Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе
Исследована частотная зависимость активного сопротивления нитевидных кристаллов кремния, легированных бором в разной концентрации, соответствующей диэлектрической стороне перехода «металл — диэлектрик», в температурном интервале 4,2—100 К. На основе анализа полученных характеристик установлены и изу...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115694 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе / А.А. Дружинин, И.П. Островский, Ю.Н. Ховерко, Р.Н. Корецкий // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2016. — № 4-5. — С. 47-52. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-115694 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Дружинин, А.А. Островский, И.П. Ховерко, Ю.Н. Корецкий, Р.Н. 2017-04-09T17:48:43Z 2017-04-09T17:48:43Z 2016 Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе / А.А. Дружинин, И.П. Островский, Ю.Н. Ховерко, Р.Н. Корецкий // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2016. — № 4-5. — С. 47-52. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2016.4-5.47 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115694 621.315.592 Исследована частотная зависимость активного сопротивления нитевидных кристаллов кремния, легированных бором в разной концентрации, соответствующей диэлектрической стороне перехода «металл — диэлектрик», в температурном интервале 4,2—100 К. На основе анализа полученных характеристик установлены и изучены особенности механизма переноса носителей заряда в нитевидных кристаллах Si в области низких частот. Разработан тензорезистор, работоспособный при криогенных температурах и обеспечивающий точность измерения температуры до 0,1 К. Дослідження особливостей низькотемпературної провідності напівпровідникових ниткоподібних кристалів (НК) кремнію відіграють значну роль при розробці електронних приладів, зокрема сенсорів температури. Результати досліджень активної складової імпедансу Z' НК кремнію, отримані при кріогенних температурах, вказують на її збільшення при зниженні температури і частотну залежність в діапазоні від 0 до 250 кГц. При цьому встановлено, що в температурному діапазоні 4,2—20 К при частоті ωкр, яка може дорівнювати від 8 до 20 кГц в залежності від питомого опору та температури, в зразках реалізується стрибкова провідність за участю фононів, що призводить до суттєвого зниження величини Z' при підвищенні частоти до 250 кГц. Наприклад, при температурі 4,2 К для зразка з питомим опором ρ300К = 0,0168 Ом⋅см частота ωкр дорівнює 8 кГц, і в діапазоні до 250 кГц активна складова імпедансу знижується майже вдвічі. Така загальна поведінка частотної характеристики зразка зберігається аж до 20 К, при 25 К величина Z' практично не залежить від частоти, а при більш високих температурах при підвищенні частоти вона несуттєво зростає. Зменшення питомого опору зразків призводить до звуження температурного інтервалу, в якому реалізується стрибкова провідність, і при ρ300К = 0,0143 Ом⋅см вона спостерігається тільки в області гелієвої температури. Зсув частоти початку стрибкової провідності ωкр від 8 до 20 кГц, в залежності як від температури, так і від величини питомого опору досліджуваних кристалів кремнію, пов’язаний зі зміною концентрації вільних носіїв заряду в зразках, оскільки саме вона обумовлює вплив кулонівської щілини на ωкр. Експериментальні дослідження низькотемпературної провідності ниткоподібних кристалів кремнію дозволили запропонувати працездатний в інтервалі 4,2—100 К сенсор температури. Сенсор працює на змінному струмі, оскільки це дозволяє уникнути саморозігріву чутливого елемента, а також виникнення «паразитних» термо-ерс, що теж впливає на точність вимірювання температури. Studies of low-temperature features of semiconductor silicon whisker conductivity play a significant role in the development of electronic devices, such as temperature sensors. The results of studies of the active component of impedance Z' for silicon whiskers obtained at cryogenic temperatures, indicating the increase of its value under temperature decreasing, and showing the frequency dependence in the range from 0 to 250 kHz. It was found that in temperature range 4.2–20 K at a frequency ωкр which can amount from 8 to 20 kHz, depending on resistivity and temperature, the hopping conduction with the participation of phonons is observed in whisker samples, resulting in a significant reduction of Z' value at frequencies up to 250 kHz. For example, at a temperature of 4.2 K for the sample with resistivity ρ300K=0.0168 Ohm • cm the frequency ωкр is equal to 8 kHz, and in frequency range up to 250 kHz the active component of impedance is reduced approximately by half. Such behavior of the frequency response for these samples is kept up to 20 K, whereas at 25 K the value of Z' is almost independent of frequency, and at higher temperatures with the increasing of frequency, it slightly increases. Reducing the resistivity of the samples leads to a narrowing of the temperature range, where the hopping conduction is observed, and at ρ300K= 0.0143 Ohm • cmit is observed only at a helium temperature. