Разработка и создание установки одноосного сжатия и исследования состояния кластеров примесных атомов марганца при одноосном сжатии

Для измерения различных физических величин в камеру вводят электроконтакты, делают в ней окна и вводы для разного рода излучений. В камерах высокого гидростатического давления можно изменять и температуру в пределах от + 500⁰С и до температуры вблизи абсолютного нуля. Гидростатическое давление в последнем случае получается и фиксируется (закрепляется) при комнатной температуре и сохраняется при охлаждении. В области квазигидростатики существует несколько существенно различающихся методов создания давления. Кратко расскажем о трех из них, получивших широкое распространение. Первый метод (разработанный учеными США) основан на использовании некого подобия системы поршень-цилиндр (рис. 2.6). Имеются два конических поршня 1, входящие с противоположных сторон в кольцо[28] (пояс-белт) 2, в которое выродился цилиндр. Пластичная твердая среда 3 для передачи давления вместе с образцом 4 помещается в этот цилиндр. Для запирания среды между поясом и поршнями применяется специальное уплотняющее вещество. Все основные части камеры находятся при нормальном давлении в состоянии сильного упругого сжатия, создаваемого внешними стальными кольцами (поддержками). При нагрузке поршней они, а следовательно, и пояс 2 могут расширяться почти до двойной предельной величины и максимальное давление сильно повышается. Для изготовления поршней (пуансонов) используются твердые сплавы (например, на основе карбида вольфрама) с очень высоким предельным напряжением сжатия. Часто пластическая среда выбирается так, чтобы у нее был большой коэффициент трения (например, минерал пирофиллит), тогда она, вытекая через зазор между пуансоном и кольцом, создает им поддержку и уплотняет камеру. Основным методом получения гидростатического давления является использование системы цилиндр - поршень (рис. 2.5). Движущийся под внешним усилием, например гидравлического пресса, поршень 1 уменьшает объем V среды 2 и создает тем самым давление в цилиндрической камере. Так как в объеме V находится жидкость под высоким давлением, то необходимо предотвратить ее просачивание между стенкой цилиндра и поршнем. Запирание жидкости легко осуществить способом, предложенным родоначальником современной ФВД американским физиком П.У. Бриджменом. Суть способа состоит в следующем: в твердой прокладке 3 (рис. 1) за счет меньшей по сравнению с диаметром поршня 1 площадью опоры автоматически создается более высокое давление, чем в жидкости. Для этого поршень делается составным: со стороны высокого давления имеется отдельная, похожая на грибок часть 4; длина ножки грибка с надетой на нее прокладкой делается меньше, чем глубина соответствующего отверстия в основной части поршня. Способ так и называется - принцип некомпенсированной площади. Максимальное значение давления зависит от прочности узлов камеры и особенно цилиндра. Прочность может быть увеличена за счет предварительного сжатия и изготовления всех частей (за исключением прокладок 3) из специальных сталей и сплавов с высоким пределом прочности. Для измерения различных физических величин в камеру вводят электроконтакты, делают в ней окна и вводы для разного рода излучений. В камерах высокого гидростатического давления можно изменять и температуру в пределах от + 500° С и до температуры вблизи абсолютного нуля. Гидростатическое давление в последнем случае получается и фиксируется (закрепляется) при комнатной температуре и сохраняется при охлаждении. В области квазигидростатики существует несколько существенно различающихся методов создания давления. Для измерения давления в квазигидростатических камерах наиболее распространен следующий прием. Отмечают скачки электросопротивления образцов, находящихся в камере, обусловленные полиморфным превращением Однако обычно при некотором давлении происходит перестройка взаимного расположения атомов решетки с одновременным изменением межатомных расстояний (плотность меняется скачкообразно). Твердое тело с новым расположением атомов (с новой структурой) обладает и новыми, зачастую кардинально отличающимися свойствами по сравнению с исходной структурой. Так, например, слоистая структура одной из модификаций углерода - графита определяет его металлические и смазочные свойства. Получающийся при полиморфном превращении алмаз имеет структуру с пространственно симметрично расположенными четырьмя жесткими связями, обусловливающими твердость и диэлектрические свойства. Основной задачей ФВД и является поиск новых и важных превращений веществ. Основной метод определения структуры и сжимаемости фаз высокого давления -это рентгеноструктурный анализ (РСА). В этом методе дифракция рентгеновских лучей и расстояние между атомами в решетке - величины примерно одного порядка) используется для определения взаимного расположения и расстояний между атомами в решетке. В качестве примеров полиморфных превращений у диэлектриков рассмотрим переходы у воды (льда). Если сжимать лед при определенной температуре, то на плавной кривой зависимости объема от давления увидим скачки объема. Зависимости давлений переходов Р от температуры Т называются Т--Р (фазовой) диаграммой, линии которой суть границы соответствующих фаз, а области, ограниченные этими линиями, суть области стабильности этих фаз.

