводников, на состояние глубокоуровневых примесных атомов в кремнии и многослойных структур на его основе.

На основе анализа приведённого обзора литературы определено, что актуальной задачей современной полупроводниковой науки является исследование создания принципиально новых приборов и изделий электронной техники на основе этих материалов и структур для народного хозяйства развивающейся независимой республики Узбекистан. Для этой цели наиболее подходящим полупроводниковым материалом по.своим физико-химическим параметрам, удовлетворяющим технологические и экологические требования, является монокристаллический кремний. ,

Все это свидетельствует о необходимости проведения комплексных исследования влияния внешних давлений на электрофизические свойства компенсированного кремния в широком интервале температур и давлений при всестороннем и одноосном сжатиях.

Вторая глава диссертации посвяшена методике получения и изготовления образцов компенсированного кремния и диодных структур с барьером Шоттки на их основе для исследовгний их тензо-электрических свойств при .всестороннем гидростатическом давлении (ВГД) и одноосной упругой деформации (ОУД). Компенсированные образцы п-31Ш> и п-51<са> были получены на основе исходного материала - монокристаллического кремния с электронной проводимостью марки КЭФ с удельным сопротивлением р = 15+200 Ом •см, выращенных методом Чохральского.

Для исследований при ВГС образцы вырезались размерами 6 х 3 х 3 мм*, для исследований при ОУД были изготовлены образцы в виде прямого параллелепипеда размерами 8 х 2 х 2 мм8, а для'диодов Шоттки - размерами 4x4x1 ш* с направлениями кристаллографических осей 11001, ,.и 4101.

Легирование монокристаллов кремния никелем проводилось из слоя диффузанта, нанесённого на поверхность кремния путём вакуумного напыления на установке ВУП-4, в горизонтальной печи типа СУОЛ-4 в температурном интервале I = 900+1250 °С в течении двух часов.■>Температура в печи измерялась и контролировалась плати-ка-платанородиевой термопарой и поддерживалась постоянной с

точность до +3 °С. В качестве диффузанта использовались навески N1 с чистотой 99,999 X. Диоды Шоттки были изготовлены путём напыления в вакууме золота на большую поверхность монокристаллического кремния с размерами 4 * 4 х 1 мм* и с кристаллографической ориентацией 4111 вдоль малого ребра. В качестве омического контакта на обратную сторону кремниевых пластин напылялась сурьма.

Описана разработанная и сконструированная нами универсальная установка гидростатического сжатия (ВГС) с плавной регулируемой скоростью сжатая и расжатия исследуемых образцов, позволяющая исследовать их электрические, гальваномагнитные, тензо-термо-югнитные свойства и эффекты барического распада состояний примесных атомов и т.д в широком интервале электрических и магнитных полей, температур в статическом и динамическом режимах воздействия давления в диапазоне Р = 10* + 15-10* Па.

Описана усовершенствованная установка одноосного сжатия для исследования электрических и гальваномагнитных свойств полупроводниковых материалов и структур на их основе. Также приведены основные методы исследования тензоэлектрических параметров исследуемых образцов и обработки результатов.

Третья глаза посвящена исследованиям барической стабильности образцов 51<К1> и Б1<С(1> при ВГД. Результаты исследований показали, что в диапазоне давлений Р < 6-10'Па примесные атомы N1 и 0(1 в V и тем самым электрические параметры образцов являются обратимыми, а при Р > б 10" Па наблюдаются остаточные эффекты тензосопротивления.

Измерения удельных сопротивлений при ВГД в исходных и контрольных образцахп-31<Р>и компенсированных Б1<Н1> , Б1<Ск1> и 51<Сй,Н1> показали, что во всех образцах независимо от типа проводимости тензосопротивления уменьшаются, но относительное йзшнаниа р в компенсированных образцах в 5 10 раз больше, чем е исходных и контрольных. Установлено, что тензосопротив-денкев кошенсированных образцах усиливается с ростом их ста-лэни коыпе^адм/^^^^^^^^;^^^^^^ ^ . ' •

Кзкерония тензо-Холл эффекта в этих образцах при ВГД показали, что тензосопротивления в ч-Б1<Ш> м n~SUGd.Nl> в основном обусдоЕланы ростои концентрация электронов и незначительным ростом да ¡ртжюствй, а в- р-&1<Щ> и pr.SKiGa.Rl> тензосопро

тавление связано со "встречными" изменениями, т.е. с ростом концентрации и убылью подвижности дырок. В исходных и контрольных образцах наблюдается незначительный рост подвижности электронов.

