"бесконтактный способ измеренияконцентрации носителей заряда вполупроводниках на свч4

 

508760

)д

3 где Н вЂ” напряженность магнитного поля; л — длина СВЧ-волны в свободном пр оспр ан.стае; в, — относительная .диэлектрическая проницаемость решетки; ео = диэлектрическая проницаемость вакуума; е — заряд элекпрона.

Эта формула справедлива при выполнении условий:

osðт. 3 нр/(» 3 Io,./<> ... 3 где ыр — плазменная частота; 1 тл ж, = — — циклотронная частота; с — скорость света; и": и и — эффективная масса проводимости и циклотронная масса; т — время релаксации импульса носител ей заряда.

В случае, когда первое,и трстье условия выполняются, а ю„ /о 1, то связь концент. рации с Н„находится из уравнения:

4 2 4 P где в„. — циклопронная частота при Н=Н,„

Минимум коэффициента отражения соответствует значению магнитного поля, при котором дейспвительная часть фогтовской диэлектрической проницаемости становится приблизительно равной диэлектрической проницаемости свободного пространства (фогтовская диэлектрическая проницаемость — диэлектрическая проницаемость в плоскости, перпендикулярной направлению напряженности магнитного поля). Нижний предел измерения концентраций ограничивается условием первым (т. е. ырт- 3), а верхний — величиной магнитного поля и длиной СВЧ-волны.

При использовании магнитных полей до

200 кэ и СВЧ-колебаний с длиной волны от

I мм до 3 см значения измеряемых концентраций при температуре 77 K в материалах и-типа лежат в интервале 10 " — 5. 10" см —" (для аппимонида и арсеннда и,дия и-типа в интервале 10 — 5 ° IO см "). В материалах р-типа интервал концентраций составляет

5 10 — 5 10 см — .

На фиг. 1 представлена блок-схема устаloBhH, реалнзукпцей этот способ; на фиг. 2— зависимость отраженной от образца мощности Р от напряженности магнитного поля Pl„, Установка состоит из генератора 1, аттенюатора 2, ответвителя 3, волновода 4, образца 5, детектора 6 видсоусилителя 7, осциллографа 8, усилителя 9, датчика 10, конденсаторной батарси 11, катушек Гельмгольца 12, дьюара 13 с жидким азотом, выпрямителя 13.

Работает установка следующим образом.

СВЧ-колебания от генератора 1 через ат5

4 тенюатор 2 н направленный ответвитель 3 поступает в-. измерительный волновод 4; изготовленный из- нержавеющей стали. К фланцу измерительного волновода 4 прижимается образец 5.

Мощность, отраженная от образца 5, фиксируется кристаллическим детектором 6. Сигнал с детектора 6 после усиления видеоусилителем 7 поступает на вертикальные пластины осциллографа 8. На горизонтальные пластины осциллографа 8 через усилитель 9 поступает сигнал, пропорциорнальный магнитному полю, снимаемый с датчика 10. В качестве датчика 10 может использоваться катушка диаметром 20 мм, имеющая 30 витков, подключенная к интегрирующей RC-цепочке.

Магнитное поле до 200 кв получается разрядом конденсатор ной батареи 11 емкостью

2 иф, собранной из двенадцаги конденсаторов ИМ-5-150, через катушки Гельмгольца 12.

Конденсаторная батарея 11 заряжается от выпрямителя 14. Длительность импульса магнитного поля составляет 3 мсек. Катушки

Гелымтольца 12, образец 5 и измерительный волновод 4 помещают в дьюар 13 с жидким азотом.

Локальность измероний концентрации описываемым способом в диапазоне длин волн

8 мм — 3 см достигает 2 мм", если измерительный волновод заменить суженным коаксиальньим; а в диапазоне длин волн 1 — 4:мм

0,2 — 0,3 мм2, если в качестве измерителыного использовать суженный волновод.

При использовании осциллографа с запоминающей трубкой и предварительной калибровке развертки значение измеряемой концентрации может непосредственно считываться с экрана осциллографа, что позволяет использовать способ для экспресс-измерений концентрации в заводских условиях. Время проведения измерений в этом случае составляет не более 2 — 3 ми,н.

Формула изобрегения

Бесконтактный способ измерения концентрации носителей заряда в полупроводниках на СВЧ путем помещения в магHHтное поле исследуемого образца, прижатого к открытому фланцу волновода, отлача)ощийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности измерения, перпендикулярно направлению распространения волны и вектору напряжшшости электрического поля волны прикладывают импульсное магнитное лоле, измеряют его напряженность, при которой диэлектрическая проницаемость равна единице, что соответствует минимуму коэффициента отражения СВЧ-волны, а концентрацию носителей заряда определяют по формуле:

/ где Н вЂ” напряженность магнитного поля; — длина волны СВЧ ь свободном пр остр анстве;

5087760 е„— относительная диэлектрйческая проницаемость решетки, 6

ao — диэлектрическая проницаемость вакуума; е — заряд электрона.

508760

Е о

Составитель Е. Сафонова

Техрсд Т. Лященко

Корректор Е. Хмелева

Редактор В. Левятоа

МОТ, Загорский филиал

Заказ 5193 Изд, № 1246 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5