Рис 2.6 Установка «белт»: 1-поршни (пуансоны) с поддержками, 2-кольцо поддержками, 3-среда вкоторой создаётся давление, 4-образец

В отличие от белта (объемная камера) Бриджмен еще ранее применил для получения квазигидростатических давлений два усеченных конуса (наковальни) из твердых сплавов с большим углом при вершине. Давление возникает в тонком слое среды, находящемся между рабочими торцами конусов. Среда и запирание играют ту же роль и имеют тот же состав, что и у белта. Тонкий образец или пленка помещаются между двумя пластинками среды.

Третий тип камеры разработан Л.Ф. Верещагиным и его сотрудниками. Это объемная камера, однако без пояса. Ее легче всего представить в виде наковален из твердого сплава со сферическими лунками на рабочих торцах. Лунки достаточно глубоки, в их центре помещается исследуемый образец, окруженный твердой средой для передачи давления. Самым распространенным веществом такого рода является хлористое серебро, дающее достаточную гидростатичность. В остальной части лунки находится запирающая среда - пирофиллит (рис.2.7). Камеры такого такого типа позволяют получать давление до 10,0-20,0 ГПа. В объемных квазигидростатических камерах можно расположить внутренний нагреватель, поэтому их используют для превращений вещества под давлением, например при синтезе искусственных алмазов и других важных материалов (нагрев ускоряет превращение). Усилие к таким камерам создается гидравлическими прессами.

Рис 2.7 Камера Верещагина с тороидом: 1-пуансоны; 2-тор лунка собразцом в центральной части; 3-поддержки

Камеры всех трех типов применяются для исследований, в них можно измерять электросопротивление, магнитную восприимчивость, вводить и выводить разного рода излучения. Миниатюрные камеры Бриджмена и Верещагина охлаждают до Т = 4,2 К.

Для измерения давления в квазигидростатических камерах наиболее распространен следующий прием. Отмечают скачки электросопротивления образцов, находящихся в камере, обусловленные полиморфным превращением. В качестве образцов (реперов) чаще всего используют металлы. Давления, при которых происходят превращения, заранее известны. Их определяют специальными способами. Одновременно с фиксацией превращения с помощью пресса измеряется сила, приложенная к камере. Сила измеряется манометром пресса. По полученным данным строят зависимость силы от давления в камере.

Давление выше 100 ГПа получают с помощью алмазных камер высокого давления, разработанных американским физиком Мао (1976). Ему принадлежит рекорд - 270-280 ГПа.

В камере (рис.2.8) используются алмазы ювелирной огранки 1-2 с плоской площадкой 3. Чтобы избежать раскалывания алмазов применяется металлическая прокладка 4 с цилиндрическим отверстием 5. В таких камерах измеряют все виды излучения и электросопротивления в широком интервале температур. Усилие создается с помощью рычагов или гаек. На рис.2.8 изображена главная часть камеры. Измерение давления осуществляется с помощью спектра люминесценции рубинового кристалла.