Предложена физический механизм, на основе которого изменения концентраций и подвижностей носителей тока в данных образцах при ВГД объясняются уменьшением энергии ионизации атомов N1 и И в и, соответственно, изменениями деформационных потенциалов их взаимодействия с рассеивающими полями примесных атомов и дефектов в объёме кремния. С помощью предложенного механизма и полученных экспериментальных результатов проведены расчёты барических коэффициентов а^ и аоа изменения энергии ионизации уровней N1 и Сй в 51, значения которых оказались равными -0,7-•Ю-"- и 0,8-10"" эВ/Па, соответственно.

Анализ коэффицентов тензочувствительности исходных и контрольных п-Б1<Р> и компенсированных образцах Б1<Н1> , БКСс!» и 51<Сй,М> показали, что введение в компенсирующих атомов N1 и са, создающих глубокие уровни, приводит к возрастанию её тензочувствительности на 1+2 порядка.

Далее в данной главе приводятся результаты исследований влияния ВГД на ВАХ диодов с БШ типа Аи-ЗКНЬ-ЭЬ с сильно компенсированной базой. Измерения показали, что с ростом давления до Р = 4-10е Па величины прямых токов <1пр = ¿(ив) возрастают в 2+25 раз. В зависимостях «1ПР = /<ио) наблюдаются характерные особенности, связанные с сильно компенсированной базой данных диодов с БИ, проявляющиеся в том, что при напряжениях прямого смещения Чв < 8 В зависимость Лпр = ¿(и,) имеет нелинейный характер, и с ростом ио эта нелинейность усиливается, а затем заменяется линейным участком. Наблюдаемые особенности зависимое-' тей <1пр = ¿(17о) при ВГД достаточно удовлетворительно объясняются предлагаемым физическим механизмом эффекта барической положительной обратной связи в области БШ, вследствие которого незначительные изменения сопротивления и концентрации (- на 10 %) электронов в базе диодов при ВГД приводят к увеличению доли приложенного напряжения непосредственно на БШ и соответственно к росту значений <1пр в 2+3 раза.

Исследованы температурные зависимости <Гпр = /(11о) диодов с БШ при ВГД, согласно результатам которых и предложенного меха-

низма определены высота их потенциального барьера фб = 0,17 В, барический коэффициент изменения высоты потенциального барьера Т = 5,09-10'" эВ/Па и коэффициент тензочувстеительности Б = 300 при комнатной температуре. Установлено, что при ВГД высота потенциального барьера возрастает и с понижением температуры значение коэффициента тензочувствительности также увеличивается, например при 273 К её значение увеличивается в 2+3 раза.

В четвёртой главе приведены результаты исследований тензо-сопротивления в компенсированных образцах п- и р-51<Ш.> в условиях сжатия X 11 «Г 11 ГШ! и п-5КСс1> в условиях X II ^ II [1101 при ОУД, а также приведены результаты исследования вольт-амперных характеристик (ВАХ) диодов Иотгки типа Аи-Б1<Сс1>-5Ь при ОУД.

Исследования тензосопротивления в компенсированных образцах п- и р-БКШ? при ОУД с условием X 11 «Т 11 С1Ш показали, что во всех образцах независимо от их типа проводимости тензо-сопроти'вление уменьшается. При этом с ростом степени компенсации образцов п-31<Н1> тензосвойства усиливаются, а в р-£1<Н1> -наоборот ослабляются.

Исследования Физических механизмов тензосопротивления в данных образцах с помощью тензо-Холл эффекта показали, что изменения удельного сопротивления образцов п-31<Ы1> при ОУД, в основном обусловлены ростом концентрации электронов, при этом их подвижности незначительно уменьшаются.

В образцах р-Б1<М1> тензосопротивления при ОУД обусловлено в основном ростом подвигаости дырок при этом их концентрация изменяется незначительно. Зависимость р(Х) имеет немонотонный характер с некоторым максимумом, т.е. с ростом величины сжатия концентрация дырок сначала возрастает, а с некоторого значения X она начинает убывать. С ростом степени компенсации образцов 31<Ш.> точки максимума .смещаются в область меньших сжатий.

