Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
6 results
Search Results
Item Електро- і магнітотранспортні властивості базових сенсорних ниткоподібних кристалів Si, Ge, InSb, GaSb в околі переходу метал-діелектрик(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Лях-Кагуй, Наталія Степанівна; Дружинін, Анатолій Олександрович; Національний університет «Львівська політехніка»; Хрипунов, Геннадій Семенович; Євтух, Анатолій Антонович; Ціж, Богдан РомановичПроведено комплексне дослідження електро- та магнітотрансортних властивостей ниткоподібних кристалів Si, Ge, InSb та GaSb у широкому інтервалі температур 1,4 ÷ 300 К і магнітних полях з індукцією 0 ÷ 14 Тл. На основі експериментальних досліджень польових залежностей магнітоопору в області кріогенних температур виявлено осциляційний ефект у ниткоподібних кристалах Si, Ge, InSb та GaSb, який в залежності від концентрації легуючої домішки в околі ПМД пов'язаний з магнітофононними осциляціями чи осциляціями Шубнікова–де Гааза, що дозволило оцінити основні параметри носіїв заряду в кристалах. У ниткоподібних кристалах GaSb, легованих телуром, вперше виявлено поверхневу надпровідність при критичній температурі 4,2 К, що зумовлено сильною спінорбітальною обмінною взаємодією носіїв заряду в металевій фазі в околі ПМД. Вперше встановлена поява фази Беррі в польових залежностях магнітоопору при температурі 4,2 К деформованих ниткоподібних кристалів InSb та GaSb n-типу провідності, що підтверджує двовимірну природу електронного газу у кристалах. Вивчено вплив зовнішніх чинників (деформації, магнітного поля, електронного опромінення, температури) на властивості легованих ниткоподібних кристалів Si, Ge, InSb та GaSb як чутливих елементів сенсорів механічних, теплових та магнітних величин. На основі виявлених кінетичних ефектів розроблено концепцію створення надчутливих радіаційно стійких п’єзорезистивних сенсорів, дієздатних в екстремальних умовах експлуатації, зокрема при кріогенних температурах, у сильних магнітних полях, при опроміненні електронами високих енергій, які зможуть знайти застосування в різних галузях науки і техніки. Проведено комплексное исследование электро- и магнитотрансортных свойств нитевидных кристаллов Si, Ge, InSb и GaSb в широком интервале температур 1,4 ÷ 300 К и магнитных полях с индукцией 0 ÷ 14 Тл. На основе экспериментальных исследований полевых зависимостей магнитосопротивления в области криогенных температур обнаружено осциляционные эффект в нитевидных кристаллах Si, Ge, InSb и GaSb, который в зависимости от концентрации легирующей примеси в окрестности ПМД связан с магнитофононнимы осцилляциями или осцилляциями Шубникова-де Гааза, что позволило оценить основные параметры носителей заряда в кристаллах. В нитевидных кристаллах GaSb, легированных теллуром, впервые выявлено поверхностную сверхпроводимость при критической температуре 4,2 К, что обусловлено сильным спин-орбитальным обменным взаимодействием носителей заряда в металлической фазе в окрестности ПМД. Впервые обнаружено появление фазы Берри в полевых зависимостях магнетосопротивления при температуре 4,2К деформированных нитевидных кристаллов InSb и GaSb n-типа проводимости, что подтверждает двумерную природу электронного газа в кристаллах. Изучено влияние внешних факторов (деформации, магнитного поля, электронного облучения, температуры) на свойства легированных нитевидных кристаллов Si, Ge, InSb и GaSb как чувствительных элементов сенсоров механических, тепловых и магнитных величин. На основе выявленных новых кинетических эффектов разработана концепция создания сверхчувствительных радиационно стойких пьезорезистивных сенсоров, дееспособных в экстремальных условиях эксплуатации, в том числе при криогенных температурах, в сильных магнитных полях, при облучении электронами высоких энергий, которые смогут найти применение в различных областях науки и техники. The complex investigation of electro- and magnetotransport properties of Si, Ge, InSb and GaSb whiskers in the wide temperature range 1.4 ÷ 300 K and magnetic fields with induction of 0 ÷ 14 T were carried out. On the basis of experimental studies of the magnetoresistance field dependences at cryogenic temperatures, an oscillatory effect was found in Si, Ge, InSb and GaSb whiskers. The effect was associated with magnetophonon oscillations or oscillations of Shubnikov-de Haas, depending on the doping concentration in the vicinity to the metal-insulator transition. Shubnikov-de Haas oscillations were detected in the temperature interval of 4.2 ÷ 77 K and magnetic fields with induction up to 14 T as a result of the analysis of the longitudinal and transversal magnetoresistance of n-type conductivity InSb whiskers with a concentration of a dopant in the range of 4.41016 сm-3 to 7.161017 сm-3. The induced magnetic field the metal-insulator transition is established in the