Рис 2.8 Алмазная камера высокого давления: 1-алмазные наковальни с плоской площадкой (калеттой), 2-основание наковальни, 3-калета, 4-метталическая прокладка, 5-пространство для образца

Основной деталью алмазной камеры являются алмазные наковальни. Для их изготовления используются как природные, так и искусственные алмазы без видимых дефектов. При этом для спектроскопии комбинационного рассеяния (рамановской) подбираются алмазы без люминесценции, а для инфракрасной спектроскопии пригодны только безазотные алмазы. Поскольку алмазы II типа крайне редки в природе (не более 2 % от общего числа), для изготовления алмазных наковален широко используются алмазы искусственные. Кроме того, считается, что наковальни из искусственных алмазов, свободных от внутренних напряжений и дефектов, отличаются большей долговечностью. Кристаллографическая ориентировка алмаза наковальни также играет существенную роль: в силу совершенной спайности алмаза по октаэдру наибольшую устойчивость демонстрируют наковальни, рабочая площадка которых параллельна плоскости [15].

Огранка алмазных наковален во многом сходна с огранкой обычных ювелирных алмазов. Из всех её деталей наибольшее влияние на диапазон давлений,, доступных для наковальни, оказывает диаметр рабочей площадки или калетты (англ. culet). Чем меньше эта величина, тем большие давления могут быть созданы наковальней без риска её разрушения. Так, для создания давлений до 20 ГПа используются наковальни с диаметром калетты 0,6--0,8 мм, тогда как для генерации давлений, превышающих 100 ГПа, диаметр калетты не должен превышать 0,1--0,2 мм.

Отдельным достижением в дизайне алмазных наковален является технология подведения электродов к рабочей площадке. Для этого на поверхность алмаза методом литографии наносится тонкий слой металла заданной конфигурации. Затем происходит наращивание алмаза путём эпитаксиального роста из газовой фазы. Полученный слой толщиной в несколько десятков микрометров покрывает металлические электроды, «запечатывая» их внутри наковальни. Модифицированные таким образом наковальни используются в экспериментах по изучению таких физических свойств, как электрическое сопротивление и магнитная восприимчивость, а также для нагрева образца.

Следует отметить, что алмаз -- не единственный материал, пригодный для изготовления наковален ячеек высокого давления. На сегодняшний день известен ряд альтернативных материалов, хоть и уступающих алмазу по диапазону достижимых давлений, но гораздо более дешёвых. Наиболее широкое распространение среди них получили синтетический сапфир, муассанит и фианит.

Алмазную камеру высокого давления применяют в исследованиях свойств материалов (изменения в кристаллической решетке, измерение электропроводности, появление свойств проводника или полупроводника и др.) под действием высоких давлений (например, металлического водорода, прозрачного натрия, атомарного азота и др.)

3. Метод измерения давления

Методы измерения давления во многом предопределяют как принципы действия, так и конструктивные особенности средств измерений. В этой связи в первую очередь следует остановиться на наиболее общих методологических вопросах техники измерения давления.

Давление, исходя из самых общих позиций, может быть определено как путем его непосредственного измерения, так и посредством измерения другой физической величины, функционально связанной с измеряемым давлением.

В первом случае измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, который передает информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим ее в требуемую форму. Этот метод определения давления является методом прямых измерений и получил наибольшее распространение в технике измерения давления.

На нем основаны принципы действия большинства манометров и измерительных преобразователей давления.

Во втором случае непосредственно измеряются другие физические величины или параметры, характеризующие физические свойства измеряемой среды, значения которых закономерно связаны с давлением (температура кипения жидкости, скорость распространения ультразвука, теплопроводность газа и т. д.). Этот метод является методом косвенных измерений давления и применяется, как правило, в тех случаях, когда прямой метод по тем или иным причинам неприменим, например, при измерении сверхнизкого давления (вакуумная техника) или при измерении высоких и сверхвысоких давлений.

Давление является производной физической величиной, определяемой тремя основными физическими величинами -- массой, длиной и временем. Конкретная реализация значения давления зависит от способа воспроизведения единицы давления. Методы определения давления, основанные на измерении указанных величин, являются абсолютными (фундаментальными) методами и применяются при воспроизведении единицы давления эталонами грузопоршневого и жидкостного типа, а также позволяют, при необходимости, производить аттестацию образцовых средств измерений.