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Сенсоэлектроника Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе Дослідження частотної залежності провідності ниткоподібних кристалів кремнію при кріогенних температурах для створення сенсорів температури на їх основі A study of the frequency dependence of conductivity of silicon whiskers at cryogenic temperatures as basis for the temperature sensors Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе |
| spellingShingle |
Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе Дружинин, А.А. Островский, И.П. Ховерко, Ю.Н. Корецкий, Р.Н. Сенсоэлектроника |
| title_short |
Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе |
| title_full |
Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе |
| title_fullStr |
Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе |
| title_full_unstemmed |
Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе |
| title_sort |
исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе |
| author |
Дружинин, А.А. Островский, И.П. Ховерко, Ю.Н. Корецкий, Р.Н. |
| author_facet |
Дружинин, А.А. Островский, И.П. Ховерко, Ю.Н. Корецкий, Р.Н. |
| topic |
Сенсоэлектроника |
| topic_facet |
Сенсоэлектроника |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дослідження частотної залежності провідності ниткоподібних кристалів кремнію при кріогенних температурах для створення сенсорів температури на їх основі A study of the frequency dependence of conductivity of silicon whiskers at cryogenic temperatures as basis for the temperature sensors |
| description |
Исследована частотная зависимость активного сопротивления нитевидных кристаллов кремния, легированных бором в разной концентрации, соответствующей диэлектрической стороне перехода «металл — диэлектрик», в температурном интервале 4,2—100 К. На основе анализа полученных характеристик установлены и изучены особенности механизма переноса носителей заряда в нитевидных кристаллах Si в области низких частот. Разработан тензорезистор, работоспособный при криогенных температурах и обеспечивающий точность измерения температуры до 0,1 К.
Дослідження особливостей низькотемпературної провідності напівпровідникових ниткоподібних кристалів (НК) кремнію відіграють значну роль при розробці електронних приладів, зокрема сенсорів температури. Результати досліджень активної складової імпедансу Z' НК кремнію, отримані при кріогенних температурах, вказують на її збільшення при зниженні температури і частотну залежність в діапазоні від 0 до 250 кГц. При цьому встановлено, що в температурному діапазоні 4,2—20 К при частоті ωкр, яка може дорівнювати від 8 до 20 кГц в залежності від питомого опору та температури, в зразках реалізується стрибкова провідність за участю фононів, що призводить до суттєвого зниження величини Z' при підвищенні частоти до 250 кГц. Наприклад, при температурі 4,2 К для зразка з питомим опором ρ300К = 0,0168 Ом⋅см частота ωкр дорівнює 8 кГц, і в діапазоні до 250 кГц активна складова імпедансу знижується майже вдвічі. Така загальна поведінка частотної характеристики зразка зберігається аж до 20 К, при 25 К величина Z' практично не залежить від частоти, а при більш високих температурах при підвищенні частоти вона несуттєво зростає. Зменшення питомого опору зразків призводить до звуження температурного інтервалу, в якому реалізується стрибкова провідність, і при ρ300К = 0,0143 Ом⋅см вона спостерігається тільки в області гелієвої температури. Зсув частоти початку стрибкової провідності ωкр від 8 до 20 кГц, в залежності як від температури, так і від величини питомого опору досліджуваних кристалів кремнію, пов’язаний зі зміною концентрації вільних носіїв заряду в зразках, оскільки саме вона обумовлює вплив кулонівської щілини на ωкр. Експериментальні дослідження низькотемпературної провідності ниткоподібних кристалів кремнію дозволили запропонувати працездатний в інтервалі 4,2—100 К сенсор температури. Сенсор працює на змінному струмі, оскільки це дозволяє уникнути саморозігріву чутливого елемента, а також виникнення «паразитних» термо-ерс, що теж впливає на точність вимірювання температури.