InSb whiskers due to strong spin-orbit interaction, which leads to the splitting of each peak of the longitudinal and transverse magnetoresistance in whole range of magnetic fields and to obtain the giant Lande g-factor g* = 46 ÷ 60. Analysis of the Shubnikov-de Haas oscillations allowed to calculate the basic parameters of InSb whiskers, such as the cyclotron effective mass of electrons mс 0.03mо ÷ 0.033mо, the Fermi level EF 0.11 eV, the Dingle temperature ТD = 3 K, which, with increasing doping concentration increases to EF 0.12 eV and up to ТD = 12 K, respectively. The Kondo effect was first detected in GaSb whiskers with tellurium concentration of 11018 сm-3. This effect arises as a result of an exchange interaction between holes localized oj doped atoms and free charge carriers. It was established that the increasing of the doping concentration causes a significant overlap of the wave functions, which leads to an increase of the value of direct exchange interaction, the change of the sign of the exchange interaction integral and as a result of the damping of the Kondo effect. A transition from the effect of weak anti-localization to the weak localization of charge carriers at temperature about 4 K was detected in heavy doped whiskers with a metallic type of conductivity in weak magnetic fields due to a change in the temperature correlation between dephasing time and electron spin relaxation time. Surface superconductivity was first observed at a critical temperature of 4.2 K in GaSb whiskers doped with tellurium due to the strong spin-orbit exchange interaction of charge carriers in the metal phase in the vicinity to the metal-insulator transition. This conclusion is confirmed by the results of the study of the magnetic susceptibility of whiskers in weak magnetic fields. This showed that the GaSb whisker is a superconductor of the second kind with critical fields (lower 50 mT and upper 1.1 T). The first appearance of the Berry phase on the magnetoresistance field dependences at temperature 4.2 K was found in the strained n-type conductivity InSb and GaSb whiskers with a doping concentration near the metal-insulator transition. That confirms the two-dimensional nature of the electron gas in whiskers and their transition into the state of the topological insulator. Extremely high values of the Gauge factor up to К-5.24×105 for Si and Ge whiskers were found in the region of the action of the "non-classical" piezoresistance that allows them to be used in highly sensitive piezoresistive mechanical sensors. The influence of external factors (strain, magnetic field, electron irradiation, temperature) on the properties of doped Si, Ge, InSb and GaSb whiskers as sensitive elements of mechanical, thermal and magnetic sensors were studied. The physical representations about the transport mechanisms of charge carriers were expanded due to the conducted studies for doped semiconductor whiskers in the vicinity to the metalinsulator transition at low temperatures in strong magnetic fields and under the influence of high-energy electron irradiation. The concept of creating supersensitive radiation-sensitive piezoresistance sensors have been developed due to the discovered new kinetic effects in the whiskers. These sensors, which could be used in various fields of science and technology, are capable of extreme operating conditions, in particular at cryogenic temperatures, in strong magnetic fields with irradiation by high-energy electrons.Item Фізичні ефекти в супрамолекулярних клатратних структурах та пристрої наноелектроніки на їх основі(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Іващишин, Федір Олегович; Григорчак Іван Іванович; Національний університет «Львівська політехніка»; Павлов, Сергій Володимирович; Небола, Іван Іванович; Ціж, Богдан РомановичДисертаційна робота присвячена проблематиці створення гетероструктурованих супрамолекулярних клатратів різної ієрархічної архітектури та дослідження їх фізичних властивостей з метою забезпечення високої фото- і магніточутливості за кімнатних температур, скероване на максималізацію їх сенсорних і зарядонакопичувальних можливостей, з’ясування природи зв’язку з їх супрамолекулярною архітектурою, наногеометрією і видом гостьового контенту. Враховуючи динаміку розвитку електромобілебудування й альтернативної енергетики, вражаючі успіхи наноелектроніки та спінтроніки, нагальну потребу підвищення енергопотужнісних характеристик автономних джерел живлення та переходу на квантовий рівень накопичення електричної енергії, що зумовлено зростанням потреб новітніх схемотехнічних рішень, необхідним є створення квантових конденсаторів і нанофотоелектроакумуляторів, високоефективних сенсорів електромагнітного та світлової хвилі полів, нановимірних ліній затримки які можуть бути інкорпоровані в якості функціональних блоків в 