研究目的
基于掺杂硅微晶（含硼和镍杂质且接近金属 - 绝缘体转变状态）的小型高灵敏度机械、磁性和热学量传感器的发展，该传感器可在低温环境下工作。
研究成果
该研究成功开发了基于Si<B,Ni>微晶体的恶劣环境多功能传感器，包括：在14特斯拉磁场下电阻变化率达250%的高灵敏度磁传感器、4.2开尔文温度下应变灵敏系数为165的形变传感器，以及4.2-70开尔文范围内温度系数达20%每开尔文的温度传感器。通过采用金属-绝缘体转变区附近的硅微晶体并掺杂镍元素，实现了结构简单、低功耗及与加工工艺的兼容性。这些传感器适用于低温医学和低温能源等领域的极低温应用，建议进一步优化以提升线性度并降低热影响。
研究不足
传感器元件需要在低温环境（如液氦温度）下工作才能实现最佳性能，这限制了它们仅能应用于低温场景。磁阻效应在极低温度下对磁场的依赖性较弱，可能影响稳定性和准确性。采用电桥方案构建传感器会使校准过程复杂化，且每个元件都需要单独的校正常数。制备集成异质结构的技术条件较为苛刻，当磁场强度达到3-4特斯拉时会出现磁饱和现象，导致高场强下的灵敏度下降。
1：实验设计与方法选择：
本研究涉及使用掺硼的p型硅微晶并添加镍来设计和制造传感器元件。这些晶体是在含有硼和金的封闭系统中通过化学气相沉积（CVD）生长的。通过电化学沉积和退火添加镍以形成欧姆接触。研究重点是在高达14 T的强磁场和4.2 K至300 K的温度范围内，研究磁阻、压阻和温度相关电阻特性。
2：2 K至300 K的温度范围内，研究磁阻、压阻和温度相关电阻特性。 样品选择与数据来源：
2. 样品选择与数据来源：使用了硼浓度范围为10^18 cm^-3至5×10^18 cm^-3（金属-绝缘体转变的电介质侧）的p-Si微晶。通过离子质谱分析样品以确认杂质浓度。
3：实验设备与材料清单：
设备包括用于晶体生长的CVD系统、用于镍涂层的电化学沉积装置、退火炉，以及在强磁场（高达14 T）和低温（4.2-300 K）下测量的设施。材料包括掺硼硅微晶、用于表面改性的镍以及传感器构建的组件。
4：2-300 K）下测量的设施。材料包括掺硼硅微晶、用于表面改性的镍以及传感器构建的组件。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：通过CVD生长晶体，掺杂硼，并通过电化学沉积进行表面镍改性，随后在350°C下退火。在晶体两端制作电接触。在不同磁场和温度下测量电阻、磁阻和压阻。测试传感器元件对磁场、形变和温度的敏感性。
5：数据分析方法：
数据分析包括计算磁阻、形变灵敏度的应变计因子和电阻温度系数（TCR）。从实验数据中得出线性依赖关系和灵敏度参数，并列出传感器性能的校准特性。
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Magnetic field sensor
Measures magnetic field using magnetoresistive principle, with high sensitivity and linear response up to 14 T at cryogenic temperatures.
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Deformation sensor
Mechanical deformation using piezoresistive effect, with high gauge factor for compression deformation at low temperatures.
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Temperature sensor
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Spin filter
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CVD system
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