Способ изготовления магниторезисторов

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ, включающий формирование контактов на образце полупроводникового материала, размещение образца в герметичном корпусе - камере высокого давления и создание в камере давления в области фазового перехода P_t, отличающийся тем, что, с целью улучщения температурной и полевой характеристик магниторезисторов, в камере высокого давления создают давление в диапазоне P_t < P < P_t + 0,2 ГПа, фиксируют положение пуансонов и выдерживают образец под этим давлением в течение (2,88 - 8,64) 10⁴ с.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового материала используют селенид ртути.

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов, а именно к способам изменения физических параметров полупроводника в магнитном поле с использованием давления.
Целью изобретения является улучшение температурной и полевой характеристик магниторезистора.
При создании давления в области фазового перехода полупроводника P_tпроисходит образование и рост зародышей новой фазы, вследствие чего материал становится двухфазным. Выдержка в течение 8-24 ч после создания давления от P_t до P_t + 0,2 ГПа и фиксации положения пуансонов приводит к стабилизации степени превращения и соответственно электрических свойств. Этому способствует сброс давления при переходе части образца полупроводникового материала в более плотную фазу высокого давления, а также сам характер фазового перехода.
Электрические свойства полупроводникового материала определяются комбинацией электрических свойств фаз высокого и низкого давления. Так, например, фаза низкого давления селенида ртути имеет низкое удельное сопротивление _o = 10^-4 Ом см и положительный температурный коэффициент сопротивления, фаза высокого давления - удельное сопротивление _o = 10² - -10³ Ом см и большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Двухфазный селенид ртути имеет высокое удельное сопротивление _o= 0,1-10,0 Ом см и температурный коэффициент сопротивления меньший, чем у каждого из фаз. Температурную зависимость сопротивления фаз низкого и высокого давления можно описать зависимостью
= _o exp(-B/T), где _o - константа, Ом см;
Т - температура от 200 до 300 К;
B - коэффициент, принимающий значения B = 400 К для исходной фазы и B = -4000 К для фазы высокого давления P > P_t + 0,2 ГПа. Для двухфазного материала (согласно предложенному способу) температурный коэффициент B = 90 - 150 К.
Чувствительность полупроводника к магнитному полю определяется областями с низким сопротивлением, поэтому она остается высокой. В магнитном поле 2 Тл изменение сопротивления исходной фазы составляет несколько процентов, а у двухфазного материала около 1% . Однако с учетом того, что удельное сопротивление двухфазного материала в 10³-10⁵ раз выше, чем у исходного материала, абсолютная величина изменения сопротивления в магнитном поле у двухфазного образца больше, чем у каждой из фаз.
На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 (для первого образца) и фиг. 3 (для второго образца) показаны зависимости сопротивления селенида ртути от времени выдержки образцов под давлением. Цифрами у кривых указано давление в ГПа. Цифры в скобах указывают величину установившегося после выдержки давления. Давление уменьшается на 0,03 ГПа из-за объемного эффекта превращений некоторой части образца, что способствует стабилизации свойств селенида ртути. Светлыми точками отмечены результаты второго цикла повышения давления. На фиг. 4 показаны температурные зависимости удельного сопротивления третьего-пятого образцов селенида ртути. (Для третьего образца при давлениях 0,35 и 0,76 ГПа масштаб сопротивления взят в 10³ раз больше, чем при давлении 0,87 ГПа, для четвертого образца давление соответствует 0,67 ГПа, для пятого - 0,86 ГПа). На фиг. 5 показана зависимость сопротивления селенида ртути от магнитной индукции при выдержке третьего образца при давлениях P < P_t и времени менее 8 ч. На фиг. 6 показана зависимость сопротивления селенида ртути от магнитной индукции при выдержке третьего образца при давлении 0,85 ГПа, пятого образца при давлении 0,86 ГПа. Величина (0) определена при отсутствии магнитного поля.
Устройство (фиг. 1) содержит образец 1 селенида ртути; корпус - камеру 2 высокого давления, термостат 3, термопару 4, датчик 5 давления, полюса 6 электромагнита, датчик 7 магнитной индукции, например датчик Холла, регистрирующий прибор 8, переключатель 9, источник 10 питания образца.
П р и м е р реализации способа.
Для изготовления магниторезистора испытывают образцы селенида ртути со следующими значениями удельного сопротивления ₁ и концентрации электронов N при Т = 293 К.
₁, Ом см N, см^-3 первый образец 1,2 10^-4 0,4 10¹⁸ второй образец 6,0 10^-4 0,5 10¹⁸ третий образец 1,4 10^-4 7,0 10¹⁸ четвертый и пятый образцы 5,4 10^-4 2,0 10¹⁸
Магниторезистор представляет собой герметичный корпус-камеру высокого давления, изготовленную из термообработанного титанового сплава ВТЗ-1. Изменение температуры в ней осуществляют в пенопластовом термостате 3 в парах жидкого азота, температуру измеряют медно-константовой термопарой 4. Передающей давление средой является смесь керосина и трансформаторного масла в отношении 4: 1. Давление измеряют с помощью манганинового датчика 5. Магнитную индукцию создают электромагнитом 6 и измеряют датчиком Холла типа ДХ-602, изготовленным из сурьмянистого индия n-типа. В качестве регистрирующего прибора используют потенциометр ПДП 4-002. Для изменения режима работы применяют переключатель 9. Источник 10 питания состоит из батареи типа "Бакен" и магазина сопротивления Р33. Сопротивление образца селенида ртути измеряют с помощью потенциометра Р363-1 и цифрового вольтметра В7-21. Образец 1 селенида ртути, размещенный в камере, имеет форму параллелепипеда размерами 0,7х0,7х5,0 мм. Грани образца отполированы и протравлены до снятия нарушенного слоя. Токовые контакты, припаянные к торцам образца, изготовлены из медного провода диаметром 0,05 мм, а четыре потенциальных контакта, припаянные к граням, - из медного провода диаметром 0,03 мм (пайка осуществлена легкоплавким индиевым припоем).