3D-наноструктури, що формуються за принципом «знизу – вверх». У роботі обгрунтовано застосування інтеркаляційних технологій як одного із перспективних методів створення наперед заданих складних супрамолекулярних клатрато-кавітандних комплексів. З’ясовано основи механізмів формування інтеркалантних комплексів «господар-гість», та закономірності фізичних процесів у них. Показана можливість модифікації властивостей клатратів при їх формуванні під впливом зовнішніх фізичних полів. Такий технологічний підхід дозволяє значно підсилити сенсорні властивості синтизованих інтеркалатних наноструктур та забезпечити появу таких неординарних ефектів як «spin-battery» ефект, накопичення електричного заряду на міжфазних межах за рахунок участі їх спінів. Показана можливість значного підвищення енергопотужнісних характеристик існуючих автономних джерел енергії використовуючи можливості та інструменти супрамолекулярного дизайну активних матеріалів таких пристроїв. Фундаментальною проблемою, яка вирішується у цій роботі є: побудова наукових засад формування гетерофазних наногібридизованих структур (мультипошарові неорганічно напівпровідникові/супрамолекулярні ансамблі різної ієрархічної архітектури) для створення квантових пристроїв сенсорики та накопичення енергії електромагнітного поля. The Thesis is devoted to problems of heterostructured supramolecular clathrates of various hierarchical architecture formation and investigation of theirs physical properties to provide high photo- and magnetosensitivity at ambient temperature with the purpose to maximize their sensor and charge accumulative parameters, to determine the nature of influence of their supramolecular architecture, nanogeometry and guest component type. Because of dynamics in elctrocar and alternative energy industries development, state of the art success in nanoelectronics and spintronics, the need to increase energy and power parameters of autonomous power sources and transfer to quantum level of electric energy accumulation, caused by widening needs in novel technical solutions, there is the goal of developing quantum capacitors and nanophotoaccumulators, highly efficient sensors of electromagnetic and illumination fields, nanodimentional delay lines, capable to be incorporated into 3D nanostructures formed with bottom-up principle as functional blocks. It was justified /reasoned/ to apply an intercalation technologies as one of the perspective methods for beforehand stated developed supramolecular clathrato-cavitand complexes. The basic mechanisms of intercalated host-guest complexes were determined as well as principles of their physical processes. The possibility of clathrate properties modification during stage of their forming at extrinsic physical fields was shown. Such technological approach lets significantly boost sensor properties of synthesized intercalated nanostructures and provide an observation of as extraordinary phenomena as spin-battery effect and electric charge accumulation at the interface because of their spins participation. The possibility of significant increase in energy and power parameters of modern autonomous power sources using properties and instruments of supramolecular design of active materials in listed devices was demonstrated. The fundamental problem, which is solved in this project, is scientific basis developing for heterophase nanohybridized structure formation (multilayered inorganic semiconductive/supramolecular ensembles of various hierarchical architecture) for quantum devices construction for sensing and electromagnetic energy accumulation. Диссертационная работа посвящена проблематике создания гетероструктурированных супрамолекулярных клатратов различной иерархической архитектуры и исследования их физических свойств с целью обеспечения высокой фото- и магнеточувствительности при комнатных температурах, направленных на максимализацию их сенсорных и зарядонакопительных возможностей, выяснения природы связи с их супрамолекулярной архитектурой, наногеометрией и видом гостевого контента. Учитывая динамику развития электромобилестроения и альтернативной энергетики, впечатляющие успехи наноэлектроники и спинтроники, насущную необходимость повышения энергомощностных характеристик автономных источников питания и перехода на квантовый уровень накопления электрической энергии, что обусловлено ростом потребностей новейших схемотехнических решений, необходимо создание квантовых конденсаторов и нанофотоэлектроакумуляторов, высокоэффективных сенсоров электромагнитного и световой волны полей, наноизмеримых линий задержки, которые могут быть инкорпорированы в качестве функциональных блоков в 3D-наноструктуры, формирующихся по принципу «снизу - вверх». В работе обосновано применение интеркаляционных технологий как одного из перспективных методов создания заранее заданных сложных