CC BY
6
№ 8 (101)
A UN'
ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2022 г.
ЭЛЕКТРОНИКА
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОАКТИВНЫХ КОМПЕНСИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ МАРГАНЦА НА ТЕМПЕРАТУРНУЮ ОБЛАСТЬ СУЩЕСТВОВАНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЯ ТОКА ТИПА ТЕМПЕРАТУРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ (ТЭН)
Саъдуллаев Аловиддин Бобакулович
канд. физ.-мат. наук, Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: A loviddin-sadullaev@mail.ru
Мулканов Равшан Вохид угли
магистр,
Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши
Умиров Асрор Пардаевич
ст. преподаватель, Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши
Бобакулов Завкиддин Аловиддин угли
студент,
Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши
INFLUENCE OF THE CONCENTRATION OF ELECTROACTIVE COMPENSATING MANGANESE IMPURITIES ON THE TEMPERATURE REGION OF THE EXISTENCE OF CURRENT AUTO-OCCULATIONS OF THE TYPE OF TEMPERATURE-ELECTRIC INSTABILITY (PETN)
Aloviddin Sadullaev
Сandidate
of Physical and Mathematical Sciences, Karshi Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
Mulkanov Ravshan
Master,
Karshi Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
Umirov Asror
Senior Lecturer, Karshi Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
Bobakulov Zavkiddin
Student, Karshi Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
Библиографическое описание: ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОАКТИВНЫХ КОМПЕНСИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ МАРГАНЦА НА ТЕМПЕРАТУРНУЮ ОБЛАСТЬ СУЩЕСТВОВАНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЯ ТОКА ТИПА ТЕМПЕРАТУРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ (ТЭН). // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Саъдуллаев А.Б. [и др.]. 2022. 8(101). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/14108
№ 8 (101)
AunÎ
TE)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2022 г.
АННОТАЦИЯ
В статье изложены результаты исследования влияния концентрации электроактивных компенсирующих примесей марганца на температурную область существования автоколебания тока в сильно компенсированном кремнии, легированном марганцем. На основе полученных экспериментальных результатов определены оптимальное условия возбуждения регулярных и стабильных автоколебаний тока при различных значениях концентрации электроактивных компенсирующих примесей марганца в кремнии.
ABSTRACT
The article presents the results of a study of the influence of the concentration of electroactive compensating manganese impurities on the temperature region of the existence of current self-oscillations in highly compensated silicon doped with manganese. On the basis of the experimental results obtained, the optimal conditions for the excitation of regular and stable current self-oscillations were determined for various concentrations of electroactive compensating manganese impurities in silicon.
Ключевые слова: сильно компенсированный кремний, автоколебания тока, фоточувствительность, температурная область, пороговое поле.
Keywords: highly compensated silicon, current self-oscillations, photosensitivity, temperature range, threshold field.
Исследование фото и термоэлектрических свойств кремния с различными концентрациями электро -активных компенсирующих примесей в условиях сильной компенсации представляет большой научный и практический интерес. Такие исследования не только позволяют управлять формами и параметрами автоколебаний тока типа ТЭН, но и создать на их основе новый класс более чувствительных многофункциональных приборов.
Анализ опубликованных экспериментальных данных авторов [1, с.258, 2, с. 1291, 3, с. 14] показал, что компенсированный кремний, легированный марганцем в условиях сильной компенсации, обладает уникальными электрофизическими свойствами, существенно расширенной областью температурной и спектральной фоточувствительности, а также показаны возможности создания принципиально новых классов электронных приборов на их основе [4, с.254, 5, с. 426, 6, с.49].
Для исследования в качестве исходного мате -риала был выбран монокристаллический кремний р-типа марки КДБ с удельными сопротивлениями р = 1; 10; 100 Ом -см, где концентрация исходного бора составляла « 1,2 • 1016; 1,2 • 1015; 1,2 • 1014 см-3.