Анализ экспериментальных результатов показал,что изменение концентрации носителей тока в образцах при ОУД связано с уменьшением энергетической щели между глубоким уровнем N1 и разре--шённой зоной Б!. Уменьшение значения подвижности электронов в п-31<т> при ОУД связаны, с возникновением сдвиговых деформаций в кристаллах и деформациокчы'- .пилением эффектов рассеяния электронов на примесных преципитатах N1 и других неконтролируе-

кых дефектных образованиях. Изменение подвижности дырок в р-Б1 <И1> при ОУД. в основном связаны с деформационным расщеплением зон лёгких и тяжёлых дырок в валентной зоне.

Измэрения тензо-Холл эффекта в образцах п-БКСФ при ОУД с условием X ну II (110 3 показали, что изменение тензосолротивле-ния в образцах связано со "встречными" изменениями, т.е. возрастанием концентрации и убылью подвижности электронов.

. Физические механизмы наследуемого тензосопротивления в П-Б1<Сс1> при ОУД также связаны со смешениями глубокого уровня Сй в Б1 и с нарушэнием эквивалентности долин зоны проводимости. На основании предложенных Физических механизмов тензосопротивления И экспериментальных результатов при ОУД для образцов 51<М1> и 51<С(3> проведены расчёты барических коэсфициентов о^ и <Хал смещения глубоких уровней N1 и СсЗ, которые соответственно составили 1Д2-10'" и 1,81 •10*" эВ/Па.

Измерения <1пр и <1овр при ипост в прямой и обратноп ветвях ВАХ в диодах с БШ типа Аи-51<СсЗ>-5Ь при ОУД в условии О" 11 X 11 11111 показали, что значения ¿„^¿сер с ростом сжатия возрастает, причём изменения значения прямых токов <1пр при ОУД значительно превосходят соответствующие значения «^р.

Анализ экспериментальных результатов и проведённые расчёты показали, что изменения Лпр и Л^р в данных диодах БШ при ОУД связаны в основном с уменыээнием высоты их потенциального барьера <ре и уменыззнием тензосопротивления их базы. Вычисления показали, что барический коэффициент ае изменения высоты потенциального барьера оказался равным - 10_1° эВ/Па.

Пятая глава диссертации посвяшена практическим аспектам применения тензоэффекта компенсированного кремния в народном хозяйстве.

Для решения поставленной задачи создана универсальная ус;-тановка всестороннего гидростатического давления с пневмоусили-телем, позволявшая исследовать эффекты тензосопротивления, Холла, комбинированных эффектов тензо-Холла, тензо-термо-Холла и кинетику процессов распада в полупроводниковых материалах в сочетании всестороннего гидростатического давления в статическом и динамическом режимам её воздействия и нагрева в интервалах Р = 0 + 1,5- 10е Па и Т = 300 500 К , соответственно.

, Описана разработаная деформационная методика исследования

■ - 14 -

параметров глубоких уровней в компенсировнных полупроводниках при импульсных изменениях действующего всестороннего гидростатического давления. В основе данной методики измерения лежит комбинированный тензо-термо-эффект, приводящий к дополнительному и более существенному изменению тензопроводимости в полупроводниках в результате термоэффекта, стимулированного импульсным давлением из-за изменения степени заполнения глубоких уровней. В связи с этим данная методика позволяет определить энергию ионизации, концентрацию и другие параметры глубоких уровней и их барические коэффициенты изменений, без дополнительного привлечения для этой цели традиционных методов измерений.

Впервые на основе тензо-термо-эФФекта, стимулированного импульсным давлением на основе сильнокомпенсированных образцов Б1<Н1> и Б1<Сй> создан динамический тензопреобразователь импульсных давлений типа удар, взрыв и др. Динамический коэффициент тензочувст вительности Б тензочувствительного элемента Б1<Ы1>, Э1<Са> ра вен <>00 + 500 в интервале импульсных давлений ? = 10е + 10° Па, а в предлагаемой конструкции тензопреобразоватепя равна (4 + 5М0* в интервале импульсных давлений Р = 10® + 10е Па. Создан "Весовой дозатор" с электронным управлением для дозированного взвешивания массы сыпучих материалов в процессе непрерывной технологической линии их производства. Показано, что использование вертикально-ориентированной равноплечей крестовины, на плечах которой установлены четыре рабочих загрузочных бункера, исключает возможность использования приводных механизмов элекродвигателея, упрощает конструкцию и эксплуатацию дозатора, так как вращения крестовины С бункерами осуществляется за счёт потенциальной энергии самой же массы дозируемого материала. Дозировка материалрв и управление работой весового дозатора осущесвляется автоматически с помощью опорного механизма, состоящей из двух гидравлических насосов и электромагнитных клапанов. Тензочувствительными к Гидростатическому давлению являются сильно компенсированные образцы. Время восстановления рабочего режима весового дозатора 2 : 3 сек..погрешность измерения - 0»5 + 0,6 %, а производительность 30 кг/сек. и ёмкостная мощность 600 кг/обор.