супрамолекулярных клатрато-кавитандных комплексов. Выяснено основы механизмов формирования интеркалантных комплексов «хозяин-гость» и закономерности физических процессов в них. Показана возможность модификации свойств клатратов при их формировании под влиянием внешних физических полей. Такой технологический подход позволяет значительно усилить сенсорные свойства синтезированных интеркалатных наноструктур и обеспечить появление таких неординарных эффектов как «spin-battery» эффект - накопления электрического заряда на межфазных границах за счет участия их спинов. Показана возможность повышения энергомощностных характеристик существующих автономных источников энергии, используя возможности и инструменты супрамолекулярного дизайна активных материалов таких устройств. Фундаментальной проблемой, которая решается в этой работе, является построение научных основ формирования гетерофазных наногибридизированных структур (мультислоистые неорганически полупроводниковые / супрамолекулярные ансамбли различной иерархической архитектуры) для создания квантовых устройств сенсорики и накопления энергии электромагнитного поля.Item Розроблення елементів сенсорної техніки на основі структур кремній-на-ізоляторі та мікрокристалів кремнію, модифікованих домішками бору і нікелю(Національний університет "Львівська політехніка", 2016) Ховерко, Юрій МиколайовичДисертаційна робота присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми створення елементів сенсорної техніки на основі структур кремній-на-ізоляторі, та мікрокристалів кремнію, легованих домішками бору і нікелю. Проведено комплексне дослідження електрофізичних властивостей структур кремній- на-ізоляторі та мікрокристалів кремнію у широкому інтервалі температур на постійному та змінному струмах, що є передумовою розроблення фізичних основ створення мікроелектронних сенсорів на базі полікристалічного та ниткоподібного кремнію і встановлено, що за кріогенних температур в околі температури рідкого гелію провідність змінюється стрибкоподібно по локалізованих домішкових рівнях. Обгрунтовано фізичні моделі, які описують деформаційно-стимульовані та спін-поляризаційні ефекти в мікрокристалах кремнію та КНІ-структурах, що лягло в основу розроблення нових підходів щодо створення елементів сенсорної техніки і дозволять прогнозувати необхідні параметри в процесі їх виготовлення. Запропоновано високочутливі сенсори деформації, температури, магнітного поля, що має важливе значення для сучасної кріоелектроніки, кріоенергетики, сенсорної мікро- та наноелектроніки, а також пристрої, що виготовлені за рахунок поєднання технологій отримання структур кремній-на-ізоляторі та мікрокристалів кремнію шляхом розроблення нових підходів та конструктивно-технологічних методів до формування функціональних властивостей приладів. Представлено чутливий елемент акселерометра, що дало можливість реалізувати як дискретний прилад, так і елемент зінтегрованих наноелектромеханічних систем зі структурою кремній-на-ізоляторі, який забезпечує контроль переміщення з точністю 200 нм. На основі комплексного використання мікрокристалів кремнію та структур кремній-на ізоляторі створено як дискретні елементи твердотільної електроніки (індуктивні, ємнісні елементи), так і комбіновані (коливальні контури), які реалізуються за суміщеними технологіями. Конструкція коливального контура передбачає комбінацію елементів, яка складається з ниткоподібного кристала кремнію із концентрацією легуючої домішки, що відповідає діелектричному боку переходу метал-діелектрик та полікристалічного кремнію в КНІ-структурах. Диссертация посвящена решению научно-прикладной проблемы создания элементов сенсорной техники на основе структур кремний-на-изоляторе и микрокристаллов кремния, легированных примесями бора и никеля. Проведено комплексное исследование электрофизических свойств структур кремний-на-изоляторе и микрокристаллов кремния в широком интервале температур на постоянном и переменном токах, что является предпосылкой разработки физических основ создания микроэлектронных сенсоров на базе поликристаллического и нитевидного кремния и установлено, что при криогенных температурах, возле температуры жидкого гелия проводимость, меняется скачкообразно по локализованным примесным уровням. Обоснованно физические модели, описывающие деформационно-стимулированные и спин-поляризационные эффекты в микрокристаллах кремния и КНИ-структурах, что легло в основу разработки новых подходов по созданию элементов сенсорной техники и позволят прогнозировать необходимые параметры в процессе их изготовления. Предложено высокочувствительные сенсоры деформации, температуры, магнитного поля, что имеет важное значение для современной криоэлектроники, криоэнергетики, сенсорной микро- и наноэлектроники, а также устройства, изготовленные за счет сочетания технологий получения структур кремний-на-изоляторе и