Элементы твердотельной электроники на основе КНИ-структур и нитевидных кристаллов Si для криогенных температур

Abstract

Представлены результаты исследования электрофизических свойств поликристаллических пленок кремния в структурах «кремний-на-изоляторе» и нитевидных кристаллов кремния в температурном диапазоне 4,2—70 К, полученные с помощью импедансных измерений в интервале частот от 10 Гц до 250 кГц. Показана возможность их использования в качестве элементов твердотельной электроники, работоспособных при криогенных температурах.

Представлено результати дослідження електрофізичних властивостей полікристалічних плівок кремнію в структурах «кремній-на-ізоляторі» та ниткоподібних кристалів Si в температурному діапазоні 4,2—70 К, отримані за допомогою імпедансних вимірювань в діапазоні частот від 10 Гц до 250 кГц. Показано можливість їх використання як елементів твердотільної електроніки, працездатних при кріогенних температурах. Отримані імпедансні характеристики зразків вказують на можливість створення реактивних елементів твердотільної електроніки певних номіналів, придатних для роботи в умовах низьких температур, на основі полікристалічного і монокристалічного кремнію. На основі встановлених залежностей запропоновано окремі елементи твердотільної електроніки у вигляді ємнісних і індуктивних елементів та комплексну систему у вигляді коливального контуру, які працездатні при кріогенних температурах. Характеристики розробленої системи залежать як від структури зразків, так і від рівня їх легування, що дозволяє змінювати при необхідності параметри елементів в широких межах.

The paper presents the study results of electrical properties of polycrystalline silicon films in silicon-on-insulator structures and Si whiskers in the temperature range of 4,2—70 K obtained by impedance measurements in the frequency range from 10 Hz to 250 kHz and the possibility of their use in solid-state electronics, functioning at cryogenic temperatures. Characteristics of samples obtained with impedance measurements allow to predict certain specifications of reactive elements of solid state electronics based on polycrystalline and single crystalline silicon, operable at low temperatures. Using the established dependencies, separate elements in the form of solid-state electronics capacitive and inductive elements as well as a combined system in an oscillatory circuit, operable at cryogenic temperatures, have been suggested. The features of developed system depend on the structure of samples and their doping level, which allows to change the required parameters of the elements of solid state electronics in a wide range.