Относительный метод измерений, в отличие от абсолютного, основан на предварительном исследовании зависимости от давления физических свойств и параметров чувствительных элементов средств измерения давления при методах прямых, измерений или других физических[12] величин и свойств измеряемой среды -- при методах косвенных измерений. Например, деформационные манометры перед их применением для измерения давления должны быть сначала отградуированы по образцовым средствам измерений соответствующей точности.

Помимо классификации по основным методам измерений давлений и видам давления, средства измерений давления классифицируют по:

принципу действия,

функциональному назначению,

диапазону и точности измерений.

Ещё для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.

В большинстве приборов измеряемое давление преобразуется в деформацию упругих элементов, поэтому они называются деформационными.

Деформационные приборы широко применяют для измерения давления при ведении технологических процессов благодаря простоте устройства, удобству и безопасности в работе. Все деформационные приборы имеют в схеме какой-либо упругий элемент, который деформируется под действием измеряемого давления: трубчатую пружину, мембрану или сильфон.

Наибольшее применение получили приборы с трубчатой пружиной. Их выпускают в виде показывающих манометров и вакуумметров c максимальным пределом измерений. В таких приборах с изменением измеряемого давления р трубчатая пружина изменяет свою кривизну. Ее свободный конец через тягу поворачивает зубчатый сектор и находящуюся с ним в зацеплении шестерню. Вместе с шестерней поворачивается закрепленная на ней стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы. Для дистанционной передачи показаний выпускают манометры с промежуточными преобразователями с токовым и пневматическим выходом (МП-Э, МП-П),[13,14] а также с дифференциально-трансформаторными преобразователями (МЭД).

Промышленность выпускает также мембранные дифманометры с промежуточными преобразователями, имеющими унифицированные токовые или пневматические сигналы.

Для преобразования деформации мембраны в унифицированный токовый сигнал применяют также тензорезисторные промежуточные преобразователи, в которых сопротивление резистора изменяется при его растяжении или сжатии. В таких приборах тензорезистор укреплен на жесткой измерительной мембране. Деформация мембраны, пропорциональная приложенному давлению, приводит к деформации тензорезистора и изменению его сопротивления. Это сопротивление преобразуется измерительной схемой, включающей неуравновешенный мост, в выходной сигнал постоянного тока. Так как деформация жесткой мембраны мала, то применяют полупроводниковые кремниевые тензорезисторы, обладающие высокой чувствительностью.

В дифманометрах чувствительным элементом служит блок из двух неупругих мембран, соединенных между собой штоком. Смещение этого штока под действием перепада давлений приводит к изгибу рычага и деформации измерительной мембраны. Мембраны выполнены из коррозионно-стойкого материала, что позволяет использовать дифманометр для измерений в сильноагрессивных средах.

Для измерения давления агрессивных сред применяют датчики, снабженные защитной мембраной, изготовленной, как и в дифманометрах, из коррозионно-стойкого материала. Измеряемое давление передается к измерительной мембране через силиконовое масло, которым заполнена внутренняя полость датчика.

Промышленные тензорезисторные преобразователи предназначены для преобразования давления, разрежения и разности давлений в пропорциональное значение выходного сигнала -- постоянного тока.

Особенности эксплуатации приборов для измерения давления

При эксплуатации приборов, измеряющих давление, часто требуется защита их от агрессивного и теплового воздействия среды.

Если среда химически активна по отношению к материалу прибора, то его защиту производят с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей.

Разделительный сосуд заполняется жидкостью, инертной по отношению к материалу прибора, соединительных трубок и самого сосуда. Кроме того, разделительная жидкость не должна химически взаимодействовать с измеряемой средой или смешиваться с ней. В качестве разделительных жидкостей применяют водные растворы глицерина, этиленгликоль, технические масла и др.

В мембранном разделителе измеряемая среда отделяется от прибора мембраной с малой жесткостью из нержавеющей стали или фторопласта. Для передачи давления от мембраны к прибору полость между ними заполняют жидкостью.