Подготовку магниторезистора к работе выполняют в следующей последовательности.
С помощью пуансонов (на фиг. 1 не показаны) в камере высокого давления создают давление в интервале от P_t до P_t + 0,2 ГПа, где P_t - давление фазового перехода селенида ртути, равное 0,74-0,80 ГПа. Положение пуансонов фиксируют и выдерживают образец при установленном давлении в течение 8-24 ч. Так, первый образец выдерживают при давлении 0,96 ГПа в течение 15 ч, второй - при давлении 0,93 ГПа в течение 15 ч, третий образец - при 0,87 ГПа в течение 24 ч, четвертый - при 0,85 ГПа в течение 17 ч, пятый - при давлении 0,89 ГПа в течение 5600 ч. Экспериментальные данные (фиг. 2 и 3) показывают, что стабилизация свойств наступает - через 8-24 ч выдержки. Давление в процессе выдержки уменьшается на 0,03 ГПа из-за объемного эффекта превращения некоторой части образца. Сброс давления способствует стабилизации превращения и свойств селенида ртути.
После обработки сопротивление селенида ртути увеличивается в 10³ - 10⁵ раз. На фиг. 4 показано, что температурный коэффициент сопротивления третьего и пятого образцов становится в 3 раза меньше минимального коэффициента для исходной фазы. Температурную зависимость удобно представить в виде
= _o exp(-B/T), где _o - постоянный коэффициент, определяемый экспериментальным путем.
_o = 0,1 - 10,0 Ом см; Для первого - пятого образцов коэффициент _o имеет соответственно следующие значения, в Ом см: 0,60; 0,10; 0,18; 0,69; 7,0; Т - температура в диапазоне 200-300 К; В - коэффициент, равный 90-150 К.
Зависимость сопротивления от магнитной индукции при данных условиях обработки остается высокой (фиг. 6). Поскольку сопротивление селенида ртути становится в 10³ - 10⁵ раз выше, абсолютная величина изменения сопротивления в магнитном поле выше, чем для исходного материала. Так, для третьего образца изменение удельного сопротивления в поле 2 Тл составляет при давлениях, меньших P_t, 1 10^-5 Ом см, а при указанном способе 1 10^-3 Ом см (фиг. 4 - 6). Из фиг. 4-6 также видно, что примерно такие же значения имеет магнитосопротивление пятого образца. Таким образом, чувствительность магниторезистора, изготовленного по данному способу, повышается (на два порядка) по сравнению с исходным полупроводниковым материалом (селенидом ртути).
При обработке давлением от P_t + 0,2 до P_t + 0,5 ГПа не удается достигнуть стабильных значений сопротивления. Если после выдержки при давлении от P_t до P_t + 0,2 ГПа снизить давление до значений, меньших P_t, то также не удается достичь стабильности. Температурные зависимости сопротивления при этом имеют гистерезис (см. фиг. 4 четвертый образец).
Эффективность предложенного способа изготовления магниторезистора заключается в уменьшении температурного коэффициента сопротивления в 3-4 раза и возрастании чувствительности к магнитному полю на два порядка и более. Улучшение электрофизических характеристик достигается созданием и стабилизацией в исходном полупроводниковом образце областей фазы высокого давления. Изменяя давление, можно управлять работой магниторезистора. (56) Заявка ФРГ N 2410091, кл. H 01 L 29/84, 1977.
Iwanowski R. I. и др. Электронная подвижность и рассеяние электронов в кристаллах ртуть-кадмий-селен. J. Phys. Chem. Sol. 1978, v. 39, N 10, р. р. 1059-1070.
Щенников В. В. и др. ТермоЭДС гексагонального селенида ртути. - "Физика и техника полупроводников", 1982, т. 15, N 4, с. 715-717.
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов, а именно к способам изменения физических параметров полупроводника в магнитном поле с использованием давления. Цель изобретения - улучшение температурной и полевой характеристики магниторезистора. Цель изобретения достигается при изготовлении магниторезистора, состоящего из образца полупроводникового материала, размещенного в герметичном корпусе - камере высокого давления. В камере создают давление от P_t до P_t+0,2 ГПа, где P_t - давление фазового перехода, фиксируют положение пуансонов камеры и выдерживают образец под давлением 8 - 24 ч, после чего приступают к измерению магнитного поля. Приведены характеристики магниторезистора с образцом из селенида ртути. По сравнению с известными магниторезисторами предложенный способ позволяет в 3 - 4 раза уменьшить температурный коэффициент сопротивления и повысить на два порядка и более чувствительность к магнитному полю за счет создания и стабилизации в полупроводниковом материале областей фазы высокого давления. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.