Установка для определения тензочувситвительности полупроводниковых плёнок при низком температуре

Установка для определения тензочувситвительности полупроводниковых плёнок при низком температуре
Нурзотбек Юнусов, Улугбек Мамаджонов, Барчиной Каххорова
Ферганский государственный университет,
АННОТАЦИЯ
Разработано установка для определения тензочувствительности полупроводниковых тонких пленок при температуре 4.2К. Установлено, что относительной изменения сопротивления полупроводниковой пленке при ее деформации в различных температурах и предложено структурная модель, объясняющая механизм определения тензочувствительности при температуре жидкого гелия 4.2К
Ключевые слова: тензочувствительность, потенциальный барьер, коэффициент тензочувствительности, деформация, барьерный механизм, полупроводниковая пленка, тензодатчик
Известно, что коэффициент тензочувствительности в полупроводниковых тензорезисторах связан с константами пьезосопративления, материала из которого они изготовлены, которые определяются из эффекта пьезосопротивления.
Целью работы является повышение точности измерения тензометрии-ческих параметров полупроводниковых пленок с присутствием мелких и глубоких примесей. Криогенная установка содержит корпус с жидким гелием и расположенный внутри него криогенный контейнер, состоящий из верхней и нижней частей, жестко соединенных между собой, и исследуемый образец. Верхняя часть контейнера выполнена из стальной трубы-стержня, расположенного внутри криогенного контейнера, нижняя часть выполнена в виде латунного стакана, установленного дном вверх, в котором выполнены два отверстия. На рис 1. приведена конструкция криогенной установки, Криогенная установка 1 содержит криогенный контейнер 2, состоящий из двух частей. Верхняя часть 3 выполнена в виде, стальной нержавеющей трубы, нижняя часть 4 выполнена в виде латунного стакана, установленного дном вверх. На дне латунного стакана выполнены два отверстия 5,6. Исследуемый образец 7 выполнен в виде полупроводниковой пленки с двумя посеребренными контактами 8 и установлен на стальной подложке 9. Исследуемый образец 7 закреплен посредством планки 10 и бронзовых винтов 11. Стальная площадка 9 установлена на площадке 12 в нижней части стакана. Токопроводы 13 служат для подключения исследуемого образца к первой паре контактов электрической измерительной схемы 14.
Контакты 16 тензодатчика 15 подключены ко второй паре контактов электрической измерительной схемы 14 посредством токопроводов 17. Стержень 18 с заостренным концом 19 и рукояткой 20 расположен в отверстии 5 с возможностью вертикального перемещения.


Рисунок 1. Конструкция криогенной установки: 1-криогенная установка; 2-криогенный контейнер; 3-сталь; 4-латунный стакан; 5, 6-отверствия 7-образец; 8- контакты; 9-стальная подложка; 10-планка; 11-бронзовый винт;12-нижный часть стакана; 13-токопроводы;14-электричская измерительная схема; 15, 16- контакты тензодатчики; 17-токопроводы; 18-стержень; 19-заостренный конец; 20-рукоятка

Устройство работает следующим образом. На подложке 9 наклеивают исследуемый образец 7, затем посредством планки 10 и бронзовых винтов 11 исследуемый образец 7 жестка закрепляют на подложке. Криогенный кон-тейнер 2 погружают в криогенную установку 1, корпус которой на часть объ-ема заполнен жидким гелием. С помощью электрической измерительной схемы 14 измеряют температуру на исследуемом образце 7. Когда тем-пература образца 7 достигнет 4,2 градуса Кельвина, то его подвергают дефор-мации растяжения или сжатия посредством вертикального перемещения стержня 18. Например, рукоятку 20 стержня 18 вращают до упора так, чтобы острие 19 стержня касалось подложки 9, затем с помощью тензодатчика 15, определяют относительное удлинение исследуемого образца 7, а его электрическое сопротивление определяют с помощью электрической измерительной схемы 14. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) рассчитывают по формуле

Где R=R₁–R_o; R₀- сопротивление полупроводниковой пленки при 20⁰С; R₁ – сопротивление полупроводниковой пленки в жидком гелии; Т₀ – комнатная температура; t₁- температура жидкого гелия. Коэффициент тензочувствительности (КТЧ) полупроводниковой пленки 3 определяют по формуле

(3)
Где R=R–R₀ , R₀ – сопротивление полупроводниковой пленки без деформации; R- сопротивление полупроводниковой пленки при деформации; l=l–l₀, где l – расстояние между упорами; l – длина полупроводниковой пленки при деформации; l₀- длина полупроводниковой пленки без деформации; y=n S, где n-число оборотов винта, S – шаг винта, 6- коэффициент.
В случае произвольной ионизации примесей, а также при наличии глубоких центров в определенных условиях становятся чувствительными к деформацию наряду с неосновными и основные носители заряда[6]. Необходимо также учесть и зависимость времени жизни носителей от деформации. Все это должно привести к новым зависимостям параметров и характеристик переходов от механического напряжения. Поэтому представляет интерес исследование влияния механической деформации на параметры и характеристики переходов в случае произвольной ионизации мелких и глубоких примесей при низких температурах.
В заключении отметим, что исследованы деформационные явления в полупроводниковых структурах при температуры жидкого гелия дает шанс разработки оптимального режима технологии получения пленочных элементов с уникальными свойствами высокой тензочувствительностью, температурной стабильностью.