Для предохранения прибора от действия высокой температуры среды применяют сифонные трубки.

Деформационные приборы требуют периодической поверки. В эксплуатационных условиях у них проверяют нулевую и рабочую точки шкалы. Для этого применяют трехходовые краны. При поверке нулевой точки прибор соединяют с атмосферой. Стрелка прибора должна вернуться к нулевой отметке. Поверку прибора в рабочей точке шкалы осуществляют по контрольному манометру, укрепляемому на боковом фланце. При пользовании краном необходимо строго соблюдать плавность включения и выключения прибора.

3.1 Измерения давления манганиновым манометром

При проведении тонких экспериментов по влиянию высокого давления существенным моментом является измерения давления. Давления до нескольких сотен атмосфер легко определяются с ошибкой менее 0,1% абсолютными манометрами типа манометра со свободным ходом поршня. При более высоких давлениях ошибки измерений возрастают и применение манометров со свободным ходом поршня нельзя считать надёжным. Это обусловлено тем, что возникают ошибки, связанные с упругим искривлением цилиндра внутренним давлением, так как изменение эффективной площади поршня трудно вычислить. Существует, правда ряд методов, с помощью которых можно свести к минимуму упругое искажение цилиндра и поршня. Но такие манометры очень громоздки, что затрудняет их использование в экспериментальной аппаратуре высокого давления.

Одним из наиболее распространённых относительных манометров является манганиновые манометры. Манганиновый манометр относится к чисто электрическим манометрам и обладает тем свойством, что его сопротивление является почти линейной функции от давления. Отклонение показаний манганинового манометра от линейности вплоть до давлений 25000атм составляет лишь несколько процентов. По данным работы [11],линейная зависимость с погрешностью менее, чем 0,7%, сохраняется до 1000атм.

Если говорить о манганине то он состоит из сплава 84--86% меди, 2--3% никеля и 12--13% марганца. Цвет манганина -- светло-оранжевый, плотность 8400 кг/м3, температура плавления 960°С. Достоинством манганиновых изделий является очень малая зависимость удельного электрического сопротивления от температуры, а также весьма малая термо-эдс при контакте манганина с медью (0,9--1 мкВ/°С).

Для стабилизации электрических характеристик манганиновые изделия подвергают термической обработке в вакууме при 4006°С и последующей длительной выдержке при комнатной температуре, в результате чего повышается однородность сплава и стабилизируются его свойства. Наибольшая допустимая рабочая температура для изделий из стабилизированных сортов манганина 200°С, из нестабилизированных -- 60--80°С. При превышении этих температур в манганиновых изделиях происходит необратимое изменение свойств. Манганин имеет хорошие механические свойства. Предел прочности отожженного манганина равен 400-- 550 МПа при удлинении до 30 %. Он технологичен; хорошо поддается пластической деформации, хорошо паяется, допускает эмалирование. Манганин изготовляют в виде листов, лент, полос, проволоки.

В литературе [11,12] изучались свойства манганиновых манометров. Исследования показывают, что относительное изменение электро сопротивления манганиновой катушки при изменении давления на 1атм (3.1)зависит от её происхождения и диаметра проволоки, где R₀ - сопротивление катушки при атмосферном давлении, - изменение этого сопротивления при изменении давления на P атм. Разброс значений коэффициента давления для манганиновых катушек, сделанных из проволоки одного сорта, но различного диаметра, колеблется в пределах 4%. Образцы манганина разных мотков отличаются друг от друга значительно больше, и k = 2,2610^-11 Па коэффициент давления манганиновой проволоки. Нетрудно видеть, например, что при измерении сопротивления катушки с относительной погрешностью 10^-2% погрешности измерения составляет =20ч25 атм. Если измерять давление в 10000атм таким манометром, то ошибка измерения составит 0,25%, что соответствует погрешности, которую может дать манометр высокого класса с трубчатой пружиной (при значительно более низких давлениях). Манганиновые манометры миниатюрны и весьма удобны в применении. Все эти обстоятельства делают манганиновые манометры почти идеальными для использования в качестве вторичных эталонов, в особенности, при работе с автономными камерами. На графике 3.1 представлен зависимость сопротивления манганина от давления.