микрокристаллов кремния путем разработки новых подходов и конструктивно-технологических методов к формированию функциональных свойств приборов. Представлено чувствительный элемент акселерометра, что позволило реализовать как дискретный прибор, так и элемент интегрированных наноэлектромеханических систем со структурой кремний-на-изоляторе, который обеспечивает контроль перемещения с точностью 200 нм. На основе комплексного использования микрокристаллов кремния и структур кремний-на изоляторе созданы как дискретные элементы твердотельной электроники (индуктивные, емкостные элементы), так и комбинированные (колебательные контуры), которые реализуются по совмещенным технологиям. Конструкция колебательного контура предусматривает комбинацию элементов, которая состоит из нитевидного кристалла кремния с концентрацией легирующей примеси, что соответствует диэлектрической стороне перехода металл-диэлектрик и поликристаллического кремния в КНИ-структурах. The thesis is devoted to the solution of scientific and applied problems of development of elements of sensing equipment on the basis of silicon-on-insulator structures and silicon microcrystals doped with boron and nickel impurities. A comprehensive study of electrical properties of silicon-on-insulator structures and silicon microcrystals in a wide temperature range at direct and alternating currents, which is a prerequisite for the development of physical foundations of microelectronic sensors based on polycrystalline and needle-like silicon was conducted, and it was established that at cryogenic temperatures in the vicinity of helium ones, the conductivity changes abruptly over localized impurity levels. The study of the properties of poly-silicon layers in SOI structures by impedance analysis method (AC measurements) allowed for determining the effect of material dispersion on its low-temperature conductivity and for separating and identifying the contributions of various microstructure elements in the sample conductivity. In both the DC and AC cases the Mott law hopping conductivity in non-recrystallized poly-Si samples has been confirmed at low temperatures (4.2 – 30 K). A capacitive type of Nyquist plot in turn supported this assumption. In laser-recrystallized poly-Si layers the charge carrier transport is limited by grain barriers and corresponds rather to percolation type of conduction, obeying the Shklovskii-Efros law The physical models were proposed to describe the strain-induced and spin polarization effects in silicon microcrystals and SOI structures, which formed the basis for the development of new approaches to the fabrication of elements of sensing equipment, and will allow to predict the required parameters in a manufacturing process. The results of low-temperature studies of magnetization of silicon nanocrystals doped with boron and nickel impurities showed that at liquid helium temperatures the crystal conductance changes abruptly due to localization of impurity levels. The magnetic properties of crystals, the concentration of which corresponds to a dielectric and metal side of metal-insulator transition, subject to the percolation laws of the formation of magnetic clusters, that in turn is important for the development of devices that can be used in spintronics. A highly sensitive strain, temperature, magnetic field sensors were proposed, which are important for modern cryoelectronics, cryoelectronic storage, sensor micro- and nanoelectronics, as well as for the devices made by combining the techniques of silicon-on-insulator structures and silicon microcrystals fabrication through the development of new approaches and structural and technological methods for the formation of functional properties of devices. The developed sensing element of accelerometer made it possible to implement as a discrete device or an element of integrated nanoelectromechanical system based on silicon-on-insulator structure, which provides the displacement with precision of 200 nm. Based on the multipurpose use of silicon microcrystals and silicon-on-insulator structures, the discrete solid state elements (inductive, capacitive elements) and combined elements (oscillatory circuits) implemented by positioning technologies were developed. The design of the oscillatory circuit provides a combination of elements consisting of silicon whisker with a dopant concentration corresponding to the dielectric side of metal-insulator transition and polycrystalline silicon in SOI structures.Item Формування нових інкапсульованих структур з нанообмеженою геометрією для пристроїв електроніки(Національний університет "Львівська політехніка", 2015) Біщанюк, Тетяна МиколаївнаРобота присвячена фундаментальним і прикладним аспектам формування нових видів інкапсулатів для покращення експлуатаційних характеристик пристроїв електроніки. Показана