Розділ II
Методика дослідження кінетичних ефектів за допомогою ефекту п’єзоопору
2.1. Ефективність дослідження тензоефектів за допомогою одновісної пружної
деформації
Дослідження фізичних основ тензоефектів є найбільш продуктивним та ефективним
методом не тільки в науковому, але і в практичному плані. Цей метод вивчення
фізичних властивостей напівпровідників є найбільш інформативним при дослідженні
зонної структури кристалів кремнію і германію. Висока наукова інформативність
зумовлена тим, що при ОПД змінюються як міжатомні відстані у кристалічній
ґратці, так і її симетрія. Детальним вивченням питання про зміну симетрії
ґратки Браве кубічної сингонії, а також про зміну енергетичного спектра носіїв
заряду, згідно з теорією представлення груп симетрії при ОПД, описано в [1].
При деформації вздовж напрямку клас недеформованих кристалів кремнію та
германію кубічної системи переходить у тетрагональну з перетворенням кубічного
класу у клас. У випадку клас кубічної системи трансформується у клас ромбічної
системи. Коли , то клас переходить у клас ромбоедричної системи. Зміна симетрії
кристалів, внаслідок ОПД, призводить до перебудови зонної структури, а саме, до
зняття виродження енергетичного спектру носіїв заряду, що у свою чергу веде до
значних змін електрофізичних властивостей кристалів. При одновісних пружних
деформаціях, коли вісь деформації орієнтована довільним чином відносно вище
згадуваних напрямків, екстремуми енергії, які орієнтовані вздовж еквівалентних
напрямків у просторі, будуть мати різний зсув за шкалою енергій тому, що
деформації у системі осей кожного екстремуму будуть різні. У випадку сильних
ОПД при дослідженні кінетичних явищ суттєва анізотропія рухливості носіїв
заряду в кожному ізоенергетичному еліпсоїді буде визначати в першу чергу значні
тензоефекти, а саме їх величину та анізотропію.
Використання сильних одновісних пружних деформацій у n-Si та n-Ge дозволяє:
по-перше, досліджувати додаткові екстремуми зони провідності, які при
відсутності деформації розташовані за шкалою енергій вище абсолютних мінімумів
(у достатньо слабких електричних полях ці екстремуми не беруть участі в явищах
переносу); по – друге, вивчати явища в одно- та двохдолинній зоні провідності з
анізотропним законом дисперсії; по-третє, вивчати вплив різного роду домішок на
механічну міцність монокристалів кремнію та германію [99].
Отже, використання сильних ОПД при дослідженні тензоефектів у багатодолинних
напівпровідниках дозволяє різнобічно та досить ефективно вивчати властивості
вище згаданих кристалів.
2.2. Підготовка зразків для експериментальних досліджень
Дослідні зразки n-Si та n-Ge вирізалися з монокристалів германію та кремнію
-типу, які у свою чергу попередньо були зорієнтовані на рентгенівській
установці. Похибка при орієнтації не перевищувала 20ў.
Вирізані у передбачених експериментом напрямках зразки n-Si шліфувались
спочатку порошком М20, а для чистової доводки використовували порошок М5.
Зразки n-Ge шліфували лише порошком М5.
Для проведення вимірювань поздовжнього пўєзоопору використовують зразки у
вигляді паралелепіпедів з розмірами (ммі) (рис.2.1). Шліфувались зразки такої
форми за допомогою спеціальної “призми” з плоскопаралельними сторонами.
Попередні дослідження показали, що зразки такої форми витримують навантаження
до 25000.
Після шліфування для зтравлювання поверхні зразків використовували травник
СР-4. Потім зразки промивали у дистильованій воді та етиловому спирті – лише
після цього зразки були готові до нанесення контактів.
Для дослідження поздовжнього пўєзоопору в n-Si контакти наносились по методу,
описаному в [100] і вдосконаленому в [101,102]. Основа методу полягає в тому,
що приготовлена попередньо евтектика Au+Si, злегка недонасичена кремнієм, при
температурі 600°С наноситься на зразок у вигляді маленьких краплинок. Глибину
вплавлення розчину Au+Si у зразок можна регулювати вмістом золота в розчині і
часом вплавлення. Відстань між вимірювальними контактами дотримувалась 3 мм.
Наносили їх на протилежні бокові грані. Це забезпечувало можливість контролю
правильності значень вимірюваного спаду напруг, порівнюючи їх між собою, знятих
з контактів обох граней у тих самих умовах. Струмові контакти наносились на
торці зразків. Нанесені контакти перевірялись на омічність зняттям ВАХ при
температурі рідкого азоту ().
Для дослідження n-Ge контакти наносились оловом з домішкою сурми. Розміщення
контактів для зразків n-Ge вибирались аналогічно як і для n-Si. Після відпалу
при 300°С і плавному зменшенні температури до кімнатної, нане- сені контакти
перевірялись на омічність, як і у n-Si, при температурі рідкого азоту.
Після перевірки контактів на омічність, як у n-Si, так і n-Ge, до них
підпаювались чистим оловом тонкі мідні провідники. Потім кінці зразка жорстко
фіксувались в латунних цапфах епоксидною смолою. При цьому співвісність цапф і
зразка забезпечувалась монтажем під мікроскопом МБС-10 на монтажному столикові,
будова якого показана на рис. 2.2.
Щоб зменшити можливість вигину зразка при прикладанні до нього одновісного
механічного навантаження, цапфи монтували так, щоб площини їх торців були
паралельні між собою та перпендикулярні до осі зразка.
Для вимірювання ефекту Холла заготовки для холлівських зразків після орієнтацій
кристалу вирізались у формі паралелепіпедів із сторонами .
Після цього на спеціально виготовленому шліфувальному станку із заготовок
випилювались холлівські зразки. Подальша їх обробка проводилась,
як і при підготовці до вимірювання п’єзоопору. Форму і розміри таких зразків
подано на рис.2.3.
Відстані між вимірювальними зондами на одній грані зразка становлять 4,5 мм.
Струмові контакти наносил
- Киев+380960830922