http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2019.3-4.03

УДК 625.315.592

Деформаційно-стимульовані ефекти в мікроструктурах антимоніду індію за кріогенних температур для сенсорних застосувань

Дружинін А. О., Ховерко Ю. М., Островський І. П., Лях-Кагуй Н. С., Пасинкова О. А.
(англійською мовою)

Ключові слова: ниткоподібні кристали, InSb, коефіцієнт тензочутливості, магнетоопір.

У роботі досліджено деформаційно-стимульоване змінення електрофізичних параметрів ниткоподібних кристалів антимоніду індію за кріогенних температур у сильних магнітних полях (до 10 Тл). Ниткоподібні кристалі InSb вирощувалися методом хімічних газотранспортних реакцій. Температура зони кристалізації становила 720 К, зони випаровування — 850 К. Легування кристалів здійснювалося домішкою олова в процесі росту, а концентрація носіїв заряду, згідно з дослідженнями Холла, становила 6·10¹⁶ — 6·10¹⁷ см^–3. Для досліджень були вибрані ниткоподібні кристали InSb довжиною 2—3 мм з поперечними розмірами близько 30—40 мкм. Електричні контакти до ниткоподібних кристалів InSb були створені за допомогою мікродротів Au діаметром 10 мкм, які утворюють евтектику з мікрокристалом під час імпульсного зварювання.
Електропровідність ниткоподібних кристалів InSb досліджувалася в діапазоні температури від 4,2 до 300 К. Кристали охолоджували в гелієвому кріостаті. Температуру вимірювали за допомогою термопари Cu–CuFe, каліброваної за допомогою сенсора CERNOX. Деформацію зразків (ε = –3·10^–4 відн. од. при 4,2 К) створювали за рахунок різниці в коефіцієнтах термічного розширення ниткоподібних кристалів та матеріалу підкладки, закріплюючи кристали на мідній підкладці та охолоджуючи до низьких температур.
На основі порівняння опору деформованих та недеформованих кристалів були визначені коефіцієнти тензочутливості. Значення коефіцієнта тензочутливості мікрокристалів InSb за температури рідкого гелію становить GF_4.2K ≈ 72 за концентрації носіїв заряду 2·10¹⁷ см^–3 та GF_4.2K ≈ 47 за концентрації 6·10¹⁷ см–^–3. Для зразків InSb з концентрацією 6·10¹⁶ см–^–3 коефіцієнт тензочутливості виявляє нетипові властивості: вище температури рідкого азоту він змінює свій знак з позитивного на негативний. Абсолютне значення коефіцієнта тензочутливості як за гелієвих температур, так і в області кімнатної досягає приблизно 350, що можна пояснити наближенням концентрації носіїв заряду до фазового переходу «метал — діелектрик».
Встановлено, що для застосування в п'єзорезистивних датчиках, працездатних в широкому температурному діапазоні (4,2—300 К), слід використовувати мікрокристали InSb з концентрацією носіїв заряду 6·10¹⁶ см–^–3. Для розробки датчиків магнітного поля з магніторезистивним принципом дії викори­стовується ефект гігантського магнетоопору, який досягає 720% за температури 4,2 К. Такий датчик містить деформовані мікрокристали InSb з концентрацією носіїв заряду, що відповідає металевому боку переходу «метал — діелектрик» і становить 2·10¹⁷ см–^–3. Розроблений мікроелектронний датчик має надвисоку чутливість до магнітного поля (1500 мВ/Тл), а простота конструкції забезпечує одночасно низьку інерційність та високу продуктивність.

Україна, Національний університет «Львівськая політехніка», Польща, м. Вроцлав, Інститут низьких температур та структурних досліджень.

Опис статті для цитування:: Druzhіnin A. O., Khoverko Yu. M., Ostrovskii I. P., Liakh-Kaguy N. S., Pasynkova O. A. Deformation-induced effects in indium antimonide microstructures at cryogenic temperatures for sensor applications. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2019, № 3-4, с. 3—9. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2019.3-4.03.

Cite the article as:: Druzhіnin A. O., Khoverko Yu. M., Ostrovskii I. P., Liakh-Kaguy N. S., Pasynkova O. A. Deformation-induced effects in indium antimonide microstructures at cryogenic temperatures for sensor applications. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2019, no. 3-4, pp. 3–9. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2019.3-4.03.