В качестве компенсирующих примесей был выбран марганец, так как марганец химически активно взаимодействуют с другими дефектами кристаллической решётки, а также нами хорошо отработана термодиф-фузионная технология получения сильнокомпенсированного кремния, легированного марганцем, с заданными и воспроизводимыми параметрами. Для получения сильно компенсированного кремния с различной концентрацией электроактивных компенсирующих примесей, диффузия
марганца производилась из газовой фазы в специальных вакуумированных кварцевых ампулах, при этом в каждую ампулу было помещено по 10 образцов исходного материала, чтобы обеспечить одинаковые условия легирования и скорости охлаждения. После диффузии марганца были получены образцы сильно компенсированного кремния, легированного марганцем 8кВ,Мп>, концентрация электроактивных компенсирующих примесей марганца которого составляла ЫМп « 1,2 • 1016; 1,2 • 1015; 1,2 • 1014 см-3.
Электрофизические и фотоэлектрические свойства сильно компенсированных образцов 8КВ,Мп> изучались методом эффекта Холла и на установке ИКС-21, снабженной специальным криостатом, позволяющим исследовать спектральную зависимость фотопроводимости в широком интервале температур, электрического поля, различной интенсивности фонового и инфракрасного монохроматического освещения. Для определения влияния концентрации электроактивных атомов марганца на температурную область существования автоколебаний тока нами было исследовано влияние температуры на условия возбуждения и параметры автоколебаний тока в образцах р-8КВ,Мп> с различными концентрациями исходного бора. При этом концентрация электроактивных примесных атомов марганца в исследуемых образцах находилась в интервале ЫМп « 1016 1014 см-3. Исследования проводились с изменением температуры шагом АТ=5 К, а в области затухания автоколебаний тока при шаге АТ=1К в широком интервале температур Т=80 + 350 К.
№ 8 (101)
AunI
ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2022 г.
I, A
-1 10
10
10
-4 10
10
I I I I I I I I I I I
80
100 120 140 160 180 т, K
Рисунок 1. Зависимость амплитуды автоколебаний тока от температуры в образцахрЛ<Б,Мп>. Е=400 В/см, hv=1.13 эВ.
105 Ом • см, WMn
10
1. р
2. р « 105 Ом • см, WMn
3. р « 105 Ом • см, WMn « 1014
16 см 3 (Исходной образцы КДБ-1)
1015 см-3
см'
(Исходной образцы КДБ-10) 3 (Исходной образцы КДБ-100)
Результаты исследования показали, что в образцах р^КВ,Мп> с увеличением температуры форма автоколебаний сильно меняется. На рис.1 приведены зависимости амплитуды автоколебаний тока от температуры, в образцах с одинаковым удельными сопротивлением р ~ 105 Ом • см, но с различными концентрациями электроактивных примесных атомов марганца. Как видно из рисунка, в сильно компенсированных образцах р^КВ,Мп>, полученные на основе исходного кремния КДБ-100 (где концентрация электроактивных атомов марганца составляет ЫМп ~ 1014 см-3 автоколебания тока существуют в интервале температур Т = 80^185 К (кривые 3), а в образцах р^КВ,Мп>, в которых концентрация электроактивных атомов марганца на порядок больше, т.е. ЫМп « 1015 см-3 область существования автоколебаний тока сужается и наблюдается в интервале температур Т = 80^170 К (кривые 2).
В образцах с максимальной концентрацией электроактивных атомов марганца, которая равна ЫМп ~ 1016 см-3, область существования автоколебаний тока смещается в сторону низких температур и наблюдается в интервале температур Т=80 + 150 К (кривая 1). Как видно из рисунка, при одинаковых условиях (электрическом поле, интенсивности монохроматического света, геометрических размерах образцов и т.д.) зависимость изменения амплитуды автоколебаний тока сильнее в тех в образцах, где концентрация электроактивных атомов марганца составляла ЫМп ~ 1016 см-3, хотя при этом сужается
температурная область существования, но увеличивается глубина модуляции автоколебаний тока. В этих же образцах изменения частоты в зависимости от концентрации электроактивных атомов незначительны. Значения частоты с ростом температуры увеличиваются. Из результатов исследования можно показать, что с уменьшением концентрации электроактивных атомов марганца граница срыва автоколебаний смещается в сторону высоких температур.