Studies of low-temperature features of semiconductor silicon whisker conductivity play a significant role in the development of electronic devices, such as temperature sensors. The results of studies of the active component of impedance Z' for silicon whiskers obtained at cryogenic temperatures, indicating the increase of its value under temperature decreasing, and showing the frequency dependence in the range from 0 to 250 kHz. It was found that in temperature range 4.2–20 K at a frequency ωкр which can amount from 8 to 20 kHz, depending on resistivity and temperature, the hopping conduction with the participation of phonons is observed in whisker samples, resulting in a significant reduction of Z' value at frequencies up to 250 kHz. For example, at a temperature of 4.2 K for the sample with resistivity ρ300K=0.0168 Ohm • cm the frequency ωкр is equal to 8 kHz, and in frequency range up to 250 kHz the active component of impedance is reduced approximately by half. Such behavior of the frequency response for these samples is kept up to 20 K, whereas at 25 K the value of Z' is almost independent of frequency, and at higher temperatures with the increasing of frequency, it slightly increases. Reducing the resistivity of the samples leads to a narrowing of the temperature range, where the hopping conduction is observed, and at ρ300K= 0.0143 Ohm • cmit is observed only at a helium temperature.
|
| issn |
2225-5818 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115694 |
| citation_txt |
Исследование частотной зависимости проводимости нитевидных кристаллов кремния при криогенных температурах для создания сенсоров температуры на их основе / А.А. Дружинин, И.П. Островский, Ю.Н. Ховерко, Р.Н. Корецкий // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2016. — № 4-5. — С. 47-52. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT družininaa issledovaniečastotnoizavisimostiprovodimostinitevidnyhkristallovkremniâprikriogennyhtemperaturahdlâsozdaniâsensorovtemperaturynaihosnove AT ostrovskiiip issledovaniečastotnoizavisimostiprovodimostinitevidnyhkristallovkremniâprikriogennyhtemperaturahdlâsozdaniâsensorovtemperaturynaihosnove AT hoverkoûn issledovaniečastotnoizavisimostiprovodimostinitevidnyhkristallovkremniâprikriogennyhtemperaturahdlâsozdaniâsensorovtemperaturynaihosnove AT koreckiirn issledovaniečastotnoizavisimostiprovodimostinitevidnyhkristallovkremniâprikriogennyhtemperaturahdlâsozdaniâsensorovtemperaturynaihosnove AT družininaa doslídžennâčastotnoízaležnostíprovídnostínitkopodíbnihkristalívkremníûprikríogennihtemperaturahdlâstvorennâsensorívtemperaturinaíhosnoví AT ostrovskiiip doslídžennâčastotnoízaležnostíprovídnostínitkopodíbnihkristalívkremníûprikríogennihtemperaturahdlâstvorennâsensorívtemperaturinaíhosnoví AT hoverkoûn doslídžennâčastotnoízaležnostíprovídnostínitkopodíbnihkristalívkremníûprikríogennihtemperaturahdlâstvorennâsensorívtemperaturinaíhosnoví AT koreckiirn doslídžennâčastotnoízaležnostíprovídnostínitkopodíbnihkristalívkremníûprikríogennihtemperaturahdlâstvorennâsensorívtemperaturinaíhosnoví AT družininaa astudyofthefrequencydependenceofconductivityofsiliconwhiskersatcryogenictemperaturesasbasisforthetemperaturesensors AT ostrovskiiip astudyofthefrequencydependenceofconductivityofsiliconwhiskersatcryogenictemperaturesasbasisforthetemperaturesensors AT hoverkoûn astudyofthefrequencydependenceofconductivityofsiliconwhiskersatcryogenictemperaturesasbasisforthetemperaturesensors AT koreckiirn astudyofthefrequencydependenceofconductivityofsiliconwhiskersatcryogenictemperaturesasbasisforthetemperaturesensors |
| first_indexed |
2025-12-07T15:28:01Z |
| last_indexed |
2025-12-07T15:28:01Z |
| _version_ |
1850863813168988160 |