1. Основні напрямки практичного використання hk

Si, Si-Gc

1. Розробка сенсорів та їх характеристики

Проведені дослідження електричних параметрів, температурного ходу R(T) HK твердих розчинів на основі кремнію (<10 ат.% Ge) показали, що НК мають р-тип провідності, питомий опір визначається концентрацією домішок:

B₂O₃, Au, Pt, а також температурами зон - джерела (розчинення) і кристалізації. Механізм провідності визначається енергетичними рівнями цих домішок, а також стрибковою провідністю в межах домішкової зони (при низьких температурах). В залежності від  кристали можна поділити на три групи: низькоомні з  <0,03 Ом*см середньої омності при 0,03<  <0,6 Ом*см та високоомні з  > 0,6 Ом*см. З точки зору напівпровідникової термометрії кристали середньої групи можуть використовуватися для виготовлення широкозонних, зокрема, кріогенних термометрів, їх температурний коефіцієнт опору (TKO) досить високий (_т = /kT²) і досягає 7 %*K^-1. При цьому енергія активації у рівнянні R = R_оехр(-/Т) досягає  = 0,52 еВ, і близька до енергії активації рівня золота. Співвідношення _4.2/₃₀₀ для  = 0,025 Ом*см становить -1900. Кристалам з  = 0,6 Ом*см притаманні як від'ємні, так і додатні значення TKO. Низькоомні зразки мають тільки невеликі позитивні значення TKO . Як вже говорилося, при легуванні HK Si-Ge цинком одержані лінійні залежності R(T) з досить високим значенням TKO. Перевагою термометрів з HK є їх мала інерційність ( ~ 10^-2с), в окремих випадках для безкорпусних варіантів ~10^-3с, висока стабільність, можливість роботи в магнітних полях, проста та дешева технологія виготовлення. Основний недолік - складність в забезпеченні ідентичності характеристик, з чим пов'язана взаємозамінність термометрів.

Приварюванням точкових контактів до HK з >0,23 Ом*см за допомогою платинового мікродроту одержані випрямні структури. При цьому зворотна гілка BAX чутлива до дії світла, відношення R_зв./R_пр.~3-10. При освітленні електричною лампою розжарення (E = 100 лк) зворотний опір зменшується у сотні разів при невеликих змінах R_пр.. Такі структури зручно використовувати для роботи у фотовольтаїчному режимі як люксметри, і їх перевагою, у порівнянні з відомими приладами, є підвищена чутливість до малих освітленостей (або світлових потоків). Залежність фото-е.р.с. холостого ходу від  можна апроксимувати функцією виду U = kⁿ, де n_.~0,5. Область спектральної чутливості - 0,8-1,25 мкм. При високих значеннях питомого опору  _.~ 20 Ом*см фото-е.р.с. досягає 300 мВ (E = 100 лк).

Високі значення фото-е.р.с. виходять за меха значень, які дають теоретичні моделі для р-n переходів, або фотовольтаїчних ефектів в неоднорідних напівпровідниках, і можуть бути пояснені моделлю, що передбачає уніполярну провідність, тобто існування двох нескомпенсованих потоків легких і важких дірок у варізонній структурі. На основі кристалів Si-Ge також були створені високочутливі і широкодіапазонні термоанемометри для вимірювання потоків газу або рідини, унікальні віброчастотні тензоперетворговачі.

Низькоомні кристали перспективні для виготовлення тензорезисторів, де їх перевагою є слабка температурна залежність тензочутливості.

Дослідження магнітоопору (MO) при 4,2 K показало:

а) невелику відмінність повздовжнього і поперечного магнітоопору;

б) для низькоомлих зразків ( _.~ 0,001 Ом*см) MO не залежав від поля;

в) для  _.~ 0,016 Ом*см залежність MO від поля близька до квадратичної, а сама величина сягає 1 % при B = I Тл;

г) для  _.~ 0,025 Ом*см в полях 0-1,4 Тл з'являються ділянки від'ємного MO, його величина в максимумі -0,3 %.

Проведені дослідження показують на можливість застосування таких HK у низькотемпературній електроніці.

Одним з найбільш перспективних напрямків розробки прецизійних частотних сенсорів є застосування напівпровідникових монокристалів (Si, Si-Ge), які характеризуються високою механічною міцністю та пружністю, можливістю використання їх п'єзорезистивних властивостей для збудження власних механічних коливань. Напівпровідникові вібраційно-частотні тензоперетворювачі (ВЧП) з електромеханічними резонаторами на базі НК забезпечують високу чутливість, стабільність, відтворюваність, надійність, простоту конструкції, мінімальні габарити та масу. Похибка вимірювання деформації, сили, прискорення, температури за допомогою ВЧП не перевищує 0,001-0,01 %. Таким чином, був створений новий клас частотних перетворювачів, робота яких базується на струнному варіанті тензорезистивного методу вимірювання. Як правило, застосовували електростатичний спосіб збудження коливань HK. Розроблені варіанти конструкції ВЧП, зокрема мініатюрний модуль-резонатор на базі

тензочутливого HK.

Оскільки для створення ВЧП потрібні нитки з добрими фізико-механічними властивостями (високою тензочутливістю, якістю поверхні), розв'язувалось завдання оптимізацїї технології одержання HK, тобто підбору режимів вирощування HK заданого діаметра (10-30мкм), питомого опору (0,01-0,02 Ом*см), тешочутливості (K >140), TKO (10^-210^-1 %*K^-1). Таким вимогам відповідають HK Si_1-xGe_x (x = 0,01-0,05). Щодо струнних резонаторів, то використовують систему Sі-Се-B₂O₃-(Au-Pt). Для оптимізації параметрів застосовували метод математичного моделювання. Вихідними речовинами служили Si<B> і Ge<B> марки КДБ і ГДБ 0,5-1,0 Ом*см; концентрація домішок Au, Pt і B₂O₃ становила відповідно (6,1-7,5)*10^-4; (1,7-1,9)*10^-3 і (4-5,5)*10^-3 мг/см³, температуру зони джерела встановлювали 1450-1470 K, а початкову температуру зони кристалізації 963-1063 K знижували зі швидкістю 160-170 К/год. Таким чином, при вирощуванні довгих (4-5см) HK, з однорідним перерізом, можна не фіксувати температуру зони кристалізації, і при цьому використовувати домішки Au і Pt. Підвищення їх концентрації призводить до росту питомого опору, і TКO кристалів, тобто до ефективного їх легування.

Таким чином, застосовуючи ампульний метод вирощування HK Si-Ge, можна одержувати HK у широкому діапазоні концентрацій носіїв (10¹⁵-10²⁰) см^-3, питомих опорів (0,001-50 Ом*см) і при цьому, як правило, не змінюючи температурних режимів, а використовуючи певні легуючі домішки із заданими концентраціями. Віброчастотні тензоперетворювачі (модулі-резонатори) можуть бути базою для побудови багатофункціональних сенсорів, наприклад, температури і вологості, температури і тиску і т.п. Варіювання технологічних параметрів дозволяють отримати HK (Si, Si-Ge) для створення конкретних приладів (сенсорів).