Эти исследования показали особенности ТЭН в сильно компенсированных образцах р^КВ,Мп>, где концентрация электроактивных атомов марганца составляла ЫМп « 1016 см-3. При этом показано, что не только управляя внешними условиями (температурой, освещением, электрическим полем, магнитным полем, давлением и др.), но и управляя электрофизическими параметрами самого материала, можно получить автоколебания тока с необходимыми стабильными и воспроизводимыми параметрами. Также показано, что условия возбуждения и параметры автоколебаний тока сильно зависят не только от технологии получения сильно компенсированных образцов, но и от подбора концентрации бора в исходных образцах кремния и от концентрации компенсирующих примесных атомов. Эти исследования дали возможность четко определить граничные области существования автоколебаний тока от температуры, а также получить дополнительную информацию для объяснения механизма автоколебаний тока. Кроме того, определение температурной области существования автоколебаний тока показывает
№ 8 (101)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2022 г.
возможности практического применения твердотельных генераторов на основе образцов Si<B,Mn> в определенном температурном интервале.
Заключение
существования, формой и параметрами автоколебаний тока в большом интервале, т.е. при этом частота автоколебаний тока типа ТЭН меняется в интервале f = 10-3 - 104 Гц, амплитуда I = 10-6 - 1,2 А с коэффициентом модуляции к ~ 100 %.
• На основе полученных экспериментальных результатов определены оптимальные условия возбуждения регулярных и стабильных автоколе -баний тока при различных значениях концентрации электроактивных компенсирующих примесей марганца в кремнии.
• Параметры автоколебаний тока сильно зависят от внешних воздействий (освещенности как монохроматического, так и интегрального света, температуре, электрического и магнитного поля и т.д.). Такая высокая чувствительность параметров автоколебаний тока типа ТЭН даёт возможность создать функциональные высокочувствительные датчики с уникальными свойствами на основе сильно компенсированного кремния.
• Управляя концентрацией электроактивных компенсирующих примесей марганца в образцах р-81<В,Мп> можно управлять температурной областью
Список литературы.
1. Bakhadyrkhanov M.K., Mavlyanov A.Sh., Sodikov U.Kh., Khakkulov M.K. Silicon with Binary Unit Cells as a Novel Class of Materials for Future Photoenergetics // Applied Solar Energy, 2015, Vol.51, №4, pp.258 -261.
2. Бахадирханов М.К., Валиев С.А., Насриддинов С.С., Эгамов У. Особенности термических свойств сильно-компенсированного Si<B,Mn>. //Неорганические материалы. Т.45, №11, Ноябрь, 2009, стр. 1291-1293.
3. Саъдуллаев А.Б., Курбанов Н.А. Влияние концентрации электроактив-ных атомов марганца на гальваномагнитные свойства кремния в условиях сильной компенсации. Российский научный журнал «Наука, техника и образование». Москва 2017 г. №3, с. 14-16.
4. Zikrillaev N.F., Sadullaev A.B. Power spectra of impurity in semiconductors in the condition of strong compensation. SSP-2004. 8-th International Conference SOLED STATE PHYSICS, August 23-26, 2004, Almaty, Kazakhstan Abstracts Almaty-2004, pp-254-255.
5. Бахадирханов М.К., Аюпов К.С., Мавлянов Г.Х., Илиев Х.М., Исамов С.Б. Фотопроводимость кремния с на-нокластерами атомов марганца. Микроэлектроника, 2010, том 39, № 6, с. 426-429.
6. Саъдуллаев А.Б., Умиров А.П. Высокочувствительные датчики магнитного поля на основе сильно компенсированного кремния, работающие при наличии фонового освещения. Российский научный журнал «Universum» Москва 2018 г. № 4, стр. 49-54.