Заключение: -

1. Освоена технология получения компенсированного кремния

и изготовления диодных структур на их основе. Разработана и'освоена методика экспериментальных исдедований тензо-электриче-ских параметров этих материалов при воздействиях ВГД и ОУД.

2. Разработана и создана экспериментальная установка ВГД с широкими Функциональными возможностями» позволяющая исследовать в полупроводниковых материалах и структурах комбинированные эффекты, т.е. тензо-Холл, тензо-термо, тензо-термо-Холл эффекты и кинетику примесных образований в объёме кристалла при статических и импульсных режимах внешнего давления.

3. Исследования тензо-Холл эффекта показали, что в компенсированных образцах БКШ.)» и Э1<Сс1> тензосопротивление при ВГД и. ОУД уменьшается независимо от типа их проводимости- При этом во всех образцах с ростом степени компенсации при ВГД тензо эффекта усиливаются, а при воздействий ОУД тензоэффекты в компенсированных образцах с п-типом проводимости усиливаются, а в образцах с р-типом проводимости, наоборот, ослабляются. Усыновлено, что тензосопротивление в образцах ЭКГШ и Б1<са> при ВГД в основном обусловлено изменением концентрации носителей тока." Также установлено, что при воздействии ОУД"тензосопротивление в образцах п-31<К1> и п-31<Сс!>, в основном» обусловлено измене; мями концентрации электронов, а в р-31<И1> - изменениями подвижности дырок. '

4. Предложен физический механизм, удовлетворяющий экспериментальным результатам барических изменений удельного сопротивления, концентрации и подвижности носителей тока, которая учитывает соответственно изменения ширины запрещённой зоны, энергии ионизации глубоких уровней и потенциалов рассеяния носителей тока. Согласно'данного механизма и полученным результатам определены барические коэффициенты смещения глубоких уровней N1 и С(1 в Б1.

5. Показано, что величина прямого тока ВАХ диодов с БШ типа Аи-51<М1>-ЗЬ при ВГД в диапазоне Р = 0+4-10е Па возрастает в 2+2,5 рам, в БШ типа Аи-Б1<С(3>-5Ь при оУД возрастает в 1,5+2 раза. Доказано', что наблюдаемые характерные особенности в зависимостях <1пр(,Р) хорошо описываются предложенным физическим механизмом, основанным на проявлении барической положительной обратной связи в области БШ и изменении высоты потенциального барьера.

- 16 -

6. На основе экспериментальных результатов и предложенног физического механизма определены высота потенциального барьера и барический коэффициент её изменения/Установлено, чтс коэффициент тензочувствительности исследуемых БШ при ВГД возрастает с понижением температуры.

7. Разработана деформационная методика исследования параметров глубоких уровней в компенсированных полупроводниках при импульсных воздействиях ВГД, основанная на измерениях тензо-термо-эффекта, которая позволяет определить энергию ионизации примесного уровня, концентрацию и подвижность носителей тока и барические коэффициенты смещения энергетических уровней в компенсированных полупроводниках. Впервые на основе тензо-терыо эффекта, стимулированного импульсным давлением в сильно компенсированных образцах Б1<Ы1> и 51<Сс1> , создан динамический тен-зопреобразователь импульсных давлений типа удар, взрыв и др. Динамический коэффициент тензочувствительности 5а 31<1Л> и <СФ равен 400+500 в интервале импульсных давлений Р = 10*+10в Па, а в предлагаемой конструкции тензопреобразователя - равен (4+5)-10е в интервале имульсных давлений Р = 10в+10а Па.

8. Создан "Весовой дозатор" с электронным управлением, чувствительным элементом которого является сильно компенсированный 51<К1> , предназначенный для взвешивания сыпучих материалов в процессе непрерывной технологичгской линии производства. Время восстановления рабочего режима весового дозатора составляет 2+3 с. погрешность измерений - С,5+0,6 %, производительность -30 кГ/с и Ёмкостная мощность - 600 кГ/оборот.

