Transport Phenomena for Development Inductive Elements Based on Silicon Wires

Conductance and magnetoresistance of Si whiskers with diameters 5-40 µm doped with boron impurity were investigated in temperature range 4.2 ÷ 300 К, frequency range 1÷ 10 Hz and magnetic fields with intensity up to 14 Т by method of impedance spectroscopy. Hopping conductance on impurity states was shown to be realized in the crystals in low temperature region. The studies allow us to obtain parameters of hopping conduction. On the basis of experimental results a miniature inductive element was created using silicon wire

Superconductivity and Kondo Effect of PdxBi2Se3 Whiskers at Low Temperatures

Temperature dependencies of Bi2Se3 whiskers’ resistance with Pd doping concentration of (1-2) × 1019 cm − 3 where measured in temperature range 1.5-77 K. At temperature 5.3 K a sharp drop in the whisker resistance was found. The effect observed is likely resulted from the whiskers partial transition in superconducting state at temperature 5.3 K, which is likely connected with β-PdBi2 inclusions in the whiskers. Transverse magnetoresistance in n-type Bi2Se3 whiskers with different doping concentration in the vicinity to the metal-insulator transition from metal side of the transition was studied in magnetic field 0-10 T. The magnetic field suppression of superconductivity allows to determine the main parameters: upper critical magnetic field Bc2 = 1.5 T, superconductor coherence length ξ(0) = 15 nm, superconductive gap ∆~ 0.8 meV. Besides on the temperature dependence of the whisker resistance and magnetoresistance a minimum was observed in the temperature range 20-25 K that is connected with appearance of Kondo effect

Photovoltaic Cells based on Textured Silicon

The paper describes a chemical etching technique as one of the promising methods to create Si nanostructures. The aim of this work is the development of Si photovoltaic converters using modern resourse-saving manufacturing methods for silicon micro- and nanostructures based on isotropic and anisotropic chemical etching techniques. It is shown that proposed surface texturing technique gives 23.15% increase in conversion efficiency of the solar cells

The Electron Scattering on Local Potential of Crystal Defects in GaSb Whiskers

The concentration and mobility of electrons were examined by Hall measurements in n-GaSb whiskers with defect concentration of about 5 1017 cm – 3. The dependences of electron mobility and Hall factor on temperature were calculated using the short-range scattering models in the temperature interval 4.2- 500 К. The electron interaction with different types of lattice defects was considered

Photovoltaic Cells based on Textured Silicon

The paper describes a chemical etching technique as one of the promising methods to create Si nanostructures. The aim of this work is the development of Si photovoltaic converters using modern resourse-saving manufacturing methods for silicon micro- and nanostructures based on isotropic and anisotropic chemical etching techniques. It is shown that proposed surface texturing technique gives 23.15% increase in conversion efficiency of the solar cells

Magnetoresistance and magnetic susceptibility of doped Si-Ge whiskers

The magnetoresistance and magnetic susceptibility (MS) of Si—Ge whiskers have been determined in the temperature range 4.2-300 K in magnetic fields up to 140 and 4.0 kOe, respectively. The results obtained show two peculiarities: a substantial paramagnetic contribution to the whisker MS and magnetization, non-linear dependency of magnetization on magnetic field. These facts indicate the existence of antiferromagnetic ordering in the whiskers. The magnetization hysteresis really observed at 4.2 K confirms the above supposition. Possible reasons of the effect revealed are discussed