График 3.1 Зависимость сопротивления манганина от давления

Следует отметить, что коэффициент зависимости сопротивления манганиновой катушки от давления слабо зависит от температуры. По данным авторов (120) коэффициент давления манганина при изменении температуры на 1⁰ С (между 0⁰С и ч95⁰С) меняется в среднем на 2,2*10^-2%. Ицкевич [15] также приводит слабую зависимость коэффициента давления от температуры при температуре ниже комнатной. По его данным, при изменении температуры на 1⁰С (между 300⁰С и -196⁰С ) коэффициент давления меняется примерно 5,5*10^-3% (величина коэффициента давления растёт с понижением температуры).

При точном измерении давления очень важно знать зависимость сопротивления манганиновой катушки от температуры. Нами полученные нами зависимости изменения с температурой сопротивления манганина и золото-хромового сплава. Данные для температур выше комнатной взяты из работы [6]. Поэтому для точного определения давления, как при высоких, так и при низких температурах необходимо хорошо термостатировать катушку. В смысле постоянства сопротивления с температурой золото - хромовый сплав (2,1% хрома) несколько лучше, чем манганин. Сопротивление золото- хромового сплава также изменяется с давлением почти линейно. Однако, золото-хромовый сплав примерно в три раза менее чувствителен к изменению давления чем манганин. Коэффициент давления золото-хромового сплава составляет около 0,96*10^-6атм^-1 [6]. Исходя изложенного в наших опытах давление внутри камер высокого давления определялось методом сопротивления манганиновой катушки. Коэффициент давления использованных нами катушек: атм^-1 при комнатной температуре жидкого азота, соответственно. Манганиновый манометр бал предварительно проградуирован при комнатной температуре до 10000 атм на установке с образцовым поршневым манометром. Измерение сопротивления манганиновой катушки, с начальным сопротивлением порядка (90ч100) Ом измерялось компенсационной схемой с потенциометром постоянного тока типа ППТВ-1 или ППТН.

3.2 Методы измерения фоточувствительности и магнетосопротивлением Si<B,Mn>

Для исследования полупроводниковых материалов мы взяли образцы монокресталического кремния марки КДБ-3 и легировали с примесью марганца диффуионной технологией. В итогеSi<B,Mn> материал приобрёл следующие электрофизические параметры удельное сопротивление которого 10²ч10⁴ Ом*см, фоточувствительность 50ч800% и магнетосопротивление которое представлено на графике 3.2

Первый образец

Второй образец

График 3.2 Магнетосопротивления Si<B,Mn> 10³ Ом*см (до давления)

Затем образцы помещаются в камеру высокого давления и начинаем сжатие. В сжатом состоянии образцы в камере высокого давления находятся 3 часа. После этого образцы вынимаются и исследуются электрофизические параметры методом Холла. В результате сжатия образцы электрофизические параметры приведены на графике 3.3и 3.4

График 3 Зависимость удельного сопротивления от давления

График 3.4 Зависимость фоточувствительности от давления

Как видно из графика у образцов Si<B,Mn> удельное сопротивление уменьшается, а фоточувствительность повышается. Вместе с тем и изменилось магнетосопротивление который показан на графике 3.5

Первый образец

График 3.5 Магнетосопротивления Si<B,Mn> (после давления)

Из графика видно, что магнетосопротивление уменьшается, а ОМС( отрицательное магнитное сопротивление) увеличивается. ПМС(положительное магнитное сопротивление) Отсюда мы приходим к выводу, что внешнее давление изменяет электрофизические параметры полупроводниковых материалов.

В настоящее время получение совершенных полупроводниковых кристаллов с заданными электрофизическими параметрами, являются одной из наиболее актуальных проблем в технологии изготовления полупроводниковых приборов.

