Красноярские физики обнаружили, что электрическое сопротивление под действием магнитного поля в полупроводниковых структурах зависит от наличия примесей в кремниевых подложках. Ученые продемонстрировали, как добавки дополнительных примесей могут повысить эффективность и температурные условия проявления эффекта. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Science in Semiconductor Processing. 

В современной микроэлектронике широко используются устройства, изготовленные по кремниевым технологиям. В частности, многие полевые транзисторы, солнечные элементы и фотодетекторы сделаны в виде многослойных структур из металла, диэлектрика и полупроводника. Для таких композитных материалов характерно высокое магнитосопротивление — изменение электрического сопротивления под действием магнитного поля, которое расширяет функциональность полупроводниковых устройств. 

Красноярские ученые определили, что проявление магнитосопротивления в структурах, состоящих из металла, диэлектрика и полупроводника, зависит от включенных в полупроводник примесей. Исследователи также научились искусственно создавать этот эффект при повышенных температурах, добавляя другие примеси в полупроводник, а также управлять им при помощи магнитного и электрического поля. 

Ранее ученые фиксировали магнитосопротивление в полупроводниковых структурах. Но не знали, что его вызывает. Начав подробнее изучать подложки, входящие в эти структуры, они определили, что эффект проявлялся в виде скачкообразного увеличения электрического сопротивления материала при низкой температуре под действием магнитного поля. В новом исследовании физики рассмотрели образец кремния, в котором к стандартной примеси бора они добавили примесь галлия. В таком материале появился дополнительный «скачок» сопротивления при более высоких температурах. 

Тарасов Антон.jpg 

«Мы уже давно исследуем магнитосопротивление в полупроводниках с примесями. Ранее мы обнаружили возникновение магнитосопротивления но его природа была нам не совсем ясна. Изучая структуры металл-диэлектрик-полупроводник, мы пришли к выводу, что сопротивление возникает из-за примеси в кремниевой подложке. Галлий, имплантированный в полупроводник, проявил себя наравне со стандартными примесями, которые уже были в подложке. Наши исследования показывают, что физические свойства не только привычной примеси бора, но и имплантированной примеси галлия зависят от магнитного поля, что и вызывает магнитосопротивление», — рассказал Антон Тарасов, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией радиоспектроскопии и спиновой электроники Института физики им Л.В. Киренского. ​

Кроме того, физики обнаружили, что включение магнитного поля, параллельного плоскости образца, позволяет управлять эффектом. В этом случае он проявляется при более высоких температурах. К тому же, вторая примесь в подложке увеличивала магнитосопротивление до максимально возможного значения. Как отмечают ученые, возможность «настраивать» эффект важна для перспектив его применения. 

«Появление второго пика показывает, что галлий, который мы добавили, работает аналогично изначальной примеси в кремниевой подложке. В этом и заключалось наше предположение, что различные примеси будут иметь свой пик сопротивления, зависящий от магнитного поля. В дальнейшем мы хотим использовать другие примеси или полупроводники и попробовать добиться эффекта при комнатной температуре. На данный момент он проявляется только при температурах ниже -200 градусов Цельсия», — пояснил Дмитрий Смоляков, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории радиоспектроскопии и спиновой электроники Института физики им Л.В. Киренского.

Ученые отмечают, что эффект магнитосопротивления и обнаруженные эффекты можно применять при разработке и изготовлении электронных устройств, к примеру, датчиков и сенсоров магнитного поля, подобные устройства находятся в жестком диске памяти компьютера и в мобильных телефонах. 

Исследование проведено при финансовой поддержке Мегагранта Правительства РФ на создание лабораторий мирового уровня (№ 075-15-2019-1886). 

Имплантирование выполнено в Научно-исследовательском физико-техническом институте (НИФТИ) Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Источники

Обнаружена причина магнитосопротивления у полупроводников
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 03/03/2021
Обнаружена причина магнитосопротивления у полупроводников
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/03/2021

Похожие новости

  • 28/04/2021

    Ученые создали жидкокристаллические пленки, уменьшающие расход энергии в гаджетах

    Российская группа исследователей, в состав которой вошли ученые Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск), разработала жидкокристаллический материал, способный повышать энергоэффективность смартфонов и планшетов за счет управления положением молекул в кристаллах.
    591
  • 23/01/2019

    Новосибирские физики смоделировали атмосферу экзопланет

    ​Сотрудники Института лазерной физики СО РАН в лабораторных условиях моделируют плазменный ветер, аналогичный тому, что испускают объекты в сотнях световых лет от Земли. Эти исследования имеют большое значение для изучения состава и динамики верхней атмосферы разных классов экзопланет, в том числе потенциально пригодных для жизни.
    1442
  • 29/04/2019

    Сибирские учёные участвуют в российских космических проектах

    Научные институты со ран работают в проектах «миллиметрон» и «федерация», наращивают группировку глонасс и не возражают против сотрудничества с частными космическими корпорациями. Первая в России негосударственная космическая компания появилась в Красноярске.
    935
  • 14/06/2018

    Наночастицы нитрида титана повысят производительность оптоволоконных линий связи

    Ученые Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) совместно с коллегами из Сибирского федерального университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им.
    2085
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    2336
  • 20/04/2021

    «Экран ФЭП»: экологичная конкуренция, сотрудничество с государством и симбиоз с наукой

    Новосибирск занимает уникальное место на карте мирового рынка электронно-оптических преобразователей (ЭОП), применяемых в приборах ночного видения. Здесь сосредоточены три из четырех российских (а это примерно половина всех мировых) предприятий, выпускающих эти устройства.
    436
  • 29/07/2020

    Форму и свойства наночастиц можно изменять за счет благородных металлов

    ​Международный коллектив ученых создал гибридные наноструктуры из магнитных наночастиц и серебра. Меняя концентрацию благородного металла, можно получать конструкции различных форм: от эллипсов до четырех-, шести- и восьмиугольников с закругленными краями и тонкой углеродной оболочкой.
    2003
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    2113
  • 20/02/2021

    Новосибирские учёные презентуют газоанализатор на выставке в ОАЭ

    ​​Учёные рассказали, чего ждут от выставки, и какие контракты планируют заключить с зарубежными партнерами. Газоанализатор, разработанный учеными новосибирского Академгородка, презентуют участникам международной выставки продуктов, напитков, оборудования для гостинично-ресторанного бизнеса и кулинарии стран Персидского Залива.
    876
  • 13/04/2018

    Дилатометр измерит деформации космических материалов в вакууме

    Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) разработали измерительную ячейку для исследования свойств материалов при температурах близких к абсолютному нулю.
    1575