Peculiarities of Si-Ge whisker growing by CTR method

Growth peculiarities of doped Si₁₋ₓGeₓ (х = 0.01-0.05) solid solution whiskers of 1 to 100 µm in diameter in closed bromide system by chemical transport reactions method have been investigated. А dimensional dependence of specific resistance at 300 К has been revealed. The Si₁₋ₓGeₓ (х = 0.05) whiskers of 30 to 70 µm in diameter with dopant concentration in the vicinity of metal-insulator transition were obtained. Substantial changes of the specific resistance and gauge factor of the crystals depending on their diameters has been observed in temperature range 4.2-50 К.Методом хiмiчних транспортних реакцiй у закритiй бромiднiй системi дослiджено особливостi вирощування легованих ниткоподiбних кристалiв твердого розчину Si₁₋ₓGeₓ (х = 0,01-0,05) рiзного дiаметра (0,1-100 мкм). Встановлено розмiрну залежнiсть питомого опору кристалiв при Т = 300 К. Одержано легованi зразки Si₁₋ₓGeₓ (х = 0,05) рiзного дiаметра (30-70 мкм) з концентрацiєю легуючих домiшок поблизу переходу метал-дiелектрик. Виявлено iстотну змiну їх питомого опору та коефiцiєнта тензочутливостi у температурнiй областi 4,2-50 К в залежностi вiд дiаметра кристалiв.Методом химических транспортных реакций в закрытой бромидной системе исследованы особенности выращивания легированных нитевидных кристаллов твердого раствора Si₁₋ₓGeₓ (х = 0,01-0,05) разного диаметра (0,1-100 мкм). Установлена размерная зависимость удельного сопротивления кристаллов при Т = 300 К. Получены легированные образцы Si₁₋ₓGeₓ (х = 0,05) разного диаметра (30-70 мкм) с концентрацией легирующих примесей вблизи перехода металл-диэлектрик. Обнаружены существенные изменения их удельного сопротивления и коэффициента тензочувствительности в температурной области 4,2-50 К в зависимости от диаметра кристаллов

Ниткоподібні кристали Si-Ge для створення термоелектричних сенсорів

The paper deals with studies of thermoelectric properties for Si1-xGex (x=0.01-0.05) whiskers doped with boron during their growth by CVD method. Temperature dependences of the resistance and the Seebeck coefficient for Si1-xGex whiskers were measured in the temperature range 275–550 K. A method for determination of thermoelectric parameters of the whisker was proposed with use of the whisker joints, which allows us to define a ratio of Seebeck coefficient to thermal conductivity a/k. Taking into account the obtained values of Seebeck coefficient, the whisker conductance and estimated values of thermal conductivity, parameter ZT was calculated for the whiskers and consists of 0.15 for T=200oC. The obtained value of ZT is in good coincidence with literature data for hop pressed Si-Ge nanocomposites. The humidity sensor was designed base on Si-Ge whiskers.У статті розглянуто термоелектричні властивості ниткоподібних кристалів Si1-xGex (x = 0,01-0,05), легованих бором під час їх росту методом ХТР. Температурні залежності опору та коефіцієнт Зеебека ниткоподібних кристалів вимірювали в діапазоні температур 275–550 К. Запропоновано метод визначення термоелектричних параметрів ниткоподібних кристалів із застосуванням зростків кристалів, що дозволяють визначити  відношення коефіцієнта Зеебека до теплопровідності a/k. Враховуючи отримані значення коефіцієнта Зеебека, електропровідності ниткоподібних кристалів та розрахункові значення параметра теплопровідності, проведені оцінки параметра ZT, який становить  0,15 для T = 200oC. Отримане значення ZT співпадає з літературними даними для сучасних нанокомпозитів Si-Ge, отриманих методом гарячого пресування. На основі ниткоподібних кристалів Si-Ge був розроблений прецезійний сенсор вологості повітря

