Российские ученые выяснили, что проявление магнитосопротивления в композитных материалах, состоящих из металла, диэлектрика и полупроводника, связано с добавленными в полупроводник примесями. Также физики разработали метод, который создает подобный эффект при повышенных температурах, и научились управлять магнитосопротивлением при помощи магнитного и электрического полей. Исследование опубликовано в журнале Materials Science in Semiconductor Processing.
Кремниевые технологии сегодня активно используются в микроэлектронике. В виде многослойных структур из металла, диэлектрика и полупроводника сделаны многие полевые транзисторы, солнечные элементы и фотодетекторы. Таким материалам свойственно высокое магнитосопротивление, то есть изменение электрического сопротивления под действием магнитного поля, которое расширяет функциональность полупроводниковых устройств.
Исследователи и раньше фиксировали магнитосопротивление в полупроводниковых структурах, но не могли понять, что его вызывает. Поэтому ученые принялись внимательно изучать подложки, входящие в эти структуры. Они обнаружили, что эффект магнитосопротивления проявлялся в виде скачкообразного увеличения электрического сопротивления материала при низкой температуре под действием магнитного поля. А теперь исследователи изучили образец кремния, в котором к стандартной примеси бора они добавили примесь галлия. В таком материале появился дополнительный «скачок» сопротивления при более высоких температурах
«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 один из авторов исследования, заведующий лабораторией радиоспектроскопии и спиновой электроники Института физики имени Л.В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН Антон Тарасов.
Ученые также обнаружили, что включение магнитного поля, параллельного плоскости образца, позволяет управлять магнитосопротивлением и заставляет его проявляться при более высоких температурах. Кроме того, добавленная вторая примесь в подложке увеличивала магнитосопротивление до максимально возможного значения. «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 °C», — пояснил другой автор исследования, научный сотрудник лаборатории радиоспектроскопии и спиновой электроники ИФ КНЦ СО РАН Дмитрий Смоляков.
По словам ученых, возможность «настраивать» эффект важна для перспектив его практического применения. Управляемое магнитосопротивление можно будет использовать при разработке и изготовлении электронных устройств, к примеру датчиков и сенсоров магнитного поля, которые располагаются в жестком диске компьютера и в мобильных телефонах.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