Как известно, при любых методах легирования полупроводников основными примесными атомами или при получении чистых кристаллов, невозможно полностью избежать возникновения неконтролируемых примесей и дефектов. Наличие таких примесей и дефектов сильно искажают необходимые, заданные параметры получаемых полупроводниковых приборов. Существуют различный методы очистки материалов от неконтролируемых примесей, которые имеют свои преимущества и недостатки, например, при низкотемпературном отжиге, хотя и происходит отжиг неконтролируемых примесей, однако этот метод приводит к нежелательным побочным явлениям - это расплывание профиля легирования основных примесных атомов и т.д. [21].

Наши исследования влияния всестороннего сжатия на примесные состояния и Mn в кремнии показали, что воздействие всестороннего сжатия приводит к разрушению примесных скоплений и распаду отдельных атомов быстро диффундирующих примесей в объеме кремния. Данные исследования позволили установить, что всестороннее сжатие, в основном, оказывает влияние на состояние примесных атомов внедрения, если они образуют различного рода примесные преципитаты, кластеры, приводящие к образованию внутренних механических напряжений в решетке кристалла. Было показано, что для каждой примеси, зная ее энергию связи, можно подобрать определенное значение всестороннего сжатия, при котором давление будет оказывать существенное влияние именно на данную примесь, что дает возможность управления концентрацией данной примеси в объеме полупроводника. Таким образом, из результатов исследований влияния всестороннего сжатия на состояние Mn в кремнии можно сделать вывод, что с помощью всестороннего сжатия можно: управлять концентрацией электроактивных атомов внедрения в кристалле; определить состояния примесных атомов в кристаллической решетке; получить компенсированные материалы с заданными электрическими параметрами.

На основе развитых в работе научных положений получена совокупность новых результатов, которые представляют собой весомый вклад в развитие физики полупроводников.

При этом решена важная научная проблема - исследованы особенности электрофизических и фотоэлектрических явлений(обусловленных присутствием многократно ионизированных примесных скоплений, кластеров и модуляцией зон) в сильнокомпенсированном кремнии и их проявления при деформации.

Решение этой проблемы позволило получить функциональную зависимость тензоэлектрических эффектов от степени компенсации материала, типа компенсирующей примеси и направления одноосно упругого сжатия; установить механизм тензоэлектрических эффектов в сильнокомпенсированном кремнии. Важной особенностью механизма тензоэлектрических эффектов является изменение средней высоты случайного потенциального рельефа, приводящее к изменению генерационно - рекомбинационных процессов и электропроводности в сильнокомпенсированном кремнии при упругом сжатии. Совокупность полученных результатов позволяет сформулировать новое научное направление в области физики полупроводников -«Тензоэлектрические свойства полупроводников в условиях сильной компенсации и приборы на их основе».

Измерения давления и вызываемых им эффектов, то здесь технические трудности почти целиком связаны с деформациями аппарата, вызываемыми самим давлением. В диапазоне нескольких сот атмосфер, который долгое время оставался главной областью исследований, деформация аппарата не оказывала серьезного влияния на точность измерения давления, так как. давление можно было измерять ртутным манометром. время оставался главной областью исследований, деформация аппарата не оказывала серьезного влияния на точность измерения давления, так как. давление можно было измерять ртутным манометром. Но даже в этом диапазоне сравнительно низких давлений деформация материалов существенным образом сказывалась на точности измерения таких чувствительных параметров, как сжимаемость жидкостей. В "пьезометрах", устроенных по принципу термометра, сжимаемость определялась по смещению уровня жидкости в капилляре при воздействии давления на баллон. При таких условиях поправка на деформацию пьезометра составляет весьма заметную долю полного эффекта. К тому же погрешности в измерении сжимаемости сказывались на результатах измерения давления, т.к. при высоких давлениях, достижимых с открытым ртутным манометром, становится существенной поправка на сжимаемость ртути. Первый шаг к устранению такого рода неопределенностей в измерении давления сделал Амага, применивший манометр со "свободным" поршнем. Такой манометр требует величайшей точности изготовления. Поршень должен быть так подогнан, чтобы не было ни заметной протечки, ни заметного трения. При использовании такого манометра давление определяется по полной силе, с которой жидкость, находящаяся под давлением, выталкивает поршень. Давление в работе Амага не превышало 3000 атм. (При таких давлениях поправки на деформацию манометра не очень значительны и могут быть с хорошей точностью вычислены на основе теории упругости, ныне хорошо разработанной.)

