Термоелектричні та магнетні характеристики ниткуватих кристалів Si1-xGex та творення на їх основі сенсорів теплових величин

Abstract

Дисертація присвячена створенню та прогнозуванню характеристик сенсорів теплових величин для широкого інтервалу температур на основі ниткуватих кристалів твердого розчину Si1-хGeх (х=0,01–0,1) р-типу провідності, легованих домішками <B>, <B,Au>, <B, Hf> до концентрації з діелектричного боку переходу метал-діелектрик. Наведено результати досліджень терморезистивних і термоелектричних властивостей ниткуватих кристалів Si1-xGex в інтервалі низьких та підвищених температур під дією деформування та магнетного поля, визначено механізми транспорту носіїв заряду в широкому інтервалі температур і степенів легування напівпровідника. Проведено дослідження магнетних властивостей НК та дестабілізуючого впливу зовнішніх магнетних полів на термометричні характеристики НК Si1-xGex. Розраховано основні термоелектричні та термометричні параметри НК і зроблено оцінку можливості їх використання у сенсорах теплових величин для кріогенних та підвищених температур. На основі НК Si1-xGex створено високочутливі малоінерційні сенсори температури та різниці температур для інтервалів кріогенних (20–120К) та підвищених (300–550К) температур, працездатні в умовах дії достатньо сильних зовнішніх магнетних полів. Дисертація присвячена створенню та прогнозуванню характеристик сенсорів теплових величин для широкого інтервалу температур на основі ниткуватих кристалів твердого розчину Si1-хGeх (х=0,01–0,1) р-типу провідності, легованих. Диссертация посвящена созданию и прогнозированию характеристик сенсоров тепловых величин для широкого интервала температур на основе нитевидных кристаллов твердого расствора Si1-хGeх (х=0,01–0,1) р-типа проводимости, легированных примесями <B>, <B, Au>, <B, Hf> до концентраций с диэлектрической стороны перехода металл-диэлектрик. Представлены результаты исследования терморезистивных и термоэлектрических свойств нитевидных кристаллов Si1-xGex в интервале низких и повышенных температур под воздействием деформирования и магнитного поля, определены механизмы транспорта носителей заряда в широком интервале температур и уровней легирования полупроводника. Проведены исследования магнитных свойств НК и дестабилизирующего влияния внешних магнитных полей на термометрические характеристики НК Si1-xGex. Рассчитаны основные термоэлектрические и термометрические параметры НК, проведена оценка возможности их использования в сенсорах тепловых величин для криогенных и повышенных температур. На основе НК Si1-xGex разработаны высокочувствительные малоинерционные сенсоры температуры и разности температур для криогенных (20–120К) и повышенных (300–550К) температур, работоспособны в условиях воздействия достаточно сильных внешних магнитных полей. The thesis deals with the creation and characteristics estimation of thermal sensors for the wide temperature range on the basis of the p-type Si1-хGeх (х=0,01–0,1) solid solution whiskers doped with <B>, <B,Au> or <B, Hf> impurity combinations at the insulator side of metal-insulator transition. The results of studies of conductivity thermal dependencies and thermoelectric properties of Si1-xGex whiskers at low and elevated temperatures and at the influence of strain and magnetic field are described. Mechanisms of charge carriers transport in wide ranges of temperatures and doping levels have been determined. Studies of magnetic properties of whiskers and destabilizing influence of external magnetic fields concerning thermometrical characteristics of Si1-xGex whiskers have been carried out. The main thermoelectric parameters of whiskers have been calculated and the possibility of their sensors application at cryogenic and elevated temperatures has been estimated. On the basis of Si1-xGex whiskers high-sensitive low-inertia temperature and temperature difference sensors for ranges of cryogenic (20–120К) and elevated (300–550К) temperatures have been created. The sensors are operable even in sufficiently high magnetic fields.