Температурні залежності сенсора Холла для особливих задач
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2025.100.%25pКлючові слова:
cенсор Холла, QFS-графен, температурна залежність, off-set сигнал, метод обертального струмуАнотація
Досліджено вплив температури на параметри сенсорів Холла, виготовлених на основі квазівільностоячого (QFS) графену. Графенові шари отримані методом хімічного осадження з парової фази (CVD) на підкладках із карбіду кремнію (4H-SiC (0001)). Такий підхід забезпечує високу однорідність матеріалу та зменшує вплив домішок, що дозволяє отримати сенсори з покращеними метрологічними характеристиками.
Експериментальне дослідження проводилося в температурному діапазоні від 30 до 120°C. Для підвищення точності вимірювань використано метод обертального струму, який ефективно зменшує паразитні складові сигналу, що виникають через термоелектрорушійну силу (термоЕРС) та неоднорідності матеріалу.
Результати експериментів свідчать, що залежність сигналу Холла від температури є близькою до лінійної для більшості зразків, що спрощує температурну корекцію в практичних застосуваннях. Деякі зразки демонструють нижчий рівень температурних змін, що може бути зумовлено варіаціями в структурі графенового шару або нерівномірним розподілом залишкових напружень у матеріалі. Загальний рівень змін сигналу не перевищує 10%, що є прийнятним для більшості технологічних застосувань.
Отримані результати підтверджують перспективність використання QFS-графену для сенсорів Холла, здатних працювати в умовах змінних температур. Подальші дослідження можуть бути спрямовані на оптимізацію структури сенсорів, покращення методів їхнього виготовлення та розробку алгоритмів компенсації температурних впливів.
Посилання
References
1. Novoselov, K. S., Geim, A. K., Morozov, S. V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S. V., Grigorieva, I. V. and Firsov, A. A. (2004). Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science, Vol. 306, Iss. 5696, pp. 666–669. doi:10.1126/science.1102896.
2. Geim, A. K. and Novoselov, K. S. (2007). The rise of graphene. Nature Materials, Vol. 6, Iss. 3, pp. 183–191. doi:10.1038/nmat1849.
3. Biel, W., Ariola, M., Bolshakova, I., Brunner, K. J., Cecconello, M., et al. (2022). Development of a concept and basis for the DEMO diagnostic and control system. Fusion Engineering and Design, Vol. 179, 113122. doi:10.1016/j.fusengdes.2022.113122.
4. Schwierz, F. (2010). Graphene transistors. Nature Nanotechnology, Vol. 5, Iss. 7, pp. 487–496. doi:10.1038/nnano.2010.89.
5. Balandin, A. A. (2011). Thermal properties of graphene and nanostructured carbon materials. Nature Materials, Vol. 10. Iss. 8, pp. 569–581. doi:10.1038/nmat3064.
6. Bolshakova, I., Strikha, M., Kost, Ya., Shurygin, F., Mykhashchuk, Yu., Wang, Z. and Neumaier, D. (2021). Dependence of maximal sensitivity of the magnetic field Hall sensors based on graphene on temperature. Sensor Electronics and Microsystem Technologies, Vol. 18, Iss. 3, pp. 29–36. doi:10.18524/1815-7459.2021.3.241056.
7. Tang, C., Wang, Y., Li, Y., Zeng, S., Kong, L., et al. (2023). A review of graphene-based temperature sensors. Microelectronic Engineering, Vol. 278, 112015. doi:10.1016/j.mee.2023.112015.
8. El-Ahmar, S., Szary, M., Ciuk, T., Prokopowicz, R., Dobrowolski, A., Jagiello, J. and Ziemba, M. (2022). Graphene on SiC as a promising platform for magnetic field detection under neutron irradiation. Applied Surface Science, Vol. 590, 152992. doi:10.1016/j.apsusc.2022.152992.
9. Zhang, Y., Shi, J., Chen, C., Li, N., Xu, Z., Liu, L., et al. (2018). Structural evolution of defective graphene under heat treatment and gamma irradiation. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 97, pp. 151-154. doi:10.1016/j.physe.2017.11.007.
10. Xu, Y., Zhang, K., Brusewitz, C., Wu, X. and Hofsass, H. C. (2013). Investigation of the effect of low energy ion beam irradiation on monolayer graphene. AIP Advances, Vol. 3, Iss. 7, 072120. doi:10.1063/1.4816715.
11. Hossain, Md. Z., Rumyantsev, S. L., Shur, M. S. and Balandin, A. A. (2013). Reduction of 1/f noise in graphene after electron-beam irradiation. Applied Physics Letters, Vol. 102, Iss. 15, 153512. doi:10.1063/1.4802759.
12. Dobrowolski, A., Jagiello, J., Pietak-Jurczak, K., Wzorek, M., Czolak, D., and Ciuk, T. (2024). Spectroscopic properties of close-to-perfect-monolayer quasi-free-standing epitaxial graphene on 6HSiC(0001). Applied Surface Science, Vol. 642, 158617. DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158617.
13. Riedl, C., Coletti, C., Iwasaki, T., Zakharov, A. A., and Starke, U. (2009). Quasi-Free-Standing Epitaxial Graphene on SiC Obtained by Hydrogen Intercalation. Physical Review Letters, Vol. 103, 246804. DOI:10.1103/PhysRevLett.103.246804.
14. Strupinski, W., Grodecki, K., Wysmolek, A., Stepniewski, R., Szkopek, T., et al. (2011). Graphene Epitaxy by Chemical Vapor Deposition on SiC. Nano Letters, Vol. 11, Iss. 4, pp. 1786–1791. DOI:10.1021/nl200390e.
15. Ciuk, T., Nouvellon, C., Monteverde, F., Stanczyk, B., Przyborowska, K., Czolak, D., and El-Ahmar, S. (2024). High-Temperature Thermal Stability of a Graphene Hall Effect Sensor on Defect-Engineered 4H-SiC(0001). IEEE Electron Device Lett., Vol. 45, Iss. 10, pp. 1957-1960. DOI:10.1109/LED.2024.3436050.
16. Ciuk, T., Kozlowski, R., Romanowska, A., Zagojski, A., Pietak-Jurczak, K., et al. (2023). Defect-engineered graphene-on-silicon-carbide platform for magnetic field sensing at greatly elevated temperatures. Carbon Trends, Vol. 13, 100303. DOI:10.1016/j.cartre.2023.100303.
17. Pietak, K., Jagiello, J., Dobrowolski, A., Budzich, R., Wysmolek, A., and Ciuk, T. (2022). Enhancement of graphene-related and substrate-related Raman modes through dielectric layer deposition. Appl. Phys. Lett., Vol. 120, Iss. 6, 063105. DOI:10.1063/5.0082694.
18. Popovic, R. S. (2004). Hall Effect Devices (2nd ed.). Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing.
19. Munter, P. J. A. (1990). A low-offset spinning current Hall plate. Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 22, Iss. 1-3, pp. 743–746. doi:10.1016/0924-4247(89)80069-X.
20. Steiner, R., Haeberli, A., Steiner, F.-P., and Maier, C. (2000). Spinning current method of reducing the offset voltage of a Hall device. United States Patent, US6064202A.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Ф. М. Шуригін , Р. В. Біляк , Н. С. Лях-Кагуй, Я. Я. Кость, С. П. Сухоребрий, Т. Цюк, С. Ель-Ахмар
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