Генератор дельта ритмів ЕЕГ на основі нанодротів Si

Стаття присвячена розробці генератора дельта ритмів електроенцефалограми (ЕЕГ) людського мозку на основі дослідження електрофізичних характеристик зростків нанодротів Si. Кремнієві мікрота нанодроти вирощували методом хімічного осадження з газової фази і мали діаметр від 100 нм до 20 мкм. Вольт-амперні характеристики зростків мікро- та нанодротів Si отримували шляхом пропускання струму через поздовжню гілку та вимірювання напруги на поперечній гілці зростка. Пропускання струму приводить до нагрівання вузла зростка і виникнення термо-ерс за рахунок різниці температур між вузлом і кінцем мікро- та нанодроту. Дослідження вольт-амперних характеристик зростків нанодротів Si показали, що при досягненні критичного значення струму порядку 10 мкА спостерігається поява генерації коливань напруги. Період коливань становить близько 1 с, тоді як їх амплітуда складає 100-120 мкВ, що нагадує коливання дельта-ритму в мозку людини. Обговорювались різні причини коливань: 1) контактні явища; 2) наявність механічного напруження у вузлі зростка; 3) існування нескомпенсованого заряду обірваних зв'язків у приповерхневих шарах нанодротів. Детальний розгляд запропонованих причин показав, що ефект не пов'язаний з контактними явищами, а також із наявністю механічних напружень у вузлі зростка нанодротів. Можливим механізмом виявленого ефекту є стрибкоподібний перерозподіл заряду в приповерхневих шарах нанодроту, що призводить до компенсації наведеної термо-ерс. Однак, це відповідає нерівноважному стану кристалу. Повернення нанодроту до рівноважного стану зумовлює періодичні коливання напруги. Виявлений ефект дозволив розробити генератор дельта-ритмів, який може бути використаний для лікування різних захворювань (діти з розладами спектру аутизму, внутрішньо переміщені особи із зони антитерористичної операції тощо).The paper deals with the design of a delta rhythm generator of human brain electroencephalogram (EEG) based on investigations of electrophysical characteristics of Si nanowire joints. Si nanowire joints were obtained during their growth by chemical vapour deposition method. The diameter of the Si wires ranges from 100 nm to 20 m. Studies of the U-I characteristics of Si nanowire joints have shown that when a critical value of the current of about 10 A is reached, the generation of voltage fluctuations is observed. The period of oscillations is about 1 s, while their amplitude is 100-120 V that is similar to delta rhythm oscillations in the human brain. Different reasons of the oscillations have been discussed: 1) contact phenomena; 2) existence of strain in the joint junction; 3) existence of non-compensated charges of dangling bonds in the wire surface. A detailed consideration of the proposed reasons has shown that the effect is not associated with contact phenomena, as well as with strain in the joint junction. A possible mechanism of the effect is periodic charge redistribution in the subsurface layer of the wire that leads to compensation of thermo-emf arising due to heating of the joint junction by current. However, this corresponds to the nonequilibrium state of the crystal. The return of the nanowire to equilibrium causes periodic voltage oscillations. The revealed effect allows to elaborate a delta rhythm generator which can be used to treat various diseases (children with autism spectrum disorders, internally displaced persons from antiterrorist operation zone, etc.)

Термоелектричні властивості ниткоподібних кристалів InSb

У статті розглядаються термоелектричні параметри ниткоподібних кристалів InSb з концентрацією олова близько 4,4·1018 см – 3 в інтервалі температур 4,2-300 К. Температурні залежності опору кристалів та коефіцієнта Зеебека вимірювали експериментально. Встановлено, що ниткоподібні кристали InSb мають досить високі значення коефіцієнта Зеебека, що перевищують значення масивних зразків у 2-3 рази. При використанні спеціально розробленого методу передачі тепла у зростках ниткоподібних кристалів проведено моделювання їх теплопровідності. Отримане плече на температурній залежності теплопровідності ниткоподібних кристалів та нанодротів InSb в області близько 100 К, що пов'язане з явищем фононного захоплення носіїв заряду, свідчить про надійність отриманих даних. У результаті була розрахована температурна залежність параметра ZT ниткоподібних кристалів InSb в інтервалі температур 4,2-300 K. Отримане значення параметра ZT 0,15 при кімнатній температурі вказує на можливість використання ниткоподібних кристалів для створення термоперетворювачів.The article deals with studies of thermoelectric parameters of InSb whiskers with tin concentration of about 4.4·1018 cm – 3 in the temperature range 4.2-300 K. The resistance and Seebeck coefficient were measured experimentally. The InSb whiskers have shown rather high values of Seebeck coefficient exceeding the values of bulk materials by 2-3 times. Using a special method of heat transfer in the whisker joints, the thermal conductivity of the whisker was simulated. The obtained threshold on the temperature dependence of thermal conductivity for InSb whiskers and nanowires in the range of about 100 K connecting with phonon capture of charge carriers indicates high reliability of the data obtained. As a result, ZT parameter of InSb whiskers versus temperature in the temperature range 4.2-300 K was calculated. The obtained value of ZT parameter 0.15 at room temperature indicates a possibility of the whisker use for thermal converters design