Druzhinin, A. A.; Національний університет «Львівська політехніка», Maryamova, I. I.; Національний університет «Львівська політехніка», Kutrakov, O. P.; Національний університет «Львівська політехніка», Pavlovsky, I. V.; Національний університет «Львівська політехніка», Druzhinin, A. A.; Національний університет «Львівська політехніка», Maryamova, I. I.; Національний університет «Львівська політехніка», Kutrakov, O. P.; Національний університет «Львівська політехніка», and Pavlovsky, I. V.; Національний університет «Львівська політехніка»
The studies of piezoresistance of boron doped p-type silicon whiskers with [111] crystallographic orientation mounted on the spring elements, fabricated of the invar alloy, were carried out in the wide ranges of strains ε = ±1.26×10-3 rel. units and temperatures 4.2–300 K. The measurements were carried out in a helium cryostat. There were investigated silicon whiskers with different types of boron doping: 1) heavily doped crystals with metallic conductivity; 2) in the vicinity of metal-insulator transition (MIT) from the metallic side of MIT and 3) in the vicinity of MIT from the insulating side of MIT. Resistance vs. strain (tensile and compressive) dependences at fixed temperatures: 4.2 K, 77 K and 300 K for Si were measured fo whiskers, mounted on in the tempereture range 4.2-300 K for the heavily doped silicon whiskers in the whole temperature range. The classic piezoresistance was observed. Non-classic piezoresistance at helium temperatures was revealed In Si whiskers with definite boron concentration in the vicinity of MIT. Gauge factor of Si whiskers with boron concentration presencefrom the insulating side of MIT achieves at 4.2 K the magnitude GF 4,2К≈–10000 at compressive strain and GF 4,2К≥8000 at the tensile strain. Obtained characteristics of p-type Si whiskers mounted on the spring elements allowed to forecast the performance of piezoresistive mechanical sensors characteristics on their basis. The possibility of construction of the mechanical parameters sensors (strain gages, pressure sensors etc.) of two types was shown: sensors based on heavily doped p-type Si whiskers for the wide temperature range 4.2–300 K and high-sensitive sensors based on Si crystals with boron concentration in the vicinity of MIT for control and signaling systems at cryogenic temperatures., Проведено дослідження п’єзоопору ниткоподібних кристалів (НК) кремнію р-типу з кристалографічною орієнтацією [111], легованих бором, на пружних елементах з інварного сплаву в широкому діапазоні деформацій ε=±1,26×10-3 відн. од. і температур 4,2–300 К. Вимірювання проводились в гелієвому кріостаті. Досліджувались НК кремнію з різною концентрацією бору: 1) сильно леговані кристали з металевою провідністю; 2) поблизу переходу метал-діелектрик (ПМД) з металевого боку; 3) поблизу ПМД з діелектричного боку. Визначалися залежності відносної зміни опору НК р-Si, закріплених на балках з інвару, від деформації розтягу і стиску при фіксованих температурах: 4,2 К, 77 К і 300 К, а також температурні залежності коефіцієнта тензочутливості цих кристалів у діапазоні температур 4,2–300 К. В сильно легованих НК р-Si у всьому діапазоні температур спостерігався класичний п’єзорезистивний ефект. В НК Si з концентрацією бору поблизу переходу метал-ізолятор при гелієвих температурах був виявлений некласичний п’єзоопір. Величина коефіцієнта тензочутливості в НК Si з концентрацією бору, що відповідає діелектричному боку ПМД, при 4,2 К досягала значень К 4,2К≈–10000 при деформації стиску і К4,2К≥8000 при деформації розтягу. Отримані характеристики НК кремнію р-типу, закріплених на пружних елементах, дозволяють прогнозувати характеристики п’єзорезистивних сенсорів механічних величин на їх основі. Показано можливість створення на основі цих кристалів сенсорів механічних величин (деформації, тиску та ін.) двох типів: для широкого діапазо- ну температур 4,2–300 К на основі сильно легованих НК Si p-типу і високочутливих сенсорів на основі кристалів кремнію з концентрацією бору поблизу ПМД для систем контролю і сигналізації при кріогенних температурах., Проведены исследования пьезосопротивления нитевидных кристаллов (НК) кремния р-типа с кристаллографической ориентацией [111], легированных бором, на упругих элементах из инварного сплава в широком диапазоне деформаций ε=±1,26×10-3 отн. ед. и температур 4,2–300 К. Измерения проводились в гелиевом криостате. Исследовались НК кремния с различной концентрацией бора: 1) сильно легированные кристаллы с металлической проводимостью; 2) вблизи перехода металл-изолятор (ПМИ) с металлической стороны; 3) вблизи ПМИ с изолирующей стороны. Определялись зависимости относительного изменения сопротивления НК р-Si, закрепленных на балках из инвара, от деформации растяжения и сжатия при фиксированных температурах: 4,2 К, 77 К и 300 К, а также температурные зависимости коэффициента тензочувствительности этих кристаллов в диапазоне температур 4,2–300 К. В сильно легированных НК р-Si во всём диапазоне температур наблюдался классический пьезорезистивный эффект. В НК Si с концентрацией бора вблизи перехода металл-изолятор при гелиевых температурах обнаружено неклассическое пьезосопротивление. Величина коэффициента тензочувствительности в НК Si c концентрацией бора, соответствующей изолирующей стороне ПМИ, при 4,2 К достигала значений К 4,2К≈–10000 при деформации сжатия и К4,2К≥8000 при деформации растяжения. Полученные характеристики НК кремния р-типа, закреплённых на упругих элементах, позволяют прогнозировать характеристики пьезорезистивных сенсоров механических величин на их основе. Показана возможность создания на основе этих кристаллов сенсоров механических величин (деформации, давления и др.) двух типов: для широкого диапазона температур 4,2–300 К на основе сильно легированных НК Si p-типа и высокочувствительных сенсоров на основе кристаллов кремния с концентрацией бора вблизи ПМИ для систем контроля и сигнализации при криогенных температурах.