Опытные образцы весового дозатора переданы для испытаний и эксплуатации в Зиядинский хлопкоочистительный завод, и имеется акт испытаний.

Основное содержание диссертационной работы отражено в сле-

шша; сп^лиугсванш ра^так-

1. Абдургимов А-, Зайнзбидинов С-3., Тураев А.Р., Мадоткаримов 0.0. , Хю&аткулов 0. . Шаиков Д. Весовой дозатор./ Авторское свидетельство СССР* # 483128/10. 1939 г. '2. Иашткаркмов 0.0., Енусходжаева Н.', Химматкулов 0., Шоумаро-ва И^ Тензохолл эффект в п-БКСсЬ при одноосной упругой д<э-®рхшции.// С<5ор. шуч. тр. ТгшГУ. - г. Ташкент. 1990 г. -

С. 71-77.

3. Зайнабидинов С.З., Абдураимов А., ТураевА.Р., Маматкаримов О.О., Химматкулов 0-, Иоумарова М. Тензохолл эффект в образцах Si<Nl> при ОУД. // Межзональная конференция молодых учёных республики. - г. Фергана, 1990 г. - С. 60-61.

4. Абдураимов А., ЗаПнабидинов С.З., Мамзткаримов 0.0., Химмат-кулов 0.0., Худайбергенов Т.Э. Установка гидростатического

. давления с пневмо усилителем для исследования тензосвойств полупроводниковых материалов. // ПТЭ, № 5, 1992. - С. 229231.

5. Лбдураимов А., Зайнабидинов С.З., Маматкаримэв 0.0., Туре у-нов И-Г., Химматкулов 0. Тензозффект в Si<!il> при всестороннем гидростатическом давлении.// УФК, з. 4, 1992.- С. 52-59.

6. Лбдураимов А., Зайнабидинов С.З., Маматкаримов 0-0., Турсу-нов И.Г-, Химматкулов 0. Тензосвойства диодов с барьером Шотхки при ВГС.// "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элементов" Республиканская научная конференция, г. Фергана, 1992 г. - С. 23.

7. Лбдураимов А■, Зайнабидинов С.З., Мамзткаримов 0.0., Хамидов Р., Химматкулов 0. Динамическая тензопроводимость в образцах Si<Ni> и Si<Mn> при импульсных режимах воздействия давления. //"Актуальные проблемы полупроводниковых структурных эхеман--тов". Республиканская научная конференция, г. Фергана, 1992. - С. 24

3. Лбдураимов А.-, Зайнабидинов С.З., Маматкаримоз 0.0., Химмат-кулоз 0. Тензочувствительностъ компенсированного кремния при всестороннем гидростатическом сжатии.// УФ5С, в- 3» 1993 г.-С. 47 - 49.

Э. Абдураимов Л-, Зайнабидинов С.З., Маматкаримов 0.0., Турсу-нов И-Г., Химматкулов 0. Динамическая проводимость компенсированного кремния при всестороннем гидростатическом с:;:атии. // ФТП, - т. 27, в. 3, 1993 г.- С. 516-519.

). Абдураимов А-, Зайнабидинов С.З., Мамзткаримов 0.0., Химматкулов 0. Тензосвойства диодов с барьером Иоттки при ВГС.// ФТП. - Т. 27, в. 7. 1993 г. - С- 1216-1219.

.. Абдураимов А-, Зайнабидинов С-3., Мамзткаримов 0.0., Турсу-нов И-Г., Химматкулов 0. Барическая стабильность компенсированных образцов Si<Ni> и Si<Gd> ./ Международная научно-тех-

- 18 -

ническая конференция "Физические аспекты надёжности и методы и средства диагностирования интегральных схем", г. Воронеж, 19-20 мая 1993 г.- С. 39.

12. Абдураимов А., Зайнабидинов С.З., Маматкаримов 0.0., Турсу-нов И.Г., Хамидов Р.Х. Влияние импульсного давления на тен-зопроводи5,юсть образцов п-51<Сй>./ Первая Российская конфе-• ренция по физике полупроводников.- г. Нижний Новгород, 10-14 сентября 1993 г.- Т. 2. - С. 36313. Абдураимов А., Зайнабидинов С.З., Маматкаримов 0-0-, Хамидов Р.Х. Влияние температуры на тензочувствительность в образцах 51<И1>, ЙКСс!,Н1> при ВГС./ Международная научная конференция "Многослойные варизонкыа и периодические полупроводниковые структуры на их основе".- г. Нукус, 28-30 сентября 1993 г.- С. 41.

