С использованием метода треков быстрых тяжелых ионов создана структура n-Si/SiO₂/Ni (рис.1). Схема расположения контактов на структуре Si/SiO₂/Металл для измерения электро-физических и гальваномагнитных свойств:

Рис.1. Схематическое изображение структуры Si/SiO2/Металл: 1 – металл в порах; 2 – слой оксида кремния; 3 – кремний; 4 – токовые контакты; 5 – потенциальные контакты; 6 – холловские контакт

Рис.2. Вольт-амперные характеристики образцов с кластерами металла в ионных треках при температуре жидкого азота и комнатной температуре

На основании проведения серии экспериментов (рис.3) определено, что в системе Si/SiO₂/Ni в различных температурных интервалах доминируют несколько механизмов электропереноса (рис.5).

Рис.3. Температурные зависимости сопротивления в нулевом магнитном поле и в поле 12 Тл.

Исследования электрофизических и гальваномагнитных свойств образцов Si-SiO₂-Ме (Cu, Ni) в интервале температур 4-300 К и в магнитных полях до 14 Тл проводятся на универсальной измерительной системе «TAE EV 031» фирмы «Cryogenic Limited» (рис.4).

Рис.4. Универсальная измерительная система «TAE EV 031» фирмы «Cryogenic Limited»

Определены механизмы электропереноса в различных температурных интервалах:

• в области Т = 300 – 210 К основной вклад в проводимость вносят электроны, находящиеся на верхних энергетических уровнях зоны проводимости Si, и имеет место их надбарьерная эмиссия в металл
• при температурах 210 – 35 К, вследствие вымораживания электронных состояний на верхних уровнях из процесса электропереноса исключаются кластеры никеля в порах
• при температурах ниже 35 К, когда кремний фактически становится диэлектриком электроперенос частично осуществляется через кластеры в порах, а между порами – по границе раздела Si/SiO₂.

Рис.5. Схематическое изображение механизмов переноса носителей заряда в структуре n-Si/SiO₂/Ni в различных температурных областях.

Рис.6. График зависимости магнетосопротивления в структуре n-Si/SiO₂/Ni при низких температурах.

На основании этой зависимости возможно создание высокочувствительных сенсоров магнитного поля для аппаратуры космического применения, функционирующей при жидководородном охлаждении.

Сотрудничество

Gesellschaft für Schwerionenfurschung (GSI), Darmstadt, Germany

В рамках проекта

Программа Союзного Государства "Нанотехнологии-СГ"

Ссылки на статьи

E.Yu. Kaniukov, S.E. Demyanov, A.V. Petrov, C. Trautmann, Characteristic Features Of Charge Transport Processes In Si/SiO2/Ni Nanostructures With Swift Heavy Ion Tracks // Сборник тезисов 8-го международного симпозиума по нанотехнологиям (Nanofair 2010), Дрезден, Германия, 6 – 7 июля, 2010 г., с.145.

А.А. Павленко, А.В. Петров, Е.Ю. Канюков, С.Е. Демьянов, «Температурная зависимость электросопротивления структур n-Si/SiO2/Ni в магнитных полях» // Сборник тезисов докладов Республиканской научно-технической конференции молодых ученых «Новые функциональные материалы, современные технологии и методы иследования», Беларусь, Гомель, 5 – 7 октября 2010, с. 44 – 46.

Канюков Е.Ю., Демьянов С.Е., Особенности низкотемпературного электропереноса в наноструктурах Si/SiO2/металл в сильных магнитных полях // Сборник докладов международной конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела», 20-23 октября 2009 г., Минск, Беларусь, т. 2, с. 281-285.