Заключение

1. Разработана и создана установка всестороннего гидростатического сжатия для исследования электрофизических, гальваномагнитных, емкостных, оптических свойств полупроводников под давлением.

2. Исследовано влияние всестороннего гидростатического давления на Si<Mn> в интервале давлений Х=10⁵10⁶ Па

Таким образом, из результатов исследований влияния всестороннего сжатия на состояние Mn в кремнии можно сделать вывод, что с помощью всестороннего сжатия можно:

3. управлять концентрацией электроактивных атомов внедрения в кристалле; 4.с помощью установки гидростатического давления можно изменять свойства наноразмерных кластеров;

5. получить компенсированные материалы с заданными электрическими параметрами.

6. исследовано влияние всестороннего давления на состояния кластеров примесных атомов и исследовано фотоэлектрические, магнитные свойства под всесторонним давлением

7. Выяснелось, что у образцов Si<B,Mn> удельное сопротивление уменьшается, а фоточувствительность повышается после давления

8. с помощью всестороннего давления мы можем управлять удельным сопротивлением кремния с марганцем.

Список использованной литературы

Болтакс Б.И., Бахадырханов М.К., Городецкий С.С., Куликов Г.С. Компенсированный кремний. Изд-во «Наука», Л. 120 с.

П. Бриджмен « Физика высоких давлений», 1999г.

Свенсон К, «Физика высоких давлений» 2003г.

Carlson R. O. Phys. Rev., 2001, vol. 104, № 4, p. 937.

Бахадырханов М.К., Болтакс Б.И., Куликов Г.С. Диффузия, электроперенос и растворимость примеси марганца в кремнии // ФТТ, 14, с. 1671-1676.

«Твёрдые тела под высоки давлением» под ред В. Пола и Д. Варшаура Изд. «Мир», 2006г.

Д.Займан «Принципы теории твёрдого тела» 2000г.

Д.С Циклис «Техника физико-химических исследований при высоких давлениях» 2000г.

Республиканский межвузовский сборник «Актуальные вопросы в области технических и социально-экономических наук» Часть 1 Ташкент 2013г 202-203стр.

Бахадырханов М.К, Рахмонов Б.Р, Бейсенова Л. А «Паметка для студента по специальности электроника» 2010г.

Полупроводниковые тензодатчики. // Под. Ред. М. Дина; пер. с англ. М. ; Л.: Энергия, 1995. 212 с.

Эрлер В., Вальтер Л. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами. М., "Мир", 1994. 285 с.

М. К Бахадырханов, С.Б Исамов, Н. Ф Зикриллаев «Моделирование и технология» журнал 2012г том41 №6 433 стр.

М. К Бахадырханов, С.Б Исамов, Х. М Илиев «Неорганические материалы»журнал 2012г том 48 №3.

Ицкевич Е.С «Физика высоких давлений» 1997г.

А Данилович «Давление, его влияние на вещество и его свойства» 2008г.

К. В Шалимова «Физика полупроводников» 2005г., 317 стр.

Н.Б.Бранд, А.К. Томащук «Сверхпроводимость при высоких давлениях» 1995г. 95-125 стр.

Журнал « Техника Юлдузлари» Ташкент 2012г., 3-4часть 22-25 стр.

Груздев С.В., Прошин Е.М. Импульсная тензометрия. М.: Энергия, 1997.

dic.academic.ru.

www.Sгуr.ru.

est.-www.nrl.mavy.mie.

www.alhimic.ru.

foez.narod.ru/20htm.

www.wikipedia.ru.

www.softmetall.ru.

www.webois.org.ua.

www.elektrosad.ru.

www.dissercat.com.

Размещено на Allbest.ru