можливість застосування таких природних мінералів як пірофіліт і халькопірит для Li+ - інтеркаляційного струмоутворення та розроблено шляхи підвищення його ефективності шляхом формування інкапсулатів. Виявлено і проаналізовано аномально високе значення коефіцієнта дифузії в них катіонів літію. Синтезовано супрамолекулярні ієрархічні неорганічно/органічні архітектури і вивчено термодинаміку та кінетику Li+ - інтеркаляційного струмоутворення у них. Сформовано N-бар’єрні наногібридизовані клатрати типу неорганічний напівпровідник/органічна фаза шляхом тристадійної інтеркаляційної кристалоінженерії. В них виявлено при кімнатних температурах колосальний магнітоопір у слабкому магнітному полі, явища від’ємної фото- та магнітоємності, квантової фотоємності, колосальне значення фотодіелектричного та магнітоємнісного ефектів. Проведено їх комплексне дослідження і наведені моделі, що пояснюють їхні механізми. Показано суттєві переваги синтезованих інкапсулатів порівняно з відомими активними елементами сенсорів слабких магнітних і електромагнітних полів, фото- і магнетоварікапів. Особлива увага надана розробленню підходів до створення комерційно привабливих квантових акумуляторів і спінових конденсаторів. The work is dedicated to fundamental and applied aspects of new encapsulates formation to improve the performance of electronics devices. The possibility of using natural minerals such as pyrophyllite and chalcopyrite for Li+ - intercalation current-formation is shown and developed ways to improve its efficiency by forming encapsulates. Abnormally high value of the diffusion coefficient of lithium cations are detected and analyzed. Hierarchical supramolecular inorganic/organic architectures are synthesized and the thermodynamics and kinetics of Li+ - intercalation current formation in them are studied. N-barrier nanohybridized clathrates of inorganic semiconductor/organic phase by three-stage intercalation crystalloengineering are formed. Colossal magnetoresistance in a weak magnetic field, the phenomenon of negative photo- and magnetocapacitance, quantum photocapacitance, great value of photodieleсtric and magnetocapacitance effects are found in them at room temperature. Their comprehensive studies are performed and models that explain their mechanisms are represented. Significant advantages of synthesized encapsulates compared with known active elements of sensors in weak magnetic and electromagnetic fields such as photo- and magnetovaricaps are shown. Special attention is given to development of approaches to create commercially attractive quantum batteries and spin capacitors. Работа посвящена фундаментальным и прикладным аспектам формирования новых видов инкапсулатов для улучшения эксплуатационных характеристик устройств электроники. Показана возможность применения таких природных минералов как пирофиллит и халькопирит для Li+ - интеркаляционного токообразования и разработаны пути повышения его эффективности путем формирования инкапсулатов. Выявлены и проанализированы аномально высокие значения коэффициента диффузии катионов лития в этих материалах. Обнаружены отличия в изменении энергии Гиббса для природного халькопирита и его наноразмерных аналогов, синтезированных автоклавным и темплатным методами. Синтезированы супрамолекулярные иерархические неорганично / органические архитектуры и изучено термодинамику и кинетику Li+ - интеркаляционного токообразования в них. Сформированы N-барьерные наногибридизование клатраты типа неорганический полупроводник / органическая фаза путем трехстадийной интеркаляционной кристаллоинженерии и инкапсулаты в молекулярно-решеточной матрице МСМ-41 разного уровня иерархичности структуры. Исследовано влияние на них постоянного магнитного поля и освещенности видимого диапазона. При комнатных температурах в них обнаружено колоссальное магнитосопротивление в слабом магнитном поле, явления отрицательной фото- и магнитоемкости, квантовой фотоемкости, колоссальное значение фотодиэлектрического и магнитоемкостного эффектов. Проведено их комплексное исследование и указаны модели, объясняющие их механизмы. Обнаружены структуры, в которых сочетается высокое значение диэлектрической проницаемости с низким тангенсом кута электрических потерь. Показано существенные преимущества синтезированных инкапсулатов по сравнению с известными активными элементами сенсоров слабых магнитных и электромагнитных полей, фото- и магнетоварикапов. Особое внимание уделено разработке подходов к созданию коммерческих привлекательных квантовых аккумуляторов и спиновых конденсаторов.Item Отримання та характеристики ниткоподібних мікро- і нанокристалів Si та твердих розчинів Si1-xGex для приладних застосувань(Національний університет "Львівська політехніка", 2012) Нічкало, Степан ІгоровичДисертація присвячена дослідженню технологічних умов вирощування ниткоподібних