Кошюнсацияланган БКТШ, БКСй», 31<Сй,Н1> ва шу намуна-лар асосида ташил топган Ац-БКЛЬ-ЗЪ ва Аи-31<Сй>-БЬ килдаги структуралар тонзохусусиятларини Урганишучун махсус хар тарай-лама гидростатик оа п?налтирилган босим хосил килувчи КУрилма-лар яратилдн ва мавжудлари такомиллапгирилди хамда уларда тад-КНКОТ килиш усуллари ёритилган.

>[ар тарафлама босим тароитида намуналарни Утказувчанлик турига ва компенсация даразсасига богли^ холда тензо^арпилигини Узгарипи кузатилган. Кузатилган тэнзокаркиликнинг взага келиш сабабларини оизикавия механизм лари изохланди, ушбу узгаришлар всосан ток ташузчиларнинг концентрация си ортиш, хамда N1 ва Сй &томларининг чукур энергетик сат^ларининг ионланиш энергияси Узгтариш билан борлиц эканлиги тахрибалар асосида тасдикланди ва бу энергетик сат^ларининг ионланиш энергияларининг узгарип барик коэффициентлари хисобланди.

^ар тараолама'босимда Ли-31<М1>-ЗЬ СБ типидаги асбоблар-нинг ВАХи Урганилди ва тажрибада курилган асосия Узгаришлар Са-рьердаги барик мусбат тескариборланиш эффекта билан изохланди. 51<Н1> ва ЗКСй,Н1> намуналарининг те нзосезу в чан лик коэффициента тад^и^от килинган ва тензосезувчанлик дастлабки намуналар-га Караганда кринди кириш хисобига бир неча мартаба ортипи кУрсатилди.

йуналтирилган босим тароитида ПБ типидаги асбобларни тен-зохусусиятларини тадкикот килинган ва кузатилган Узгаришлар босим таьсирида N1 ва Сй чу КУР сатцлари билан рухсат этилган са-тхлар орасидаги масофани Узгариши ва уларнинг потенциал барьер-ки камаяиии билан бог лик эканлиги кУрсатилди. Натихалар асосида потенциал барьерни ташки босим тасирида Узгариш барик коэффициента ва- тензосезувчанлиги цисобланди.

Тадкикот натигалари асосида сезувчи элемента 51<Н1> наму-наси бУлган "Электрон тарози" ва "динамик босим Узгартиргичи" яратилганлигини ва уларни хозирги вактда саноат корхоналарида синовдан Утаётганлиги каяд ^илинган.

Annotation

Constructed universal apparatus of all-side Hydrostatic pressure with pneuaatlc onplifier, for reserching the strain properties of the coapensated S1<N1>, Sl<Kl,Gd> samples end structures on the basis of Au-Si<Nl>-Sb and Au-Sl<Cd>-Sb and apj dated version apparatus of direction pressure and described ne-thodes reseach on the apparatus.

Observed change the strain resistance in sa-aples Si<Nl>, Sl<Cd> and 51<Gd,Gd> depend on the type conductions and degree, compensation. In the case with lncroas tha degree compensation, lncreas the change strain resistance Independently on the type conductions.

Explained phjaico Dechaniso of display strain resistance and they causes. This changes connected with changes the ionize tion energy of the deep leavel of N1 and Gd.

Oh the basic this results calculated the baric koefficlent of the ionizetlon energy of Ni and Gd.

Resiched Volt-Aiaper characteristic of the apparatus In tlpe Au-S1<N1>-Sb ander all side of pressure. Also resichcd strain senslblenesa of thes apparatus and of compensated SKNi>, Sl<Gd> samples. In thas samples Koefficlent strain senslblenesa Is larger then initial samples, "the change of forward, current in diode under pressure, connected with the baric effect of positive feedback. The resiched strain properties of coapensated S1<N1>, Sl<Gd> samples and of structures Au-SKH1>-Sb .

Under direction pressure on the till) crustallognixic axis and changos on this samples connected with the changes under pressure of distance the between of deep leavel and alloeed leavel and lncreassof forward current In diodes. Also connected with tha lncreas concentration bearer current end the diminution potential barrier of diode calculated the baric coefficient of potential barrier end strain sensibleness. In cork on the basic of reslches results constructed "electronic neUiS" end "(Sinaaic strain refora®r". . '