Кінетичні ефекти у твердих розчинах кремній-германій

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Досліджено тензорезистивний ефект у кристалах твердих розчинів кремній-германій з концентрацією неосновної компоненти Ge від   до  . При цьому встановлено, що введення в кристал кремнію ізовалентної домішки германію приводить до зменшення ефекту п'єзоопору в області насичення; з ростом концентрації ізовалентної домішки змінюються відповідні анізотропні параметри; чутливим параметром щодо наявності ізовалентної домішки є перпендикулярна складова рухливості електронів ( ) ; константа деформаційного потенціалу ( ) для концентрацій   не змінюється.

2. Встановлено, що ізовалентна домішка германію практично не впливає на швидкість генерації A-центрів у кристалах кремнію, проте дослідження впливу сильних одновісних пружних деформацій на положення рівня A-центра в забороненій зоні твердих розчинів кремній-германій показало, що для напрямку [111] його реакція зовсім інша. Вперше виявлена релаксація п'єзоопору, яка зумовлена атомною переорієнтацією A-центрів.

3. Експериментально показано та теоретично обґрунтовано, що рухливість  , яка характеризує розсіяння при наявності ІВД у кристалах  -кремнію, проявляє температурну залежність  .

4. Показано, що у твердих розчинах Si<Ge> атоми ізовалентної домішки германію при концентраціях   утворюють невеликі кластери, кількість атомів у яких змінюється в межах від 20 до 100; залежно від рівня легування ІВД ефективні значення геометричних розмірів таких неоднорідностей знаходяться в межах  .

Практичне значення отриманих результатів.

1. На основі сучасних комп'ютерних технологій здійснено модернізацію установки для досліджень п'єзоопору кристалів при одновісній пружній деформації.

2. Вивчення тензоефектів у кристалах твердих розчинів кремній-германій дозволяє не лише визначати відповідні електрофізичні параметри, але й прогнозувати можливості щодо створення нових тензодатчиків.

3. Запропоновано методику визначення концентрації ізовалентної домішки, яка суттєво впливає на процеси перенесення заряду в твердих розчинах кремній-германій.

4. Показано, що кристали Si<Ge> є перспективним матеріалом для створення приладів із підвищеною радіаційною стійкістю.

Особистий внесок здобувача. Автор безпосередньо виконував усі експериментальні та теоретичні дослідження. Особисто розробляв та впроваджував окремі вузли вимірювальної установки. Одноосібно опублікував три статті та одні тези конференції. Усі висновки та положення, які складають суть дисертації, сформульовані автором особисто. Творчо обговорював з керівником постановку задачі і вибір найбільш ефективного шляху її виконання.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, які представлені в дисертаційній роботі, доповідались та обговорювались на Міжнародній науковій конференції “Фізика в Україні” (Львів, 1995р.) ; на наукових семінарах кафедри фізики Луцького державного технічного університету; на Першому науковому симпозіумі “Сучасні проблеми інженерної механіки” (Луцьк, 2000р.) ; на 4th International modeling school of AMSE_UAPL (Crimea, 2000р.) ; на ІІ Міжнародному Смакуловому симпозіумі “Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики” (Тернопіль, 2000р.) ; на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Луцького державного технічного університету (1994-2001рр.) ; на об'єднаному науковому семінарі “Фізика напівпровідників та діелектриків” Волинського державного університету та Луцького державного технічного університету.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 17 друкованих праць, з них 5 – у фахових журналах.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та переліку використаної літератури. Загальний обсяг дисертаційної роботи становить 141 сторінку, з них 37 рисунків та одна таблиця. У роботі використано 182 бібліографічних посилання.

 

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, визначена її мета, основні завдання, наукова новизна та практичне значення. Приведено відомості про апробацію роботи, особистий внесок дисертанта, публікації, об'єм та структуру дисертації.

Перший розділ присвячений літературним першоджерелам, у яких відображено основні електрофізичні властивості твердих розчинів кремній-германій. Детально розглянуто експериментальні та теоретичні відомості про зонну структуру даних розчинів. Перебудова енергетичних зон у кристалах твердих розчинів кремній-германій здійснюється за рахунок зміни концентрації легуючої ізовалентної домішки. Розглянуто публікації про тензо- та атомнопереорієнтаційні ефекти зумовлені радіаційними дефектами (А-центрами). Особлива увага приділена механізмам розсіювання електронів провідності, які лімітують рухливість носіїв у твердих розчинах кремній-германій. Основні риси анізотропного розсіяння носіїв заряду на акустичних фононах, іонізованих домішках і міждолинного розсіяння у напівпровід-никових кристалах n-кремнію та n-германію обумовлені анізотропією ефективних мас і анізотропією часу релаксації. У твердих розчинах кремній-германій крім вище згадуваних механізмів розсіяння виникають додаткові – на ізовалентних домішках та флуктуаціях складу. При збільшенні концентрації неосновної компоненти твердого розчину на процеси перенесення заряду все більше впливатиме невпорядкованість ґратки. Відмічено, що для кристалів твердих розчинів Ge<Si> у дифузійному наближені вдається досить добре описати поведінку рухливості в достатньо широкому температурному інтервалі.

Огляд літературних даних обґрунтовує актуальність поставленої задачі.

Другий розділ містить опис і аналіз технічних характеристик установ-ки, на якій проведена експериментальна частина роботи. Дано обґрунтування методу досліджень тензоефектів за допомогою одновісної пружної деформації. Приведено конструкцію інформаційно-вимірювальної системи, яка створена на основі сучасних комп'ютерних технологій і забезпечує:

- реєстрацію та створення бази даних досліджуваних величин;

- обробку (в залежності від експерименту) сформованої бази даних;

- спостереження на моніторі комп'ютера вихідних величин (таблиці, графіки).

- збереження інформації з можливістю подальшої роботи з ними в більшості прикладних програм.

Описано методику підготовки зразків для досліджень.

Третій розділ присвячено результатам дослідження тензоефектів у кристалах твердих розчинів Si<Ge>. Досліджувались невироджені напівпровідникові кристали Si<Ge>  -типу,