мікро- і нанокристалів Si та твердих розчинів Si1-xGex, вивченню кінетики їх утворення, а також дослідженню властивостей для розширення існуючих уявлень про фізичну природу багатьох процесів у твердих тілах, що дало можливість розробити концепцію створення нових сучасних приладів із наперед заданими та прогнозованими характеристиками. Наведено результати досліджень електрофізичних, термо- та фотоелектричних властивостей ниткоподібних мікро- і нанокристалів Si та твердих розчинів Si1-xGex. Встановлено, що температурна залежність опору і польова залежність магнетоопору НК Si1-xGex (d=200 нм) та Si (d=5 мкм) лінійні в інтервалі 4,2–77 К, а відносна зміна опору для зразків НК Si1-xGex (d=200 нм) становила 250 % за індукції магнетного поля 14 Тл і температури 4,2 К, що дозволило розробити на їх основі сенсор одночасного вимірювання індукції магнетного поля та температури. Встановлено, що термоелектричні характеристики субмікронних НК твердого розчину Si1-xGex відрізняються від характеристик масивного матеріалу, що пов’язано з нанопористою оболонкою кристалів. Розроблено сенсор температури та різниці температур для інтервалу 4,2–77 К на основі НК Si1-xGex, які володіють покращеними характеристиками завдяки прояву розмірної залежності коефіцієнта термоЕРС. Запропоновано удосконалену модель фотоелектричного перетворювача з використанням антивідбивної поверхні у вигляді ансамблів нанодротин кремнію. Диссертация посвящена исследованию технологических условий выращивания нитевидных микро- и нанокристаллов Si и твёрдых растворов Si1-xGex, изучению кинетики их образования, а также исследованию свойств для расширения существующих представлений о физической природе многих процессов в твердых телах, что позволило разработать концепцию создания новых современных приборов с заданными и прогнозируемыми характеристиками. Приведены результаты исследований электрофизических, термо-и фотоэлектрических свойств нитевидных микро-и нанокристаллов Si и твёрдых растворов Si1-xGex. В результате проведенных ростовых экспериментов в открытой и закрытой системах получены ансамбли нанонитей Si со средним диаметром 200 нм. Показано, что на первой стадии процесса выращивания методом химического парового осаждения поверхность кремниевой подложки покрывается поликристаллическим буферным слоем, который является источником высокого локального пресыщение в участках образования нанокристаллов. На основе моделирования аксиального роста нитевидных кристаллов определен их критический диаметр (45 нм). Установлено, что температурная зависимость сопротивления и зависимость магнетосопротивления от магнитного поля НК Si1-xGex (d=200 нм) и Si (d=5 мкм) имеет линейный характер в интервале 4,2–77 К, а относительное изменение сопротивления НК Si1-xGex (d=200 нм) составляло 250% при индукции магнитного поля 14 Тл, что позволило разработать на их основе сенсор для одновременного измерения индукции магнитного поля и температуры. Установлено, что термоэлектрические характеристики субмикронных НК твёрдого раствора Si1-xGex отличаются от характеристик массивного материала, что проявляется в росте эффекта фононного увлечения носителей заряда. Причиной является деформация кристаллического ядра НК вследствии рассогласования параметров решетки ядра и нанопористой оболочки кристалла, что привело к увеличению коэффициента термоЭДС и обусловило смещение его максимального значения в сторону более высоких температур. Это позволило разработать сенсор температуры и разности температур для интервала 4,2–77 К, где в качестве чувствительных элементов использовали НК Si1-xGex диаметром 20 мкм, обладающих улучшенными характеристиками благодаря проявлению размерной зависимости коэффициента термоЕРС. Предложена усовершенствованная модель фотоэлектрического преобразователя с использованием антиотражающей поверхности в виде ансамблей нанокристаллов кремния. The thesis is devoted to research of technological growing conditions of Si, Si1-xGex solid solution micro- and nanowires, study of the kinetics of their formation and study of the their properties for the expansion of existing ideas about the physical nature of many processes in solids, making it possible to develop a concept for a new modern devices with predetermined and predictable characteristics. The research results of studying their electrophysical, thermal and photovoltaic properties of micro-and nanocrystals of Si, Si1-xGex solid solution micro- and nanowires are presented. It was found that the dependence of magnetoresistance on magnetic field for Si1-xGex nanowires (d=200 nm) and Si (d=5 mm) possesses the linear character, and the relative change in resistance for Si1-xGex nanowires samples was 250 % at magnetic 14 T and temperature 4,2 K. The concept of making sensors on the basis of Si1-хGeх nanowhiskers detecting simultaneously magnetic field and temperature has been