Piezoresistive properties of boron-doped silicon whiskers at cryogenic temperatures

Abstract

Piezoresistive properties of boron-doped p-type silicon whiskers in temperature range of 1.7 to 300 K were studied. The giant piezoresistance was observed in p-Si whiskers in the vicinity of metal-insulator transition at helium temperatures. The gauge factor dependence on impurity concentration and temperature has been investigated. The extremely high gauge factor 5.7-105 at 4.2 K has been found in moderately doped silicon microcrystals with boron concentration 3-1018 cm-3 in the vicinity of metal-insulator transition at the insulating side. The possibility of application of giant piezoresistance to develop high-sensitive mechanical sensors operating, at cryogenic temperatures is discussed.

Исследованы пьезорезистивные свойства нитевидных кристаллов кремния, легированных бором, в диапазоне температур 1,7-300 К. Гигантский пьезорезистивный эффект в нитевидных кристаллах p-Si наблюдался вблизи перехода металл-изолятор при гелиевых температурах. Исследовалась зависимость коэффициента тензочуствительнос-ти от концентрации примеси и температуры. Экстремально высокий коэффициент тен-зочувствительности 5,7-105 при 4,2 К был обнаружен в микрокристаллах кремния с промежуточным уровнем легирования с концентрацией бора 3-1018 cм-3 вблизи перехода металл-изолятор со стороны изолятора. Обсуждается возможность использования гигантского пьезосопротивления для создания высокочувствительных сенсоров механических величин, работоспособных при криогенных температурах.

Досліджєно п’єзорєзистивні властивості ниткоподібних кристалів крємнію, легованих бором, в діапазоні температур 1,7-300 К. Гігантський п’єзорезистивний ефект у ниткоподібних кристалах p-Si спостерігався поблизу переходу метал-ізолятор при гелієвих температурах. Досліджено залежність коефіцієнту тензочутливості від концетрації домішок і температури. Екстремально високий коефіцієнт тензочутливості 5,7-105 при 4,2 К був знайдений у мікрокристалах кремнію з проміжним рівнем легування з концентрацією бору 3-1018 cм-3 поблизу переходу метал-ізолятор з боку ізолятора. Обговорюється можливість використання гігантського п’єзоопору для створення високочутливих сенсорів механічних величин, працездатних при кріогенних температурах.