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..

Зауважено, що дослідження особливостей низькотемпературної провідності напівпровідникових ниткоподібних кристалів (НК) кремнію відіграють значну роль у ході розробки електронних приладів, зокрема сенсорів температури. Результати досліджень активної складової імпедансу Z' НК кремнію, одержані за кріогенних температур, вказують на її збільшення зі зниженням температури і частотну залежність в діапазоні від 0 до 250 кГц. Встановлено, що в температурному діапазоні 4,2—20 К за частоти ω_кр, 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' у разі підвищення частоти до 250 кГц. Наприклад, за температури 4,2 К для зразка з питомим опором ρ_300К = 0,0168 Ом•см частота ω_кр 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, за 25 К величина Z' практично не залежить від частоти, а за більш високих температур з підвищенням частоти вона несуттєво зростає. Зменшення питомого опору зразків призводить до звуження температурного інтервалу, в якому реалізується стрибкова провідність, і за ρ_300К= 0,0143 Ом•см вона спостерігається тільки в області гелієвої температури. Зсув частоти початку стрибкової провідності ω_кр 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 ω_кр. 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» термоелектрорушійних сил, 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 wkrwhichcan 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, ata temperature of 4.2 K for the sample with resistivity ρ_300К=0.0168 Ohm∙cm the frequency wkris 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 ρ_300К = 0.0143 Ohm∙cm it is observed only at a helium temperature. Offset of the frequency wkrfrom 8 to 20 kHz at the hopping conduction beginning, depending on temperature and the value of resistivity for studied silicon crystals, can be attributed to the change of free charge carriers concentration in such samples, because it determines the effect of Coulomb gap on wkr. Experimental study of low-temperature conductivity of silicon whiskers allowed proposing the temperature sensor operable at temperature range 4.2–100 K. The sensor works on alternating current, because it avoids the sell-heating of sensitive element and the occurrence of «parasitic» thermopower, whichalso affects the accuracy of temperature measurement.

 Наукова періодика України 

---

  Якщо, ви не знайшли інформацію про автора(ів) публікації, маєте бажання виправити або відобразити більш докладну інформацію про науковців України запрошуємо заповнити "Анкету науковця"