proposed. It was found that the thermoelectric properties of submicron wires differs from that of bulk crustals due to the presence of nanoporous shell in crystals. In particular, the decreased scattering of charge carriers by phonons and the enhanced phonon drag effect in whiskers is caused by interface tension between crystalline core and nanoporous shell and the shifting maximum value of thermopower on its temperature dependence towards higher temperatures confirmed previous thought. These results allowed to design thermoelectric sensor operating at 4,2–77 K, which have improved characteristics due to size dependenced thermopower coefficient. An improved model of the photoelectric converter using antireflective coating in the form of Si nanowires array is proposed.Item Термоелектричні та магнетні характеристики ниткуватих кристалів Si1-xGex та творення на їх основі сенсорів теплових величин(Національний університет "Львівська політехніка", 2009) Когут, Юрій РомановичДисертація присвячена створенню та прогнозуванню характеристик сенсорів теплових величин для широкого інтервалу температур на основі ниткуватих кристалів твердого розчину Si1-хGeх (х=0,01–0,1) р-типу провідності, легованих домішками , , до концентрації з діелектричного боку переходу метал-діелектрик. Наведено результати досліджень терморезистивних і термоелектричних властивостей ниткуватих кристалів Si1-xGex в інтервалі низьких та підвищених температур під дією деформування та магнетного поля, визначено механізми транспорту носіїв заряду в широкому інтервалі температур і степенів легування напівпровідника. Проведено дослідження магнетних властивостей НК та дестабілізуючого впливу зовнішніх магнетних полів на термометричні характеристики НК Si1-xGex. Розраховано основні термоелектричні та термометричні параметри НК і зроблено оцінку можливості їх використання у сенсорах теплових величин для кріогенних та підвищених температур. На основі НК Si1-xGex створено високочутливі малоінерційні сенсори температури та різниці температур для інтервалів кріогенних (20–120К) та підвищених (300–550К) температур, працездатні в умовах дії достатньо сильних зовнішніх магнетних полів. Дисертація присвячена створенню та прогнозуванню характеристик сенсорів теплових величин для широкого інтервалу температур на основі ниткуватих кристалів твердого розчину Si1-хGeх (х=0,01–0,1) р-типу провідності, легованих. Диссертация посвящена созданию и прогнозированию характеристик сенсоров тепловых величин для широкого интервала температур на основе нитевидных кристаллов твердого расствора Si1-хGeх (х=0,01–0,1) р-типа проводимости, легированных примесями , , до концентраций с диэлектрической стороны перехода металл-диэлектрик. Представлены результаты исследования терморезистивных и термоэлектрических свойств нитевидных кристаллов Si1-xGex в интервале низких и повышенных температур под воздействием деформирования и магнитного поля, определены механизмы транспорта носителей заряда в широком интервале температур и уровней легирования полупроводника. Проведены исследования магнитных свойств НК и дестабилизирующего влияния внешних магнитных полей на термометрические характеристики НК Si1-xGex. Рассчитаны основные термоэлектрические и термометрические параметры НК, проведена оценка возможности их использования в сенсорах тепловых величин для криогенных и повышенных температур. На основе НК Si1-xGex разработаны высокочувствительные малоинерционные сенсоры температуры и разности температур для криогенных (20–120К) и повышенных (300–550К) температур, работоспособны в условиях воздействия достаточно сильных внешних магнитных полей. The thesis deals with the creation and characteristics estimation of thermal sensors for the wide temperature range on the basis of the p-type Si1-хGeх (х=0,01–0,1) solid solution whiskers doped with , or impurity combinations at the insulator side of metal-insulator transition. The results of studies of conductivity thermal dependencies and thermoelectric properties of Si1-xGex whiskers at low and elevated temperatures and at the influence of strain and magnetic field are described. Mechanisms of charge carriers transport in wide ranges of temperatures and doping levels have been determined. Studies of magnetic properties of whiskers and destabilizing influence of external magnetic fields concerning thermometrical characteristics of Si1-xGex whiskers have been carried out. The main thermoelectric parameters of whiskers have been calculated and the possibility of their sensors application at cryogenic and elevated temperatures has been estimated. On the basis of Si1-xGex whiskers high-sensitive low-inertia temperature and temperature difference sensors for ranges of cryogenic (20–120К) and elevated (300–550К) temperatures have been created. The sensors are operable even in sufficiently high magnetic fields.