Введение к работе
Актуальность темы. Полупроводниковые приборы, широко применяемые в различных отраслях народного хозяйства и технике, в зависимости от условий их эксплуатации могут подвергаться различным внешним воздействиям, в частности, внешнему давлению.
Исследование физических процессов, происходящих в полупроводниках при различных реяимах воздействия внешнего давления и изучение физических механизмов их проявлений с цель» создания высокочувствительных датчиков давления, относятся к числу наиболее актуальных проблем современной физики твёрдого тела.
Полупроводники, легированные примесными атомами, создающими глубокие уровни в запрещённой зоне, являются чувствительными к различным внешним воздействиям и могут быть использованы в качестве чувствительных элементов различных датчиков. В этом отношении монокристаллический кремний, легированный марганцем и цинком, является хорош изученным и перспективным материалом,так как в нём наблюдается ряд уникальных и интересных с научной и практической точек зрения явлений.
Большинство исследований деформационных эффектов в компенсированном кремнии, проведённых до настоящего времени, были посвящены изучению тензоэФФекта при анизотропных (ориентированных) давлениях и необратимых барических эффектов при высоких всесторонних давлениях, а обратимые деформационные эффекты при различных режимах воздействия изотропного всестороннего давления практически не изучались. -
В связи с этим исследования влияния внеинего изотропного давления, в особенности, при импульсных режимах его воздействия и анизотропных давлений на электрофизические свойства кремния, компенсированного марганцем и цинком, и структур на его основе являются актуальными как с научной, так и практической точек зрения. Такие исследования могут открыть пути возможного создания высокочувствительных динамических и статических тензопреобразсвателей изотропного давления и разработки новых научных методик исследования барических параметров глубоких уровней.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы являлось комплексное исследование динамической тензопроводимости и
изучение физических механизмов её проявления в компенсированных образцах Si
- разработка и конструирование установки гидростатического
давления с пневмоусилителем, позволяющей исследовать влия
ние внешнего импульсного и статического давления на прово
димость и эффект Холла в полупроводниковых образцах и
вольт-амперную характеристику (БАХ) приборных структур в
широком.интервале температур и давлений;
уссверсенствование универсальной установки одноосного сжатия для исследований электрических, гальваномагнитных и др. свойств и характеристик образцов и приборных структур;
исследование эффекта динамической тензопроводимости и изучение физических механизмов его проявления при импульсном воздействии всестороннего гидростатического сжатия (ВГС) в кремнии, компенсированном марганцем и цинком, в зависимости от степени их компенсации и типа проводимости;
исследование влияния ВГС в различных режимах её воздействия, а также одноосной упругой деформации (ОУД) на вольт-амперную характеристику поверхностно барьерных диодов (ПБД) Sb-p-Si
исследование эффекта тензосопротивления и влияния объёмных неоднородностей на тензозлектрические свойства компенсированных марганцем и цинком образцов кремния при ориентированном и изотропном давлениях;
- определение возможности и указание области практического
использования результатов научных исследований в народном
хозяйстве.
Научная новизна.' 1. Впервые обнаружены и исследованы явления динамической тензопроводимости и связанные с нею релак-
сационно кинетические' процессы в компенсированных образцах кремния Si
-
Установлено, что динамическая тензопроводимость является следствием проявления сочетающихся эффектов давления и теплового, стимулированного импульсом давления. При этом обнаружено, что значения динамической текзочувствителъности в данных образцах в 5+6 раз больше, чем в статических.
-
Исследованы эффекты динамической тензопроводимости и Физические механизмы его проявления в компенсированных образцах Si
и Si в зависимости от степени компенсации, типа проводимости и от параметров импульсного давления. -
Установлено, что динамические, изменения тока в образцах обусловлены в основном изменениями концентрации носителей тока за счёт барического изменения энергии ионизации и термической ионизации.глубокого уровня Мп и Zn. Определены направления смещания при ВГС глубоких уровней Мп и Zn в Si и значения барических коэффициентов изменения их энергий ионизации.
-5. Впервые исследовано влияние импульсного и статического ВГС, а также ОУД на ВАХ ПБД структур Sb-p-Si
6. Показано, что изменение тока в данных ПБД при ВГС и ОУД обусловлено барическим изменением высоты потенциального барьера и проявлением эффекта барической (внутренней) положительной обратной связи. Определены барические коэффициенты изменения высоты потенциального барьера и рассчитаны коэффициенты тензочувствительности ПБД.
7- Исследован эффект тензосопротизления в компенсированных и термообработанных (ТО) образцах Si
8. Эксприментально доказана возможность создания динамических и статических тенэопреобразователей на основе сильно компенсированных образцов Sl
- б -
Практическая ценность. 1. Разработана и создана экспериментальная установка.ВГС, позволяющая проводить исследования влияния в сочетании давления и нагрева на проводимость, зф-сект Холла, кинетику процессов распада примесных атомов в полупроводниковых- примесных . образованиях_ при гидростатическом давлении в статическом и импульсном режимах воздействия с амплитудой Р = 0+1,5 ГПа при температурах в интервале I = 200 +500 К.
2. Экспериментально'показаны возможности создания на основе компенсированных образцов Si
3. Создан Еесовой дозатор с возможным электронным управлением на основе чувствительных элементов к давлению из сильно компенсированного Si
ЗашиЕземые положения: 1- Обнаруженный эффект динамической тензопроводимости в ооразцах Si
-
Предложенный физический механизм проявления динамического тензоэффекта в образцах Si
и Si . -
Особенности механизма изменения тока в поверхностно-барьерных диодах типа Sb-p-Si
-Au при статических ВГС. -
Эффекты влияния импульсного ВГС и ОУД на вольт-амперные характеристики поверхностно-барьерных диодов на основе кремния, легированного марганцем.
-
Результаты исследований тензозффекта в компенсированных и термообработанных образцах Si
, Si
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсухдадись на первой национальной конференции "Дефекты в полупроводниках" (Санкт-Петербург, 1992 г.), на международной научно-технической конференции "Физические аспекты надёжности, методы и средства диагностирования интегральных схем" (Воронеж, 1993 г.), на республиканской научной конференции "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элементов" (Фергана, 133Z г.), на ежегодной объединённом научном семинаре физического факультета Тас-
ГУ в 1991-1593 гг.-
Публикации- По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе получено одно авторское свидетельство.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов с заключением и списка литературы. Материал изложен на 143 страницах, включающих в себя 105 страниц машинописного текста, 36 рисунка, 2 таблицы и список литературы из 109 наименований.
